【正文】 立的信號(hào)源，也可以是高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜儀及其它自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的組成部分。 并且 采用單片機(jī)仿真軟件，設(shè)計(jì)并制作波形發(fā)生器的印制電路板（ PCB） 。 實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際波形的頻率和幅度一致。 [1]國產(chǎn) SG1060數(shù)字合 成波形發(fā)生器能雙通道同時(shí)輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，頻率覆蓋范圍為 1μHz～ 60MHz；國產(chǎn) S1000 型數(shù)字合成掃頻波形發(fā)生器通過采用新技術(shù)、新器件實(shí)現(xiàn)高精度、寬頻帶的掃頻源，同時(shí)應(yīng)用 DDS 和鎖相技術(shù)，使頻率范圍從 1MHz～ 1024MHz 能精確地分辨到 100Hz，它既是一臺(tái)高精度的掃頻源，同時(shí)也是一臺(tái)高精度的標(biāo)準(zhǔn)波形發(fā)生器。用以上原理設(shè)計(jì)的波形發(fā)生器，其輸出波形一般只有兩種，即正弦波和脈沖波，其零點(diǎn)不可調(diào)，而且價(jià)格也比較貴，一般在幾百元左右。在無標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)發(fā)生儀器時(shí)，本設(shè)計(jì)可以作為簡(jiǎn)單的波形發(fā)生器使用。 2) 輸出正弦波中不能含有尖峰干擾。 方案三 ： 利用專用直接數(shù)字合成 DDS 芯片實(shí)現(xiàn)函數(shù)波形發(fā)生器。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。 FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，密度高，速度快，穩(wěn)定性好等許多有點(diǎn)。 頻率調(diào)整模塊方案設(shè)計(jì) 方案一： 采用 AD0808 將模擬電壓量轉(zhuǎn)換為 8 位數(shù)字量，然后將這個(gè) 8 位數(shù)字量送給單片機(jī)，這種方式占用系統(tǒng)資源較多，運(yùn)行的效率太低，編寫工作量大而復(fù)雜。 鍵盤模塊 方 案設(shè)計(jì) 方案一： 采用獨(dú)立按鍵，按鍵的數(shù)目少，但是它擁有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作，執(zhí)行效率高等優(yōu)勢(shì)。每個(gè)點(diǎn)陣字符 基于單片機(jī)的 波形發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 7 位都可以顯示一個(gè)字符。但串行數(shù)據(jù)傳輸速度慢 ,當(dāng)頻率較高時(shí) ,必須減少每周期輸出的點(diǎn)數(shù) ,這將會(huì)導(dǎo)致階梯現(xiàn) 象更加明顯 ,因此 ,此方案不宜使用。C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 40176。 方案二： LM324 系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四 運(yùn)算放大器 。 基于單片機(jī)的 波形發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 9 圖 LM324 的引腳排列圖 LM324 芯片接口說明： 1， 2， 3 腳是一組 ； 5， 6， 7 腳是一組 ； 8， 9， 10 腳是一組 ； 12， 13,14 腳是一組； 剩下的兩個(gè)腳是電源 ； 1， 7， 8， 14 是各組放大器的輸出腳； 其它的就是輸入腳。 1）利用單片機(jī)產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波等信號(hào)波形，信號(hào)的頻率和幅度可變。對(duì)應(yīng)的正弦值為 176。用戶源程序大小不受限制，有豐 富的窗口顯示方式，能夠多方位、動(dòng)態(tài)地展示程序的執(zhí)行過程。 圖 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 對(duì)圖 說明如下： （ 1） 單片機(jī)晶振電路 ： 單片機(jī)外圍的晶振電路是通過單片機(jī)的第 18（ XTAL1） 引腳， 19（ XTAL2）引腳接入， XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 由上述計(jì)算可知，該電路產(chǎn)生波形的峰峰值和直流偏移調(diào)節(jié)的范圍 達(dá)到并超過了題目要求的范圍。此液晶顯示具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的設(shè)計(jì) 17 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件編程語言方案設(shè)計(jì) 單片機(jī)系列的編程語言常用的有兩種，一種是匯編語言，一種是 C 語言。 Java 取消了指針操作，提高了安全性。主程序流程圖如圖 所示 [9]。 2） 方波 產(chǎn)生子程序 流程圖 見圖 。單片機(jī)的 I/O 輸出均為 +5 V 的 TTL 電平，因此產(chǎn)生的正弦波（以正弦波為例）幅值為 + V。 （ 3） 為了節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口資源，加了 8 位并入串出的移位寄存器74LS165 來將撥碼開關(guān)的 8 位數(shù)字量送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后改變波形的頻率。 基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的設(shè)計(jì) 26 5 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試與數(shù) 據(jù) 處理 軟件仿真及 軟件 程序調(diào)試 軟件仿真 環(huán)境 在 軟件中進(jìn)行硬件電路的原理圖的繪制和仿真，在仿真的過程中，由于考慮到單片機(jī)的可用 I/O 口只有 32 個(gè)，若將 8 位撥碼開關(guān)直接接到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口會(huì)導(dǎo)致 LCD 的顯示接口不能與單片機(jī)有效的連接，因此最后采用 8 位并入串出的移位寄存器 74LS165 來實(shí)現(xiàn)兩根數(shù)據(jù)線就可以與單片機(jī)連接，達(dá)到單片機(jī)實(shí)時(shí)采集撥碼開關(guān)的 8 位數(shù)字量來改變波形的頻率。 圖 正弦波 產(chǎn)生子程序流程圖 R0 指向正弦數(shù)據(jù)表頭 根據(jù) R0 查表，輸 出數(shù)據(jù) 讀撥碼開關(guān)狀態(tài)，取反后存入 R3 R0=R0+1 數(shù)，延時(shí) R0=254？ R0=R01 根據(jù) R0 查表，輸出數(shù)據(jù) 以 R3 為延時(shí)常數(shù)，延時(shí) R0=R01 R0=9？ R0=0？ 返回 Y N Y N 以 R3 為延時(shí)常數(shù)，延時(shí) 讀撥碼開關(guān)狀態(tài)，取反后存入 R3 基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的設(shè)計(jì) 25 2 ） 正弦波產(chǎn)生原理 方法一： 采用分立元件構(gòu)成非穩(wěn)態(tài)的多諧振振蕩器，根據(jù)具體需要加入積分電路等構(gòu)成波形發(fā)生器。鋸齒波發(fā)生原理與方波類似，只是高低兩個(gè)延時(shí)的常數(shù)不同，所以用延時(shí)法，來產(chǎn)生鋸齒波。 基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的設(shè)計(jì) 18 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是在 WAVE6000 的集成開發(fā)環(huán)境下，采用匯編語言完成了應(yīng)用系統(tǒng)軟件 編程，包括主程序、產(chǎn)生四種常用信號(hào)的程序、按鍵功能子程序和顯示子程序等子程序模塊。 (2) C 語言的語法限制不太嚴(yán)格，對(duì)變量的類型約束不嚴(yán)格，影響程序的安全性，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查等。單片機(jī)與 PC 機(jī)的接口方案如圖 所示。其電路圖如圖 。12V，故均未達(dá)到飽和。 （ 2）單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST：復(fù)位輸入。用 STC89C52 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元 ， STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示。 而每次送到 DAC0832 的八位數(shù)字量是根據(jù)查正弦波形數(shù)據(jù)表格而得到 [6]。 波形產(chǎn)生相關(guān)理論 DAC0832 是 8 位的 D/A 轉(zhuǎn)換器件，其工作電壓是 0—5V，當(dāng)輸入 00H 數(shù)字量的時(shí)候，輸出為 0V 電壓；當(dāng)輸入 07FH 數(shù)字量的時(shí)候，輸出為 電壓；當(dāng)輸入 0FFH 數(shù)字量的時(shí)候，輸出為 5V 電壓。 0406030201000507WRWRCSCSRF BRF BV RE FV RE FV RE F8G ND3V C C20CS1W R 12DI 34DI 25DI 16DI 07RF B9G ND10I O UT 111I O UT 212DI 713DI 614DI 515DI 416X F E R17W R 218I L E ( B Y 1 /B Y 2 )19U1DA C08 3 2321411U3L M 3 2 4100% 123R V 11 0 0 ko u tABCDU3( V + )U3( V ) 圖 DAC0832 轉(zhuǎn)換部分電路圖 利用 STC89C52 單片機(jī)、 DAC083 8 位撥碼開關(guān)設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生 正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波的頻率、幅值、 波形可調(diào)的 波形發(fā)生器。15V 電源標(biāo)準(zhǔn)的 5V 電源電壓。 ILE 腳與 5V 電源相連接， （ 3） 單片機(jī)對(duì) DAC0832 的控制原理 當(dāng) DAC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用 。 DAC0832 芯片介紹 美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DAC0832 是 一種 具有 8 位分辨率、雙通道 輸出的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片。 綜合以上三種方案，從電路的簡(jiǎn)單程度和成本的角度我們選擇方案二。這種方式占用單片機(jī) I/O 資源較多，沒有驅(qū)動(dòng)要加 CD4511 等外加電路，并且效率低，程序編寫量大而復(fù)雜。 基于單片機(jī)的 波形發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 6 幅度調(diào)整模塊方案設(shè)計(jì) 方案一： 采用將 DAC0832 的 RFB 引腳接一個(gè) 100k 的滑動(dòng)變阻器來改變DAC0832 的基準(zhǔn)電壓 Vref，由 DAC0832 的輸出電壓 Vo=(Vref/2^8)*N(N 為單片機(jī)送給 DAC0832的 8位數(shù)字量 )知道， 改變基準(zhǔn)電壓 Vref就可以改變 DAC0832的輸出電壓，從而達(dá)到波形幅度的改變。 方案三： C89C52F005 單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與89C52 兼容的微控制器內(nèi)核，與 MCS51 指令集完全兼容。 控制模塊方案設(shè)計(jì) 方案一： 用單片 STC89C52 作為系統(tǒng)的主控核心。方案二的電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣，輸出 的波形易受外界環(huán)境影響 ， 不穩(wěn)定。在設(shè)計(jì)前對(duì)各種方案進(jìn)行了比較： 方案一 ： 用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波到正弦波以及集成運(yùn)放組成的電路實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器。系統(tǒng)以 89C52 單片機(jī)為核心，配置相應(yīng)的外設(shè)及接口電路，該系統(tǒng)的軟件可運(yùn)行于 wave6000 的集成開發(fā)環(huán)境下，硬件電路原理圖設(shè)計(jì)完成后，通過 對(duì)電路進(jìn)行仿真和軟件調(diào)試。再在 DAC0808 輸出端加上一些電壓變換電路，就完成了一個(gè)頻率、幅值、零點(diǎn)均可調(diào)的多功能波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。 低頻：頻率范圍為幾十 HZ 到幾百 KHZ。在通信、廣播、電視系統(tǒng) ， 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，函數(shù)波形發(fā)生器在實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。 該波形發(fā)生器主要由兩部分組成：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)， 在系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)中，以 STC89C52 單片機(jī)為核心，通過 I/O 接口設(shè)計(jì)，擴(kuò)展了 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、波形選擇按鍵、并行輸入串行輸出模塊 74LS165 和 LCD1602 頻率 、 幅度顯示模塊。 關(guān)鍵詞 波形發(fā)生 器 /STC89C52/LCD1602/DAC0832 基于單片機(jī)的 波形發(fā)生器 的設(shè)計(jì) II THE DESIGN OF WAVEFORM GENERATOR BASED ON SINGLECHIP MICROCONTROLLER ABSTRACT This article describes the the design of the waveform generator based on singlechip, the entire system through the microcontroller STC89C52 controls the DAC0832 that can finish convertting eight digital into the five waveform analog output of sine wave, square wave, triangle wave, saw tooth wave and pulse wave. The waveform generator consists of two parts: system hardware design and system software design, in the system hardware design, the microcontroller STC89C52 is the core of the design, through I/O interface design to extend the DA converter module, waveform selector buttons, 74LS165 module the parallel input string line output and the LCD1602 module of frequency, magnitude of the display. And through the SCM simulation software to design and produce of the printed circuit board (PCB) of the waveform generator. System software design is done with assembly language in the integrated development environment WAVE6000, including the main Program, four waveform generator subroutine, key functions and display