基于單片機的簡易波形發生器的設計

摘 要：波形發生器是隨著不斷進步的計算機技術和微電子技術在測量儀器中的應用而形成和發展起來的一類新型信號源。產生任意波形通常采用基于數字合成的方法，即先將所需產生信號波形的一個周期若干個樣點的幅值的二進制信息存儲在波形存儲器中，再通過硬件電路依次從波形存儲器中讀取出來，經D/A轉換后得到所需信號波形的輸出。

關鍵詞：波形；幅度；頻率

1 研究背景及意義

波形發生器亦稱函數發生器，作為實驗用信號源，是現今各種電子電路實驗設計應用中不可缺少的儀器設備之一。傳統的信號發生器可由硬件電路搭接而成，但這種電路波形質量差、控制難、可調范圍小、電路復雜且體積大，因此在本設計中，采用AT89C52單片機和DAC0832數模轉換器制作成數字低頻信號發生器，具備價格低、性能高、在低頻范圍穩定性好、操作方便、體積小、耗電少等優點。

2 系統設計

系統以AT89C52單片機為主控芯片，輔以D/A轉換電路、基準電壓電路、電流/電壓轉換電路、按鍵和波形指示電路、電源等電路。當按下四個按鍵中的任一個按鍵，輸出端分別輸出鋸齒波、三角波、正弦波、方波，并且有四個不同顏色的發光二極管分別作為不同波形的指示燈。

2.1 波形輸出控制按鍵電路設計

本設計以鍵盤的數目來選擇鍵盤最適合的接法，鍵盤的數目為4個，因此選擇接口方案為獨立式接法，即每一個I/O口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地，利用單片機讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。在程序中查尋此I/O口的電平狀態就可以了解是否有按鍵動作。基于AT89C52單片機的波形輸出控制按鍵電路的設計如圖2所示。

2.2 波形指示電路設計

基于AT89C52單片機的波形指示電路的設計是通過按鍵控制可產生鋸齒波、三角波、正弦波、方波，同時采用四種不同顏色的LED指示其對應的波形。基于AT89C52單片機的波形指示電路的設計如圖3所示。

2.3 D/A轉換電路的設計

本設計中選用DAC0832芯片，DAC0832由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路構成，為電流輸出型D/A轉換芯片。在單片機應用系統中，通常需要電壓信號，因此在使用時，RFB、IOUT1、IOUT2這3個引腳外接運算放大器LM324，以便將轉換后的電流量變換成電壓量輸出。DAC0832的電壓輸出電路原理圖如圖4所示。

3 結論

本設計基于AT89C52單片機，外圍采用數模轉換電路（DAC0832）、運放電路（LM324）、按鍵電路、波形指示電路、晶振電路、復位電路等，產生所需不同信號的低頻信號源，其幅度和頻率可按要求控制。通過按鍵編程實現產生鋸齒波、三角波、正弦波、方波等，同時用LED顯示燈指示對應的波形。本系統設計思路清晰、性能較好，具有一定的實用性。

[參考文獻]

[1]胡漢才，主編.單片機原理及接口技術.北京：清華大學出版社，1996.

[2]陸子明，主編.單片機設計與應用基礎教程.北京：國防工業出版社，2005.

[3]張友德，主編.單片微型機原理、應用與實踐.上海：復旦大學出版社，1992.