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基于MCS—51单片机在波形发生器中的设计

摘要:本系统是基于AT89C51单片机的数字式低频信号发生器。采用AT89C521单片机作为控制核心,外围采用数字/模拟转换电路(DAC0832)、运放电路(LM365)、按键和8位数码管等。通过按键控制可产生方波、锯齿波、三角波、正弦波等,同时用数码管指示对应的波形。其设计简单、性能优良,可用于多种需要低频信号源的场所,具有一定的实用性。
关键词: AT89C51;DAC0832;LM365;8位数码显示管
The Design of Waveform Generator Base on MCS-51 Single puter
Abstract:Waveform The system is a digital signal generator based on single puter. AT9C51 is used as a control microcontroller system posed by digital/version(DAC0832), imply circuit,button and nixie can generate the square, triangle and sine wave,with nixie system can be used for a signal soure in the low-frequency signal is very practical.
Keywords:AT89C51;DA0832;LM324;8 nixie tube display
1 前言
波形发生器也称函数发生器,作为实验信号源,是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前,市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成,且波形种类有限,多为锯齿波,正弦波,方波,三角波等波形。
本设计为一个能产生一路正弦波、三角波、锯齿波或方波信号的波形发生器,要求输出波形幅度为0-10V,并可调整;输出波形频率在0-20KHZ范围内可调整。
2 波形发生器的概括及其发展状况
在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域,经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展,用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比,其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标,都有了很大的提高[3]。
波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号,并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点,不仅可以模拟各种复杂信号,还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制,并能够与其它仪器进行通讯,组成自动测试系统,因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域[15]。
在 70 年代前,信号发生器主要有两类:正弦波和脉冲波,而函数发生器介于两类之间,能够提供正弦波、方波、三角波等几种常用标准波形,产生其它波形时,需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术,而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点,并且要产生较为复杂的信号波形,则电路结构非常复杂。同时,主要表现为两个突出问题,一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节,因此很难将频率调到某一固定值;二是脉冲的占空比不可调节[21]。
在 70 年代后,微处理器的出现,可以利用处理器、A/D/和 D/A,硬件和软件使波形发生器的功能扩大,产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对 DAC的程序控制,就可以得到各种简单的波形。
90 年代末,出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统,它由 HP8770A任意波形数字化和 HP1776A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只能产生8 中波形,而且价格昂贵。不久以后,Analogic公司推出了型号为 Data-2020的多波形合成器,Lecroy 公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等[6]。
到了二十一世纪,随着集成电路技术的高速发展,出现了多种工作频率可过 GHz 的DDS 芯片,同时也推动了函数波形发生器的发展,2003 年,Agilent的产品 33220A能够产生 17 种波形,最高频率可达到 20M,2005 年的产品N6030A 能够产生高达 500MHz 的频率,采样的频率可达。由上面的产品可以看出,函数波形发生器发展