基于微控制器的數(shù)字信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn)

白苗潔成都理工大學信息科學與技術學院

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基于微控制器的數(shù)字信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn)

白苗潔
成都理工大學信息科學與技術學院

摘要：本設計是基于單片機STC89C52的多功能波形發(fā)生器。由STC98C52、D/A轉換、LM324運放放大器、示波器液晶顯示、外圍電路構成的數(shù)字信號發(fā)生器。利用STC89C52單片機產生數(shù)字信號波形，再通過D/A轉換將數(shù)字信號轉換成模擬信號，在經過有LM324組成的運放電路放大信號，由示波器輸出，之后再經過有LM324組成的反向電路使得模擬信號反向輸出，最后，一起顯示在示波器里。

關鍵字：STC89C52單片機 DA轉換 數(shù)字信號

1　研究背景及前景

不論是在生產還是在科研與教學上，信號發(fā)生器都是電子工程師仿真實驗的最佳工具。隨著我國經濟和科技的發(fā)展，對相應的測試儀器和測試手段也提出了更高的要求，信號發(fā)生器己成為測試儀器中至關重要的一類，因此開發(fā)信號發(fā)生器具有重大意義。傳統(tǒng)的信號發(fā)生器采用專用芯片，成本高，控制方式不靈活?，F(xiàn)在很多設計利用單片機靈活的控制、豐富的外設處理能力，實現(xiàn)頻率、幅值可調的函數(shù)波形的輸出，同時可以根據(jù)需要方便地實現(xiàn)各種比較復雜的調頻、調相和調幅功能，具有良好的實用性。

2　系統(tǒng)設計及方案

經過再三考慮，確定方案如下：利用STC89C52單片機采用程序設計的方法產生方波、矩形波、三角波、正弦波四個波形，再通過D/A轉換器DAC0832將數(shù)字信號轉換成模擬信號，濾波放大，再通過反向電路，最終由示波器顯示出來。通過由STC8C52產生的數(shù)字信號通過DAC0832轉換為模擬信號，有數(shù)字量的大小直接和模擬信號的頻率成正比。因為單片機本身的可提供的最大頻率并不是很穩(wěn)定，所以在單片機P2端口處加排阻連接在一起，又此來確定波形的最大頻率。本設計用單片機控制所產生信號的幅度，并且充分地利用了單片機強大的程序控制和計算功能，采用查表的方法利用軟件生成了各種信號，從而大大地節(jié)省了硬件開銷，動態(tài)地實現(xiàn)了目標信息的模擬。

3　硬件選擇及設計

3.1單片機模塊

STC89C52單片機是一種低功耗、高性能8位單片微型計算機。它把構成計算機的中央處理器CPU、存儲器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構成較為完整的計算機、而且其價格便宜。

3.2D/A轉換模塊

D/A轉換是由最常用的DAC0832來完成，主要優(yōu)點有：分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us；可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調整其線性度；單一電源供電（+5V～+15V）；低功耗，20mW。而且相對其他D/A轉換設施DAC0832容易入手，可快速掌握。

3.3運放模塊

在運放模塊中，現(xiàn)實常用的芯片有LM358，TL062，TL072，TL082，LF353，NE5532等等，在這里我選擇的是LM324，主要是因為在以前的實訓中使用過LM324，所以比較熟悉它的性能。

3.4反向電路模塊

因為在運放模塊中選擇的是LM324，所以為了節(jié)約成本，所以反向電路用的也是LM324。使用LM324也可以提高集成度，使得做出的電路板面積減小，易于使用。

3.5鍵盤模塊

矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的按鍵觸點接于由行、列母線構成的矩陣電路的交叉處。當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行和列線都斷開，行線都呈高電平。當某一個鍵閉合時，該鍵所對應的行線和列線被短路。

4　軟件設計

單片機內部數(shù)據(jù)只能以0，1輸出，所產生的信號都是離散的信號。為了能夠讓單片機實現(xiàn)函數(shù)信號輸出功能，采用對信號采樣，量化的方法。在設計中，對正弦信號進行采樣，通過查表來實現(xiàn)輸出不團的幅度值。采樣點越密集，信號失真度就越小。對于三角波的輸出，就是實現(xiàn)兩次循環(huán)，通過有最小值到最大值和由最大值到最小值的循環(huán)來實現(xiàn)三角波的輸出。方波的輸出時間間隔由軟件通過定時、計數(shù)器來控制。鋸齒波的輸出就是三角波的1/2步驟由最小到最大，一直重復這個步驟。

5　波形產生程序的設計

產生指定波形可以通過DAC來實現(xiàn)，不同波形產生實質上是對輸出的二進制的數(shù)字量進行相應改變來實現(xiàn)的。

（1）方波信號是利用定時器中斷產生的，每次中斷時，將輸出的信號反向即可。

（2）三角波信號是將輸出的二進制數(shù)字信號依次加1，達到0xff時依次減1，并實時將數(shù)字信號經D/A轉換得到。

（3）鋸齒波信號是將輸出的二進制數(shù)字信號依次加1，達到0xff時置為0x00并實時將數(shù)字信號經D/A轉換得到的。

（4）正弦波是利用MATLAB將正弦曲線均勻取樣后，得到等間隔時刻的y方向上的二進制數(shù)值，然后依次輸出后經D/A轉換得到。

參考文獻

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