函数波形发生器

函数波形发生器

一、题目分析

题目要求：利用D/A芯片产生峰峰值为5V的锯齿波和三角波。

控制功能：使用2个拨动开关（K1、K2）进行功能切换。当K1接高电平时，输出波形的频率为1Hz，否则为0.5Hz。当K2接高电平时，输出为三角波，否则输出为锯齿波。

使用的主要元器件：8031、6MHz的晶振、74LS373、74LS138、2764、DAC0832、LM324、拨动开关K1、K2等。

输出波形的验证方法：使用示波器测量输出波形。

函数发生器采用AT89c52 单片机作为控制核心，外围采用模拟/数字转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键等。电路采用AT89C52单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器。

通过开关控制可产生锯齿波、三角波，同时用开关控制频率切换的波形。所产生的波形V P-P范围为5 V，频率范围为1HZ与0.5HZ,波形准确并且平滑。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。

本设计主要应用AT89c52作为控制核心。硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点。

二、方案论证

硬件方案选择

方案一：AT89c52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机。AT89c52芯片中每一路模拟输出与DAC0832芯片相连，构成多个DAC0832同步输出电路，输出波形稳定，精度高，但是第二级DAC0832输出，发生错误并且电路连接复杂。

方案二：AT89c52芯片中只有一路模拟输出或几路模拟信号非同步输出，这种情况下ＣＰＵ对DAC0832 执行一次写操作，则把一个数据直接写入ＤＡＣ

寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。因此我们设计中采用方案二。

软件方案选择

方案一：根据89c52单片机，采用c语言编程设计软件程序，达到单片机输出预定信号，c语言编写程序较为困难，复杂。

方案二：采用汇编语言编写软件单片机程序，程序比较简单，汇编语言易于读写、调试和修改易于查错，目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。

本设计程序简单，C编程灵活，如果变大的程序的话，优势很明显；而汇编语言的操作性、控制很强，而且执行快。鉴于种种原因，选择方案二。

三、硬件设计

1、基本原理：

系统框图如图1所示。

信号发生器系统主要由CPU、D/A转换电路、电源电压电路、电流/电压转换电路、开关和示波器指示等电路组成。

其工作原理为当分别按下二个按键中的任一个按键就会分别出现锯齿波与三角波切换和频率切换。

软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配如下：

内存分配

P0口与DAC0832的DI0-DI7数据输入端相连。

P2口用来控制DAC0832的输入寄存器选择信号CS、输入寄存器写选通信号WR1及DAC寄存器写选通信号WR2和数据传送信号XFER。P3口的P3.0-P3.1分别与二个开关连接，分别控制锯齿波、三角波切换和频率切换。

2、各部分电路原理

(1)DAC0832芯片原理

①管脚功能介绍（如图2所示）

(1) DI7～DI0：8位的数据输入端，DI7

为最高位。

(2) I OUT1：模拟电流输出端1，当DAC

寄存器中数据全为1时，输出电流最

大，当DAC寄存器中数据全为0时，

输出电流为0。

(3) I OUT2：模拟电流输出端2，I OUT2与I OUT1的和为一个常数，即I OUT1＋I OUT2＝常数。图2 DAC0832管脚图

(4) R FB：反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以R FB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。

(5) V REF：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定0至255的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度，V REF范围为(+10～-10)V。V REF端与D/A内部T形电阻网络相连。

(6) Vcc：芯片供电电压，范围为(+5~ 15)V。

(7) AGND：模拟量地，即模拟电路接地端。

(8) DGND：数字量地。

②工作原理

DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入

数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。

(2)LM324工作原理

（管脚功能如图3所示）

图3 LM324管脚图

LM324时四运放集成电路，它采用14脚双烈直插塑料封袋，外形如图1所示。他的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图中所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“OUT”为输出端。两个信号输入端中，“-”为反相输入端，表示运放输出端OUT的信号与该输入端的为相反；“+”为同相输入端，表示运放输出端OUT的信号与输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可但电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

在此项目中用了LM324的三组运放，分别置于第一级输出，第一、二级之间，第二级输出。

四、软件设计

软件设计上，根据功能分了几个模块编程。模块主要有：主程序模块、锯齿波模块、三角波模块、延时子程序模块等。

1、主程序流程图(如图4所示)

本软件设计过程中主要实现利用开关来控制不同波形的输出与频率转换，当K1接高电平时，输出波形的频率为1Hz，否则为0.5Hz。当K2接高电平时，输出为三角波，否则输出为锯齿波。通过按键可以以任意循环方式输出不同波形。

2、程序清单如下：

LJMP MAIN

ORG 0030H

MAIN: MOV DPTR,#0A000H

MOV A,#0

;----------------------

W1:

MOV C,P3.0

JC H1

INC A

LCALL DL

MOVX @DPTR,A

MOV P1,A

CJNE A,#0FFH,W1

W2:

MOV C,P3.0

JC H1

DEC A

LCALL DL

MOVX @DPTR,A

MOV P1,A

JZ W1

SJMP W2

;--------------------------

H1:

MOV C,P3.0

JNC W1

MOVX @DPTR,A

MOV P1,A

INC A

LCALL DL

SJMP H1

;-------------------------

DL: MOV C,P3.1

JNC L

D: MOV R7,#10H

DLY0: DJNZ R7，DL Y0

RET

L: MOV R7,#20H

DLY1: DJNZ R7，DL Y1

RET

END

五、调试

本次试验主要采用教学用实验箱，仪器器件都在实验箱包含，连线，采用keil软件，利用仿真器进行仿真调试。利用实验示波器观察输出波形，用万用表检查电路的正确性。

调试运行正确无误之后，进行仿真，拨动开关，当K1接高电平时，输出波形的频率为1Hz，否则为0.5Hz。当K2接高电平时，输出为三角波，否则输出为锯齿波

示波器测试的波形

锯齿波：

三角波：

经过测试、调试实验结果符合实验要求。

六、总结

经过近一周的设计和学习,我们学到了许多书本上没有的知识,从方案的论证、课题的选择、电路原理，到电路的调试，程序的编写，调试下载，一步步，我们收获很大。在设计中，我们力求硬件电路简单，充分发挥软件灵活方面的特点，满足系统设计要求。由于试验箱等问题，多次测试结果没有能过达到预期效果，经过老师仔细的知道，利用万用表从最基础的程序仿真，检查试验箱DA转换模块的完好，这中间，我们也遇到了许多其他困难，在老师、同学的帮助下，一个个也都战胜了。