【正文】 式， 8 位數(shù)字信號一旦輸出，就直接進(jìn)入 DAC 寄存器進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。 在選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器時(shí)，通常要考慮到數(shù)字量的輸入方式、是否有鎖存器、數(shù)字量的位數(shù)、模擬 量的輸入形式、參考電源、轉(zhuǎn)換速率等因素。我們要用到兩塊 DAC0832 芯片，以完成方波、鋸齒波、正弦波的輸出。 具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?。共模輸入范圍包括?fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。 LM324 功能 在波形產(chǎn)生這部分，還用到的一個(gè) 重要的 電子 元器件就是 LM324。 雙緩沖方式： LE2 和 LE1 分別受不同信號控制，兩級寄存器先后接收數(shù)據(jù)。這拒絕于內(nèi)部信號 LE1 和LE2 各自受外部信號控制的情況。 AGND：模擬量地，即 Vref 及模擬 電壓的地線。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 13 頁 VCC：供電電源引腳，可接 +5V~+10V電壓。本芯片的電流建立時(shí)間為 1181。所謂電流建立時(shí)間，系指輸入數(shù)字量由全 0 變成 1 時(shí)，輸出電流自初始值達(dá)到滿量程177。欲得到與輸入數(shù)字量成正比的電壓輸出，必須外接運(yùn)算放大器，把此兩引腳輸出電信號轉(zhuǎn)換成電壓形式。 Iout1 和 Iout2：電流輸出引腳?；鶞?zhǔn)電壓決定 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出電壓的范圍：若 Vref 接 +10V，則輸出電壓范圍為 0~10V；若接 5V，則輸出電壓為+5V~0V。 D/A 轉(zhuǎn)換器隨時(shí)對 DAC寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號，輸入，低電平有效。此時(shí)輸入鎖存器的內(nèi)容根據(jù)輸入數(shù)據(jù)變化，但當(dāng) LE1 由于三輸入信號的變化而跳變成低電平時(shí)，則來自 D0~D7 的 輸入數(shù)據(jù)被鎖定在輸入鎖存器中。 WR1：輸入鎖存器的寫選通信號，輸入，低電平有效。 ILE：輸入數(shù)據(jù)鎖存允許信號，輸入，高電平有效。其運(yùn)作原理可從它的 20 個(gè)引腳之功能中領(lǐng)略到。 DAC0832 是以 CMOS 工藝制造的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，價(jià)格低廉，接口簡單，在單片機(jī)制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 6 DAC0832 引腳圖 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 12 頁 上圖是 DAC0832 的引腳圖。 圖 5 DAC0832 電路圖 一個(gè) 8位 D/A轉(zhuǎn)換器有 8個(gè)輸入端（其中每個(gè)輸入端是 8位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個(gè)模擬輸出端。 如下圖5 所示。 DAC0832 簡介 DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。利用 AT89S51 內(nèi)部一個(gè)高增益的反向放大器，把一個(gè)晶體振蕩器和兩個(gè)電容器組成自激振蕩電路，接于 XTAL1 和XTAL2 之間，電路如圖所示。為了能保證計(jì)算機(jī)的正常工作，內(nèi)部各個(gè)功能電路必須在該時(shí)鐘信號的同步下按時(shí)序工作 。這種設(shè)計(jì)使用元件少，而且計(jì)算簡便，只要兩個(gè)分壓電阻的阻值選擇適當(dāng)，可以使得分壓值達(dá)到復(fù)位需要，也可以使時(shí)間常數(shù) τ不太大，及時(shí)復(fù)位。 復(fù)位電 路的連接方法有很多，有上電復(fù)位電路、采用反向器的復(fù)位電路、按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。為響應(yīng)這一過程， CPU 發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號。 在啟動(dòng)的時(shí)候都需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)想要正常工作，那就讓它滿足一定的基本條件，我們稱之為最小應(yīng)用系統(tǒng)。 P3 口：作輸入 /輸出時(shí)同 P1 口。 P2 口： P2 口的第一功能和 P0 口的第一功能相同，即它可以作為通用 I/O 口使用。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，其緩沖器可接收輸出4TTL 門電流。第一種情況是 89S51 不帶片外存儲(chǔ)器，P0 口可以作為通用 I/O 口使用， － 用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。 單片機(jī) I/O 口 是本次設(shè)計(jì)中重點(diǎn)使用到的資源，因此下面對 I/O 口的功能說明 ： P0 口： P0 口共有 8 個(gè)引腳，其中 為最高位， 為最低位。 AT89S51 是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有 4KB 快閃可編程 /擦除只讀存儲(chǔ)器的8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易丟失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與 8051 引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。 單片機(jī)其最基本的結(jié)構(gòu)是將 CPU 和計(jì)算機(jī)外圍功能單元，如存儲(chǔ)器、 I/O 口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成的。是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中使用最廣泛的電子元件。第一級 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓為 5V，由電源以及分壓電路取得電壓。 第一級 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將 P1 口輸出的數(shù)字信號變成連續(xù)變化的的電流信號，這個(gè)電流信號經(jīng)過兩個(gè)集成運(yùn)算放大器組成的雙極型電壓輸出電路變化成電壓信號輸出。所以設(shè)計(jì)用兩片 DAC0832來輸出信號，第一片 D/A 用 來輸出信號，第二片 D/A 用來控制第一片 D/A 的基準(zhǔn)電壓。首先通過不同按鍵選擇輸出的波形、幅值、頻率等信息，然后根據(jù)要求由單片機(jī)輸出所需要信號的數(shù)字量，再由 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn) 換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬信號輸出，最后通過運(yùn)放轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出。有了充分的準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)才能有條不紊開始實(shí)施。從理論方面，對課題進(jìn)行了說明和論證，并提出了解決方案的初步方法，列出了總體方案框圖。輸出的波形就越標(biāo) 準(zhǔn)。 要產(chǎn)生鋸齒波，可以按增量規(guī)律反復(fù)給 D/A 轉(zhuǎn)換器送數(shù)字信號，并且由于送出電壓與時(shí)間成線性關(guān)系，因此相對也比較容易實(shí)現(xiàn)。 波形的產(chǎn)生 本設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生三種波形，分別為方波、鋸齒波以及正弦波。 正弦波和三角波的頻率控制方法都與上述方法相同，而方波的頻率控制是半周期計(jì)數(shù)，經(jīng)過半周期只需改變輸出為最大或最小電平即可。單片機(jī)只能產(chǎn)生離散頻率的信號，所以所得到的信號頻率不是連續(xù)的，而是離散的頻率點(diǎn)。計(jì)數(shù)次數(shù) =計(jì)數(shù)時(shí)間 /機(jī)器周期。兩次采樣點(diǎn)的輸出時(shí)間間隔是由定時(shí)、計(jì)數(shù)器來控制的，因此，通過控制不同的 計(jì)數(shù)初值就可以控制整個(gè)信號的頻率。采樣的點(diǎn)越密，信號失真度也就越小。為了能夠讓單片機(jī)輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)產(chǎn)生所需信號。由于 DAC0832 內(nèi)部具有鎖存器，所以只需向第二片 D/A 送值一次，直到下一次改變信號幅度。 軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思 幅度控制 由于 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準(zhǔn)電壓來控制，所以控制第二片 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號幅度。波形的輸出是由按鍵來控制的。 在顯示部分，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示 。 輸入輸出電路的構(gòu)思 在本設(shè)計(jì)中，鍵盤顯示部分我們用到四個(gè)按鍵。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 3 頁 第 2 章 設(shè)計(jì)的整體構(gòu)思 電路整體框圖如下圖 1 所示： 圖 1 系統(tǒng)整體框圖 本課題是主要思想是： 從 單片機(jī)處理系統(tǒng) 查詢頻率存儲(chǔ)單元 （ 存放信號頻率值 ） ，并開始執(zhí)行信號生成程序，通過 D/A 轉(zhuǎn)換器和兩級運(yùn)算放大器，將數(shù)字量變成模擬量，從而得到超低頻的 波形 信號，其 波形 信號的 頻率可以由鍵盤快速方便的調(diào)節(jié)。利用單片機(jī)來設(shè)計(jì)一款數(shù)字式低頻信號發(fā)生器，主要技術(shù)指標(biāo)包括： 波形：方波、正弦波、鋸齒波； 幅值電壓： 1V、 2V、 3V、 4V、 5V； 頻率： 10Hz、 20Hz、 50Hz、 100Hz、 200Hz、 500Hz、 1KHz 課題包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分，其中硬件部分要完成原理電路圖的設(shè)計(jì)以及制作。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。 本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來產(chǎn)生低頻信號，其頻率底線很低。體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 2 頁 需的 RC 要很大。但是這種電路存在波形質(zhì)量 差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在多級電路傳遞網(wǎng)絡(luò)、電容與電感組合電路、電容與電阻組合電路及信號調(diào)制器的頻率、相位的特性測試中它都得到廣泛的應(yīng)用。 信號發(fā)生器種類比較繁 多，性能上各有差異，但是它們都可以產(chǎn)生不同頻率的正弦波、 調(diào)幅波、調(diào)頻波信號 ,以及各種頻率的方波、三角波、鋸齒波和正負(fù)脈沖波信號等 。實(shí)驗(yàn)室，我們經(jīng)常采用數(shù)字信號發(fā)生器作為信號源來產(chǎn)生各種頻率幅值不同的波形以滿足不同實(shí)驗(yàn)的不同要求。因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一?，F(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革新。該信號源的特點(diǎn)是：體積小、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)方便、功能齊全。文中簡要介紹了 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理和接口方法，波形產(chǎn)生的原理以及波形頻率幅值調(diào)節(jié)控制的方法。為了實(shí)驗(yàn)、研究方便，研制一種靈活適用、 功能齊全、使用方便的信號源是十分有必要的。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁 低頻數(shù)字信號發(fā)生器的設(shè)計(jì) 學(xué) 校： 昆明理工大學(xué) 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 指導(dǎo)教師單位： 昆明理工大學(xué) 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 講師 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 2 頁 The Design of Digital Signal Generator of Low Frequency University: Kunming University of Science and Technology Major: Electronic Information Engineering Name: Name of Advisor: Unit of Advisor: Kunming University of Science and Technology Professional Title: Lectorate 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 3 頁 目 錄 摘要 ......................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................... II 第 1 章 緒論 ............................................................................................................................ 1 概述 .......................................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)要求 .................................................................