基于DAC0832和AT89S52的信號發生器設計

李庭貴

(1.瀘州職業技術學院機械系，四川瀘州 646005;2.四川省瀘州市工程機械智能優化設計重點實驗室，四川瀘州 646005)

信號發生器是一種常用的信號源，廣泛應用于電子電路、自動控制系統和教學實驗等領域［1］。信號的產生有模擬電路、專用硬件和軟件產生等方法。采用模擬電路搭建函數信號發生器，可同時產生方波、三角波、正弦波，但不能產生任意波形，存在波形質量差、控制難、可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點，且頻率調節不方便。專用硬件方法產生的信號頻率分辨率高、穩定性好、在線調整方便，如目前在通訊系統中應用廣泛的直接數字頻率合成(DDS)技術，例如AD9854是一種典型的信號產生方法，但是價格昂貴［2－3］。

利用單片機通過程序設計方法產生低頻信號，其頻率底線較低，具有線路簡單、結構緊湊、體積小、價格低廉、頻率穩定度高、抗干擾能力強、用途廣泛等優點，且如需要產生新的波形時，只需對程序進行修改即可［4］。文中利用單片機 AT89S52和 D/A轉換器DAC0832轉換數字信號為0～5 V模擬電壓信號，并在LCD1602顯示。

1 系統硬件設計

系統硬件采用模塊化設計，以單片機控制器為核心，與D/A轉換電路、按鍵電路、LCD顯示電路等組成信號發生器控制系統。字符型液晶顯示模塊是一種專用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目前常用的有16×1、16×2、20×2和40×2行等模塊。系統選用1602字符型LCD模塊，其控制器為日立公司生產的HD44780，可用來顯示數字、字符等。按鍵輸入使用獨立式按鍵K1、K2，主要實現數字信號DAC值的加減。系統硬件組成框圖如圖1所示［5］。

圖1 系統硬件組成方框圖

1.1 主控芯片電路

在大部分的工控或測控設備中，8位的MCS－51系列單片機能滿足大部分的控制要求，加之MCS－51系列單片機的價格優勢，使MCS－51系列單片機成為單片機應用主流。AT89S52是MCS－51系列兼容單片機中的代表產品。鑒于此，本系統選用AT89S52單片機作為主控制器。

1.2 D/A轉換電路

D/A模塊由D/A芯片和放大電路組成，系統D/A芯片選用DAC0832芯片來完成數/模轉換過程。數字信號的輸入從“D0～D7”端口輸入，通過按鍵K1、K2實現DAC值的加減，其值在0～255之間，并在LCD1602上顯示。控制DAC0832工作的控制信號由“WR－CS”端口輸入。DAC0832是電流輸出型D/A轉換芯片，通過集成運放LF393完成電流到電壓的轉換，由于LF393工作在雙電源條件下，因此要給LF393加入±12 V電壓。DAC轉換的模擬電壓值從“D/A輸出”口輸出。

系統硬件電路原理圖如圖2所示。

圖2 系統硬件電路原理圖

2 系統軟件設計

系統的軟件設計使用C51編程，采用模塊化設計方法，主要由主函數、定時器T0中斷服務函數、D/A轉換函數、計算D/A轉換值函數、按鍵掃描函數、LCD顯示函數、LCD顯示A/D轉換值函數等模塊組成。根據D/A轉換芯片DAC0832的工作時序，20 ms進行一次D/A轉換，可以利用單片機AT89S52的定時器T0定時，20 ms定時到時，產生定時器T0中斷，在定時器T0中斷服務函數中調用DAC0832采樣轉換函數進行D/A采樣轉換，然后調用計算D/A轉換值函數把D/A轉換值轉換成相應的ASCII碼，最后通過LCD顯示D/A轉換值函數把DAC轉換的模擬電壓值(0～5 V)顯示在液晶LCD1602上，并從“D/A輸出”端子輸出DAC轉換的0～5 V模擬電壓。系統軟件結構框圖如圖 3 所示［5］。

圖3 系統軟件結構框圖

主函數是完成硬件初始化、數據初始化、函數調用等功能，等待中斷到來。計算D/A轉換值ASCII碼函數實現把D/A轉換值dabl轉換為相應的ASCII碼，以便在LCD上顯示。按鍵掃描函數實現了通過系統程序改變數字量初始值，按鍵K1實現數字量加1，按鍵K2實現數字量減1，使數字量在0～255的范圍內變化，從而模擬數字信號的輸入。LCD顯示函數包括LCD初始化函數、寫入指令數據到LCD函數、寫入顯示數據到LCD函數、LCD顯示D/A轉換值函數、延時函數等模塊。軟件程序的核心由定時器T0中斷服務程序、DAC0832采樣轉換程序構成。

2.1 定時器T0中斷服務函數設計

當定時器T0定時20 ms后，進入定時器T0中斷服務函數。首先重裝定時器T0初值，設置按鍵輸入口P1口的值為0xdf，調用按鍵掃描函數。接著調用D/A轉換函數進行D/A轉換，得到D/A轉換值dabl，然后調用計算 D/A轉換值函數計算 dabl相應的ASCII碼，再調用LCD顯示D/A轉換值函數把數字量輸入值D/A進行轉換后的模擬量顯示在液晶LCD1602上。最后T0中斷函數返回主程序等待下一次D/A轉換。定時器T0中斷服務函數設計流程圖如圖4所示。

圖4 定時器T0中斷服務函數設計流程圖

2.2 DAC0832采樣轉換函數設計

圖5 D/A轉換函數設計流程圖

3 實驗測試分析

根據輸入單片機的數字信號，用萬用表測量從“D/A輸出”端子測試輸出模擬電壓信號，如表1所示。從表1可知，該信號發生器的電壓輸出誤差小、精度高。

表1 電壓輸出信號測試

4 結束語

系統按照簡單化、便捷化原則設計，介紹了系統的總體結構、硬件設計和軟件設計。側重闡述了采用AT89S52單片機與D/A轉換器DAC0832對輸入數字信號進行處理，最后驅動輸出顯示裝置LCD1602顯示D/A轉換的0～5 V模擬電壓信號。實驗調試表明該信號發生器在技術指標上達到了設計要求，具有精度高、抗干擾性強、性能穩定、升級方便等特點，有較高的應用價值。

［1］ 陳瓊.一種單片機控制超低頻任意信號發生器的設計與實現［J］.南昌航空工業學院學報:自然科學版，2004，18(3):35－38.

［2］ 張根選，吳子懷.基于AT89S52單片機的信號發生器的設計［J］.湖南工程學院學報，2010，20(3):18 －20.

［3］ 姜平，周根榮，李俊紅.基于AD9833的多通道信號發生器設計［J］.儀表技術與傳感器，2006(12):46－48.

［4］ 田蛟，展文豪，張宏偉.基于單片機的信號發生器設計［J］.信息技術，2011(5):87 －90.

［5］ 李庭貴.單片機應用技術及項目化訓練［M］.成都:西南交通大學出版社，2009.