函數信號發生器的設計

吳蓓 袁飛

摘 要：函數信號發生器作為科學實驗中必不可少的儀器設備，在現代測控領域中已被廣泛應用。本設計采用軟硬件結合的方法，以STC89C52RC 為控制核心，結合液晶顯示模塊、信號產生模塊、程控增益模塊、負壓產生模塊等實現了正弦波、方波、三角波和鋸齒波的輸出。

關鍵詞：STC89C52RC；信號發生器；DAC0832；LCD1602

函數信號發生器是一種精密儀器，也是科研實驗室中一種常用的實驗設備[1]。它主要用來產生各類波形，諸如正弦波、方波等。得益于數字化技術的應用，信號發生器的準確度和精度都很高，低到幾μHz，高到幾十MHz，都能夠完美勝任。

1 硬件電路設計

本系統以STC89C52單片機為核心模塊，用戶在按鍵模塊中設定相應頻率幅值及其所需波形，由單片機運算器加以處理，通過波形產生模塊中的DAC0832芯片產生相應頻率的波形，然后經過程控增益模塊中的DAC0832進行程控放大，得到所需幅值的波形并輸出。硬件電路圖如圖1所示。

STC89C52RC主控模塊在整個系統中起主要作用，用以檢測按鍵的輸入，控制波形的輸出等各種功能，同時還需驅動液晶顯示相關參數。采用單片機的P0口作為LCD1602數據線，VO口接一個2.7K電阻至地端，使其液晶顯示背光適中。鍵盤模塊使用的是多位獨立按鍵，用來切換不同參數設置界面、切換波形、頻率和幅值等參數以及步進增減等。DAC0832是電流輸出型DAC芯片，需要采用運算放大器轉換成電壓，本設計使用了TL072搭建成一個加法器進行信號放大和偏置調整。輸出電壓幅值范圍為2.5V ～ 2.5V。程控放大模塊的基準是接到波形發生電路的輸出，因此輸出為VOUT=VREF×DATA/256 ，DAC0832的數據口與單片機P2口相連，相應電源引腳正常使用，UA741的輸出腳至DAC0832形成負反饋。此外，由于電路中運算放大器需要±5V電源供電，而本設計中USB電源接口只能提供+5V電壓，因此此處使用ICL7660產生一個5V的電壓[2] [3]。

2 軟件設計

如果說硬件是整個系統的骨干部分，那么控制單片機的軟件就是整個系統的靈魂所在。軟件設計部分采用keil軟件編寫C語言程序。系統軟件設計總流程圖如圖2所示。

3 功能實現

為了證實本文系統的可行性，下面給出硬件調試輸出波形圖。圖3為輸出幅值為5Vpp、頻率為1000Hz的正弦波；圖4為輸出幅值為5Vpp、頻率為500Hz，占空比為50%的方波；圖5為輸出幅值為5Vpp、頻率為500Hz的三角波；圖6為輸出幅值為3Vpp、頻率為500Hz的鋸齒波。

4 總結

本文以STC89C52RC單片機為控制核心，結合LCD1602液晶顯示模塊、波形產生模塊、程控增益模塊、負壓產生模塊等設計了一款函數信號發生器，能夠實現正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種波形。

參考文獻：

[1]王正剛.基于DSP 的數字信號發生器設計[D].南京理工大學，2009.

[2]陳華敏，任立民.基于AT89C51 的信號發生器的設計[J].現代電子技術， 2011 （2）：135137.

[3]王浩坤.三維空間中心臟電生理過程實驗研究[D].吉林大學，2007.