基于單片機(jī)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

陳李仁+彭森

摘 要：波形發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。本文所研究的信號(hào)發(fā)生器采用單片機(jī)和DAC0832結(jié)合起來，通過數(shù)字電子電路向模擬電路轉(zhuǎn)化，該系統(tǒng)雖然性能指標(biāo)不如標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，但是它體積小，成本低，便于攜帶等特點(diǎn)，亦可作為電子隨身設(shè)備之一。本次實(shí)驗(yàn)將由AT89C51單片機(jī)和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成波形發(fā)生器，此波形發(fā)生器可產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等多種波形，波形的幅值可以用程序進(jìn)行改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出，具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加上按鍵用來更改不同波形之間的切換，實(shí)現(xiàn)不同波形的輸出。

關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器；數(shù)模轉(zhuǎn)換；波形輸出

1 引言

波形的產(chǎn)生是通過AT89C51單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向DAC0832轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。

AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)有三種聯(lián)接方式。一種是兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器后，送D/A轉(zhuǎn)換電路。第二種是單級(jí)緩沖器型，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)輸入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A轉(zhuǎn)換電路。第三種是兩個(gè)緩沖器直通，輸入數(shù)據(jù)直接送D/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)采用單緩沖方式。

2 系統(tǒng)硬件及組成

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)提供了五種不同的波形輸出，通過五個(gè)按鍵控制相應(yīng)的方波，鋸齒波，三角波、梯形波和階梯波。每次只能有一個(gè)鍵按下，沒有按鍵按下時(shí)沒有波形產(chǎn)生，按鍵輸入信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)按鍵的情況進(jìn)行處理，例如第一個(gè)按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)需要產(chǎn)生一個(gè)方波，那么單片機(jī)循環(huán)輸出0和1，那么通過DAC0832就通過運(yùn)放循環(huán)輸出高低電平，這樣系統(tǒng)就能夠輸出方波，同樣的道理，鋸齒波、三角波、梯形波和階梯波的產(chǎn)生也可以采用相似的道理。

本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)分為三個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)模塊，DA轉(zhuǎn)換模塊，軟件設(shè)計(jì)模塊。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理框圖

3.1 原理框圖如圖1所示：

3.2 方波的實(shí)現(xiàn)過程

此波形的實(shí)現(xiàn)只需開始的時(shí)候設(shè)置一個(gè)初值然后直接輸出這個(gè)值就行了，輸出一段時(shí)間后，然后再重新置一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再輸出這個(gè)數(shù)據(jù)一段時(shí)間，但是此時(shí)的時(shí)間一定要等于前面那段時(shí)間。這樣才是一個(gè)方波，如果兩個(gè)時(shí)間不相同，那就相當(dāng)于一個(gè)脈沖波了。

3.3 三角波的實(shí)現(xiàn)過程

三角波的實(shí)現(xiàn)是設(shè)置一個(gè)初值，然后進(jìn)行加數(shù)，同樣是加到某個(gè)數(shù)之后再進(jìn)行減數(shù)，減到初值之后就再返回到先前的操作。此程序輸入的VREF的電壓是+5V，因此該波形輸出的最大頻率是初值為00H和最終值為0FFH，且步數(shù)為1，這樣輸出的波形是最大的。

3.4 鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程

鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程是首先定義一個(gè)初值然后進(jìn)行加法操作，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進(jìn)行。然后加到某個(gè)數(shù)之后就再重新設(shè)置為初值，再重復(fù)執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。在本程序中初值為00H.最大值為OFFH。

4 結(jié)論

1、晶振電路實(shí)現(xiàn)了模擬時(shí)鐘信號(hào)的輸出。

2、復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)了電路的手動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位的結(jié)合。

3、DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)了電壓的輸入與模擬波形的產(chǎn)生。

4、單極性緩沖電路實(shí)現(xiàn)了波形的輸出。

5、通過調(diào)節(jié)變阻器的分壓將電壓輸入VREF端口，進(jìn)行特定波形的幅值調(diào)節(jié)。

6、實(shí)驗(yàn)程序完成了五種波形的產(chǎn)生，通過按鍵的切換進(jìn)行各個(gè)波形的輸出，每當(dāng)一次按鍵被按下，相應(yīng)的波形輸出。

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作者簡(jiǎn)介

陳李仁， 邵陽(yáng)學(xué)院魏源國(guó)際學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生

彭森， 邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系教師