基于單片機的信號發(fā)生器

摘要：此設(shè)計用單片機AT89C51作為最小系統(tǒng)，利用D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再經(jīng)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(shè)計要求。

關(guān)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(yīng)用于自動控制和科學(xué)實驗等領(lǐng)域。它是現(xiàn)今各種電子電路實驗設(shè)計應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)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(xiàn)了函數(shù)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(biāo)也都有了大幅度的提高，同時在簡化機械結(jié)構(gòu)、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(shù)據(jù)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(gòu)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(jié)構(gòu)簡單、使用方便、實現(xiàn)模塊化等特點，應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域。從此，單片機開始迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍也在不斷擴大。

2.設(shè)計方案

2.1 工作原理

當(dāng)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(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再經(jīng)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(fù)位電路則是用于單片機的復(fù)位，使單片機接口初始化。圖2.1電路原理框圖

2.2 實現(xiàn)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(dāng)P1.0=0，P1.1=0輸出正弦波；當(dāng)P1.0=0，P1.1=1 輸出三角波；當(dāng)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(shè)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(shè)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(nèi)部存儲器容量有限。（3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。用89C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可。其中，在設(shè)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(shè)計復(fù)位電路時，復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)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(fù)位電路采用一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。

3.2鍵盤接口電路

本設(shè)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(dāng)P1.0=0，P1.1=0 輸出正弦波，當(dāng)P1.0=0，P1.1=1 輸出三角波，當(dāng)P1.0=1，P1.1=0輸出鋸齒波；當(dāng)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(diào)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(shè)計

由于用示波器顯示波形，所以需要一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，將單片機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。此設(shè)計采用DAC0832轉(zhuǎn)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(shè)計采用LED共陰極數(shù)碼管顯示電路。當(dāng)某個驅(qū)動電路輸出端為低電平時，相應(yīng)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(guān)信息。添加74LHC573鎖存器是為了增加顯示的準(zhǔn)確性。

4.軟件設(shè)計流程

4.1 程序流程圖4.2信號頻率采集

本設(shè)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(zhuǎn)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(jié)

通過這次單片機培訓(xùn)，我學(xué)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(diào)試，程序的編寫，調(diào)試下載，一步步，收益匪淺。在設(shè)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(shè)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(dǎo)。我會把這次經(jīng)歷當(dāng)做是一次很好的磨練，我相信以后我會比現(xiàn)在做得更好。（作者單位：沈陽師范大學(xué)）

參考文獻

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