基于單片機(jī)的低頻任意信號(hào)發(fā)生器

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1、第35卷第7期信息化研究Vol.35No.72009年7月InformatizationResearchJul.2009基于單片機(jī)的低頻任意信號(hào)發(fā)生器張建民(江蘇技術(shù)師范學(xué)院,江蘇省常州市213001)摘要:以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過(guò)硬件電路和軟件程序相結(jié)合,可輸出自定義波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設(shè)計(jì)原理。介紹了單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)的硬

2、件電路和軟件編程、DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器的原理和使用方法、AT89C52以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片、關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號(hào)的信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案。該信號(hào)發(fā)生器具有體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:低頻信號(hào)發(fā)生器;單片機(jī);D/A轉(zhuǎn)換;任意波形中圖分類(lèi)號(hào):TN752.1波形是在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)的控制下形成0引言的,所以在構(gòu)建波形時(shí),具有時(shí)域、頻域和視覺(jué)上的靈[1]波形發(fā)生器亦稱(chēng)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,作為實(shí)驗(yàn)用信活性。號(hào)源,是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少任意波形函數(shù)發(fā)生器是依據(jù)存

3、儲(chǔ)器中的數(shù)值來(lái)構(gòu)的儀器設(shè)備之一。目前,市場(chǎng)上常見(jiàn)的波形發(fā)生器多建波形的,在存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)中定義的一個(gè)波形的起始為純硬件搭接而成,且波形種類(lèi)有限,多為鋸齒、正弦、點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)之間的采樣點(diǎn)數(shù)決定了波形的頻率。輸出方波、三角等波形。如555振蕩電路便是產(chǎn)生正弦波、波形頻率f0由下式?jīng)Q定:三角波和方波可取的途徑之一。但是這種電路存在波fsf0=形質(zhì)量差、控制難、可調(diào)范圍小、電路復(fù)雜和體積大等n1-n2缺點(diǎn)。式中n1、n2為所要構(gòu)建波形的第一個(gè)和最后一個(gè)采樣利用單片機(jī)通過(guò)程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生低頻信號(hào),點(diǎn),在存儲(chǔ)器中的

4、對(duì)應(yīng)位置序號(hào)fs為采樣頻率。通過(guò)其頻率底線(xiàn)很低,具有線(xiàn)路相對(duì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、體積改變或重新設(shè)置這個(gè)參數(shù)即可得到不同頻率的輸出波小、價(jià)格低廉、頻率穩(wěn)定度高、抗干擾能力強(qiáng)、用途廣泛形。等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)以正弦波為例,設(shè)要產(chǎn)生的正弦波為U(t)=現(xiàn)介紹利用AT89C52單片機(jī)和2片DAC0832D/AUmsin2πft,周期T=1/f,我們把每個(gè)周期平均分成P轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器,可輸出任意波個(gè)區(qū)間。每個(gè)區(qū)間間隔為ΔT=T/P,在ΔT區(qū)間內(nèi),形。波形信號(hào)頻率范圍為1Hz～10kHz,信號(hào)電壓范圍U(t)

5、的值為常數(shù)。即認(rèn)為:為-5V～+5V,并且輸出電壓幅值可以在0V～5V0≤t<ΔT時(shí),U(t)=U(0);范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。輸出信號(hào)非線(xiàn)性失真低于0.1%,頻率ΔT≤t<2ΔT時(shí),U(t)=Umsin(2πf×ΔT);穩(wěn)定度達(dá)0.1%/h。2ΔT≤t<3ΔT時(shí),U(t)=Umsin(2πf×2ΔT);…1工作原理即:任意波形函數(shù)發(fā)生器采用直接數(shù)字合成技術(shù),可U(t)=Umsin(2πf×ΔiT)(ΔiT≤t<(i+1)ΔT)由于以提供各種常用波形,其輸出波形是通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)建立的。工作過(guò)程為f=1/T=1/

6、(P×ΔT):在一個(gè)單片機(jī)的存儲(chǔ)器中存入所以波形數(shù)據(jù),當(dāng)要產(chǎn)生波形輸出時(shí),所存信息經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器形成模擬量U(t)=Umsin(2πi/P)=U(i),波形再通過(guò)一個(gè)放大器來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)通常正弦信號(hào)峰值電壓恒定,如設(shè)Um=225mV,和傳輸能力。由于該信號(hào)發(fā)生器以模擬量形式輸出的我們可以用32個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器來(lái)儲(chǔ)存i等于不同數(shù)收稿日期:2009202227;修回日期:2009204208。值時(shí)的電壓U(t)或U(i),最小分辨率為1mV。由于·12·?1994-2010ChinaAcademicJourna

7、lElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第35卷第7期張建民:基于單片機(jī)的低頻任意信號(hào)發(fā)生器·研究與設(shè)計(jì)·[3]正弦信號(hào)4個(gè)象限內(nèi)數(shù)值的對(duì)稱(chēng)性,若把一個(gè)周期分維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。成P=128等份,但只有32個(gè)獨(dú)立的數(shù)值,因此只需2.2D/A轉(zhuǎn)換器連接電路和運(yùn)算放大電路的設(shè)計(jì)32個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器就夠了。設(shè)計(jì)中2片D/A的輸出均采用雙極性電壓輸出,由此看出,輸出信號(hào)的頻率取決于ΔT,改變?chǔ)運(yùn)算放大器選用的

8、是LF358,電路如圖2所示。第1即可得到不同的輸出頻率,并且輸出頻率的正確度基級(jí)DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器將P1口輸出的數(shù)字信號(hào)變成于單片機(jī)晶振頻率的正確度和穩(wěn)定度。而各區(qū)間的振連續(xù)變化的電流信號(hào),這個(gè)電流信號(hào)經(jīng)2個(gè)集成運(yùn)算幅值以數(shù)字形式存于單片機(jī)的內(nèi)存中,加上D/A轉(zhuǎn)換放大器組成的雙極型電壓輸出電路變成電壓信號(hào)輸器的穩(wěn)定性,因此輸出信號(hào)的幅頻特性很好。其輸出出。電壓變化范圍為-5V～+5V,作為第2級(jí)信號(hào)的非線(xiàn)性失真低于0.1%。DAC0832D/A