正弦信號發生器
二、系統設計
波形發生器原理方框圖如下所示。波形的產生是通過AT89S51 執行某壹波形發生程序，向D/A轉換器的輸入端按壹定的規律發生數據，從而在D/A轉換電路的輸出端得到相應的電壓波形。在AT89S51的P2口接5個按扭,通過軟件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，另有3個P2口管腳接TEC6122芯片，以驅動數碼管顯示電壓幅值和頻率，每種波形對應壹個按鈕。此方案的有點是電路原理比較簡單，實現起來比較容易。缺點是，采樣頻率由單片機內部產生故使整個系統的頻率降低。
1、波形發生器技術指標
1）波形：方波、正弦波、鋸齒波；
2）幅值電壓：1V、2V、3V、4V、5V；
3）頻率：10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；
2、操作設計
1）上電後，系統初始化，數碼顯示6個‘－’，等待輸入設置命令。
2）按鈕分別控制“幅值”、“頻率”、“方波”、“正弦波”、“鋸齒波”。
3）“幅值“鍵初始值是1V，隨後再次按下依次增長1V，到達5V後在按就回到1V。
4）“頻率“鍵初始值是10HZ，隨後在按下依次為20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1000HZ循環。
三、硬件設計
本系統由單片機、顯示接口電路，波形轉換（D/A）電路和電源等四部分構成。電路圖2附在後
1、單片機電路
功能：形成掃描碼，鍵值識別、鍵處理、參數設置；形成顯示段碼；產生定時中斷；形成波形的數字編碼，並輸出到D/A接口電路和顯示驅動電路。
AT89S51外接12M晶振作為時鐘頻率。並采用電源復位設計。復位電路采用上電復位，它的工作原理是，通電時，電容兩端相當於短路，於是RST引腳上為高電平，然後電源通過對電容充電。RST端電壓慢慢下降，降到壹定程序，即為低電平，單片機開始工作。
AT89S51的P2口作為功能按鈕和TEC6122的接口。P1口做為D/A轉換芯片0832的接口。用定時/計數器作為中斷源。不同的頻率值對應不同的定時初值，允許定時器溢出中斷。定時器中斷的特殊功能寄存器設置如下：
定時控制寄存器TCON＝20H；
工作方式選擇寄存器TMOD=01H；
中斷允許控制寄存器IE=82H。
2、顯示電路
功能：驅動6位數碼管顯示，掃描按鈕。
由集成驅動芯片TEC6122、6位***陰極數碼管和5個按鈕組成。當某壹按鈕按下時，掃描程序掃描到之後，通過P2口將數字信號發送到 TEC6122芯片。TEC6122是壹款數字集成芯片。它的外接電壓也是+5V，並且由於數碼管的載壓較小，為了保護數碼管，必須在兩者間接電阻，大約是560歐。
掃描利用軟件程序實現，當某壹按鍵按下時，掃描程序立即檢測到，隨後調用子程序，執行相應的功能。
3、D/A電路
功能：將波形樣值的編碼轉換成模擬值，完成雙極性的波形輸出。
由壹片0832和兩塊LM358運放組成。DAC0832是壹個具有兩個輸入數據寄存器的8位DAC。目前生產的DAC芯片分為兩類，壹類芯片內部設置有數據寄存器，不需要外加電路就可以直接與微型計算機接口。另壹類芯片內部沒有數據寄存器，輸出信號隨數據輸入線的狀態變化而變化，因此不能直接與微型計算機接口，必須通過並行接口與微型計算機接口。DAC0832是具有20條引線的雙列直插式CMOS器件，它內部具有兩級數據寄存器，完成8位電流D/A轉換，故不需要外加電路。0832是電流輸出型，示波器上顯示波形，通常需要電壓信號，電流信號到電壓信號的轉換可以由運算放大器LM358實現，用兩片LM358可以實現雙極性輸出。
單片機向0832發送數字編碼，產生不同的輸出。先利用采樣定理對各波形進行抽樣，然後把各采樣值進行編碼，的到的數字量存入各個波形表，執行程序時通過查表方法依次取出，經過D/A轉換後輸出就可以得到波形。假如N個點構成波形的壹個周期，則0832輸出N個樣值點後，樣值點形成運動軌跡，即壹個周期。重復輸出N個點，成為第二個周期。利用單片機的晶振控制輸出周期的速度，也就是控制了輸出的波形的頻率。這樣就控制了輸出的波形及其幅值和頻率。
四、 軟件設計
主程序和子程序都存放在AT89S51單片機中。
主程序的功能是：開機以後負責查鍵，即做鍵盤掃描及顯示工作，然後根據用戶所按的鍵轉到相應的子程序進行處理，主程序框圖如圖1所示。
子程序的功能有：幅值輸入處理、頻率輸入處理、正弦波輸出、鋸齒波輸出、方波輸出、顯示等。
下面是程序
include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit LCP=P2^2;
sbit SCP=P2^1;
sbit SI=P2^0;
sbit S1=P2^3;
sbit S2=P2^4;
sbit S3=P2^5;
sbit S4=P2^6;
sbit S5=P2^7;
sbit DA0832=P3^3;
sbit DA0832_ON=P3^2;
uchar fun=0,b=0,c=0,d=0,tl,th;
uchar code tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar code tosin[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5
,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5
,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd
,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda
,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99
,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51
,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16
,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15
,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e
,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 };
void display(unsigned char command)
{
unsigned char i;
LCP=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
SCP=0;
if((command & 0x80)==0)
{
SI=0;
}
else
{
SI=1;
}
command<<=1;
SCP=1;
}
LCP=1;
}
void key1(void)
{
fun++;
if(fun==4)
fun=0x00;
}
void key2(void)
{
tl++;
if(tl==0x1f)
th++;
}
void key3(void)
{
tl--;
if(tl==0x00)
th--;
}
void key4(void)
{
double t;
int f;
TR0=0;
t=(65535-th*256-tl)*0.4;
f=(int)(1000/t);
S3=tab[f%10];
f=f/10;
S2=tab[f%10];
f=f/10;
if(f==0)
S1=0;
else
S1=tab[f];
TR0=1;
}
void key5(void)
{
tl--;
if(tl==0x00)
th++;
}
void judge(void)
{
uchar line,row,de1,de2,keym;
P1=0x0f;
keym=P1;
if(keym==0x0f)return;
for(de1=0;de1<200;de1++)
for(de2=0;de2<125;de2++){;}
P1=0x0f;
keym=P1;
if(keym==0x0f)return;
P1=0x0f;
line=P1;
P1=0xf0;
row=P1;
line=line+row; /*存放特征鍵值*/
if(line==0xde)key1();
if(line==0x7e)key2();
if(line==0xbd)key3();
if(line==0x7d)key4();
}
void time0_int(void) interrupt 1 //中斷服務程序
{
TR0=0;
if(fun==1)
{
DA0832=tosin[b]; //正弦波
b++;
}
else if(fun==2) //鋸齒波
{
if(c<128)
DA0832=c;
else
DA0832=255-c;
c++;
}
else if(fun==3) // 方波
{
d++;
if(d<=128)
DA0832=0x00;
else
DA0832=0xff;
}
TH0=th;
TL0=tl;
TR0=1;
}
void main(void)
{
TMOD=0X01;
TR0=1;
th=0xff;
tl=0xd0;
TH0=th;
TL0=tl;
ET0=1;
EA=1;
while(1)
{
display();
judge();
}
}
五、心得體會
開始的時候由於沒有經驗，不知如何下手，所以就去圖書管找了壹些書看，盡管有許多的設計方案，可是總感覺自己還是有許多的東西弄不太清楚，於是就請教同學。他常做壹些設計，有壹些經驗。經過他的解釋分析各方案之後，決定用查表的方法來做。這樣可以降低壹些硬件設計的難度，初次設計應切合自己的水平。用8031需要擴展ROM，這樣還要進行存儲器擴展。而且現在8031實際中已經基本上不再使用，實際用的AT89S51芯片有ROM，這樣把經過采樣得到的數值制成表，利用查表來做就簡單了。我認為程序應該不大，片內ROM應該夠用的。用LED顯示頻率和幅值，現有集成的接口驅動芯片，波形可通過示波器進行顯示，單片機接上D/A轉換芯片即可，這樣硬件很快就搭好了。
我以為這些做好了，構思也有了，寫程序應該是相對容易的。誰知道，寫起程序來，才想到功能鍵要有掃描程序才行呀，我真的感到很難。那時真的有點想放棄？於是就去請教了老師，老師幫忙分析了壹下，自己又查閱了壹些資料，終於明白了掃描程序怎麽寫。
於是在自己的努力下，程序很快就寫好了。這次是我的第壹個設計器件，盡管經歷了不少的艱辛，但給我積累了壹點設計的經驗，最後也有點小小的成就感。後面的路還很長，我還的努力！
參考文獻
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[2] 潘永雄，沙河，劉向陽.電子線路CAD實用教程〔M〕.西安：西安電子科技大學出版社，2001.13-118.
[3] 張毅剛，彭喜源，譚曉昀，曲春波.MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱：哈
爾濱工業大學出版社，1997.53-61.
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