單片機(jī)課程設(shè)計（論文）基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計

1、1基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計摘 要在介紹max038 芯片特性的基礎(chǔ)上,論述了采用max038 芯片設(shè)計數(shù)字函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對其振蕩頻率控制、信號輸出幅度控制以及頻率和幅度數(shù)顯的實現(xiàn)作了較詳細(xì)的論述。該函數(shù)信號發(fā)生器可輸出三角波,方波和正弦波。本文重點論述了整機(jī)通過d/a轉(zhuǎn)換電路控制max038的實現(xiàn)過程，d/a轉(zhuǎn)換電路采用了8位4通道的max505來實現(xiàn)。在幅度的控制上采用數(shù)字電位器ad5171，該芯片是i²c總線方式控制，文中給出了i²c總線的讀寫控制程序。系統(tǒng)支持按鍵操作和上位機(jī)操作兩種模式。關(guān)鍵詞:函數(shù)信號；d/a ；單片機(jī)控制目 錄緒論1第

2、一章系統(tǒng)概述和設(shè)計方案21.1論文的內(nèi)容和組織21.2方案選擇21.3信號發(fā)生芯片選擇214方案框圖設(shè)計及基本控制原理31.5.1 頻段控制調(diào)整參數(shù)計算41.5.2頻率控制細(xì)調(diào)參數(shù)計算51.5.3占空比的數(shù)字控制參數(shù)計算61.5.4幅度的數(shù)控參數(shù)實現(xiàn)6第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計82.1 系統(tǒng)總體設(shè)計82.2單片機(jī)介紹及外圍電路82.3 d/a轉(zhuǎn)換電路（頻率，占空比控制電路）102.3.1max505的引腳描述102.3.2max505的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理112.3.3 d/a轉(zhuǎn)換電路的電路說明132.4頻段選擇電路142.5 幅度控制電路152.6 鍵盤電路172.7電源電路18第三章 系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)

3、計203.1 主程序流程圖203.2頻段處理子程序213.3頻率處理子程序213.4幅度處理子程序22系統(tǒng)分析與總結(jié)23參考文獻(xiàn)24附錄2528基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計 緒論緒 論基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計，該課題的設(shè)計目的是充分運用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識，考察現(xiàn)在正在使用的信號發(fā)生器的基本功能，完成一個基本的實際系統(tǒng)的設(shè)計全過程。關(guān)鍵是這個實際系統(tǒng)設(shè)計的過程，在整個過程中我可以充分發(fā)揮自動化的專業(yè)知識。特別是這個信號發(fā)生器的設(shè)計中涉及到一個典型的控制過程。通過單片機(jī)控制一個有特殊功能的信號發(fā)生芯片，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的幅度和頻率可調(diào)的波形。這樣一個信號發(fā)生裝置在控制領(lǐng)域有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用范

4、圍。在現(xiàn)代社會中，自動化技術(shù)已經(jīng)滲透到社會生活的各個領(lǐng)域中。在超聲波測量技術(shù)中,超聲換能器(發(fā)射換能器和接收換能器) 是超聲波檢測技術(shù)的核心部件。高精度、寬頻率范圍、高穩(wěn)定性的激勵源對于發(fā)射換能器及超聲檢測系統(tǒng)性能的改善和提高起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器通常由晶體管、運放ic 等分離元件制成。與此相比,基于集成芯片的波形發(fā)生器具有高頻信號輸出、波形穩(wěn)定、控制簡便等特點。其中，信號發(fā)生器是自動化領(lǐng)域中的一個典型應(yīng)用。因為現(xiàn)代的自動化控制中基本都會利用信號來控制設(shè)備的工作。利用信號的產(chǎn)生進(jìn)行儀器的控制已經(jīng)是自動控制中的一個重要的手段，那么一個幅度、頻率、占空比以及波形可調(diào)的信號發(fā)生器的設(shè)計

5、和完成更具有使用價值。只要將這個信號發(fā)生器設(shè)計的基本思路掌握，不但可以融會貫通所學(xué)的專業(yè)知識還可以在以后工作中利用到，作為用來控制其他設(shè)備或設(shè)計的一個參考。信號發(fā)生器是電子實驗室的基本設(shè)備之一，目前各類學(xué)校廣泛使用的是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，雖然功能齊全、性能指標(biāo)較高，但是價格較貴，且許多功能用不上。本文介紹一種由集成電路max038設(shè)計的簡易信號發(fā)生器，該儀器結(jié)構(gòu)簡單，雖然功能及性能指標(biāo)趕不上標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，但滿足一般的實驗要求。其成本低、體積小、便于攜帶等特點，亦可作為電子產(chǎn)品維修人員的重要隨身設(shè)備之一。本文主要分五大部分：緒論、系統(tǒng)概述和設(shè)計方案、硬件部分、軟件部分，總結(jié)。緒論，首先對課題研究背景和所

6、涉及的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了介紹；第一章對系統(tǒng)所要完成的功能和可擴(kuò)展的功能進(jìn)行描述，確定系統(tǒng)的設(shè)計方案主要參數(shù)計算，第二章對系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和各部分組成作了簡要的介紹和講解；第三章是軟件部分，這部分重點介紹了主程序的流程框圖及各個子程序的流程框圖以及i²c的驅(qū)動程序。最后對整篇文章進(jìn)行了總結(jié)?；趩纹瑱C(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計 系統(tǒng)概述和技術(shù)方案第一章 系統(tǒng)概述和設(shè)計方案1.1 論文的內(nèi)容和組織本文提出并設(shè)計了一種基于at89s51微處理器控制的max038信號發(fā)生芯片的信號發(fā)生器設(shè)計。文中詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的原理、構(gòu)成及其設(shè)計方法，著重分析了以美國maxim公司生產(chǎn)的高頻信號發(fā)生芯片max038為

7、核心的精密多波形高頻函數(shù)信號發(fā)生系統(tǒng)的軟硬件原理，并開發(fā)了基于at89s51微處理器的軟件程序。本次設(shè)計的基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計就是設(shè)計一個單片機(jī)控制系統(tǒng)，對信號發(fā)生芯片進(jìn)行的控制。通過這個單片機(jī)對信號發(fā)生芯片進(jìn)行精密控制，實現(xiàn)對波形的選擇，頻率、占空比以及波形幅度的控制。這些控制可以通過鍵盤設(shè)定。這就要求對選擇的信號發(fā)生芯片，選用的單片機(jī)有初步的了解，并且對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有個合理地分配。1.2方案選擇方案一：直接利用單片機(jī)編程產(chǎn)生三角波，方波，鋸齒波。優(yōu)點：簡化了用于產(chǎn)生波形的硬件和軟件,特別適用于交流感應(yīng)電動機(jī)和無刷直流電機(jī)的速度控制以及變頻電源的spwm 控制。缺點：編程復(fù)雜，波形失

8、真較大，并且不能達(dá)到要求輸出的高頻率信號。方案二：利用單片機(jī)控制波形信號產(chǎn)生芯片,通過單片機(jī)，鍵盤，lcd顯示實現(xiàn)波形的數(shù)字控制。優(yōu)點：控制簡單,波形效果好,頻率帶寬。缺點：硬件電路復(fù)雜。為了滿足設(shè)計要求，取得較好的效果。顯然方案二較為理想。1.3信號發(fā)生芯片選擇目前，集成化的函數(shù)波形發(fā)生器大多采用ilc8038 或5g8038，但它們只能產(chǎn)生300khz 以下的中、低頻的正弦波、矩形波（含方波）和三角波（含鋸齒波），而且頻率與占空比不能單獨調(diào)節(jié)，兩者互相影響，這就給實際應(yīng)用帶來了許多不便。此外，這些芯片的擴(kuò)展功能較少，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，且無法滿足高頻精密信號源的要求。美國maxim（馬克希

9、姆）公司應(yīng)市場的需求而研制的max038 型單片集成高頻精密函數(shù)發(fā)生器具有較高的頻率特性、頻率范圍很寬、功能較全、單片集成化、外圍電路簡單、使用方便靈活等特點。14方案框圖設(shè)計及基本控制原理如圖1.1所示，利用單片機(jī)at89c51對主信號發(fā)生芯片進(jìn)行數(shù)字控制。因為max038原是模擬量控制型芯片，所以中間要通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，對max038產(chǎn)生的波形信號進(jìn)行頻率，占空比，幅度的在控制，以及產(chǎn)生波形的選擇控制。圖1.1 方案框圖max038 的輸出頻率主要受振蕩電容cf , iin 端電流和fadj 端電壓的控制,其中前二者與輸出頻率的關(guān)系如圖1.2 所示。選擇一個cf 值,對應(yīng)iin 端電流的變

10、化,將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外,改變fadj 端的電壓,可以在iin 控制的基礎(chǔ)上,對輸出頻率實現(xiàn)微調(diào)控制。為實現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)整,在iin 端和fadj 端分別連接一個電壓輸出的dac 。首先,通過dacb 產(chǎn)生0v(00h)到2.5v(0ffh)的輸出電壓,經(jīng)電壓/ 電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)生0a到748a的電流,疊加上網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的2a電流,最終對iin 端形成2a到750a 的工作電流,使之產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率范圍。dacb將此工作電流范圍分為256級步進(jìn)間隔,輸出頻率范圍也被分為256級步進(jìn)間隔。所以,iin端的電流對輸出頻率實現(xiàn)粗調(diào)。第二步,通過daca 在fadj端產(chǎn)生一個從- 2.

11、3v(00h)到+ 2.3v(0ffh)的電壓范圍,該范圍同樣包含256級步進(jìn)間隔,iin 端的步進(jìn)間隔再次細(xì)分為256級步進(jìn)間隔,從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)微調(diào)。1.5.1 頻段控制調(diào)整參數(shù)計算max038 的輸出頻率和cf電容與iin 端的電流間的關(guān)系如表1.1 所示。固定一個cf值,當(dāng)iin 端的電流從到的變化時,對應(yīng)產(chǎn)生一個頻段的頻率范圍。經(jīng)實驗調(diào)整,我們選擇了一系列的cf 如表1.1 所示,并確定了各cf 所對應(yīng)的頻段和頻率范圍。由于系統(tǒng)通過dac 控制iin 端電流和fadj 端電壓,將各頻段的頻率范圍劃分為65536 級間隔,因此各頻段的輸出誤差為圖1.2輸出頻率與iin 電流及振蕩

12、電容cf 的關(guān)系另外,由于相鄰頻段之間存在著頻率重疊現(xiàn)象。且考慮到各頻段對應(yīng)的誤差大小不同,因此設(shè)定各頻段的實際起止頻率圍:f3 ,f4 ,以期獲得最小的誤差。表1.1 輸出波形頻率范圍與cf的關(guān)系表頻段號cff1(2µa)f2(750µa)ff3f4110pf200khz65mhz1khz600khz10mhz21nf2khz650khz10hz6khz600khz3100nf20hz6.5khz0.1hz60hz6khz410µf0.2hz65hz0.001hz0.2hz60hz在5腳cocs和6腳gnd接上電容以后，10腳iin是頻率控制的電流輸入端，利用恒

13、定電流向電容充電和放電，便可形成振蕩。是受8腳fadj和7腳dadj端電壓的控制，振蕩頻率由下式確定。 (1.1)因為我們要求的頻率范圍在0.2hz10mhz,分四個頻段來滿足要求，在每個頻段上連續(xù)可調(diào)，由芯片內(nèi)部參數(shù)可知道，當(dāng)時，的容量范圍可以在時，芯片有較好的性能。因此，有（1.1）式可知 (1.2)當(dāng)時，；當(dāng)時，,為了使數(shù)字控制能夠使實現(xiàn)，我們在d/a轉(zhuǎn)換模塊使用圖5所示的電阻連接方法。當(dāng)數(shù)字量為00h時，輸出為。max038的10腳iin有的電流輸入。當(dāng)數(shù)字量為ffh時，輸出為基準(zhǔn)電壓。max038的10腳iin有的電流輸入。用公式（1.1）（1.2）可以檢驗，確定表1.1所列的電容值

14、可滿足后面頻率產(chǎn)生要求。1.5.2頻率控制細(xì)調(diào)參數(shù)計算電阻、電容值選擇和基頻值由表3所列。其中的頻率細(xì)分是指當(dāng)基頻確定后由max505輸出的電壓的細(xì)分值。max505 接2.5v 的基準(zhǔn)電源，其雙極性輸出接到max038 的fadj 調(diào)整端，通過內(nèi)部的鎖相環(huán)，作為精細(xì)的頻率控制。這個電壓從-2.5v變到+2.5v，引起基頻（fadj 是0v 時的輸出頻率值）的變化從1.70.3 倍（即）。當(dāng)max505的接收數(shù)據(jù)為ffh 時，其頻率輸出值為基頻的30%，當(dāng)數(shù)據(jù)為0 時，頻率輸出值為基頻的170%。當(dāng)數(shù)據(jù)加（減）1 時其輸出頻率相應(yīng)地加（減）一個細(xì)分量。fadj 上的所需的電壓引起輸出偏離 為（

15、以%表示），則， 以百分比（%）線性相關(guān)地偏離， 向0 的某一方變化時相應(yīng)地向加或減的方向偏離。fadj 上的電壓所對應(yīng)的頻率由下式給出： (1.3)相應(yīng)max505 的輸入數(shù)據(jù)為 (1.4) 式中：為要求輸出的頻率； 為當(dāng) 為0 時的基頻。同樣，我們可以知道當(dāng)數(shù)據(jù)d在00h和ffh之間變化的時候，可以調(diào)節(jié)頻率在當(dāng)前頻帶內(nèi)細(xì)調(diào)。1.5.3占空比的數(shù)字控制參數(shù)計算max038的占空比的調(diào)整有兩種方式，一種時利用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源調(diào)整，另一種是利用外加電源調(diào)整，為使電路簡單，采用第一種調(diào)整方式。在max038 的dadj端應(yīng)用一個- 2.3v + 2.3v 的電壓控制信號, max038 的dadj引

16、腳上的電壓可控制波形的占空比(定義為輸出波形為正時所占時間的百分?jǐn)?shù)），并且能夠改善正弦波的波形，可進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制和產(chǎn)生鋸齒波。當(dāng)接地（即）時，其占空比為50%，占空比的調(diào)整可采用max505的一片dac，輸出±2.3v 范圍內(nèi)的電壓，占空比可在10%90%范圍內(nèi)改變，約每伏改變15%，當(dāng)電壓超過±2.3v 將使頻率偏移或引起不穩(wěn)定。為產(chǎn)生一定占空比而加在dadj上的電壓為： (1.5)對雙極性輸出的d/a 轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)電源為2.3v時，max505接受數(shù)據(jù)與占空比的關(guān)系式為： (1.6)其中：為dadj 引腳上的電壓，為占空比。這樣可完成激勵信號的占空比設(shè)置。調(diào)整 的充放

17、電時間,在10 %90 %的范圍內(nèi)調(diào)整振蕩器輸出的三角波,最終產(chǎn)生失真的正弦波,鋸齒波和脈沖波。這三種波形同時送入混合器,由a0 ,a1 選擇輸出。微處理機(jī)通過,經(jīng)比較器3 產(chǎn)生- 2. 3v + 2. 3v 的調(diào)節(jié)電壓,對占空比實現(xiàn)數(shù)字控制。 的每一級步進(jìn)對應(yīng)著 (1.7) 和若設(shè)定占空比為 ,則對應(yīng)的編碼為: 1.5.4幅度的數(shù)控參數(shù)實現(xiàn)max038 的輸出幅度為2vp - p 。在輸出端口out(19) 連接一個放大器,放大輸出信號至5vp - p ,再送入數(shù)字電位器ad5171中,將輸入信號分解成64個等級。微處理機(jī)通過控制數(shù)字電位器ad5171,進(jìn)而控制輸出的衰減量,得輸出幅度的步進(jìn)

18、量幅度= 5vp - p / 64。圖1.3 max038與d/a模塊的連接基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計依據(jù)max038 輸出頻率的數(shù)控調(diào)節(jié)原理,配合單片機(jī)控制,我們可以實現(xiàn)數(shù)控的函數(shù)信號發(fā)生器。2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計整機(jī)由圖2.1所示的七大模塊組成，分別是電源產(chǎn)生電路，頻段選擇電路，按鍵電路，單片機(jī)外圍控制電路，d/a轉(zhuǎn)換電路（包括信號的占空比，頻率，幅度控制電路）。圖2.1 總設(shè)計原理布局圖 基于max038 的單片機(jī)多波調(diào)頻信號產(chǎn)生器主要由單片機(jī)at89c51、max038 和8位d/a芯片max505 構(gòu)成，如圖2.1 所示。由at89c51 的p2.0

19、和p2.1 控制選定波形，max505 相應(yīng)地接到max038 的fadj 端和dadj 端，at89c51 通過d/a 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制電壓并以近似線性的規(guī)律來調(diào)制頻率和占空比。除此之外，d/a 轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號還要控制max038的iin 引腳的電流輸入用來控制頻率的精密調(diào)節(jié)。從單片機(jī)的p0口出來的數(shù)據(jù)除了提供給d/a 外還與lcd的數(shù)據(jù)口共用。2.2單片機(jī)介紹及外圍電路at89c51是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(perom)和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(ram)，器件采用atmel公司的高密

20、度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(cpu)和flash存儲單元。at89c51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶休或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖2.2。 外接石英晶體(或陶瓷諾振器)及電容c1, c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1, c2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里選擇使用石英晶休，我們的電容使用30pf。如使用陶

21、瓷諧振器的話，應(yīng)選擇40pf士10pf的容值的電容。 也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路的情況時，外部時鐘脈沖接到xtal1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2則懸空。圖2.2 單片機(jī)外圍電路如圖中所示，在單片機(jī)的i/o口分配上利用率比較高，應(yīng)為i/o資源剛好可以滿足控制設(shè)計的需要，所以不需要另外擴(kuò)充i/o資源。根據(jù)p0口，p1口，p2口及p3口各自的特點，我們選用p0口作為數(shù)據(jù)口，通過分時復(fù)用的方法分別送數(shù)據(jù)給max505的a，b，c通道控制頻率和占空比；送數(shù)據(jù)給lcd1602傳送信息顯示數(shù)據(jù)。選用p1口的p1.0p1.5做按鍵輸入口。p1.6與p1.7做幅度控制的i²c數(shù)

22、據(jù)輸出口，單片機(jī)自身不具備i²c功能，所以要通過軟件控制實現(xiàn)。另外，p2口與p3口做max505,max038,4052(段選芯片)，的數(shù)據(jù)控制口及片選口。還有p3.0(rxd),p3.1(txd)做上位機(jī)通信口分別接max232芯片的out輸出in與輸入引腳。2.3 d/a轉(zhuǎn)換電路（頻率，占空比控制電路）max505是8位4通道的d/a轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部包含邏輯輸入雙緩沖寄存器，可以允許所有的4路模擬量同時更新，也可以通過控制信號進(jìn)行異步鎖存輸出。max505還含有四個獨立的基準(zhǔn)電壓輸入，允許分別對四路獨立的d/a進(jìn)行全程的獨立設(shè)置。所有的邏輯輸入可以是ttl或擇是+5v的coms。2

23、.3.1max505的引腳描述圖2.3是max505的封裝圖，max505是8位4路d/a轉(zhuǎn)換芯片。24引腳封裝，具體引腳功能詳見表2.1：max505引腳功能表。圖2.3 max505的封裝圖表2.1 max505引腳功能表引 腳名 稱功 能1voutbdac b 電壓輸出2voutadac a 電壓輸出3vss負(fù)電壓輸入4vrefdac b 基準(zhǔn)電壓輸入5vrefadac a 基準(zhǔn)電壓輸入6agnd模擬地7dgnd數(shù)字地8ladc選通dac（低電平有效） 9d7數(shù)據(jù)位710d6數(shù)據(jù)位611d5數(shù)據(jù)位512d4數(shù)據(jù)位413d3數(shù)據(jù)位314d2數(shù)據(jù)位215d1數(shù)據(jù)位116d0數(shù)據(jù)位017wr寫

24、輸入（低電平有效）18a1dac 地址選擇位（高位）19a0dac 地址選擇位（低位）20vrefddac d基準(zhǔn)電壓輸入21vrefcdac c基準(zhǔn)電壓輸入22vdd電源23voutddac d 電壓輸出24voutcdac c 電壓輸出2.3.2max505的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理max505內(nèi)含4個獨立的d/a轉(zhuǎn)換電路，每一路都有自己獨自的基準(zhǔn)電壓源輸入引腳，可以通過功能控制引腳wr,a0,a1,ladc分別對每一路進(jìn)行單獨操作,也可以4路同時更新輸出數(shù)據(jù)。如圖2.4所示，max505內(nèi)部每一路d/a都有數(shù)字輸入的雙緩沖寄存器。他主要有8位輸入鎖存器、8位dac鎖存器、8位d/a轉(zhuǎn)換器和選通控制

25、邏輯四部分組成。選通控制邏輯部分是通過地址線引腳a0,a1控制輸入鎖存器的選通，單獨選擇某一路信號輸出。圖2.4 max505 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖8位輸入寄存器由8個d鎖存器組成，作為輸入數(shù)據(jù)的緩沖器。它的8位輸入數(shù)據(jù)由寫控制輸入引腳wr控制其輸入與鎖存。當(dāng)wr1時輸入鎖存器的輸出隨著輸入變化，當(dāng)wr0時輸入數(shù)據(jù)被鎖存，通過地址線引腳a0,a1控制輸入鎖存器的選通，單獨選擇某一路信號輸出。功能控制引腳wr,a0,a1,ladc的具體控制狀態(tài)見表2.2所列出。表2.2 功能引腳狀態(tài)表ldacwra1a0所存狀態(tài)hh××輸入和dac數(shù)據(jù)鎖存hllldac a 數(shù)據(jù)鎖存lh

26、5;×4個dac全部數(shù)據(jù)鎖存lllldac a輸入數(shù)據(jù)寄存器 4個dac被鎖hllhdac b 數(shù)據(jù)鎖存hlhldac c 數(shù)據(jù)鎖存hlhhdac d 數(shù)據(jù)鎖存8位dac鎖存器也是由8個d鎖存器組成的，它的控制端為ldac。當(dāng)ldac=1時輸出數(shù)據(jù)隨輸入變化，當(dāng)ldac=0時將第一級輸出的數(shù)據(jù)鎖存在dac鎖存器中。8位d/a轉(zhuǎn)換器采用t型電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)d/a轉(zhuǎn)換，輸出的是與輸入數(shù)字成比例的電流，需要外接運算放大器，才能得到模擬電壓輸出。2.3.3 d/a轉(zhuǎn)換電路的電路說明如圖2.5所示，我們用+2.5v做max505的基準(zhǔn)電源。我們選用了max505的3路d/a輸出分別控制max038

27、的dadj,fadj和iin引腳，在前面我們知道m(xù)ax038的dadj和fadj引腳要求輸入的電壓信號時在-2.3v+2.3v之間，iin的輸入要求是0µa750µa的電流。通過一個轉(zhuǎn)換電路將max505的輸出是02.5v的電壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓電流。在max038 的dadj端應(yīng)用一個- 2.3v + 2.3v 的電壓控制信號, max038 的dadj引腳上的電壓可控制波形的占空比(定義為輸出波形為正時所占時間的百分?jǐn)?shù)），并且能夠改善正弦波的波形，可進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制和產(chǎn)生鋸齒波。用dac a通道做為dadj的模擬輸入。輸出02.5v電壓當(dāng)時， （2.1）當(dāng)時， （2.2

28、）在max038 的fadj端選擇dac b通道，同樣的接法可以實現(xiàn)- 2.3v + 2.3v 的電壓控制信號。在max038 的iin端選擇dac c通道，需要的模擬控制量是0µa750µa的電流，用dac c通道做為iin的模擬輸入。輸出02.5v電壓當(dāng)時， （2.3）當(dāng)時, 這樣就實現(xiàn)了所需要的模擬量的輸入，d/a轉(zhuǎn)換圖如圖2.5所示。在前面式子中用到的2.74v電壓是利用的max038的內(nèi)部2.5v的基準(zhǔn)源產(chǎn)生的，示意接線圖如圖1.3所示,根據(jù)結(jié)點法原理得下式： （2.4）圖2.5 d/a轉(zhuǎn)換電路圖2.4頻段選擇電路max038 的輸出頻率和cf電容與iin 端的電

29、流間的關(guān)系如圖1.2。固定一個cf值,當(dāng)iin 端的電流從到的變化時,對應(yīng)產(chǎn)生一個頻段的頻率范圍。如表1.1所示的選用的電容值分別為, ,。我們選用多路開關(guān)cd4052做為切換不同電容所需要用的芯片器件。多路開關(guān)cd4052的選通控制如表2.3所示，每當(dāng)s1，s2出于不同的的組合狀態(tài)的時候，可以同時選通兩路開關(guān)axbx,因此采用如圖2.5所示的連接方式可以實現(xiàn)將電容連接到5腳cocs上。表2.3 cd4052功能狀態(tài)表輸入狀態(tài)選通渠道enbales1s2llla0b0llha1b1lhla2b2lhha3b3hxx都選不通在5腳cocs和6腳gnd接上電容以后，10腳iin是頻率控制的電流輸入

30、端，利用恒定電流向電容充電和放電，便可形成振蕩。例如：當(dāng)s1s2是h l時，a2b2通道被選通，電容c9被連接在max038的5腳cocs上。圖2.6 頻段選擇電路2.5 幅度控制電路該部分電路主要有放大器電路和數(shù)字電位器電路兩部分組成，其中放大器部分電路的作用是將max038產(chǎn)生的電壓波形2vp-p放大為5vp-p，數(shù)字電位器電路的作用是為了實現(xiàn)產(chǎn)生的電壓波形在-5v+5v之間數(shù)字可調(diào)。美國模擬器件公司推出一次性編程(otp)數(shù)字電位計系列產(chǎn)品ad5171，具有接口，用來讀/寫滑片位置，而otp性能則能永久設(shè)定滑片的位置。工作溫度范圍為-40到+125之間，溫度系數(shù)為35ppm/，工作電壓在

31、2.7至5.5v之間，工作電流不大于5 a。ad5171是64滑點的數(shù)字電位計。i²cinter-integrated circuit)總線是一種由philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。i²c總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。總線的構(gòu)成及信號類型是由數(shù)據(jù)線sda和時鐘scl構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。總線必須由主器件(通常為微控制器)控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘(scl)控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。當(dāng)scl保留高電位同時sdl變低時傳送開始。這個開始狀態(tài)之后，時鐘信號變低來啟動數(shù)據(jù)傳送。在每一個數(shù)據(jù)位，時鐘位在確保數(shù)據(jù)位正確

32、時變高電平。在每一個8位數(shù)據(jù)的結(jié)尾發(fā)送一個確認(rèn)信號，而不管它是地址還是數(shù)據(jù)。在確認(rèn)時，傳送端不會把sdl變?yōu)榈碗娖?，如果正確接收到了數(shù)據(jù)允許接收端把電位變?yōu)?。確認(rèn)信號后，當(dāng)scl處于高電平時sdl從低變?yōu)楦撸甘緮?shù)據(jù)傳送停止。i²c總線是由數(shù)據(jù)線sda和時鐘scl構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在cpu與被控ic之間、ic與ic之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。cpu發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，因為地址碼的作用各控制電路雖然掛在同一條總線上

33、，卻彼此獨立，互不相關(guān)。  i²c總線在傳送數(shù)據(jù)過程有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。  開始信號：scl為高電平時，sda由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。  結(jié)束信號：scl為低電平時，sda由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。  應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的ic在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的ic發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。cpu向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，cpu接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，

34、由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。接口的設(shè)計也大大提高了芯片的利用效率，我們利用at89c51的p1.6,p1.7腳就可以控制數(shù)據(jù)對模擬量進(jìn)行數(shù)字控制。在i²c總線的應(yīng)用中應(yīng)注意的事項總結(jié)為以下幾點 :  嚴(yán)格按照時序圖的要求進(jìn)行操作；  若與口線上帶內(nèi)部上拉電阻的單片機(jī)接口連接，可以不外加上拉電阻；  程序中為配合相應(yīng)的傳輸速率，在對口線操作的指令后可用軟件延時程序加一定的延時；  為了減少意外的干擾信號將eeprom內(nèi)的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護(hù)引腳（如果有），或者在eeprom內(nèi)部沒有用的空間寫入標(biāo)志字，每次上電時或復(fù)位時做一次檢測，判斷eeprom

35、是否被意外改寫。圖2.7 幅度控制電路2.6 鍵盤電路鍵盤用的是上拉電阻，選通接地的形式。key0鍵功能：三角波，正弦波，矩形波的循環(huán)選擇。key1鍵功能：頻段，頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇。key2鍵功能：選定的控制對象步進(jìn)量增。key3鍵功能：選定的控制對象步進(jìn)量減。key4鍵功能：選擇確定。key5鍵功能：選擇不確定（即返回）。例如產(chǎn)生一個正弦波的控制方式：在開始界面用key0鍵選擇正弦波，用key4鍵確定進(jìn)入頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，首先用key1鍵來選擇頻率，key4鍵確定進(jìn)入，然后用key2和key3鍵來實現(xiàn)頻率步進(jìn)的增值或減值，數(shù)值確定后key4鍵確定，然后k

36、ey5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用key2鍵來選擇占空比，key4鍵確定進(jìn)入，然后用key2和key3鍵來實現(xiàn)占空比步進(jìn)的增值或減值，數(shù)值確定后key4鍵確定，然后key5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用key2鍵來選擇幅度，key4鍵確定進(jìn)入，然后用key2和key3鍵來實現(xiàn)幅度步進(jìn)的增值或減值，數(shù)值確定后key4鍵確定。圖2.8 鍵盤電路2.7電源電路根據(jù)整機(jī)要求，電源電路應(yīng)為信號產(chǎn)生電路提供5v電壓，其中±5v電壓需要穩(wěn)壓輸出，為此選用了7815， 7915兩種三端集成穩(wěn)壓器，這種三端固定電壓輸出式集成穩(wěn)壓器，使用簡單，價格較低，且由于內(nèi)

37、部具有過壓過流保護(hù)，使整機(jī)的電源電路穩(wěn)定，性能可靠。外接9v交流電輸入，經(jīng)絕對值電路，然后濾波通過7805，7905產(chǎn)生±5v的直流電壓。電源部分電路圖如圖2.9所示。圖2.9 電源電路圖2.8通訊電路單片機(jī)作為主控制器，控制max038芯片產(chǎn)生信號，除此之外，單片機(jī)還與上位pc 機(jī)進(jìn)行通訊，把頻率值發(fā)送到pc 機(jī)上。pc 機(jī)串行接口采用的是rs232 電平標(biāo)準(zhǔn)，而at80c51 單片機(jī)的管腳是ttl 電平，因此，要實現(xiàn)單片機(jī)與pc 機(jī)的通訊的話，必須要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換選擇美國美信公司生產(chǎn)的電平轉(zhuǎn)換芯片max232.其接口電路如圖2.10所示。圖2.10 max232接口電路基

38、于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計 系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計第三章 系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計3.1 主程序流程圖圖3.1 主程序流程圖根據(jù)以上流程圖可以利用六個按鍵來實現(xiàn)波形的所有參數(shù)的控制，當(dāng)然這里只是給出的一種可行的設(shè)計方案，。3.2頻段處理子程序該子程序通過控制譯碼電路選擇不同的容值的電容，并且通過參數(shù)計算將頻段號保存下來。通過控制cd4051的雙路開關(guān)選擇電容圖3.2 頻段處理子程序流程圖3.3頻率處理子程序該子程序通過控制max038的fadj引腳和iin引腳的電壓電流的變化來控制基頻內(nèi)的頻率控制與調(diào)解。根據(jù)參數(shù)計算在選擇的基頻的基礎(chǔ)上，通過控制fadj引腳的電壓在±2.3v之間變化可以改變頻率

39、在基頻的3070之間浮動。再通過控制iin引腳的電流在2µa750µa之間變化可以精細(xì)控制頻率改變。在d/a轉(zhuǎn)換模塊使用圖5所示的電阻連接方法。當(dāng)數(shù)字量為00h時，輸出為。max038的10腳iin有的電流輸入。當(dāng)數(shù)字量為ffh時，輸出為基準(zhǔn)電壓。max038的10腳iin有的電流輸入。圖3.3 頻率處理子程序流程圖3.4幅度處理子程序該子程序通過i²c總線法方式控制ad5171芯片，ad5171作為數(shù)字電位器可以對±5v 的電壓進(jìn)行分壓?？梢詫⒎仍?#177;5v間的電壓信號進(jìn)行衰減得到幅度可控制的波形。i²c的控制子程序見附錄。圖3.4

40、幅度處理子程序流程圖基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計 系統(tǒng)分析與總結(jié)系統(tǒng)分析與總結(jié)采用max038 芯片制作函數(shù)信號發(fā)生器隨設(shè)計思想不同,具有多種方法,本文只是一種可能實現(xiàn)的方法。此法的頻率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高,整機(jī)自動化程度高,性能優(yōu)良,具有很高的實用價值。同時該信號源設(shè)計尚存在的不足之處，主要有兩個方面，第一為缺乏頻率準(zhǔn)確顯示的手段，可以配備相應(yīng)的數(shù)字頻率計模塊，但如何將顯示的精度與信號源的頻段配合有待討論研究；第二為輸出級可配以顯示輸出幅度的儀表，并且放大電路有待進(jìn)一步改進(jìn)，使其具有更強(qiáng)的輸出能力?；趩纹瑱C(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)m

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42、dtv碼流發(fā)生器設(shè)計m.北京:高等教育出版社,2003,667810陳文峰.基于虛擬儀器檢測系統(tǒng)j.單片機(jī)應(yīng)用,2003，23(10)：788011江太輝等.高頻波形發(fā)生器的特性j.信息技術(shù)報,1999，19(7)：1031基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計 附錄附錄i²c的單片機(jī)軟件控制程序/*viicc.h*/#pragma db cd small#include <intrins.h>#include <reg51.h>#define nop nop ( ); nop ( ); nop ( ); nop ( )#define sda p17#define scl p16void st