摘要:此設計用單片機AT89C51作為最小系統(tǒng),利用D/A轉換器將數字信號轉換成模擬信號,再經過濾波放大,由示波器顯示出方波,三角波,鋸齒波和正弦波,同時由LED顯示器顯示其各自的類型以及頻率。該信號發(fā)生器體積小、成本低、功能強,符合設計要求。
關鍵詞:信號發(fā)生器,單片機,D/A1.緒論
1.1 信號發(fā)生器的發(fā)展
信號發(fā)生器是一種常用的信號源,廣泛應用于自動控制和科學實驗等領域。它是現今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。
自六十年代以來,信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展,出現了函數發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、程控信號發(fā)生器等新種類。各類信號發(fā)生器的主要性能指標也都有了大幅度的提高,同時在簡化機械結構、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進展。
1.2 單片機簡介
單片機是一種集成在電路芯片,具有數據處理能力的中央處理器CPU 隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機具有集成度高、系統(tǒng)結構簡單、使用方便、實現模塊化等特點,應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備等領域。從此,單片機開始迅速發(fā)展,應用范圍也在不斷擴大。
2.設計方案
2.1 工作原理
當按鍵按下時,通過程序判斷哪個鍵按下,選好按鍵后,利用D/A轉換器將數字信號轉換成模擬信號,再經過濾波放大,由示波器顯示出所需的波形,此時LED顯示器也會顯示其各自的類型以及頻率。復位電路則是用于單片機的復位,使單片機接口初始化。圖2.1電路原理框圖
2.2 實現功能
(1)本方案所使用的8位LED顯示器,采用共陰極接法,輸入段選碼低電平有效,顯示輸出信號的類型和頻率。
(2)本方案通過P1.0和P1.1口控制信號的輸入類型。當P1.0=0,P1.1=0輸出正弦波;當P1.0=0,P1.1=1 輸出三角波;當P1.0=1,P1.1=0輸出鋸齒波。
(3)輸出信號幅度:0~5V。
(4)信號頻率范圍要求:1—1KHZ。
3.硬件電路設計與分析
好的硬件電路既能簡化繁瑣的程序,又能提高實驗的成功率,是設計實驗不可或缺的重要部分,必須高度重視。
3.1主控電路
本電路主要采用AT89C51型單片機,它具有如下特點:(1)有可供用戶使用的大量I/O口線。(2)內部存儲器容量有限。(3)應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。用89C51單片機構成最小應用系統(tǒng)時,只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可。其中,在設計時鐘電路時,我采用了12MHZ和晶振分別接引腳XTAL1 和XTAL2,電容C1,C2 均選擇為30pF。由于頻率較大時,三角波、正弦波、方波等波中每一點延時時間為幾微秒,故延時時間還要加上指令時間即可得到指定頻率的波形。在設計復位電路時,復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連,作用是用來抑制噪聲。在每個機器周期的S5P2,其輸出電平由復位電路采用一次,然后才能得到內部復位操作所需要的信號。
3.2鍵盤接口電路
本設計采用一般的鍵盤接口,鍵盤輸出信號。具體為:P1.0、P1.1波形選擇,其中當P1.0=0,P1.1=0 輸出正弦波,當P1.0=0,P1.1=1 輸出三角波,當P1.0=1,P1.1=0輸出鋸齒波;當P1.0=1,P1.1=1 輸出方波。P1.2、P1.3、P1.4 頻率由個位,十位,百位調節(jié);P1.5頻率加減控制;P1.6跳出循環(huán)。
3.3 DAC0832芯片與單片機硬件接口設計
由于用示波器顯示波形,所以需要一個數/模轉換器,將單片機輸出的數字量轉換成模擬量。此設計采用DAC0832轉換器。由于此芯片是電流輸出,為了變成電壓輸出,我們在其后加上一個運算放大器OP07。
3.4 LED顯示電路
該設計采用LED共陰極數碼管顯示電路。當某個驅動電路輸出端為低電平時,相應的那位點亮,從而顯示出波形的種類和信號的頻率,在按鍵時顯示出相關信息。添加74LHC573鎖存器是為了增加顯示的準確性。
4.軟件設計流程
4.1 程序流程圖4.2信號頻率采集
本設計通過P1.0和P1.1口來選擇波形的類型,然后改變這個頻率的個位,十位,百位,進而改變這個頻率,接著開啟中斷,改變D/A轉換器,輸出波形。
4.3系統(tǒng)仿真波形
矩形波鋸齒波正弦波三角波4.4測量儀器
示波器
穩(wěn)壓電流電源
萬用表
總結
通過這次單片機培訓,我學到了很多書本上沒有的知識,尤其在實踐方面得到了很好的鍛煉。從電路原理圖的繪制,到電路元器件的焊接、電路的調試,程序的編寫,調試下載,一步步,收益匪淺。在設計過程中,為了達到硬件電路簡單,程序可讀性高的效果,可以說中間遇到了很多險阻,也花費了大量時間,不過最終還是順利完成要求。同時在這次設計過程中,老師也幫助了我很多,所以在此感謝老師的細心教導。我會把這次經歷當做是一次很好的磨練,我相信以后我會比現在做得更好。(作者單位:沈陽師范大學)
參考文獻
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