单片机波形发生器的设计

刘工在呢

摘要:该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和锯齿波,波形为双极性,频率和幅值可由键盘设定,频率在
0~8kHz范围内可任意设定,并可按步进120us调整，辐值在一5~+5V范围内可任意设定,并可按步进0.
04V调整。该波形发生器基于AT89S51单片机,由D/A波形发生模块、数码管显示模块、键盘输人模块.波
形数据存储模块组成。波形的类型、频率和幅值能够在七段LED数码管上实时显示。它还具有掉电保护功
能,可存储掉电前的波形和设置。

关键词:波形发生器;单片机;D/A转换;正弦波;双极性.

- {9 ~  k( y( a该设计通过软件和硬件结合,充分利用了软件的优点，
2 q* b5 s/ W8 q3 @7 v7 s发挥其优势,尽可能地减少了硬件开销。方便快捷地生成
特定的频率,幅度的波形数据;在单片机控制下,利用电路.
" G% I8 ~: N; r) p  V+ j! _产生地址.读出数据,送人D/A转换电路,得到所需的波形
% D6 f$ l' `' n- v信号。在输出的同时将波形数据存储在数据存储器中,这.
' o) r1 s1 B8 Z# H& c( W) m* S, {样可以保证掉电以后波形数据不丢失。
5 }* |$ o4 S* m/ c1整体设计
由四大模块组成D/A波形发生模块、数码管显示模
块,键盘输人模块、波形数据存储模块。系统原理框图如.
% Z( u! O6 E" k/ w# F6 M图1所示:
& I5 _& S' d7 y2 @波形的产生通过单片机内的程序实现,采用两片D/A .
0 _4 u3 E, p, D5 B3 l" F; q转换器来控制输出,第一片用于输出波形,第二片用于控制
第一片的参考电压,将第二片的输出作为第一片的参考电
压，以便由程序来控制输出波形的幅值变化,从而实现波形.
幅值改变。频率的产生由硬件实现，频率的变化由程序来
' O' l, h1 v7 ^5 X! }控制,通过改变定时器的初值来改变输出波形相邻两点的
时间间隔,从而实现波形频率的改变。波形的合成也通过
- K# U( j% `0 P9 k& r程序实现,具有很高的精度和线性组合的灵活性。该设计
0 c7 F' m) Y# A- T- C电路简单,绝大部分功能由程序实现,减少了硬件开销.
2电路原理
0 v. Q; `1 q% G* `) ?- w$ V; u2.1波形的产 生及频率变化实现
0 m; p: t9 v) E5 d) p9 q在生产实践中使用的信号大多数是周期性变化的,我
们把各种各样的波形在一个周期中的变化情况离散化,再
" l% i: T! }8 R+ m. N+ \" E+ n' ^/ s根据二进制的规律进行编码,得到每一种波形所对应的波
& g! e+ F( K) d7 y9 u; G' O代码。把这些波代码存储到存储器中,利用电路选择其中
的一组代码输出,经过数/模转换器和放大器,获得连续变
化的波形以。对于正弦等信号不便通过直接计算得到其波
, j4 ]6 ^5 B4 {形数据,而其波形用较小数据量即可准确描述,可对其--周
期信号抽取一定的数据，作为基本波形数据固化在单片机
的程序存储器中国。以产生正弦波为例,采用定点法,即先
* `: o6 W: C. v做一个正弦函数表存于单片机的程序存儲器内,通过定时
4 ~+ h+ a* C  @4 K9 b* T6 `6 K' S5 L器产生定时,每当定时时间到时,输出该波形在该点的正弦
! Z' w2 g. I# `函数表值,周期性重复上述过程就可得到该被形输出。当
改变定时器的初值时,波形相邻两点时间间隔就改变,从而
5 A( _9 B& i- k' }4 O波形的频率相应改变。
2.2波形幅值变化 的实现
/ u2 J$ ~& B! Y) j/ e4 F8 }  [波形产生是通过单片机执行某一个波形发生程序,向
D/A转换器的输人端按一定的规律发送数据,从而在D/A
转换电路的输出端得到相应的电压波形。D/A转换器输.
# i& E; p, T4 }7 r: J# K* s! w8 M' Y人数字量与输出电压的关系如表1所示。
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波形的产生通过单片机内的程序实现,采用两片D/A 转换器来控制输出