直流小信號源的設(shè)計與實現(xiàn)

張招勇，朱兆優(yōu)

（東華理工大學(xué) 電子工程系，江西 撫州344000）

直流小信號源是一種常用的信號源，它廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)實驗中。以前，由于各種條件限制，常用的小信號源一般電壓可調(diào)性不夠好，難以滿足各種實驗需要。近年來，由于計算機，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器以及各種高級語言的發(fā)展，為直流小信號源的產(chǎn)生和測量研究提供了重要依據(jù)。

1 直流小信號源設(shè)計方案

1.1 基本設(shè)計思路

單片機嵌入式可編程直流小信號源以輸出功能為主，基本設(shè)計思路為:以嵌入式單片機AT89C51為開發(fā)內(nèi)核，利用單片機I/O口和DAC7512D/A芯片相連，設(shè)計模擬輸出電路，使D/A模擬輸出電壓范圍為0V～5V，經(jīng)過OP27運算放大電路，使直流小信號源的輸出電壓范圍為0～10V。通過MCP3202A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到微處理器，單片機通過軟件編程，將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號輸出到LED數(shù)碼管顯示電路，顯示出要顯示的測量數(shù)據(jù)。

1.2 基本實現(xiàn)方法

利用單片機控制原理和支持軟件及D/A，運算放大電路，A/D等外設(shè)電路構(gòu)成產(chǎn)生直流小信號源，采用編程的方法來實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。AT89C51是整個電路中的核心部件，在程序里設(shè)置初始值，由軟件通過編程在P0.2引腳產(chǎn)生高低電平，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，理論上輸出0～5V的模擬電壓，可以利用獨立按鍵進行微調(diào)控制.再經(jīng)過運算放大電路處理后，作為該直流小信號源的輸出.輸出電壓范圍主要與參考電壓和運算放大有關(guān)。本系統(tǒng)理論輸出電壓范圍為0～10V。本系統(tǒng)為了完整性，還采用了A/D與單片機引腳連接，輸出的直流小信號源經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，通過單片機引腳P2.4輸入高低電平，讀回模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，然后通過編程處理送入到數(shù)碼管顯示電路進行顯示。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 硬件原理圖

構(gòu)成直流小信號源的元件主要由AT89C51單片機芯片、DAC7512數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、OP27運算放大芯片、MCP3202 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、獨立控制按鍵，靜態(tài)數(shù)碼管顯示及部分電阻組成。具體電路原理圖如圖1所示。

圖1 直流小信號源電路原理圖

2.2 人機接口電路

電路包括獨立功能按鍵電路和數(shù)碼管顯示電路，主要功能是通過獨立功能按鍵控制初始值的變化，從而控制模擬電壓輸出大小，對輸出的模擬電壓進行微調(diào)控制。顯示單元由一組74LS164芯片和LED數(shù)碼管組成靜態(tài)顯示電路，由于74LS164的移位功能，因此每次顯示都送一組數(shù)據(jù)進行同時顯示，這樣顯示就不會出亂，具有一起顯示的功效。數(shù)碼管的筆形碼為:0x09，0x7d，0x07，0x15，0x71。

3 軟件電路的設(shè)計

軟件開發(fā)主要采用單片機C語言程序，包括獨立功能按鍵控制程序，12位D/A轉(zhuǎn)換子程序，通過功能鍵盤編程設(shè)定輸出值，利用12位D/A(DAC7512)轉(zhuǎn)換子程序輸出模擬電壓，經(jīng)運算放大電路放大，再用12位A/D(MCP3202)轉(zhuǎn)換子程序?qū)敵鲭妷夯夭?，最后用AT89C51單片機的P2口進行數(shù)據(jù)讀取，在定時中斷程序里利用數(shù)碼管對讀取的數(shù)據(jù)進行顯示。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)的直流小信號源的設(shè)計是以8051單片機為核心，外圍電路以 DAC7512，OP27，MCP3202作信號輸入/輸出處理，構(gòu)建的直流小信號源可以使輸出電壓在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。本設(shè)計采用硬件和軟件相結(jié)合，電路結(jié)構(gòu)簡單且操作方便，具有一定的應(yīng)用和參考價值。

[1]朱兆優(yōu).單片機原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]姜曉蕾，葉劍鋒.單片機嵌入式可編程信號源的設(shè)計與實現(xiàn)[J].導(dǎo)彈試驗技術(shù)，2010，（2）.

[3]周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[4]梁巧艷.一種基于AT89C51低頻信號源的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，（2）.

[5]華成英，董詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，2000.