馬燕妮 張廣法 麻志峰 徐揚 趙富強
【摘 要】本波形發生器利用凌陽SPCE061A單片機技術實現系統控制,通過簡單編程和外部模擬和數字電路的結合,較好地實現了數字式的正弦波、方波、鋸齒波等波形的產生。各種波形的頻率可通過鍵盤輸入,并利用LCD顯示,還可以利用揚聲器實現語音播報。本波形產生器產生的波形具有信號干擾小,輸出穩定,性能可靠等優點。特別是操作簡單方便,人機界面友好,成本低,非常適合于實驗教學與使用。
【關鍵詞】凌陽單片機;波形發生器;LCD顯示
中圖分類號:TN714 ? 文獻標識碼: B 文章編號: 2095-2457(2019)04-0021-002
DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.008
0 引言
本波形發生器計劃產生正弦波、三角波和鋸齒波。擬直接采用凌陽SPCE061A產生。凌陽單片機SPCE061A在波形產生方面有較突特的優點,主要在于利用其強大的查表功能使外圍電路可以做的比較簡單,在數模轉換的編程方面有比較便利的編程環境[1]。圍繞單片機需要設計三大外圍電路,(1)4×4鍵盤控制電路。位控制采用IOA的低八位,把鍵盤上的行接在IOA0~IOA3,列接在IOA4~IOA7上,為便于進入下一波形的編輯和輸出,采用外部中斷2來中斷所顯示波形,為了實現頻率調節在波形輸出的同時利用外部中斷1來完成。(2)輸出濾波和電壓轉換電路。濾波的目的是濾除數模轉換(DAC)過程中存在的高頻鋸齒,可以采用低通濾波器來完成。由于SPCE061A的 DAC輸出為電流,而我們的輸出波形應為電壓,為使輸出電壓為5V,用外接OP07運算放大器進行電流到電壓的轉換。(3)輸出波形顯示電路。在波形輸出時用動態LED顯示,SPCE061A單片機實現起來有困難,因為在波形輸出時CPU需不停地為其服務,解決辦法是采用帶數據緩存器和驅動的液晶顯示器LCD來完成,只需占用八個I/O口即可完成。
本設計方案的特點是采用數字電路與模擬電路相結合的辦法,使系統工作穩定可靠,再利用單片機進行控制管理,可以用鍵盤輸入的方法比較方便地實現波形頻率的設置和參數調整。
1 系統框圖及工作原理
根據前述的設計方案,本系統框圖如圖1所示[2]。系統以SPCE061單片機為核心,4×4鍵盤用于輸入波形參數,在程序控制下單片機一方面輸出正弦波或三角波或鋸齒波,經濾波、放大與電流電壓轉換,再送音頻播報電路;另一方面送液晶顯示器顯示。
2 軟件設計
由于系統采用凌陽SPCE061A單片機實現處理和控制,故使得外部處理電路變得比較簡單,本波形發生器的主要任務將要由程序編程來完成。
2.1 按鍵控制流程
為了實現有效控制,將低四位IOA0~IOA3設置為帶數據緩存器的高電平輸出,將高四位IOA4~IOA7設置為帶下拉電阻的輸出腳。操作過程如下:若有鍵按下,先取IOA4~IOA7的數據將得到一個值,并把此數值保存下來,再接著置IOA4~IOA7為帶反相器的高電平輸出腳,置IOA0~IOA3為帶下拉電阻的輸入腳,此時若按鍵按著仍沒彈起, IOA0~IOA3為帶下拉電阻的輸入腳,此時若按鍵按著仍沒彈起,取IOA0~IOA3的數據將得到另一個值,把這兩個值組合起來就可得知是哪個按鍵按下了,再跳至相應程序,通過查表得到相應的鍵值。按鍵控制流程如圖23所示。
2.2 正弦波形成程序
如果用函數輸出波形,輸出的頻率僅為毫赫茲到幾十赫茲之間,只能用于產生低頻,要產生較高頻率必須調高CPU的時鐘頻率。初始化后,先進行CPU時鐘選擇,再調整正弦函數一個周期的輸出點數,幅度調節先進行初始幅度的設置,再通過外部放大電路進行調節,其設計流程如圖3所示[8]。
2.3 其它波形流程
三角波查表形成流程與正弦波查表形成流程相似,如圖4所示,其原理不再重述。省略。至于產生方波和鋸齒波的方法與正弦波和三角波類似,這里也一并省略。
2.4 顯示流程
顯示采用動態顯示方式,顯示流程見圖5。先單個顯示,延時一會后,再顯示其它幾位。設置顯示500遍,當顯示達到500遍后轉入語音播報子程序[9]。
3 系統測試結果分析
測試儀器:數字示波器DS1062E,數字頻率計DG1022(頻率計模式)。
通過測試本設計實現了以下效果:
(1)能產生正弦波、三角波、方波和鋸齒波等周期性波形;
(2)輸出波形的頻率最小100mHz,最高達100kHz,可利用鍵盤進行頻率粗調,通過外部中斷1可對頻率實現同步調節,低頻頻率步進較小(可達0.1Hz),高頻頻率步進為10 Hz;
(3)輸出波形的幅度為0~5V,可通過放大電路的電位器進行調整;
(4)具備語音提示功能。
4 結束語
本波形發生器的設計由于采用了凌陽SPCE061單片機,使設計較為簡單,編程容易,通過測試能夠準確產生正弦波、三角波、鋸齒波等波形,能夠通過鍵盤調整波形參數,可以作為波形產生器使用。
【參考文獻】
[1]何立民.單片機應用系統設計[M].北京:航空航天大學出版社.2009.
[2]黃智偉著.全國大學生電子設計競賽系統設計[M].北京:航空航天大學出版社.2006.
[3]童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社.2007.