三角波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

馬文英

三角波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

馬文英

（銀川能源學(xué)院，寧夏 銀川 750105）

本三角波發(fā)生器是基于DAC0832的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的，由DAC0832與51單片機(jī)結(jié)合，得到一款高精度頻率的信號(hào)發(fā)生器，且幅度可程控。選用了2個(gè)DAC0832芯片完成功能，其中一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生波形，另外一個(gè)設(shè)計(jì)成程控放大器進(jìn)行改變幅度，它的放大倍數(shù)通過(guò)DAC0832的數(shù)字端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)設(shè)定的輸出幅值，單片機(jī)只需要通過(guò)公式換算出給予的對(duì)應(yīng)電平。輸出信號(hào)幅值檔位通過(guò)液晶顯示器顯示，且幅值在1～5 V范圍內(nèi)可調(diào)。

DAC0832；幅值；信號(hào)發(fā)生器；三角波

1 研究的目的和意義

目前，生產(chǎn)科技技術(shù)不斷提高，電子技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)隨著時(shí)間的發(fā)展不停地進(jìn)行新陳代謝，數(shù)字電路和模擬電路及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式也不斷地提高、更新。在我們的生活中、生產(chǎn)工業(yè)中、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中、科學(xué)研究中、醫(yī)學(xué)中等諸多的領(lǐng)域中都會(huì)運(yùn)用到信號(hào)發(fā)生器。伴隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展更新，信號(hào)發(fā)生也進(jìn)行了更新?lián)Q代，它的功耗越來(lái)越低，頻率越來(lái)越精準(zhǔn)，功能越來(lái)越強(qiáng)大，而且信號(hào)發(fā)生器的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。這一系列變化說(shuō)明信號(hào)發(fā)生器在逐步地趨近于智能化。信號(hào)發(fā)生器這一電子儀器在我們的生活中比較常見，它可以是一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源，也能作為網(wǎng)絡(luò)分析的儀器。

2 研究的概況及發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)和國(guó)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及應(yīng)用的領(lǐng)域如下所述。

采用鎖相環(huán)電路產(chǎn)生振蕩來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種電路設(shè)計(jì)在調(diào)試的過(guò)程中難度不太大，同時(shí)對(duì)于電容和電阻這兩類元器件的參數(shù)規(guī)格要求很高，此外，這兩類元器件的實(shí)物穩(wěn)定性和可靠性較低，使其精密度不夠高，所以這是一種相對(duì)來(lái)說(shuō)比較落后的設(shè)計(jì)方案，而采用大規(guī)模集成電路來(lái)設(shè)計(jì)可靠性高、可以產(chǎn)生的信號(hào)波形諸多，頻率相對(duì)較高?？墒撬念l率輸出信號(hào)的波形和頻率值的精準(zhǔn)度和精密度都不是很高，運(yùn)行不夠穩(wěn)定，調(diào)試?yán)щy且電路設(shè)計(jì)及布局煩瑣。為實(shí)現(xiàn)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器采用單片機(jī)的集成芯片，這種類型設(shè)計(jì)產(chǎn)生波形種類較多，能夠達(dá)到的頻率也很高，其信號(hào)穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度有所保障，運(yùn)用的電容電阻元器件較少，造價(jià)低，且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。采用專用直接數(shù)字合成DDS芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)方案能夠產(chǎn)生各種各樣的波形，而且其頻率都很高，它能夠確保產(chǎn)生的信號(hào)波形輸出來(lái)的信號(hào)頻率具有穩(wěn)定性，可以很方便地設(shè)置波形轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)等。

3 總方案的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的核心控制是單片機(jī)，供電后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，要根據(jù)按鍵模塊如何進(jìn)行響應(yīng)，LCD1602模塊的顯示功能、三角波形如何完整地產(chǎn)生，調(diào)節(jié)增益、程控放大模塊的完成等各種功能完成對(duì)其的調(diào)控，其最重要的目的是完成核心控制和各個(gè)模塊間的調(diào)節(jié)作用等?？偡桨傅脑O(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 總方案的設(shè)計(jì)

4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 電路圖

主控模塊在整個(gè)系統(tǒng)中相當(dāng)于大腦，在本系統(tǒng)的核心控制芯片就采用了51系列單片機(jī)中的STC12C5A60S2。單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等部分構(gòu)成，單片機(jī)想要有一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間基準(zhǔn)，可由時(shí)鐘電路提供，它選擇用了12 MHz的晶振提供，執(zhí)行里面一條最基本的指令所需要的時(shí)間是一個(gè)機(jī)器周期。在單片機(jī)里面的復(fù)位電路，是為了保證再按下復(fù)位按鍵的時(shí)候，單片機(jī)能夠自動(dòng)地恢復(fù)到初始的狀態(tài)中。

因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)中要求顯示界面要顯示部分參數(shù)，在此采用LCD1602來(lái)當(dāng)作界面顯示，能夠?qū)崟r(shí)顯示出此時(shí)信號(hào)輸出的頻率、波形、占空比和幅值，這樣也能夠讓客戶輕松方便地設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。LCD1602液晶模塊選擇HD44780作為控制器，利用HD44780功能非常強(qiáng)大和簡(jiǎn)單的指令集，實(shí)現(xiàn)角色的運(yùn)動(dòng)、閃爍等功能。

用STC12C5A60S2的P0口作為數(shù)據(jù)線，顯示模塊的要點(diǎn)為：①系統(tǒng)顯示模塊的恢復(fù)初始化。其中第一步要先進(jìn)行清屏步驟，隨后設(shè)定8位接口數(shù)據(jù)，其中行數(shù)的顯示為1.5×7點(diǎn)陣的字型；②設(shè)定為集體或整體的顯示方式，減去字符的閃爍和光標(biāo)，最終設(shè)置成正向向量遞增的方式并保持不移位；③給液晶顯示屏LCD的顯示緩沖區(qū)域里面輸送相應(yīng)的字符，在所有程序中數(shù)組包括兩個(gè)字符，電壓數(shù)據(jù)顯示選用一個(gè)，字符的顯示選用一個(gè)，需顯示的相關(guān)數(shù)值和相關(guān)字符輸送到相對(duì)應(yīng)的數(shù)組中去。

鍵盤模塊形式的關(guān)鍵是使用在許多獨(dú)立鍵連接到IO端口，分別為以下功能，第一個(gè)按鈕可切換波形、頻率、振幅參數(shù)設(shè)置，第二個(gè)按鈕可以切換不同的參數(shù)設(shè)置界面，第三、四個(gè)按鈕可以調(diào)節(jié)增矢量。

程控放大器由DAC0832和外部電路兩者共同構(gòu)成，放大倍數(shù)的變換可以通過(guò)DA轉(zhuǎn)換器的數(shù)字端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)和波形發(fā)生部分大致相同或者說(shuō)是類似一樣的。二者的不同之處就是波形發(fā)生部分的基準(zhǔn)電壓是恒定不變的，需要經(jīng)過(guò)查閱ROM的數(shù)組來(lái)更改輸出電壓用以表述出波形，程控放大模塊它的基準(zhǔn)收到波形發(fā)生電路的輸出，其對(duì)應(yīng)輸出數(shù)值：VOUT=VREF×DATA/256。在這個(gè)式子中，可以通過(guò)更改單片機(jī)連接到DA數(shù)據(jù)口的電平值改變DATA數(shù)值的放大倍數(shù)。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在該課題的設(shè)計(jì)中，軟件部分就是給軟件設(shè)計(jì)及部分進(jìn)行了整體的布局。由軟件的功能能夠分為兩個(gè)部分：①部分是執(zhí)行部分，用于完成其中的實(shí)質(zhì)功能；②監(jiān)控部分，它幫助協(xié)調(diào)執(zhí)行部分和操作部分這兩者之間的聯(lián)系。在整個(gè)系統(tǒng)中充當(dāng)調(diào)節(jié)者和事佬的角色，這兩部分軟件的設(shè)計(jì)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，例如執(zhí)行部分側(cè)重于算法效率，與硬件的關(guān)系非常緊密。

在軟件部分分析的過(guò)程中，把各個(gè)執(zhí)行的模塊逐一列舉出來(lái)，且對(duì)所有的執(zhí)行模塊的功能全部進(jìn)行輸出或輸入定義。在對(duì)所有的模塊集體進(jìn)行定義時(shí)，把所有能牽扯的實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)和類型也將同時(shí)規(guī)劃完畢。在所有的執(zhí)行模塊規(guī)劃完畢之后，就能進(jìn)行監(jiān)控程序操作了。執(zhí)行模塊的任務(wù)比較單純且明了，編程簡(jiǎn)單，但監(jiān)控程序出現(xiàn)的問題較多。最終利用Protues軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 仿真結(jié)果

6 結(jié)論

軟件的最終仿真結(jié)果顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)用按鍵來(lái)設(shè)定它的頻率、電壓等數(shù)值，系統(tǒng)輸出的波形為三角波，輸出頻率為 100～1000 Hz，其步進(jìn)值最小為1 Hz。系統(tǒng)所有的設(shè)置的參數(shù)都能通過(guò)LCD1602顯示，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了上述功能，系統(tǒng)可以連續(xù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，預(yù)期功能的體現(xiàn)，設(shè)計(jì)目標(biāo)的完成。

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TN741

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.058

2095－6835（2019）20－0130－02

〔編輯：王霞〕