基于單片機的波形發生器(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 高電路的頻率穩定性和準確度。純硬件法中，正弦波的設計是基礎，實現方法也比較多，電路形式一般有LC、RC和石英晶體振蕩器三類。LC振蕩器適宜于產生幾Hz至幾百MHz的高頻信號；石英晶體振蕩器能產生幾百kHz至幾十MHz的高頻信號且穩定度高；對于頻率低于幾MHz，特別是在幾百Hz時，常采用RC振蕩電路。RC振蕩電路又分為文氏橋振蕩電路、雙T網絡式和移相式振蕩電路等類型。其中，以文氏橋振蕩電路最為常用。目前，實現波形發生器最簡單的方法是采用單片集成的函數信號發生器。它是將產生各種波形的功能電路集成優化到一個集成電路芯片里，外加少量的電阻、電容元件來實現。采用這種方法的突出優勢是電路簡單，實現方便，精度高，性能優越；缺點是功能較全的集成芯片價格較貴。實際中應用較多的單片函數信號發生器有MAX038(最高頻率可達40MHz)和ICL8038(最高頻率為300kHz)。 方案二波形發生器設計的純軟件法 波形發生器的設計還可以采用純軟件的方法來實現。虛擬儀器鞠使傳統儀器發生了革命性的變化，是21世紀測試儀器領域技術發展的重要方向。它以計算機為基礎，軟件為核心，沒有傳統儀器那樣具體的物理結構．在計算機上實現儀器的虛擬面板，通過軟件設計實現和改變儀器的功能。例如用圖形化編程工具LabVIEW來實現任意波形發生器的功能：在LabVIEW軟件的前面板通過拖放控件，設計儀器的功能面板(如波形顯示窗口，波形選擇按鍵，波形存儲回放等工作界面)，在軟件的后面板直接拖放相應的波形函數并進行參數設置或直接調用編程函數來設計任意波形以實現波形產生功能；完成的軟件打包后，可脫離編程環境獨立運行。實現任意波形發生器的功能。采用純軟件的虛擬儀器設計思路可以使設計簡單、高效，僅改變軟件程序就可以輕松實現波形功能的改變或升級。從長遠角度來看，純軟件法成本較低。軟件法的缺點是波形的響應速度和精度遜色于硬件法。 方案三：既具有純硬件設計的快速、高性能，同時又具有軟件控制的靈活性、智能性。如以單片機和單片集成函數發生器為核心（）。輔以鍵盤控制、液晶顯示等電路，設計出智能型函數波形發生器，采用軟硬件結合的方法可以實現功能較全、性能更優的波形發生器，同時還可以擴展波形發生器的功能，比如通過軟件編程控制實現波形的存儲、運算、打印等功能，采用USB接口設計。使波形發生器具有遠程通信功能等。目前，實驗、科研和工業生產中使用的信號源大多采用此方法來實現。AT89C51單片機DAC0832復位鍵鍵盤數碼管顯示圖 軟硬件結合的波形發生器，波形改變困難、控制的靈活性不夠，不具備智能性，其中由運算放大器加分立元件組成的波形發生器，除在學生實驗訓練中使用外。基本不被采用。純軟件設計法實現簡單，程序改變及功能升級靈活，但實現的波形精度及響應速度不如硬件法高。純軟件法主要適用于對波形精度、響應速度要求不是很高的場合。相比之下，軟硬件結合的方法可以設計出性能最優、功能擴展靈活、控制智能化的新一代的波形發生器，可以滿足教學、科研、工業生產等各方面對波形發生器性能有較高要求的應用場合。綜合以上幾種設計方案，本設計采用方案三的方法—軟硬件設計法。其方案能夠產生很好的波形，也易實現。3 硬件原理波形的產生是通過AT89S52單片機執行某一波形發生程序，向D/A轉換器的輸入端按一定的規律發生數據，從而在D/A轉換電路的輸出端得到相應的電壓波形。AT89S52單片機的最小系統有三種聯接方式。一種是兩級緩沖器型，即輸入數據經過兩級緩沖器型，即輸入數據經過兩級緩沖器后，送D/A轉換電路。第二種是單級緩沖器型，輸入數據經輸入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A轉換電路。第三種是兩個緩沖器直通，輸入數據直接送D/A轉換電路進行轉換。本電路仿真的總圖如下： 系統電路圖 MCS51單片機的內部結構 內部結構概述典型的MCS51單片機芯片集成了以下幾個基本組成部分。1 一個8位的CPU2 128B或256B單元內數據存儲器（RAM）3 4KB或8KB片內程序存儲器（ROM或EPROM）4 4個8位并行I/O接口P0~P3。5 兩個定時/計數器。6 5個中斷源的中斷管理控制系統。7 一個全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發送器） 8 一個片內振蕩器和時鐘產生電路。 單片機引腳 CPU結構CPU 是單片機的核心部件。它由運算器和控制器等部件組成。1.運算器 運算器以完成二進制的算術/邏輯運算部件ALU為核心。它可以對半字節（4）、單字節等數據進行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加減BCD碼十進制調整、比較等算術運算，完成與、或、異或、求反、循環等邏操作，操作結果的狀態信息送至狀態寄存器。運算器還包含有一個布爾處理器，用以處理位操作。它以進位標志位C為累加器，可執行置位、復位、取反、位判斷轉移，可在進位標志位與其他可位尋址的位之間進行位數據傳誦等操作，還可以完成進位標志位與其他可位尋址的位之間進行邏輯與、或操作。PC是一個16位的計數器，用于存放一條要執行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自動加1功能，即完成了一條指令的執行后，其內容自動加1。 指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經指令譯碼器譯碼后由定時有控制電路發出相應的控制信號，完成指令功能。 存儲器和特殊功能寄存器（Memory）是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80H～FFH。在MCS－51中，除程序計數器PC和四個工作寄存器區外，其余21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個是雙字節寄存器，它們共占用了26個字節。各特殊功能寄存器的符號和地址見附表2。其中帶＊號的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態，實際上是8051的狀態字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關，另一類作片內功能的控制用。與芯片引腳有關的特殊功能寄存器是P0～P3，它們實際上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應的輸出驅動器和輸入緩沖器就