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
' l0 o- r$ M, v4 {0~8kHz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.
1 P2 G" n5 d* x2 R04V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
, r& S7 i3 T/ X8 i( H8 |" c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
# T3 p3 J' {" X* T. U能,可存储掉电前的波形和设置。

' G& y$ x& A: B6 z5 Q8 j关键词:波形发生器;单片机;D/A转换;正弦波;双极性.
" N7 O/ U/ a* F4 R
该设计通过软件和硬件结合,充分利用了软件的优点，
/ r4 W/ c1 h, W5 }8 p发挥其优势,尽可能地减少了硬件开销。方便快捷地生成
特定的频率,幅度的波形数据;在单片机控制下,利用电路.
产生地址.读出数据,送人D/A转换电路,得到所需的波形
3 A6 D9 J( X3 L信号。在输出的同时将波形数据存储在数据存储器中,这.
4 A8 o& Y+ g. e* D! u样可以保证掉电以后波形数据不丢失。
, n* V2 C5 R$ Q. d3 F) N1整体设计
, j- S. \  X8 J; m由四大模块组成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。系统原理框图如.
! Z' t; q9 u  |; |7 [7 B图1所示:
$ \6 Q7 x, w* X3 ^$ i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,第一片用于输出波形,第二片用于控制
( m- g3 Y" ]& h2 l; V# C) S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
& {& ^+ ?3 x8 l时间间隔,从而实现波形频率的改变。波形的合成也通过
" _  @: \2 e5 e; d" B3 d4 D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.
' t0 p1 A: T& O; b) H2电路原理
2.1波形的产 生及频率变化实现
在生产实践中使用的信号大多数是周期性变化的,我
6 t/ K# d1 l& @们把各种各样的波形在一个周期中的变化情况离散化,再
1 B( |7 y# d1 z" ]$ s根据二进制的规律进行编码,得到每一种波形所对应的波
0 ~  w8 d  E; G. j, r/ t6 D# t: T) C代码。把这些波代码存储到存储器中,利用电路选择其中
& z2 q- q0 l. ?: i. @2 K的一组代码输出,经过数/模转换器和放大器,获得连续变
' M7 G. p# g! x+ A8 n1 g化的波形以。对于正弦等信号不便通过直接计算得到其波
# V& W: }* T- Y3 r5 Z* G形数据,而其波形用较小数据量即可准确描述,可对其--周
) t$ U4 ?  O' D+ D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
6 L9 V2 w" A, ]5 U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
函数表值,周期性重复上述过程就可得到该被形输出。当
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。
2.2波形幅值变化 的实现
. \/ I* }0 x1 u1 \' m波形产生是通过单片机执行某一个波形发生程序,向
: N) x- [0 _; g% X3 J: a* `D/A转换器的输人端按一定的规律发送数据,从而在D/A
' k8 `6 k" B- T9 |& r转换电路的输出端得到相应的电压波形。D/A转换器输.
人数字量与输出电压的关系如表1所示。

附件下载：
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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