應用單片機和集成芯片開發信號發生系統

李云強

摘 要：應用51單片機和集成芯片設計開發了信號系統，給出了系統的設計原理，對主程序、信號發生程序的原理進行了詳細說明。

關鍵詞：單片機；信號發生；硬件電路

MCS-51單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器和多種功能的I/O口等一臺計算機所需的基本功能部件。MAX038是MAXIM公司生產的一通用波形發生芯片。采用8051控制MAX038芯片，使該函數發生器的三種波形共用一個引腳輸出，具有輸出頻率范圍寬、波形穩定，失真小的特點。

1 芯片功能分析

1.1 51單片機

單片機全稱為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）。它具有嵌入式應用系統所要求的體系結構、微處理器、指令系統、總線方式、管理模式等。它把計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上，通常片內都含有中央處理器（CPU）、數據存儲器（RAM）、程序控制器（ROM、EPROM、Flash ROM）、定時器/計數器和各種輸入/輸出（I/O）接口。

1.2 MAX038

MAX038比起以前比較常用的函數發生器件如8038系列，從頻率范圍，頻率精確度，對芯片及波形的控制性能。用戶使用的方便性等方面都有了很大的提高，因此可廣泛應用于波形的產生、壓控振蕩器、脈寬調制器、頻率合成器、及FSK發生器等。以MAX038為核心的0-20MHZ寬頻帶函數信號發生器，具有頻率調節、輸出偏移調節、輸出幅度調節、輸出衰減以及正弦波、方波、三角波、和TTL同步電平信號輸出。能夠滿足常規和高頻模擬電路、高頻數字電路的調試要求。

2 系統構成

為了利用單片機對函數發生器進行控制，采用8051單片機和8279、DAC1020等芯片實現硬件電路。用8279完成鍵盤輸入和LED顯示控制兩種功能，鍵盤按鍵設置：數字鍵0～9，小數點，正弦波、方波和三角波切換鍵，頻率選擇Hz、kHz、MHz切換鍵，占空比鍵，回車鍵。采用外部譯碼方式，8279的SL0～SL2經74LS138（1）輸出接鍵盤，同時經74LS138（2）輸出驅動后送LED。8279的顯示輸出B0～B3，A0～A3作8位數據輸出。MAX038的頻率控制電壓由10位DAC1020提供。8051的P2.6作為DAC1020的片選信號，采用雙緩沖器方式，鎖存10位數據。DADJ引腳電壓范圍-2.4V～+2.4V由8位DAC0832的雙極性輸出電壓提供，即占空比調節的控制電壓。用8051的P2.5作為DAC0832的片選信號，基準電壓采用MAX038內部2.5V基準電壓，接入VR端。DAC0832的ILE接+5V，片選端和數據傳送端都與74LS373輸出線A0相連。

3 單片機處理程序

主程序先對8279進行初始化，即允許中斷申請，清8279狀態，置鍵盤顯示方式及時鐘編程等，再置MAX038初始波形與頻率、占空比。然后測試回車鍵是否閉合，以決定是否進行中斷處理，判斷輸出波形并輸出控制信號，有關輸出波形頻率的控制電壓及占空比的計算送DAC1020及DAC0832，最后將波形頻率及占空比送顯示緩沖區，調顯示子程序顯示。進行處理時，首先根據輸入的鍵值完成對輸出波形、波段以及頻率的選擇，然后根據有關公式計算輸出頻率，所需電壓的編程數據送DAC1020，如果輸出為矩形波，則還要將占空比的編程數據送DAC0832 這樣就在MAX038的引腳l9輸出相應波形和頻率的信號。

4 波形生成設計

4.1 方波輸出

方波輸出由8051單片機內部自帶的定時器/計數器實現。采用定時器/計數器T1，工作方式1，計數器位數是16位；門控位GATE置0，定時器的運行只受控制寄存器TCON中運行控制位（TR）的控制；計數器初值的設定由以下公式計算得到：N=2n-TCfosc/12其中n為計數器位數；TC為定時時間；fosc為振蕩頻率。通過小鍵盤，由用戶鍵入需要輸出方波的周期，在P0口將得到所需的方波波形。

4.2 正弦波輸出

正弦波的產生采用查表法，單片機的I/O輸出均為+5V的TTL電平，因此產生的正弦波幅值為+5V。將一個周期內的正弦波等分為N份，那么第1點的角度為0°，對應的正弦值為5sin0°；第2點的角度為360°/N，對應的正弦值為5sin（360°/N ）……，如此計算，將這些模擬量正弦值都轉換為雙極性方式下的數字量，得到按照點號順序排列的數字量正弦值表格。

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