基于单片机的低频信号发生器设计..

基于单片机的低频信号发生器设计摘要本文设计低频信号发生器，以AT89C52单片机为核心，通过键盘输入控制信号类型和频率的选择，采用DA转换芯片输出相应的波形，同时以示波器进行实时显示信号相关信息，采用汇编语言进行编程，可实现方波，三角波。锯齿波，正弦波四中波形的产生，且波形的频率可调。经测试该设计方案线路优化，结构紧凑，性能优越，满足设计要求。关键词：单片机，DA转换，信号发生器ABSTRACTLowfrequencysignalgeneratordesign,thispaperUSESAT89C52single-chipmicrocomputerasthecore,throughthekeyboardinputcontrolsignaltypeandfrequencyofchoice,withDAconversionchipoutputcorrespondingwaveform,atthesametime,theLEDdisplayinformationreal-timedisplaysignal,usingassemblylanguageprogramming,whichcanrealizesquarewave,trianglewave.Productionofsawtooth,sinewave4waveform,andthefrequencyofthewaveformisadjustable.Bytestingthedesignschemeofcircuitoptimization,compactstructure,superiorperformance,meetthedesignrequirements.KeyWords:Singlechipmicrocomputer,DAconversion,signalgenerator目录摘要..............................................................................................................................................1ABSTRACT.................................................错误!未定义书签。1设计要求及方案选择.....................错误!未定义书签。1.1设计要求.....................................................31.2方案选择.....................................................32理论分析与设计.............................................................................................................42.1按键电路的分析与设计.........................................42.2D/A转换模块的分析与设计.....................................53电路设计.............................................................................................................................63.1硬件电路的设计...............................................63.2软件的设计..................................................114系统测试..............................................................................................................................174.1调试所用的基本仪器清单......................................174.2调试结果....................................................174.3测试结果分析................................................175总结.........................................................................................................................................17参考文献...................................................................................................................................181设计要求及方案选择1.1设计要求（一）任务利用单片机与D/A转换器件DAC0832设计一个低频信号发生器，能产生正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。（二）要求1．基本要求（1）输出波形可用按键选择。（2）设计电路（3）在KEIL中编辑、编译、调试程序，并在protuse中仿真。2．扩展部分（选作）（1）输出正弦波幅度：Vppm≥20V.（2）输出负载能力：≥250Ma。3.写出设计报告（报告有规定格式要求）1.2方案选择依据应用场合.需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。依据不间的设计要求选取不同的设计方案。通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。有些场合可能还需要任意波形的产生。各种波形共有的指标有：波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异。其具体的实现方法具体有以下几种：方案一：采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它足一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成屯路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除-些，但不能完全滤除掉。方案二：釆用単片函数发生器（如8038).8038可以同时产生方波，三角波和正弦波等，而且方法简单易行,用D/A转换器的输出来调制电H压也可以实现数控调整频率,但是产生的信号频率的稳定性差。方案二：可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则采用专门的函数倍号发生器1C产生。早期的函数倍号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等,它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生史高频率的信号，调节方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。方案四：釆用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器的输出频率锁定在所需要的频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，而且电路复杂不容易实现。方案五：釆用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程来控制波箱的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下可以通过改变程序来实现频率的改变。该种方案要对AT89C52中片机的各个I/O口允分利用。这样总体来说，能对中片机各个接口都利用上,而不多用其它芯片，从而减小了系统的成本。比较几种方案，方案一波形不理想，方案二所产生的频率信号不够稳定，方案二不能更好的体现所学知识而且效果不佳，方案四电路复杂不容易实现，方案五在低频范围内稳定性好、操作方便、功耗小、耗电少，而且方案更加满足设计的要求，在完成设计的同时能够更好的发挥间学们的各种各样的想法。综合考虑，方案五各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，所以本设计采用方案五。2理论分析与设计2.1按键电路的分析与设计键盘电路是整个电路的控制部分。通过K1控制产生方波，K2控制产生三角波，K3控制产生正弦波，K4控制产生锯齿波。调幅与调频本应采用另连个键控制，但在分析DAC0832的输出，U=(Vref/2n)*D，由此公式可知,输出波形的幅度与Vref的大小有关，所以我们通过控制Vref的大小来改变波形的幅度，以简化我们的程序。频率我们采用P2口控制，通过控制P2口的大小来改变程序中循环次数，来达到控制延时的目的，继而控制了频率。键盘接口如下图图2.1键盘接口电路2.2D／A转换模块的电路分析与设计数模转换电路采用的是DAC0832芯片。它是一种使用较多的8位D/A转换器，其转换时间lus，工作电压为+5V到+15V,基准电压-10V到+10V。由于其内部有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器，故可进行两级缓冲操作，使操作有很大的灵活性，本设计采用单缓冲方式。DAC0832与AT89C52的连接。单机P0口与数模转换器的数据口连接，为保证单片机P0口的驱动能力，在P0口加上上拉电阻。数模转换电路的连接如下图：图2.2数模转换电路的连接图3电路设计3.1硬件电路的设计3.1.1硬件电路连接图图3.1硬件电路连接图3.1.2芯片说明（1）AT89C52单片机图3.2为AT89C52单片机引脚图图3.2单片机引脚图AT89C51管脚说明：VCC：供电电压GND：接地P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的笫八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时,P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。PI口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，PI口作为第八位地址接收。P2口：P2口为个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL)这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，耍保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节，在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0，此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令足ALE才起作用。此外，该引脚被略微拉髙。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA；VPP：当VEA持低电平时，则在:此期间外部程储器(000