基于SPCE061A的波形發生器設計

馬燕妮 張廣法 麻志峰 徐揚 趙富強

【摘 要】本波形發生器利用凌陽SPCE061A單片機技術實現系統控制，通過簡單編程和外部模擬和數字電路的結合，較好地實現了數字式的正弦波、方波、鋸齒波等波形的產生。各種波形的頻率可通過鍵盤輸入，并利用LCD顯示，還可以利用揚聲器實現語音播報。本波形產生器產生的波形具有信號干擾小，輸出穩定，性能可靠等優點。特別是操作簡單方便，人機界面友好，成本低，非常適合于實驗教學與使用。

【關鍵詞】凌陽單片機;波形發生器;LCD顯示

中圖分類號：TN714 ? 文獻標識碼： B 文章編號： 2095-2457（2019）04-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.008

0 引言

本波形發生器計劃產生正弦波、三角波和鋸齒波。擬直接采用凌陽SPCE061A產生。凌陽單片機SPCE061A在波形產生方面有較突特的優點，主要在于利用其強大的查表功能使外圍電路可以做的比較簡單，在數模轉換的編程方面有比較便利的編程環境[1]。圍繞單片機需要設計三大外圍電路，（1）4×4鍵盤控制電路。位控制采用IOA的低八位，把鍵盤上的行接在IOA0～IOA3，列接在IOA4～IOA7上，為便于進入下一波形的編輯和輸出，采用外部中斷2來中斷所顯示波形，為了實現頻率調節在波形輸出的同時利用外部中斷1來完成。（2）輸出濾波和電壓轉換電路。濾波的目的是濾除數模轉換（DAC）過程中存在的高頻鋸齒，可以采用低通濾波器來完成。由于SPCE061A的 DAC輸出為電流，而我們的輸出波形應為電壓，為使輸出電壓為5V，用外接OP07運算放大器進行電流到電壓的轉換。（3）輸出波形顯示電路。在波形輸出時用動態LED顯示，SPCE061A單片機實現起來有困難，因為在波形輸出時CPU需不停地為其服務，解決辦法是采用帶數據緩存器和驅動的液晶顯示器LCD來完成，只需占用八個I/O口即可完成。

本設計方案的特點是采用數字電路與模擬電路相結合的辦法，使系統工作穩定可靠，再利用單片機進行控制管理，可以用鍵盤輸入的方法比較方便地實現波形頻率的設置和參數調整。

1 系統框圖及工作原理

根據前述的設計方案，本系統框圖如圖1所示[2]。系統以SPCE061單片機為核心，4×4鍵盤用于輸入波形參數，在程序控制下單片機一方面輸出正弦波或三角波或鋸齒波，經濾波、放大與電流電壓轉換，再送音頻播報電路;另一方面送液晶顯示器顯示。

2 軟件設計

由于系統采用凌陽SPCE061A單片機實現處理和控制，故使得外部處理電路變得比較簡單，本波形發生器的主要任務將要由程序編程來完成。

2.1 按鍵控制流程

為了實現有效控制，將低四位IOA0～IOA3設置為帶數據緩存器的高電平輸出，將高四位IOA4～IOA7設置為帶下拉電阻的輸出腳。操作過程如下：若有鍵按下，先取IOA4～IOA7的數據將得到一個值，并把此數值保存下來，再接著置IOA4～IOA7為帶反相器的高電平輸出腳，置IOA0～IOA3為帶下拉電阻的輸入腳，此時若按鍵按著仍沒彈起， IOA0～IOA3為帶下拉電阻的輸入腳，此時若按鍵按著仍沒彈起，取IOA0～IOA3的數據將得到另一個值，把這兩個值組合起來就可得知是哪個按鍵按下了，再跳至相應程序，通過查表得到相應的鍵值。按鍵控制流程如圖23所示。

2.2 正弦波形成程序

如果用函數輸出波形，輸出的頻率僅為毫赫茲到幾十赫茲之間，只能用于產生低頻，要產生較高頻率必須調高CPU的時鐘頻率。初始化后，先進行CPU時鐘選擇，再調整正弦函數一個周期的輸出點數，幅度調節先進行初始幅度的設置，再通過外部放大電路進行調節，其設計流程如圖3所示[8]。

2.3 其它波形流程

三角波查表形成流程與正弦波查表形成流程相似，如圖4所示，其原理不再重述。省略。至于產生方波和鋸齒波的方法與正弦波和三角波類似，這里也一并省略。

2.4 顯示流程

顯示采用動態顯示方式，顯示流程見圖5。先單個顯示，延時一會后，再顯示其它幾位。設置顯示500遍，當顯示達到500遍后轉入語音播報子程序[9]。

3 系統測試結果分析

測試儀器：數字示波器DS1062E，數字頻率計DG1022（頻率計模式）。

通過測試本設計實現了以下效果：

（1）能產生正弦波、三角波、方波和鋸齒波等周期性波形;

（2）輸出波形的頻率最小100mHz，最高達100kHz，可利用鍵盤進行頻率粗調，通過外部中斷1可對頻率實現同步調節，低頻頻率步進較小（可達0.1Hz），高頻頻率步進為10 Hz;

（3）輸出波形的幅度為0～5V，可通過放大電路的電位器進行調整;

（4）具備語音提示功能。

4 結束語

本波形發生器的設計由于采用了凌陽SPCE061單片機，使設計較為簡單，編程容易，通過測試能夠準確產生正弦波、三角波、鋸齒波等波形，能夠通過鍵盤調整波形參數，可以作為波形產生器使用。

【參考文獻】

[1]何立民.單片機應用系統設計[M].北京：航空航天大學出版社.2009.

[2]黃智偉著.全國大學生電子設計競賽系統設計[M].北京：航空航天大學出版社.2006.

[3]童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社.2007.