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1、第35卷第7期信息化研究Vol.35No.72009年7月InformatizationResearchJul.2009基于单片机的低频任意信号发生器张建民(江苏技术师范学院,江苏省常州市213001)摘要:以单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。介绍了单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬
2、件电路和软件编程、DAC0832D/A转换器的原理和使用方法、AT89C52以及与设计电路有关的各种芯片、关于产生不同低频信号的信号源的设计方案。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。关键词:低频信号发生器;单片机;D/A转换;任意波形中图分类号:TN752.1波形是在单片机内部存储的数字信号的控制下形成0引言的,所以在构建波形时,具有时域、频域和视觉上的灵[1]波形发生器亦称函数信号发生器,作为实验用信活性。号源,是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少任意波形函数发生器是依据存
3、储器中的数值来构的仪器设备之一。目前,市场上常见的波形发生器多建波形的,在存储器的数据中定义的一个波形的起始为纯硬件搭接而成,且波形种类有限,多为锯齿、正弦、点与结束点之间的采样点数决定了波形的频率。输出方波、三角等波形。如555振荡电路便是产生正弦波、波形频率f0由下式决定:三角波和方波可取的途径之一。但是这种电路存在波fsf0=形质量差、控制难、可调范围小、电路复杂和体积大等n1-n2缺点。式中n1、n2为所要构建波形的第一个和最后一个采样利用单片机通过程序设计方法来产生低频信号,点,在存储器中的
4、对应位置序号fs为采样频率。通过其频率底线很低,具有线路相对简单、结构紧凑、体积改变或重新设置这个参数即可得到不同频率的输出波小、价格低廉、频率稳定度高、抗干扰能力强、用途广泛形。等优点。现以正弦波为例,设要产生的正弦波为U(t)=现介绍利用AT89C52单片机和2片DAC0832D/AUmsin2πft,周期T=1/f,我们把每个周期平均分成P转换器组成的数字式低频信号发生器,可输出任意波个区间。每个区间间隔为ΔT=T/P,在ΔT区间内,形。波形信号频率范围为1Hz～10kHz,信号电压范围U(t)
5、的值为常数。即认为:为-5V～+5V,并且输出电压幅值可以在0V～5V0≤t<ΔT时,U(t)=U(0);范围内调节。输出信号非线性失真低于0.1%,频率ΔT≤t<2ΔT时,U(t)=Umsin(2πf×ΔT);稳定度达0.1%/h。2ΔT≤t<3ΔT时,U(t)=Umsin(2πf×2ΔT);…1工作原理即:任意波形函数发生器采用直接数字合成技术,可U(t)=Umsin(2πf×ΔiT)(ΔiT≤t<(i+1)ΔT)由于以提供各种常用波形,其输出波形是通过单片机系统建立的。工作过程为f=1/T=1/
6、(P×ΔT):在一个单片机的存储器中存入所以波形数据,当要产生波形输出时,所存信息经D/A转换器形成模拟量U(t)=Umsin(2πi/P)=U(i),波形再通过一个放大器来调整驱动通常正弦信号峰值电压恒定,如设Um=225mV,和传输能力。由于该信号发生器以模拟量形式输出的我们可以用32个字节的存储器来储存i等于不同数收稿日期:2009202227;修回日期:2009204208。值时的电压U(t)或U(i),最小分辨率为1mV。由于·12·©1994-2010ChinaAcademicJourna
7、lElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第35卷第7期张建民:基于单片机的低频任意信号发生器·研究与设计·[3]正弦信号4个象限内数值的对称性,若把一个周期分维持低功耗和掉电状态保存存储内容。成P=128等份,但只有32个独立的数值,因此只需2.2D/A转换器连接电路和运算放大电路的设计32个字节的存储器就够了。设计中2片D/A的输出均采用双极性电压输出,由此看出,输出信号的频率取决于ΔT,改变ΔT运算放大器选用的
8、是LF358,电路如图2所示。第1即可得到不同的输出频率,并且输出频率的正确度基级DAC0832D/A转换器将P1口输出的数字信号变成于单片机晶振频率的正确度和稳定度。而各区间的振连续变化的电流信号,这个电流信号经2个集成运算幅值以数字形式存于单片机的内存中,加上D/A转换放大器组成的双极型电压输出电路变成电压信号输器的稳定性,因此输出信号的幅频特性很好。其输出出。电压变化范围为-5V～+5V,作为第2级信号的非线性失真低于0.1%。DAC0832D/A
