正弦信号发生器

波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本次课程设计使用的AT89S51 单片机构成的发生器可产生锯齿波、三角波、正弦波等多种波形，波形的周期可以用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑等优点。在本设计的基础上，加上按钮控制和LED显示器，则可通过按钮设定所需要的波形频率，并在LED上显示频率、幅值电压，波形可用示波器显示。二、系统设计波形发生器原理方框图如下所示。波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在AT89S51的P2口接5个按扭，通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，另有3个P2口管脚接TEC6122芯片，以驱动数码管显示电压幅值和频率，每种波形对应一个按钮。此方案的有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。缺点是，采样频率由单片机内部产生故使整个系统的频率降低。1、波形发生器技术指标1波形:方波、正弦波、锯齿波；2幅值电压:1V、2V、3V、4V、5V；3频率:10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；2、操作设计1上电后，系统初始化，数码显示6个‘－’，等待输入设置命令。2按钮分别控制“幅值”、“频率”、“方波”、“正弦波”、“锯齿波”。3“幅值“键初始值是1V，随后再次按下依次增长1V，到达5V后在按就回到1V。4“频率“键初始值是10HZ，随后在按下依次为20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1000HZ循环。三、硬件设计本系统由单片机、显示接口电路，波形转换D/A电路和电源等四部分构成。电路图2附在后1、单片机电路功能:形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。AT89S51外接12M晶振作为时钟频率。并采用电源复位设计。复位电路采用上电复位，它的工作原理是，通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始工作。AT89S51的P2口作为功能按钮和TEC6122的接口。P1口做为D/A转换芯片0832的接口。用定时/计数器作为中断源。不同的频率值对应不同的定时初值，允许定时器溢出中断。定时器中断的特殊功能寄存器设置如下:定时控制寄存器TCON＝20H；工作方式选择寄存器TMOD=01H；中断允许控制寄存器IE=82H。2、显示电路功能:驱动6位数码管显示，扫描按钮。由集成驱动芯片TEC6122、6位共阴极数码管和5个按钮组成。当某一按钮按下时，扫描程序扫描到之后，通过P2口将数字信号发送到 TEC6122芯片。TEC6122是一款数字集成芯片。它的外接电压也是+5V，并且由于数码管的载压较小，为了保护数码管，必须在两者间接电阻，大约是560欧。扫描利用软件程序实现，当某一按键按下时，扫描程序立即检测到，随后调用子程序，执行相应的功能。3、D/A电路功能:将波形样值的编码转换成模拟值，完成双极性的波形输出。由一片0832和两块LM358运放组成。DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设置有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口。另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，因此不能直接与微型计算机接口，必须通过并行接口与微型计算机接口。DAC0832是具有20条引线的双列直插式CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器LM358实现，用两片LM358可以实现双极性输出。单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，的到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制了输出的波形的频率。这样就控制了输出的波形及其幅值和频率。四、 软件设计主程序和子程序都存放在AT89S51单片机中。主程序的功能是:开机以后负责查键，即做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理，主程序框图如图1所示。子程序的功能有:幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、锯齿波输出、方波输出、显示等。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; /*存放特征键值*/ifline==0xdekey1;ifline==0x7ekey2;ifline==0xbdkey3;ifline==0x7dkey4;}void time0_intvoid interrupt 1 //中断服务程序{TR0=0;iffun==1{DA0832=tosin[b]; //正弦波b++;}else iffun==2 //锯齿波{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、心得体会开始的时候由于没有经验，不知如何下手，所以就去图书管找了一些书看，尽管有许多的设计方案，可是总感觉自己还是有许多的东西弄不太清楚，于是就请教同学。他常做一些设计，有一些经验。经过他的解释分析各方案之后，决定用查表的方法来做。这样可以降低一些硬件设计的难度，初次设计应切合自己的水平。用8031需要扩展ROM，这样还要进行存储器扩展。而且现在8031实际中已经基本上不再使用，实际用的AT89S51芯片有ROM，这样把经过采样得到的数值制成表，利用查表来做就简单了。我认为程序应该不大，片内ROM应该够用的。用LED显示频率和幅值，现有集成的接口驱动芯片，波形可通过示波器进行显示，单片机接上D/A转换芯片即可，这样硬件很快就搭好了。我以为这些做好了，构思也有了，写程序应该是相对容易的。谁知道，写起程序来，才想到功能键要有扫描程序才行呀，我真的感到很难。那时真的有点想放弃？于是就去请教了老师，老师帮忙分析了一下，自己又查阅了一些资料，终于明白了扫描程序怎么写。于是在自己的努力下，程序很快就写好了。这次是我的第一个设计器件，尽管经历了不少的艰辛，但给我积累了一点设计的经验，最后也有点小小的成就感。后面的路还很长，我还的努力！参考文献[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础〔M〕.北京:高等教育出版社，2003.345-362[2] 潘永雄，沙河，刘向阳.电子线路CAD实用教程〔M〕.西安:西安电子科技大学出版社，2001.13-118.[3] 张毅刚，彭喜源，谭晓昀，曲春波.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1997.53-61.更多电子问题请关注我！zhidao_ceo竭诚为您解答！