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1、数字波形发生器的设计摘 要 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。本函数发生器采用89C52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和液晶显示电路等。电路采用89C52单片机与一片DAC0832数模转换器组成低频信号发生器。通过按键控制可分别控制选择输出的幅值和频率，同时用1602显示器显示幅值和频率.本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。关键词 AT89C52 DACO832 波形发生器1 序言波形发生器是一种常用的信号源，广泛的应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域，是现代测试领域
2、内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源。由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察。测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最为广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号，如锯齿波、三角波、梯形波等，因而广泛应用于通信、雷达、导航、宇航等领域3。自单片机广泛应用以来，各种器件日益智能化，而智能的实现需要各种信号。可以预见，波形发生器已成为重要的产品，发展前景十分看好。市场上精度高的波形发生器十分昂贵，结构复杂，如何降低成本普及产品是目前波形发生器的
3、重要课题。2. 系统总体设计思路概述2.1数字波形发生器的方案论证总体方案设计方案一：利用D/A转换器输出的模拟量与输入数字量成正比关系这一特点，将D/A转换器作为微机输出接口，CPU通过程序向D/A转换器输出随时间呈现不同变化规律的数字量，则D/A转换器就可输出各种各样的模拟量，如方波、三角波、锯齿波、正弦波等。此方案可满足题目的要求，产生波形程序控制，并通过按键选择幅值电压和频率，并在LCD1602液晶屏中显示相应幅值电压和选择的频率，按键选择频率、幅值、波形。优点是结构简单，满足此次设计条件，,实际发现此方案的优点是电路原实现比较容易，缺点是程序较长,单片机速度低不能持续调节频率和幅值。
4、 方案二：由晶体管，运放IC通用器件组成，用8038函数发生器件功能少产生波形。缺点是精度不高，频率上限较低，缺点是频率和占空比不能独立调节，相互影响1。 方案三：运用模拟电路输出波形，通过单片机控制输出，但实际上设计条件要求很高，结构复杂，不具可行性1。 综上,方案一较符合实际条件,具有可操作性。2.2功能与基本原理设计要求：产生数字可控信号，要求波形、频率和幅值可调，范围尽可能大。根据题目要求，经过仔细考虑各种因素，制定整体设计方案：本次设计波形的产生采用单片机实现，在89C52的P2口接4个按钮，通过软件编程来选择幅值、电压和频率，一个总的控制按键，一个按键控制幅值电压，一个控制频率，一
5、个控制波形的选择。在LCD1602上实时显示频率和幅值。波形的产生是通过STC89C52执行波形发生程序，产生波形的数字编码，向数模转换芯片DAC0832输入波形的数字编码，从而在DAC0832输出端得到相应的电流波形，再通过电路得到电压波形。本系统的总体框图如图所示：按键控制单片机LM324运放电路输出DAC0832转换1602显示 图2-13 硬件系统设计总的硬件电路由单片机、波形转换（D/A）电路、显示接口电路、键盘接口电路等部分组成。下面对各部分分别介绍。3.1.STC89C52单片机模块STC89C52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Fl
6、ash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STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。STC89C52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个读写口线，STC89C52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
7、效地降低开发成本2。 模块功能：通过运行程序产生符合要求的数字编码。本次设计采用的是内部时钟方式，晶振的振荡频率12MHz，机器周期为1us。 实际可用到部分包扩时钟电路、复位电路如图3.1.1所示采用40个引脚，双列直插式封装，用HMOS工艺制造，其外部引脚排列如图3.1.1所示。图3.1.1.89C52单片机引脚图应用引脚功能如下：P0口与DAC0832的D0-D7数据输入端相连，P1口接入液晶显示器LCD1602。P2口用来连接切换按钮VCC接5V电源正端，GND接电源地端。3.2.波形转换（D/A）电路模块模块功能：单片机向0832发送输出波形的数字编码，产生不同的输出。将波形样值的编
8、码转换成模拟值，完成波形输出。单片机向0832 发送数字编码，产生不同的输出。DAC0832完成8为电流D/A转换，向 LM324输入电流信号，运算放大器LM324将电流信号转换成电压信号，输出电压模拟信号。两个15k电阻并联的阻值与7.5k的电阻阻值相等，电压输出值与DAC0832电流输出值相等。即V(out)=I(out).波形转换（D/A）电路图如下3.2.1所示：3.2.1波形转换（D/A）电路图3.2.1.DAC0832芯片DAC0832完成8为电流D/A转换，输出为电流模拟信号，0x7f，0x90，0xa1 0xb2，0xc3，0xd4，0xe5分别对应D/A输出的0V，2V,4V
9、,6V,8V,10V,12V3。DAC0832芯片应用引脚功能如下DI0DI7： 数据输入线，接入89C52P1口。IOUT1、IOUT2 ： 电流输出引脚，将转换的信号接入LM324。/WR1：输入寄存器的写选通信号。ILE ： 数据允许锁存信号，高电平有效；/XFER: 数据传送信号，低电平有效。/WR2为DAC寄存器的写选通信号。VREF ： 基准电源输入引脚 。RFB ： 反馈信号输入引脚，反馈电阻在芯片内部。VCC： 电源输入引脚。AGND： 模拟信号地DGND： 数字地。3.2.2. LM324芯片LM324为四运放集成电路，可用正电源330V，或正负双电源1.5V15V工作4。L
10、M324引脚排列见图3.2.1.1。3.2.1.1LM324引脚3.3.显示接口电路模块由LCD1602液晶显示器和三个按钮组成。当第一个按键按下一次后，程序开始扫描，再由第二个按键控制显示幅值，第三个按键控制显示频率。有单片机的P0口和P2口将数字信号发送到LCD1602。LCD1602是专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，它的外接电压也是5V扫描利用软件程序实现，其与单片机的连接如图3.3.1所示2。 模块功能：驱动LCD1602液晶显示频率，显示幅值 。3.3.1.LCD1602引脚1602引脚功能：LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口如下所
11、示。VS:电源地VDD:电源正极。VL:液晶显示偏压。RS:数据/命令选择。R/W:读/写选择。E:使能信号。D0:数据。1.3. 按键模块本设计中有四个按键，分别为总控制按键、频率转换按键、幅值转换按键、波形选择按键。其与单片机的连接如图所示。4.系统软件设计4.1.显示子程序频率显示：建立频率要显示的数组6行，复位后1602显示数组第0行，keytemp=0，Key1按一次， keytemp+1，1602显示数组第keytemp+1行幅值显示：建立幅值7行，Key2按一次，keytemp2+1，1602显示keytemp2*2（+-012v）。流程图如下：开始开始N判断key2是否按下判断
12、key1是否按下N YY1602显示程序Keytemp2+1keytemp+11602显示程序 显示第0行1602显示程序1602显示程序显示0v显示第keytemp+1行显示keytemp2*2行4.2.波形选择子程序建立方波、三角波、正弦波的数组：初始p=0，p=1、2、3;Key3按下一次,p+1，P=1，选择方波,P=2,选择三角波，P=3，选择正弦波流程图如下：开始判断key4是否按下 YP+1P=1P=3P=2输出正弦波输出三角波输出方波4.3.频率调节子程序 Key1按一次， keytemp+1 ，keytemp对应不同freq值，延时freq次查表输出一个值，得到不同频率的波形
13、流程图如下：开始初始化程序Key1键是否按下 Ykeytemp+1输出不同频率值波形延时freq次对应不同freq值4.4.幅度调节子程序每个波形建立7个数组，对应各种不同幅值的波形，Key2按一次， keytemp2+1，每个keytemp2值对应一个特定幅值波形，keytemp2=0、1、2、3、4、5、6。流程图如下：开始Key2键是否按下 Ykeytemp2+1主程序输出特定幅值波形4.5. 总控制子程序key3键按下，开启主程序，执行计数器计数，开启液晶LM1602程序流程图如下：开始YY开启频率调节程序开启幅度调节程序Key3键是否按下Y开启计数器每125ms溢出4.6.主程序控制
14、子程序，使软件能产生不同型号的波形。流程图如下：开始初始化程序频率、幅值显示有变化Key3键是否按下Y扫描幅度调节子程序扫描频率调节子程序无变化执行下一步6.调试与测试结果 6.1. 硬件调试整个硬件调试过程基本顺利，由于采用了分单元模块制作，各单元电路工作稳定，给调试工作带来很大的方便。各单元调试通过以后，进行整机调试，调试结果显示，整个系统能够正常工作。6.2. 软件调试由于对51系列单片机编程不是很熟悉，在对波形频率上没能成功,没有得到预期的结果。 调试结果6.3液晶显示结果图方波波形图频率：f=1000/freq，freq可设置，freq与频率无线性关系，f不能持续可调。附录 实验结果与实际要求对比1. 多波形中其他波形不好控制,无法得到频率幅度持续变化
