锯齿波发生器要点

目录摘要一、设计要求 (2)二、设计原理 (2)三、硬件部分 (7)四、软件部分 (11)五、调试过程及结果 (13)六、实验设计总结 (14)摘要随着科技的发展和现代科研的需要，信号发生器已经成为了很多行业进行研究测试不可或缺的工具，但目前使用波形发生器大部分体积大，可靠性差，准确度低。

因此为了实验研究方便，研制一种体积小、可靠性强、准确性高的波形发生器显得尤为重要。

AbstractWith the development of technology and modern scientific research, the signal generator industry has become a lot of research and testing an indispensable tool, but most of the waveform generator using bulky, poor reliability, low accuracy. Therefore, in order to facilitate the experimental studies, the development of a small size, high reliability, high accuracy is particularly important waveform generator.题目：单片机输出锯齿发生器 一、设计要求（1）用单片机设计一个锯齿波发生器，要求输出频率范围为1KHz ～10KHz ；幅度范围Vpp ≈10v 连续可调；上升斜率连续可调；直流偏置±5V 连续可调（2）选择电路方案，确定电路方案的设计。

计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。

二、设计原理根据任务书的要求，需要设计锯齿波发生器环节，输出波形还需要一种可调节电路。

锯齿波发生器原理图2.1. 锯齿波发生器主要有迟滞比较器和RC 充放电电路组成。

比较器属于信号处理的一种，他的作用是将输入信号的电平进行比较，然后把比较的结果输出。

实验采用的迟滞比较器的特点是：单输入增大及减少时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性呈现出“滞回”曲线的形状。

控制 旋钮CP u O整体电路工作原理2.2、 锯齿波发生器电阻、电容的计算锯齿波发生器电路如下：设二极管导通的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。

当U01=+Uz 时，D1导通，D2截止，输出电压的表达式为：100031()()OZu U t t u t R C=--+0u 随时间线性下降。

当01Z U u =-时，D2导通，D1截止，输出电压的表达式为：0210131()()()Z W U t t u t R R Cu -++=0u 随时间线性上升。

由于Rw 远大于R3，01u 和0u 的波形如图（b ）所示。

根据三角波发生电路震荡周期的计算方法，可以得出下降时间和上升时间分别为：111322RR C R T t t ∙=-≈ 122213()2W R R R C R T t t ∙+=-≈所以震荡周期为： 1322(2)W R R R C R T+=将1R 和2R 设为电位器，则调整1R 和2R 、W R 的阻值以及C 的容量，可以改震荡周期。

调整W R 的值可以改变的输出波形的占空比，以及锯齿波上升和下降斜率。

根据积分器的特点，锯齿波的转换须将时间常数设置的尽量小一点，可以选择C 为0.01uf 和0.1uf,稳压管稳压值为5V ，电位器1R 取20K Ω，2R 取10K Ω，W R 取5K Ω，3R 取100Ω，4R 取100Ω，5R 取100Ω。

2.3可调放大电阻的计算可调放大电路如下：在同向比例运算电路中，输入为上一级锯齿波。

根据“虚短”和“虚断”的概念，得：P u=N u =I u。

净输入电压为零，因而得：0670N N U U U R R --=⇒ 706(1)P R R U U =+⇒ 706(1)IR R U U =+ 根据放大关系，可取放大倍数20倍左右，可取电位器7R =20K Ω，6R =1K Ω，则放大倍数可达21倍左右。

调节7R 的大小，可以改变放大倍数，故可得到最后结果。

2.4直流偏置电阻的计算直流偏置电路如下：同向求和电路中，多个输入信号同时作用于集成运放的同向输入端。

根据运算关系，得：13131210111210111111()i i P ui R R u u u R R R R R +++=++同向输入端电位为：13121011()i i i pPu R u u R R u R +=+其中P R =10R ‖11R ‖13R 经计算可得：913121011()i i ui R u u u R +=+在此电路中，输入i u 为上一级的的输出，i2u 输入+12V ，i1u 输入-12V ，当9R 、13R取1K ，10R 取2K ，11R 取6K 时，经计算，可得0u 为i u +5V ；当当9R 、13R 取1K ，10R 取6K ，11R 取2K 时，0u 为i u -5V 。

因此电路中可设13R =1K ，电位器10R 、11R 取10K ，9R 取20K 。

三．硬件部分3.1 硬件原理框图硬件原理方框图如图3.1所示。

图3.1 硬件原理框图3.2 主控电路AT89C51单处机内部设置两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1，它们具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及4种工作模式。

在波形发生器中，将其作定时器使用，用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。

模式1采用的是16位计数器，当T0或T1被允许计数后，从初值开始加计数，最高位产生溢出时向CPU请求中断。

中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。

当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。

在波形发生器中，只用到片内定时器／计数器溢出时产生的中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时器，在定时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到定时器计时结束，产生中断请求，AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波形[6]。

如图3.2所示，AT89C51从P0口接收来自键盘的信号，并通过P2口输出一些控制信号，将其输入到8155的信号控制端，用于控制其信号的输入、输出。

如果有键按下，则在读控制端会产生一个读信号，使单片机读入信号。

如果有信号输出，则在写控制端产生一个写信号，并将所要输出的信号通过8155的PB 口输出，并在数码管上显示出来。

图3.2 主控电路图各引脚功能说明：D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

1.电源:⑴VCC芯片电源，接+5V；⑵VSS接地端；⒉时钟:XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊控制线:控制线共有4根，⑴ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵PSEN:外ROM读选通信号。

⑶RST/VPD:复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：复位信号输入端。

②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：内外ROM选择端。

②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp3.3 数/模转换电路由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。

DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。

但实际上，DAC0832输出的电量也不是真正能连续可调，而是以其绝对分辨率为单位增减，是准模拟量的输出。

DAC0832是电流型输出，在应用时外接运放使之成为电压型输出。

由图3.3可知，DAC0832的片选地址为7FFFH，当P25有效时，若P0口向其送的数据为00H ， 则U1 的输出电压为0V;若P0口向其送的数据为0FFH 时， 则U1的输出电压为-5V. 故当U1 输出电压为0V 时，由公式得：V out = - 5V.当输出电压为- 5V 时，可得：V out = +5V ，所以输出波形的电压变化范围为- 5V ～+ 5V. 故可推得，当P0所送数据为80H 时，V out 为0V [4]。

图3.3 数模转换3.4 按键接口电路图3.4为键盘接口电路的原理图，图中键盘和8155的PA 口相连，AT89C51的P0口和8155的D0口相连，AT89C51不断的扫描键盘，看是否有键按下，如有，则根据相应按键作出反应。

其中“S0”号键代表方波输出，“S1”号键代表正弦波输出，“S2”号键代表三角波输出。

“S3”号键代表锯齿波输出，“S4”号键为10Hz 的频率信号，“S5”号键为100Hz 的频率信号，“S6”号键为500Hz 的频率信号，“S7”号键为1KHz 的频率信号[3]。

图3.4 按键接口3.5 时钟电路8051单片机有两个引脚（XTAL1，XTAL2）用于外接石英晶体和微调电容，从而构成时钟电路，其电路图如图3.5所示。