简易信号发生器
简易信号发生器
彭醒醒
( 吉林大学仪器科学与电气工程学院长春 130012 )
关键字:AT89C52信号发生器
摘要：目前使用的信号发生器大部分是模拟电路组成的，电路设计较为复杂，电路也不太稳定。为了设计一款结构简单、性能优良的信号发生器，本文采用了AT89C52单片机为控制器，DAC0832为数模转换器为核心的简易信号发生器。设计的电路以产生正弦波、方波、矩形波、三角波、据齿波，而且可以方便地设定输出信号的频率，用液晶显示波类别和波频率，得到的输出波形失真度低，频谱纯度高。
关键词: 信号发生器 D /A转换 AT89C52 频率幅度
0引言
在计算机控制技术、电子技术飞速发展的今天，信号发生器的应用越来越广，对信号发生器的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出信号的频率微调分辨率提出越来越高的要求，普通的频率源已经不能满足现代电子技术的高标准要求。国内外纷纷设计制作先进的信号发生器，从实用价值来看，各高校中信号发生器应用极为广泛，能够设计出低成本、高精度的信号发生器并推广使用具有非常重要的意义。基于单片机的信号发生器的设计，以性价比相对较高的AT89c52单片机为核心，以简单、廉价的元器件构筑，能够产生高精度、高纯度的方波、三角波、据齿波、正弦波，，锯齿波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832把数字信号转变为模拟信号，经OP07放大再经过滤波电路输出到示波器，与此同时外接8位LED显示输出信的类型和频率。同时可以实现波形自由切换，以及频率和幅度实时调整。
1系统硬件设计
外围电路的设计包括四部分：控制器核心部分、键盘控制电路设计、数模转换电路以及滤波电路设计。其中涉及到程序固化与存储能力、波形选择电路、时钟电路与复位电路、波形转换与电压放大功能、输出控制电路等部分。
采用Atmel公司的AT89C51单片机编程方法实现，该方法的可以通过编程的方法控制信号波形的频率和幅度，而在硬件电路不便的情况下，通过按键控制程序实现频率的变化和输出波形的选择，并同时在显示器显示相应的结果。D/A转换也称为数模转换，是把数字量变换成模拟量的线性电路。单片机产生的数字信号通过DAC0832转化成模拟信号，输出相应的电流值，通过OP07集成运算放大
器可以取出模拟量得电压值，最后利用示波器获得输出的模拟信号的波形；衡量数模转换的性能指标有分辨率、转换时间、精度、线性度等。
系统总体设计框图下图所示。
输入电路用于检测各按键开关的状态，并通过运算处理实现相应控制，显示电路用于显示波形频率与总类。DAC0832是系统的核心部分，为使芯片正常工作，必须提供一个基准频率，可以是晶体振荡器也可以是高精度振荡电路。为了使信号输出有一定的幅度与功率，在波形产生电路后增加放大电路模块，放大电路可以增加输出信号的准确度，具有更好的控制特性与准确性。为了对输出波形进行选择，由单片机控制多路模拟开关输入四路信号中的一路。将输人信号经电路转换后送入单片机。
2系统软件设计
2 .1系统主程序流程图
信号发生器的软件设计包括按键处理程序、显示电路，正弦波产生程序、方波产生程序、三角波产生程序、锯齿波产生程序几个主要部分。主程序的主要功能接收用户键盘输入的数据(信号参数的预制、选择)和控制指令，单片机发送数据及控制指令，按要求输出信号。
系统主程序流程图如图2所示。
根据功能要求，本软件设计了按键输入程序，用户可通过按键设置输出信号的频率，或选择输出正弦波、方波、三角波、据齿波等。当用户设定输出时，程序把参数送至单片机，并对单片机发出控制命令使其按要求输出需要的信号。
主程序模块主要完成的任务是对系统的初始化，初始化同时扫描是否有相应的功能键按下，如有，则转入相应的功能子程序进行相应的操作。
2. 2系统仿真及部分软件设计
先绘制电路，然后对设计的程序进行编译，生成*.HEX文件，在PROTEUS电子设计平台下件，加载到单片机中，得到的仿真图如图3所示。
2. 2. 1波形选择仿真
在运行过程中，改变接在P1.0口的按键改变当前模式状态，当处于0模式下，外部中断0可控制波形的选择，得到仿真结果如下图所示。
1.方波
（1）产生方波的原理
设个自变量使之延时一段时间，再另自变量在255时在延时与为0相同的时间，然后在重复上述过程。
（2）输出波形
（3）方波程序
void fangbo()
{ P2=0xff;
delay(d1-p);
P2=0x00;
delay(d2-p);
}
2.矩形波
矩形波就是通过对方波进行占空比调整得到
3.锯齿波
（1）产生锯齿波的原理
锯齿波中的斜线用一个个小台阶来逼近，在一个周期内从最小值开始逐步递增，当达到最大值后回到最小值，如此循环，当台阶间隔很小时，波形基本上近似与直线。适当选择循环的时间可以得到不同周期的锯齿波。锯齿波发生原理与方波类似，只是高低两个延时的常数不同，所以延时法，来产生锯齿波，设个自变量n让它不断地自加p，直到加到255，又自动归0。然后再不断地重复上述过程而产生锯齿波。
（2）输出波形
void juchibo()
{
for(n=0;n<255;n=n+p)
{P2=n;}
}
4.三角波
（1）产生三角波的原理设个自变量n,让其不断地自加p，直到加到255时，再求其对n进行不断地自减一直减到0，再不断地重复上述过程而产生三角波。
（2）输出波形
（3）三角波程序
void sanjiaobo()
{
for(n=0;n<255;n=n+p)
{
P2=n;
}
for(n=255;n>0;n=n-p)
{
P2=n;
}
}
5.正弦波
（1）利用存储的正弦波信号的数据进行不断循环的到。
（2）输出波形
void zhengxianbo()
{
for(n=0;n<256;n=n+p)
{
P2=sintab[n];
}
}
2 .2 .2波形频率调整
在运行过程中，当处于模式1时，通过改变P1.2和P1.3可实现频率的增减，观察被形的频率变化，图5是正弦波频率变化的情
况。
2 .2.3幅值调整
在运行中，通过调整RV1的值，观察到波形幅度发生改变，图6是当RV1分别处于20%和50%时的正弦波波形。
基于AT89C51的信号发生器可以输出正弦波、方波、三角波、据齿波，波形失真小，幅值输出准确，波形频率稳定度取决于频率基准信号，输出信号失真度低，在低频到高频部分都能有较好波形输出，达到了预期的设计目的。这种号发生器操作简单，显示直观而且价格低廉、可靠性高、灵活性好，具有很大的应用价值。
1.仿真电路图
2.实测波形：
（注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）