正弦信號發(fā)生器

波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。本次課程設計使用的AT89S51 單片機構成的發(fā)生器可產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波等多種波形，波形的周期可以用程序改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結構緊湊等優(yōu)點。在本設計的基礎上，加上按鈕控制和LED顯示器，則可通過按鈕設定所需要的波形頻率，并在LED上顯示頻率、幅值電壓，波形可用示波器顯示。二、系統(tǒng)設計波形發(fā)生器原理方框圖如下所示。波形的產(chǎn)生是通過AT89S51 執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉換電路的輸出端得到相應的電壓波形。在AT89S51的P2口接5個按扭，通過軟件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，另有3個P2口管腳接TEC6122芯片，以驅(qū)動數(shù)碼管顯示電壓幅值和頻率，每種波形對應一個按鈕。此方案的有點是電路原理比較簡單，實現(xiàn)起來比較容易。缺點是，采樣頻率由單片機內(nèi)部產(chǎn)生故使整個系統(tǒng)的頻率降低。1、波形發(fā)生器技術指標1波形:方波、正弦波、鋸齒波；2幅值電壓:1V、2V、3V、4V、5V；3頻率:10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；2、操作設計1上電后，系統(tǒng)初始化，數(shù)碼顯示6個‘－’，等待輸入設置命令。2按鈕分別控制“幅值”、“頻率”、“方波”、“正弦波”、“鋸齒波”。3“幅值“鍵初始值是1V，隨后再次按下依次增長1V，到達5V后在按就回到1V。4“頻率“鍵初始值是10HZ，隨后在按下依次為20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1000HZ循環(huán)。三、硬件設計本系統(tǒng)由單片機、顯示接口電路，波形轉換D/A電路和電源等四部分構成。電路圖2附在后1、單片機電路功能:形成掃描碼，鍵值識別、鍵處理、參數(shù)設置；形成顯示段碼；產(chǎn)生定時中斷；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到D/A接口電路和顯示驅(qū)動電路。AT89S51外接12M晶振作為時鐘頻率。并采用電源復位設計。復位電路采用上電復位，它的工作原理是，通電時，電容兩端相當于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過對電容充電。RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始工作。AT89S51的P2口作為功能按鈕和TEC6122的接口。P1口做為D/A轉換芯片0832的接口。用定時/計數(shù)器作為中斷源。不同的頻率值對應不同的定時初值，允許定時器溢出中斷。定時器中斷的特殊功能寄存器設置如下:定時控制寄存器TCON＝20H；工作方式選擇寄存器TMOD=01H；中斷允許控制寄存器IE=82H。2、顯示電路功能:驅(qū)動6位數(shù)碼管顯示，掃描按鈕。由集成驅(qū)動芯片TEC6122、6位共陰極數(shù)碼管和5個按鈕組成。當某一按鈕按下時，掃描程序掃描到之后，通過P2口將數(shù)字信號發(fā)送到 TEC6122芯片。TEC6122是一款數(shù)字集成芯片。它的外接電壓也是+5V，并且由于數(shù)碼管的載壓較小，為了保護數(shù)碼管，必須在兩者間接電阻，大約是560歐。掃描利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，當某一按鍵按下時，掃描程序立即檢測到，隨后調(diào)用子程序，執(zhí)行相應的功能。3、D/A電路功能:將波形樣值的編碼轉換成模擬值，完成雙極性的波形輸出。由一片0832和兩塊LM358運放組成。DAC0832是一個具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC。目前生產(chǎn)的DAC芯片分為兩類，一類芯片內(nèi)部設置有數(shù)據(jù)寄存器，不需要外加電路就可以直接與微型計算機接口。另一類芯片內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，因此不能直接與微型計算機接口，必須通過并行接口與微型計算機接口。DAC0832是具有20條引線的雙列直插式CMOS器件，它內(nèi)部具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成8位電流D/A轉換，故不需要外加電路。0832是電流輸出型，示波器上顯示波形，通常需要電壓信號，電流信號到電壓信號的轉換可以由運算放大器LM358實現(xiàn)，用兩片LM358可以實現(xiàn)雙極性輸出。單片機向0832發(fā)送數(shù)字編碼，產(chǎn)生不同的輸出。先利用采樣定理對各波形進行抽樣，然后把各采樣值進行編碼，的到的數(shù)字量存入各個波形表，執(zhí)行程序時通過查表方法依次取出，經(jīng)過D/A轉換后輸出就可以得到波形。假如N個點構成波形的一個周期，則0832輸出N個樣值點后，樣值點形成運動軌跡，即一個周期。重復輸出N個點，成為第二個周期。利用單片機的晶振控制輸出周期的速度，也就是控制了輸出的波形的頻率。這樣就控制了輸出的波形及其幅值和頻率。四、 軟件設計主程序和子程序都存放在AT89S51單片機中。主程序的功能是:開機以后負責查鍵，即做鍵盤掃描及顯示工作，然后根據(jù)用戶所按的鍵轉到相應的子程序進行處理，主程序框圖如圖1所示。子程序的功能有:幅值輸入處理、頻率輸入處理、正弦波輸出、鋸齒波輸出、方波輸出、顯示等。下面是程序include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit LCP=P2^2;sbit SCP=P2^1;sbit SI=P2^0;sbit S1=P2^3;sbit S2=P2^4;sbit S3=P2^5;sbit S4=P2^6;sbit S5=P2^7;sbit DA0832=P3^3;sbit DA0832_ON=P3^2;uchar fun=0，b=0，c=0，d=0，tl，th;uchar code tab[10]={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f};uchar code tosin[256]={0x80，0x83，0x86，0x89，0x8d，0x90，0x93，0x96，0x99，0x9c，0x9f，0xa2，0xa5，0xa8，0xab，0xae，0xb1，0xb4，0xb7，0xba，0xbc，0xbf，0xc2，0xc5，0xc7，0xca，0xcc，0xcf，0xd1，0xd4，0xd6，0xd8，0xda，0xdd，0xdf，0xe1，0xe3，0xe5，0xe7，0xe9，0xea，0xec，0xee，0xef，0xf1，0xf2，0xf4，0xf5，0xf6，0xf7，0xf8，0xf9，0xfa，0xfb，0xfc，0xfd，0xfd，0xfe，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xfe，0xfd，0xfd，0xfc，0xfb，0xfa，0xf9，0xf8，0xf7，0xf6，0xf5，0xf4，0xf2，0xf1，0xef，0xee，0xec，0xea，0xe9，0xe7，0xe5，0xe3，0xe1，0xde，0xdd，0xda，0xd8，0xd6，0xd4，0xd1，0xcf，0xcc，0xca，0xc7，0xc5，0xc2，0xbf，0xbc，0xba，0xb7，0xb4，0xb1，0xae，0xab，0xa8，0xa5，0xa2，0x9f，0x9c，0x99，0x96，0x93，0x90，0x8d，0x89，0x86，0x83，0x80，0x80，0x7c，0x79，0x76，0x72，0x6f，0x6c，0x69，0x66，0x63，0x60，0x5d，0x5a，0x57，0x55，0x51，0x4e，0x4c，0x48，0x45，0x43，0x40，0x3d，0x3a，0x38，0x35，0x33，0x30，0x2e，0x2b，0x29，0x27，0x25，0x22，0x20，0x1e，0x1c，0x1a，0x18，0x16，0x15，0x13，0x11，0x10，0x0e，0x0d，0x0b，0x0a，0x09，0x08，0x07，0x06，0x05，0x04，0x03，0x02，0x02，0x01，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x01，0x02 ，0x02，0x03，0x04，0x05，0x06，0x07，0x08，0x09，0x0a，0x0b，0x0d，0x0e，0x10，0x11，0x13，0x15，0x16，0x18，0x1a，0x1c，0x1e，0x20，0x22，0x25，0x27，0x29，0x2b，0x2e，0x30，0x33，0x35，0x38，0x3a，0x3d，0x40，0x43，0x45，0x48，0x4c，0x4e，0x51，0x55，0x57，0x5a，0x5d，0x60，0x63，0x66 ，0x69，0x6c，0x6f，0x72，0x76，0x79，0x7c，0x80 };void displayunsigned char command{unsigned char i;LCP=0;fori=8;i>0;i--{SCP=0;ifcommand & 0x80==0{SI=0;}else{SI=1;}command<<=1;SCP=1;}LCP=1;}void key1void{fun++;iffun==4fun=0x00;}void key2void{tl++;iftl==0x1fth++;}void key3void{tl--;iftl==0x00th--;}void key4void{double t;int f;TR0=0;t=65535-th*256-tl*0.4;f=int1000/t;S3=tab[f%10];f=f/10;S2=tab[f%10];f=f/10;iff==0S1=0;elseS1=tab[f];TR0=1;}void key5void{tl--;iftl==0x00th++;}void judgevoid{uchar line，row，de1，de2，keym;P1=0x0f;keym=P1;ifkeym==0x0freturn;forde1=0;de1<200;de1++forde2=0;de2<125;de2++{;}P1=0x0f;keym=P1;ifkeym==0x0freturn;P1=0x0f;line=P1;P1=0xf0;row=P1;line=line+row; /*存放特征鍵值*/ifline==0xdekey1;ifline==0x7ekey2;ifline==0xbdkey3;ifline==0x7dkey4;}void time0_intvoid interrupt 1 //中斷服務程序{TR0=0;iffun==1{DA0832=tosin[b]; //正弦波b++;}else iffun==2 //鋸齒波{ifc<128DA0832=c;elseDA0832=255-c;c++;}else iffun==3 // 方波{d++;ifd<=128DA0832=0x00;elseDA0832=0xff;}TH0=th;TL0=tl;TR0=1;}void mainvoid{TMOD=0X01;TR0=1;th=0xff;tl=0xd0;TH0=th;TL0=tl;ET0=1;EA=1;while1{display;judge;}}五、心得體會開始的時候由于沒有經(jīng)驗，不知如何下手，所以就去圖書管找了一些書看，盡管有許多的設計方案，可是總感覺自己還是有許多的東西弄不太清楚，于是就請教同學。他常做一些設計，有一些經(jīng)驗。經(jīng)過他的解釋分析各方案之后，決定用查表的方法來做。這樣可以降低一些硬件設計的難度，初次設計應切合自己的水平。用8031需要擴展ROM，這樣還要進行存儲器擴展。而且現(xiàn)在8031實際中已經(jīng)基本上不再使用，實際用的AT89S51芯片有ROM，這樣把經(jīng)過采樣得到的數(shù)值制成表，利用查表來做就簡單了。我認為程序應該不大，片內(nèi)ROM應該夠用的。用LED顯示頻率和幅值，現(xiàn)有集成的接口驅(qū)動芯片，波形可通過示波器進行顯示，單片機接上D/A轉換芯片即可，這樣硬件很快就搭好了。我以為這些做好了，構思也有了，寫程序應該是相對容易的。誰知道，寫起程序來，才想到功能鍵要有掃描程序才行呀，我真的感到很難。那時真的有點想放棄？于是就去請教了老師，老師幫忙分析了一下，自己又查閱了一些資料，終于明白了掃描程序怎么寫。于是在自己的努力下，程序很快就寫好了。這次是我的第一個設計器件，盡管經(jīng)歷了不少的艱辛，但給我積累了一點設計的經(jīng)驗，最后也有點小小的成就感。后面的路還很長，我還的努力！參考文獻[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎〔M〕.北京:高等教育出版社，2003.345-362[2] 潘永雄，沙河，劉向陽.電子線路CAD實用教程〔M〕.西安:西安電子科技大學出版社，2001.13-118.[3] 張毅剛，彭喜源，譚曉昀，曲春波.MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997.53-61.更多電子問題請關注我！zhidao_ceo竭誠為您解答！