【正文】 波等特殊波形是通過函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生的。與此同時還有兩個更為重要的問題： 1 當(dāng)時是通過電位器的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率，所以很難將頻率固定在某一特定的數(shù)值上。這些新的發(fā)生器性能指標(biāo)同樣相對于一開始的信號發(fā)生器有了大幅度的提高，而在機(jī)械結(jié)構(gòu)以及功能上都有了明顯的改善。那個年代的科技發(fā)張水平有限，因次最一開始的信號發(fā)生器的器件結(jié)構(gòu)相對于 現(xiàn)在要復(fù)雜很多，功率大，電路簡單，所以發(fā)張的速度非常緩慢。 它 不 只是能夠 產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，鋸齒波 等 ，信號發(fā)生器還要通過模擬來輸出不規(guī)則的信號用來形成實(shí)際的環(huán)境信號。通過軟硬件的仿真調(diào)試來表明電路輸出頻率的穩(wěn)定性較好。 設(shè)計目的和意義 單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛，具有廣泛的使用價值。該低頻信號發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定、準(zhǔn)確、波形質(zhì)量好、操作方便、體積小、耗電少等特點(diǎn) , 滿足了工業(yè)領(lǐng)域?qū)π盘栐吹囊?。簡易低頻信號源設(shè)計 I 摘 要 信號發(fā)生器是一種經(jīng)常使用的設(shè)備，由純粹物理器件構(gòu)成的傳統(tǒng)的設(shè)計方法存在許多弊端，如體積較大、重量較沉、移動不方便、信號失真較大，無法滿足用戶對精度、便攜性、穩(wěn)定性等要求。從調(diào)試結(jié)果看，該系統(tǒng)能 控制產(chǎn)生方波、三角波、正弦波，頻率范圍 11KHz、信號幅度 05V，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)規(guī)定的功能。當(dāng)前信號發(fā)生器總的趨勢是向著頻率覆蓋、低功耗、高頻率精度、多功能、自動化和智能化方向發(fā)展。本設(shè)計要求輸出信號的頻率較低，因此使用了單片機(jī)作為控制器，用 D/A轉(zhuǎn)換器以及 LM324放 大電路來輸出相應(yīng)波形。 現(xiàn)如今電子技術(shù)發(fā)展速度十分迅 速，信號發(fā)生器對于電路測試等一些專業(yè)領(lǐng)域來說，要求也隨著科技的發(fā)展越來越高，對精確度也越來越高。在 40年代因?yàn)橥ㄐ藕屠走_(dá)技術(shù)的發(fā)展需求而被用于測試不同的接收機(jī)。多出了很多新種類的發(fā)生簡易低頻信號源設(shè)計 2 器如函數(shù)發(fā)生器，掃頻信號發(fā)生器等。模擬的元器件岑在著一些明顯的缺點(diǎn)如尺寸規(guī)格打，價格昂貴以及功耗巨大，信號波形越復(fù)雜電路也會隨之變得復(fù)雜，兩者之間成正比。 1975年任意波形發(fā)生器被研發(fā)，讓信號發(fā)生器的種類多了一個品類。在一些其他領(lǐng)域中也會需要借助任意波形發(fā)生器來產(chǎn)生一些非標(biāo)準(zhǔn)的，特殊的波形來實(shí)現(xiàn)目的。 21世紀(jì)是一個高速發(fā)展的時代，隨著集成電路的發(fā)展創(chuàng)新，出現(xiàn)了可以擁有多種工作頻率的 DDS芯片，于此同時也促進(jìn)了函數(shù)發(fā)生器的發(fā)展，具體的體現(xiàn)主要有一下幾個方面：（ 1）曾近因?yàn)轭l率的低應(yīng)用范圍狹小，而現(xiàn)在輸出波形頻率的提高讓波形發(fā)生器運(yùn)用到了諸多領(lǐng)域中去。最新的儀器都具有多種特性并且可以執(zhí)行不同功能。而單片機(jī)已經(jīng)在不知不覺中滲透到了我們生活中，簡易低頻信號源設(shè)計 3 現(xiàn)在幾乎很難找到?jīng)]有單片機(jī)存在的領(lǐng)域。 由 單片機(jī)所構(gòu)成的 器件都有著較 高 的可靠性以及 高性能 的 價格比， 這樣的器件早已 被廣泛的應(yīng)用在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等 其它 領(lǐng)域 中 ， 并且在洗衣機(jī)、微波爐及 音響汽車 等生活用品中也運(yùn)用了單片機(jī) ， 我們的 生活中已經(jīng) 處處可見它的 應(yīng)用。正是因?yàn)?單片機(jī) 具有不同的結(jié)構(gòu)形式，在一些應(yīng)用 到的 領(lǐng)域中，它完成 的許多工作都是很 多大中型的計算機(jī)以及通用微型計算機(jī) 無法完成的任務(wù) 。 2 單片機(jī) 是 “ 麻雀雖小， 五臟俱全”，它 十分適合應(yīng)用于很多領(lǐng)域中 的控制用途。 并 且內(nèi)部 是采用 總線結(jié)構(gòu)， 這種結(jié)構(gòu)可以減少芯片之間繁瑣的 連線，這 樣可以提高單片機(jī)的可靠性以及抗干擾能力。 通過 單片機(jī) 和程序設(shè)計 來產(chǎn)生 的低頻信號，有著非常 低 的下限頻率 。 簡易低頻信號源設(shè)計 5 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 低頻信號發(fā)生 器采用單片機(jī)波形合成發(fā)生器產(chǎn)生高精度，低失真的正弦波電壓，可用于校驗(yàn)頻率繼電器，同步繼電器等，也可作為低頻變頻電源使用。 本文描述 了 輸出波形的原理、硬件電路 方案 和軟件 編寫 的設(shè)計 思路 。低頻信號發(fā)生器開始工作時，供電電源為低頻信號發(fā)生器提供相應(yīng)工作電壓 VCC，發(fā)光二極管發(fā)光顯示系統(tǒng)正在工作狀態(tài)，通過按鍵控制來完成相應(yīng) 的工作任務(wù)，波形選擇按鍵控制輸出不同的信號波形（方波，鋸齒波，三角波，以及正弦波），而頻率選擇按鈕控制輸出信號的頻率值以完成信號控制。輸出波形穩(wěn)定，精度高，濾波好，抗干擾效果好，連接簡單，性價比高。 方案三：通過 MAX038作為主控芯片形成電路 再輸出波形。 AVR單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)是 8位機(jī)和 16位機(jī)的結(jié)合體，也就是說他包括了局部寄存器堆（ 32個寄存器文件）和單體高速輸入 /輸出的方案（即輸入捕獲寄存器，輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯）。 方案二：采用 MSP430系列單片機(jī)。 51單片機(jī)對于初學(xué)者來說較容易掌控。在制作 PCB板前，我又查閱了一些資料以及對店家的詢問了解到了 89S51。此外，它的成本相對于 89C51來說更加的低廉。矩陣式按鍵的按鍵點(diǎn)是在行、列母線構(gòu)成的矩陣電路交叉處。獨(dú)立式按鍵的軟硬件都相對簡單一些只是會占用一些 I/O端口。首先各模塊初始化，保證程序運(yùn)行不會出錯，然后按鍵選擇，處理程序，通過不同的按鍵來選擇波形和頻率大小，同時液晶屏顯示波形名稱和頻率大小，最后由示波器來顯示波形大小。 在程序的 空閑模式下， CPU會 暫停工作，而 RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng) 仍然可以 繼續(xù)工作， 在 掉電模式 下 凍結(jié)振蕩器 從 而保存 RAM中 的數(shù)據(jù)，同時 停止芯片其它功能 運(yùn)行直到 外 部 中斷 被 激活或 者硬件復(fù)位。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 入 1時 ，此時定義為 高阻輸入。 P1端 口 可以當(dāng)作輸入在 管腳寫入 1后同時 被內(nèi)部上拉為高 電平 ， 因?yàn)閮?nèi)部上拉的原因， P1端 口 輸出電流 時， 外部 被下拉為低電平 。 P2端口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。當(dāng)P3端 口 寫入 1后，它們的內(nèi)部被上拉為高電平，并當(dāng)作輸入。輸入緩沖器其實(shí)就是兩個在圖中表示的三角形。對地的低阻抗出現(xiàn) ,此時即使 1為引腳上輸入的信號，外加的 1信號讀入后也不一定是 1其原因是由于端口的低阻抗使得信號變低。 RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間在振蕩器復(fù)位器件時要保持。因此對外部 輸出的脈沖或用于定時便是它可用作的目的。置位一旦是微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止時無效。 /EA/VPP：在當(dāng) /EA保持低電平時的期間內(nèi) ，外部程序存儲器（ 0000HFFFFH）就不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖 32 89S51的時鐘脈沖 圖 32中： J通常都是石英晶體，它的頻率的大小通過系統(tǒng)的需要和器件決定，可以使用陶瓷濾波器如果頻率穩(wěn)定度要求不高。結(jié)束復(fù)位信號后，從程序存儲器的“ 0000H”處開始， CPU執(zhí)行程序。最后就是自動復(fù)位，即設(shè)計一個復(fù)位電路，一個復(fù)位信號在系統(tǒng)滿足某一條件時自動產(chǎn)生。這個 DA芯片的優(yōu)勢在于它價格低廉、接口簡單、易于轉(zhuǎn)換控制，被廣泛運(yùn)用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。 (3) IOUT2：模擬電流輸出端 2，輸出電流最大 時 ， DAC寄 存器中的數(shù)據(jù)全為 1， ，輸出電流為 0時 ， DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為 0。 VREF端與 D/A內(nèi)部 T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 8位 DAC寄存器端是 高電平“ 1” 時 ， WR2和 XFER同時有效。 簡易低頻信號源設(shè)計 14 主要有三種不同的設(shè)計 方案 可以制作低頻信號發(fā)生器分別是 單緩沖方式，雙緩沖方式和直通方式。 DAC0832主要有 四部分，分別是 8位輸入寄存器、 8位 DAC寄存器、 8位 D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路。 DAC0832的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號 ，是本 設(shè)計 電路中的主要芯片。 簡易低頻信號源設(shè)計 15 圖 36 LCD1602實(shí)物圖 工作原理： LCD1602 有 11 個控制指令。此外，液晶的偏壓管腳（ VO）接到一個 電位器 的中間抽頭，電位器的兩端分別接 5V 和地，這樣就可通過調(diào)節(jié)電位器來實(shí) 現(xiàn)對 1602 液晶對比度的調(diào)節(jié)。 圖 38 按鍵原理圖 簡易低頻信號源設(shè)計 16 放大電路 LM324是四 運(yùn)放集成電路，它 的外包封裝是 14腳雙列直插塑料。 LM324的引腳排列見圖 310 圖 310 LM324引腳圖 因?yàn)?LM324芯片的優(yōu)點(diǎn)是 電源電壓 的取值范圍大 ，靜態(tài)功 率消 耗小，可 以通過 單電源 來 使用，價格 便宜 等，所以在各種電路中都被廣泛的應(yīng)用。電路無需調(diào)試。按圖中所給數(shù)值， Av=10。 同相交流放大器： 見附圖，同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高其中的 R1R2組成 1/2V+分壓電路通過R3對運(yùn)放進(jìn)行偏置。而對信號源的影響極小。這種有源帶通濾波器的中心頻率，在中心頻率 fo處的電壓增益 Ao=B3/2B1，品質(zhì)因數(shù)， 3dB帶寬 B=1/（п *R3*C）也可根據(jù)設(shè)計確定的 Q、 fo、 Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。 圖 313有源帶通濾波器 此電路亦也可以用單電源， 只需將運(yùn)放正輸入端偏置在 1/2V+并將電阻 R2下端接到運(yùn)放正入端既可。 圖 314 比較器原理圖 附圖中使用兩個運(yùn)放組成一個電壓上下限比較器，電阻 R R1ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放 A1設(shè)定比較電平 U1；電阻 R R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放 A2設(shè)定比較電平 U2。若選擇 U2 U1，則當(dāng)輸入電壓在 [U2， U1]區(qū)間范圍時， LED點(diǎn)亮，這是一個“窗口”電壓指示器。分壓電路由電阻 R R2組成，偏置電壓 U1由運(yùn)放 A1負(fù)輸入端提供，作為比較電壓基準(zhǔn)。顯然，提高 U1或增大 R C1的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時時間增長，反之則縮短。程序開始時，延時然后液晶盒定時器相繼初始化，然后掃描按鍵，通過掃描按鍵來產(chǎn)生數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符，同時液晶顯示波形名稱和頻率大小，在中斷函數(shù)中完成波形的產(chǎn)生。 正弦波程序 圖 45 正弦波程序流程圖 如果P0254 開始 P0=0 P0+2 P0=0 延時 Y N Y N 簡易低頻信號源設(shè)計 24 正弦波的產(chǎn)生是讀取正弦波的數(shù)據(jù)表。 Keil C51軟件 中包含了大量 的 庫函數(shù) 和功能強(qiáng)大的集成開 發(fā)調(diào)試工具 以及 Windows界面 系統(tǒng) 。IDE本身或其它 編輯器 編輯 C或匯編源文件 都可以被開發(fā)人員用 。 使用獨(dú)立的 Keil仿真器 時，應(yīng)注意： 1 仿真器 的晶振 是標(biāo)配 ， 然而 在仿真器上的晶振插孔中 ，用戶可以 換插其他頻率的晶振。在開發(fā)大型軟件時 更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。它 包含了 其它EDA工具軟件的仿真功能， 仿真 單片機(jī) 及外圍器件。在編譯方面， IAR、 Keil和 MATLAB等多種編譯 也被支持 。前者 能夠在一定 程度上 達(dá) 到 實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的 形象 效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 PROTUES不僅提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件 庫，還提供了修改電路設(shè) 計的靈活性、以及實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的 虛擬儀器 、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。相信 PROTUES也將會被應(yīng)用得愈來愈廣泛。以上 4鐘波形 每產(chǎn)生一個波形需中斷 128次 所以周期 =128*定時器溢出時間。 break。 a=252。 } } break。 } break。 break。 簡易低頻信號源設(shè)計 30 6 結(jié)論 信號發(fā)生器 是一種經(jīng)常使用的設(shè)備，由純粹物理器件構(gòu)成的傳統(tǒng)的設(shè)計方法存在許多弊端，如體積較大、重量較沉、移動不方便、信號失真較大，無法滿足用戶對精度、便攜性、穩(wěn)定性等要求 。 信號發(fā)生 系統(tǒng)軟硬