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1、目录目录一、引言一、引言 二、电路设计二、电路设计 2.12.1 信号产生部分信号产生部分 2.22.2 频率显示部分频率显示部分 2.32.3 简易低频信号源信号产生的电路原理图简易低频信号源信号产生的电路原理图 2.42.4 控制部分控制部分2.4.1 AT89C52 的主要性能2.4.2 AT89C52 单片机的引脚排列图2.52.5 数数/ /模转换部分模转换部分2.5.1 DAC0832 的主要性能2.5.2 DAC0832 引脚功能2.5.3 DAC0832工作方式2.62.6 显示部分显示部分2.6.1 用集成芯片 555555 构成的施密特触发器电路2.6.2 数码管显示三、软
2、件程序设计三、软件程序设计3.13.1 初始化子程序初始化子程序3.23.2 键扫描子程序键扫描子程序3.33.3 波形数据产生子程序流程图波形数据产生子程序流程图3.43.4 频率显示子程序频率显示子程序3.53.5 主程序主程序四、四、程序编译与下载程序编译与下载五、总结五、总结附件附件 A A 低频信号产生的原理图 1频率测试的原理图 2附件附件 B B 对应原理图的 PCB 板图附件附件 C C 程序清单基于基于 AT89C52AT89C52 低频信号发生器的设计低频信号发生器的设计摘摘 要：要：本文采用一片 AT89C52AT89C52 单片机和一片 DAC0832DAC0832 数
3、模转换器组成数字式低频信号发生器，该装置能控制输出方波、正弦波、三角波，并将频率通过 LEDLED数码管显示出来。它具有价格低、性能高和在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等特点。本文给出了硬件原理方框图及软件流程图，分析说明了该信号发生器的主要特点及工作过程。关键词：关键词：AT89C52AT89C52，DAC0832DAC0832 转换器，555555 芯片 , 施密特触发器1 1 引言引言在工业自动化系统中，经常要用一些信号作为测量基准信号或输出信号。随着工业的发展，对信号的保真度、频率的稳定性和准确性、幅值的稳定性提出了越来越高的要求，作为电子系统必不可少的组成部分的信号源，
4、在很大程度上决定了系统的性能，因而常称之为电子系统的“心脏”1。在科学研究、工程教育及生产实践中，常常需要用到低频信号发生器。如工业过程控制、教学实验、机械振动、生物医学等领域8。目前，长期使用的信号发生器绝大部分都是由模拟电路构成的，这类仪器作为信号源，频率达百兆赫，在高频范围内其频率稳定性与可调性好。而用于低频信号输出时，其需要 RC 值很大，参数准确度难以保证，而体积大，损耗也大。目前，已有人研究制造了由数字电路构成的低频信号发生器，其低频性能好，但是体积较大，价格较贵2,3。本文介绍一种采用一片 AT89C52 单片机和一片 DAC0832 数模转换器做成的数字式低频信号发生器，它的特
5、点是：价格低、性能高，在低频范围稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等显著优点。2 电路设计电路设计2.1 信号产生部分信号产生部分本文设计的装置采用按键控制，能输出0.150Hz的方波、三角波和正弦波信号，其中正弦波和三角波信号可以用按键选择输出，输出信号的频率可以在0.150Hz范围内调整。由于输出信号的频率较低，因此考虑使用单片机作为控制器，用中断查表法完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。方波信号直接由单片机的端口输出。结合功能要求情况，决定使用AT89C52单片机作为控制器，用DAC0832作为D/A转换器。功能按键使用单片机的3个端口。系统原理框图如下图 1。控 制
6、 键AT89C52 单片机控制器P1 口开 始P3.7DAC0832D0D7正弦波(三角波)输出方波输出图 1 系统原理框图2.22.2 频率显示部分频率显示部分频率显示部分运用简单的数码管显示，并且由AT89C52 单片机控制，由于方波由单片机直接输出，且可直接通过LED 显示它的频率；而三角波和正弦波则需要通过555芯片组成的施密特触发器进行波形的转换以后才可以通过LED显示其频率。2.32.3 简易低频信号源信号产生的电路原理图简易低频信号源信号产生的电路原理图低频信号源信号产生的电路原理图如下图 2。图 2 简易低频信号源信号产生的电路原理图2.42.4 控制部分控制部分2.4.1 A
7、T89C52 的主要性能AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入 /输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2个
8、读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S系列的才支持在线编程 )。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。2.4.2 AT89C52 单片机的引脚排列图AT89C2052 单片机的引脚排列图如下图 3。图 3 AT89C52AT89C52 单片机的引脚排列图2.52.5 数数/ /模转换部分模转换部分DAC0832 是CMOS 工艺制造的8 位数/模(D/A)转换器，属于8 位电流输出型D/A转换器，转换时间为1s，内带输入数据直接写入方式，当单片机把一个数据直接DAC寄存器时，DAC
9、0832 的输出模拟电压信号随之对应变化。利用D/A 转换器可以产生各种波形，如方波、三角波、锯齿波等以及它们组合产生的复合波形和不规则波形。这些复合波形利用标准的测试设备是很难产生的9。2.5.1 DAC0832的主要性能1输入的数字量为8位2采用CMOS工艺，所有引脚的逻辑电平与TTL兼容3数据输入可采用双缓冲，单缓冲或直通方式4转换时间：1 5精度：1LSB6分辨率：8位7单一电源：515V，功耗20 8参考电压：-10+10V2.5.2 DAC0832 引脚功能DAC0832 引脚排列图如下图 4。图 4 DAC0832引脚排列图DAC0832引脚功能：1D7D0：8位数据量输入2IL
10、E：数据输入锁存允许，高电平有效3CS：片选4WR1：输入寄存器写信号。当ILE、CS 、WR1 同时有效时，数据装入输入寄存器，实现输入数据的第一级缓冲5XFER ： 数据传送控制信号，控制从输入寄存器到DAC寄存器的内部数据传送6WR2 ： DAC 寄存器写信号。当XFER和WR2均有效时，将输入寄存器中的数据装入DAC寄存器并开始D/A转换，实现输入数据的第二级缓冲7Vref ：参考电压源。电压为-10+108Rfb ：内部反馈电阻接线端9IOUT1 DAC电流输出1。其值随输入数字量线性变化10IOUT2 DAC电流输出2。 当DAC寄存器内容全为1时，IOUT1=最大，IOUT2=0
11、； 当DAC寄存器内容全为0时，IOUT1=0，IOUT2=最大；当 DAC 寄存器内容全为N 时，IOUT1=VREF N/(256Rfb) ，IOUT2=VREF/Rfb-IOUT1；无论N值多大，IOUT1+IOUT2=VREF/Rfb(1-28)=常数VREF/Rfb；11VCC 工作电源。其值为+515V；12AGND 模拟信号地线；13DGND 数字信号地线；2.5.3 DAC0832工作方式1比缓冲工作方式：进行两级缓冲；2单缓冲工作方式：只进行一级缓冲；3直通工作方式：不进行缓冲，适用于比较简单的场合。在微机应用系统中，通常使用的是电压信号，而DAC 0832输入的是电流信号。
12、这就需要由运算放大器组成的电路实现转换。其中有输出电压各自极性固定的单位性输出和在随动系统中输出电压有正负极性的双极性输出两种输出方式。待转换的8位数字量由芯片的8位数据输入线D0D7输入，经DAC0832转换后，通过2个电流输出端IOUT1和IOUT2输出，IOUT1是逻辑电平为“1“的各位输出电流之和，IOUT2是逻辑电平为“0“的各位输出电流之和。另外，ILE、CS 、WR1 、WR2 和XFER 是控制转换的控制信号。DAC0832 由8位输入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换电路组成。输入寄存器和DAC 寄存器作为双缓冲，因为在CPU 数据线直接接到DAC0832 的输入端时，
13、数据在输入端保持的时间仅仅是在CPU 执行输出指令的瞬间内，输入寄存器可用于保存此瞬间出现的数据。有时，微机控制系统要求同时输出多个模拟量参数，此时对应于每一种参数需要一片DAC0832，每片DAC0832 的转换时间相同，就可采用DAC 寄存器对CPU 分时输入到输入寄存器的各参数在同一时刻开始锁存，进而同时产生各模拟信号10。控制信号ILE、CS 、WR1 用来控制输入寄存器。当ILE 为高电平，CS为低电平，WR1 为负脉冲时，在LE 产生正脉冲；其中LE 为高电平时，输入寄存器的状态随数据输入线状态变化，LE 的负跳变将输入数据线上的信息存入输入寄存器。控制信号WR2和XFER用来控制
14、8位A/D转换器。当XFER为低电平，WR2输入负脉冲时，则在LE 产生正脉冲；其中LE 为高电平时，DAC寄存器的输入与输出的状态一致，LE负跳变，输入寄存器内容存入DAC寄存器。控制信号WR2和XFER用来控制8位A/D转换器。当XFER为低电平，WR2输入负脉冲时，则在LE 产生正脉冲；其中LE 为高电平时，DAC寄存器的输入与输出的状态一致，LE负跳变，输入寄存器内容存入DAC寄存器。2.62.6 显示部分显示部分2.6.1 用集成芯片 555 构成的施密特触发器电路555 引脚图如下图 5。图 5 555555 引脚图 555电路的内部电路含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个
15、放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。本文采用 555 芯片组成的施密特触发器原理结构图如下图 6 所示。图 6 施密特触发器原理结构图施密特触发器是一种特殊的双稳态时序电路，与一般的双稳态触发器相比，它具有如下两个特点：1、施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号同样适用。只要输入信号电平达到相应的触发电平，输出信号就会发生突变，从一个稳态翻转到另一个稳态，并且稳态的维持依赖于外加触发输入信号。2、对于正向和负向增长的输入信号，电路有不
16、同的阈值电平。这一特性称为滞后特性或回差特性。施密特触发器的典型应用：施密特触发器的典型应用有波形变换、脉冲整形、幅值鉴别等。波形变换：施密特触发器能将正弦波、三角波或任意形状的模拟信号波形变换成方波。脉冲整形：经传输后的方波脉冲往往由于干扰及传输线路的分布电容等因素而使信号发生畸变，出现前、后沿变坏或信号电平波形上叠加脉冲干扰波等现象。用施密特触发器，选择适当的回差电压UT，即可对输入信号整形后输出。幅值鉴别：施密特触发器能在一系列幅值各异的脉冲信号中鉴别出幅值大于UT+的脉冲，并产生对应的输出信号。施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。它在性能上有两个重要的特点：1、输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。具有两个阈值电压VT-、VT+，具有滞回特性，抗干扰能力强。2、在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。利
