基于AT89S52单片机的信号发生器的设计

张根选,吴子怀

(1.蚌埠医学院 医学影像系,蚌埠 233000;2.蚌埠医学院第一附属医院设备科,蚌埠 23000)

0 引 言

波形发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域.其设计方法有很多种如采用一般的数字电路的知识来完成,对于要求较高的情况下可以采用专用的DDS芯片来设计.本文则以AT89S52单片机为核心设计了可产生锯齿波、三角波、正弦波等多种波形的信号发生器,波形的周期可以用程序改变,并可根据需要选择三种信号幅度变化输出,具有线路简单、结构紧凑等优点.

1 主要芯片简介[1]

AT89S52提供了以下标准功能:与MCS-51产品兼容;具有8 K字节可在系统编程的Flash内部程序存储器,可写/擦1000次;32个可编程I/O口线4.0～5.5 V的工作电压范围;全静态操作:0 Hz～24 MHz;三级程序存储器加密;256字节内部RAM;全双工异步UART串行通信通道;三个16位定时器/计数器 八个中断源;低功耗空闲和掉电方式;通过中断中止掉电方式;看门狗定时器;两个数据指针;

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片,DAC0832的主要特性参数如下:分辨率为8位;电流稳定时间1μs;可单缓冲、双缓冲或直接数字输入;只需在满量程下调整其线性度;单一电源供电(+5 V～+15 V);低功耗,200 mW.这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用[4][5].D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成.

2 设计思路及硬件组成

2.1 设计思想:用AT89S52分别实时地对P3.0、P3.1、P3.2三个端口进行扫描,对应的有如果P3.0有低电平出现来进行波形的选择,并且在选择正弦波时是将00H到0FFH按照正弦波波形的变化趋势分成255个间断的点,形成一个正弦波取值表,用AT89S52在每一个时钟到来时取表值通过P1口送至D/A0832转换模拟量实现输出.为了简化设计程序的方法,三角波和方波也都建立了相应的取值表,实现方法同正弦波.利用P3.1的低电平的出现时调用延时程序来减小输出信号波形的频率,同样原理利用P3.2可以增大输出信号波形的频率,从而实现了不同波形及其频率的调节.三种信号波形幅度的调整可以通过改变电阻的阻值来实现.

2.2 硬件电路组成

AT89S52外接12 M晶振作为时钟频率其主要由Y1和C1、C2组成,并采用电源复位设计,复位电路采用上电复位,复位的工作原理是,通电时,电容两端相当于短路,于是RST引脚上为高电平,然后电源通过对电容充电.RST端电压慢慢下降,降到一定程序,即为低电平,单片机开始工作.在单片机最小系统基础上再配置数模转换芯片DAC0832和零偏移单电源轨到轨输入/输出运算放大器AD8571[2][3]就构成了该信号发生器的硬件电路,如下图1所示.整个电路的电源可以采用干电池供电或者采用外接直流稳压电源供电.

3 软件设计的流程图

本程序设计采用单片机KeilC51语言编写,运行于uVision2IDE开发环境,其包括C编译器、宏汇编器、连接/定位器、目标代码到HEX的转换器.整个程序的设计流程图如图2、图3所示,给出了波形选择和各种频率减小程序设计流程图.(波形频率增加参见图3频率减小的情况)

4 总 结

通过使用Protel2004绘制电路原理图及制版、焊接、软件编程、下载、调试,到最后利用示波器对产生波形的测试结果表明该电路能够很好的满足一般对正弦波、方波及三角波的各项指标的要求.

[1]张迎新.等.C8051F系列SOC单片机原理及应用[M].北京:北京理工大学出版社,2001.

[2]米 昶.Protel2004电路设计与仿真(高等学校计算机辅助设计规划教材)[M].机械工业出版,2006.

[3]何立民.单片机高级教程-应用与设计[M].北京航空航天大学出版社,2008.

[4]李 刚,等.ADUC845单片机原理、开发方法及应用实例[M].电子工业出版社,2006.

[5]周立功.单片机与嵌入式系统应用[M].北京航空航天大学出版社,2005.