单片机波形发生器的设计

刘工在呢

摘要:该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和锯齿波,波形为双极性,频率和幅值可由键盘设定,频率在
- X  h6 S* I, }8 r2 x$ L0~8kHz范围内可任意设定,并可按步进120us调整，辐值在一5~+5V范围内可任意设定,并可按步进0.
04V调整。该波形发生器基于AT89S51单片机,由D/A波形发生模块、数码管显示模块、键盘输人模块.波
形数据存储模块组成。波形的类型、频率和幅值能够在七段LED数码管上实时显示。它还具有掉电保护功
0 }+ N: z/ h. f9 F2 i3 q3 i: r能,可存储掉电前的波形和设置。
% Z+ d& b! `, w  \: R, B' z
关键词:波形发生器;单片机;D/A转换;正弦波;双极性.

, @9 p0 W$ q7 V该设计通过软件和硬件结合,充分利用了软件的优点，
' v. W* X0 R; ~0 h1 x: J) x2 t发挥其优势,尽可能地减少了硬件开销。方便快捷地生成
" Q$ u. a# F( v4 p. A特定的频率,幅度的波形数据;在单片机控制下,利用电路.
& B. o$ R" U* B" q( w/ l% T5 ~产生地址.读出数据,送人D/A转换电路,得到所需的波形
信号。在输出的同时将波形数据存储在数据存储器中,这.
样可以保证掉电以后波形数据不丢失。
2 X% s7 e  ]. z9 R) I: c1整体设计
由四大模块组成D/A波形发生模块、数码管显示模
& V) K5 F2 E/ x% J* U. y8 ?块,键盘输人模块、波形数据存储模块。系统原理框图如.
2 d1 x( U! r2 |8 u3 z, ^  I7 n图1所示:
) t, R3 k" D7 R8 W* Z+ ?波形的产生通过单片机内的程序实现,采用两片D/A .
) T3 l  s6 c. [转换器来控制输出,第一片用于输出波形,第二片用于控制
- c9 h* q2 _' g$ d' |  B第一片的参考电压,将第二片的输出作为第一片的参考电
压，以便由程序来控制输出波形的幅值变化,从而实现波形.
幅值改变。频率的产生由硬件实现，频率的变化由程序来
控制,通过改变定时器的初值来改变输出波形相邻两点的
时间间隔,从而实现波形频率的改变。波形的合成也通过
: f4 \& C/ z0 Q0 d+ f程序实现,具有很高的精度和线性组合的灵活性。该设计
电路简单,绝大部分功能由程序实现,减少了硬件开销.
2电路原理
* D* P# z7 \! @) A- D2.1波形的产 生及频率变化实现
2 w2 {0 I' ]" `4 o9 c在生产实践中使用的信号大多数是周期性变化的,我
们把各种各样的波形在一个周期中的变化情况离散化,再
- n8 R& Z9 ]2 N' G# g) W; ]+ Q' c根据二进制的规律进行编码,得到每一种波形所对应的波
2 X: l" J. }. Z% ^( G- c代码。把这些波代码存储到存储器中,利用电路选择其中
的一组代码输出,经过数/模转换器和放大器,获得连续变
化的波形以。对于正弦等信号不便通过直接计算得到其波
形数据,而其波形用较小数据量即可准确描述,可对其--周
期信号抽取一定的数据，作为基本波形数据固化在单片机
的程序存储器中国。以产生正弦波为例,采用定点法,即先
8 j  r6 F# a" g做一个正弦函数表存于单片机的程序存儲器内,通过定时
器产生定时,每当定时时间到时,输出该波形在该点的正弦
0 a" f" E& v4 p8 F函数表值,周期性重复上述过程就可得到该被形输出。当
4 m* C6 P! k# \' R" K6 A改变定时器的初值时,波形相邻两点时间间隔就改变,从而
波形的频率相应改变。
+ a2 f9 A  v# L, |9 g3 |2.2波形幅值变化 的实现
9 e, _7 [5 v( @波形产生是通过单片机执行某一个波形发生程序,向
9 D9 b" e$ V; [5 F- cD/A转换器的输人端按一定的规律发送数据,从而在D/A
转换电路的输出端得到相应的电压波形。D/A转换器输.
3 `" n0 h/ r1 Z9 @( Z+ C* K  n人数字量与输出电压的关系如表1所示。

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波形的产生通过单片机内的程序实现,采用两片D/A 转换器来控制输出