采用SST89E564的函数信号发生器硬件设计

ByElmer1

[摘要]讨论 了以SST89E564单片机为核心的信号发生器设计，采用单片机外部存储器扩展技术以及DAC接口技术简化硬件设计，软件
以查表方式读取波形信号经离散化处理之后的数据，通过D/A转换还原所需的信号波形。
[关键词]单片机  DAC接口  信号发生器

1、硬件组成以及工作过程
单片机通过查询存储单元内的波形信号数据，执行波形生成程
* h* M7 k: o( P- h6 M' q; A序，将不同数字量送往DAC进行转换，输出所需要的信号波形。D /
A转换电路由DAC0832芯片将数字量转换成模拟量，再通过调节电位
器来改变输出波形的幅度，波形的频率调节LM331完成，采用可编程
芯片8279管理仪器的键盘显示接口。信号发生器工作时，单片机根据
键盘输入命令，通过查表获得预先存放在数据存储器中与信号波形相
关的数据值，送往D 1 A转换电路，输出一个电压点，如此反复，即
1 l& z7 j' M" a/ q' T可以获得连续的信号波形，信号发生器的硬件结构框图如图1所示。
: n8 a* ?8 O4 |4 T2、信号产生模块
/ I3 q7 {$ ^" v  \由SST89E564单片机外接LM33I实现V/F转换的基本电路，其
功能是产生一个固定频率的方波信号，方波信号为“1”时从数据存储
器中读取数据，只须调整方波频率即可得同频率的信号。具体连接如
+ _3 l, c0 k" ]2 h图2所示，在电压输入端7脚上增加由R、C,组成的低通滤波电路:
在CL、R.原接地端增加了偏移电路:在2脚上增加了一个可调电阻，
4 I* x1 Z* Q& ~! p) c; R用来对基准电流进行调节，以校正输出频率:在输出端3脚上接有一-
4 C3 |0 w  ?4 x, W+ B8 d! W! j个_上拉电阻，因为该输出端是集电极开路输出。LM331 与SST89E564
单片机的连接方法十分简单，只须接入定时/计数器输入端。只要选
& t& G, O* ?/ o$ s择合适的R、C,且电阻器性能足够好，就能产生固定定频率的信号。
3、数模转换模块
DAC0832工作在单缓冲方式时，WR和XFER固定接地，所以内
部第二級寄存器工作在直通状态，DAC0832只有一个寄存器工作，
9 b3 b. u6 b- [) l8 j+ N而对0832的片选端CS和写入端WR进行控制。当CS=0, WR=0时，
输入的数字量送到DAC0832的第1级8位输入寄存器，由于第2级
3 F- l8 d% P3 Z! k& U" {8位DAC寄存器工作在直通状态，则输入的数字量可直接进入8位D
/A转换器转换成模拟电流，然后通过外部运算放大器对总电流求
0 Q: f) y( c& A0 @和变成电压输出。
: K4 [- d0 N  _7 @& p4、幅度调节模块
将DAC0832的基准电压输入Vr设置为+5V，则其满度电压为
5V， 设计要求输出信号幅度在0~5V可调，因此在电压输出端接-一个
3 I' T3 v8 ~. W* Y" ~由运算放大器组成的反相比例器，R2 为一个电位器,V。=- R2/R,xV,,
1 T9 ]# }  }1 c( r* tV,最大为5V，因此当R,的最大值小于R时调节R,大小，信号幅度
即可在0~5V之间调节。此电路中如果选择连续可调的电位器，输出
8 Y4 X5 f2 _0 L. {6 u信号幅度的调节就是连续的。如果选择线性电位器，则输出信号的幅
$ N1 ~4 o# X, v  r9 O度调节是以- -定间隔步进的。
5、信号测量与显示模块
输出的正弦信号是连续变化的模拟量，如果要实现幅度的显
% }. [! r' T" n: V) D9 l4 F示，则首先要通过采样和保持电路对连续信号进行离散化，再通过
A / D转换器对离散的输入信号进行量化，得到幅度和时间均为离散
的数字信号。用数码管进行幅度的显示，需要将A / D转换得到的
数值进行相应的处理，通过编程进行数据的处理之后再输出到LED数
5 Z) h- X9 l% ~' r码管，进行幅度的显示。其中时钟信号CP可以利用单片机的ALE端
4 P& ]8 o6 C" D/ ?! V2 ^" @口输出的周期脉冲信号得到。整个键盘显示管理由可编程芯片8279
完成，单片机只需要执行按键中断服务程序，可以腾出更多时间进
行波形数据处理，使得输出波形更为平滑。
8 [! i' A$ h  W8 z- E1 _& l6、总结
单片机低频信号发生器具有如下特点:较分立元件信号发生器;
而言，工作稳定，容易调试;较采用专门DDS芯片的信号发生器而言，
! ?  c, Z) r' ]6 X整体结构简单，成本低廉。通过对仪器软、硬件调试和检测表明，仪
器性能稳定，工作可靠，由于采用了具有ISP功能的SST89E564单片
- V0 a( }( X. L3 f% k机，可以在线修改片内程序，根据现场需要产生- -些特殊形状的数字
- M4 n1 e7 I6 |# T. K合成波形，满足特殊试验要求.
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! Y/ Z' @8 U- X* b附件下载：
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单片机只需要执行按键中断服务程序，可以腾出更多时间进
0 L4 K/ l( `: ]& l- ?5 l$ r行波形数据处理，使得输出波形更为平滑