三角波信号发生器的设计

马文英

三角波信号发生器的设计

马文英

（银川能源学院，宁夏 银川 750105）

本三角波发生器是基于DAC0832的信号发生器设计的，由DAC0832与51单片机结合，得到一款高精度频率的信号发生器，且幅度可程控。选用了2个DAC0832芯片完成功能，其中一个用来产生波形，另外一个设计成程控放大器进行改变幅度，它的放大倍数通过DAC0832的数字端口来实现，根据设定的输出幅值，单片机只需要通过公式换算出给予的对应电平。输出信号幅值档位通过液晶显示器显示，且幅值在1～5 V范围内可调。

DAC0832；幅值；信号发生器；三角波

1 研究的目的和意义

目前，生产科技技术不断提高，电子技术也越来越先进。电子技术和计算机技术随着时间的发展不停地进行新陈代谢，数字电路和模拟电路及其系统的设计方式也不断地提高、更新。在我们的生活中、生产工业中、实验教学中、科学研究中、医学中等诸多的领域中都会运用到信号发生器。伴随着电子技术的不断发展更新，信号发生也进行了更新换代，它的功耗越来越低，频率越来越精准，功能越来越强大，而且信号发生器的自动化程度越来越高。这一系列变化说明信号发生器在逐步地趋近于智能化。信号发生器这一电子仪器在我们的生活中比较常见，它可以是一个独立的信号源，也能作为网络分析的仪器。

2 研究的概况及发展趋势

中国和国外的研究现状、发展趋势以及应用的领域如下所述。

采用锁相环电路产生振荡来实现。这种电路设计在调试的过程中难度不太大，同时对于电容和电阻这两类元器件的参数规格要求很高，此外，这两类元器件的实物稳定性和可靠性较低，使其精密度不够高，所以这是一种相对来说比较落后的设计方案，而采用大规模集成电路来设计可靠性高、可以产生的信号波形诸多，频率相对较高。可是它的频率输出信号的波形和频率值的精准度和精密度都不是很高，运行不够稳定，调试困难且电路设计及布局烦琐。为实现低频函数信号发生器采用单片机的集成芯片，这种类型设计产生波形种类较多，能够达到的频率也很高，其信号稳定性和精准度有所保障，运用的电容电阻元器件较少，造价低，且电路设计简单，调试方便。采用专用直接数字合成DDS芯片来实现，这种设计方案能够产生各种各样的波形，而且其频率都很高，它能够确保产生的信号波形输出来的信号频率具有稳定性，可以很方便地设置波形转换、调节等。

3 总方案的设计

该系统的核心控制是单片机，供电后对整个系统先进行初始化，要根据按键模块如何进行响应，LCD1602模块的显示功能、三角波形如何完整地产生，调节增益、程控放大模块的完成等各种功能完成对其的调控，其最重要的目的是完成核心控制和各个模块间的调节作用等。总方案的设计如图1所示。

图1 总方案的设计

4 系统硬件电路设计

系统硬件电路设计如图2所示。

图2 电路图

主控模块在整个系统中相当于大脑，在本系统的核心控制芯片就采用了51系列单片机中的STC12C5A60S2。单片机的最小系统电路图由单片机、时钟电路、复位电路等部分构成，单片机想要有一个适当的时间基准，可由时钟电路提供，它选择用了12 MHz的晶振提供，执行里面一条最基本的指令所需要的时间是一个机器周期。在单片机里面的复位电路，是为了保证再按下复位按键的时候，单片机能够自动地恢复到初始的状态中。

因为该设计中要求显示界面要显示部分参数，在此采用LCD1602来当作界面显示，能够实时显示出此时信号输出的频率、波形、占空比和幅值，这样也能够让客户轻松方便地设置相应的参数。LCD1602液晶模块选择HD44780作为控制器，利用HD44780功能非常强大和简单的指令集，实现角色的运动、闪烁等功能。

用STC12C5A60S2的P0口作为数据线，显示模块的要点为：①系统显示模块的恢复初始化。其中第一步要先进行清屏步骤，随后设定8位接口数据，其中行数的显示为1.5×7点阵的字型；②设定为集体或整体的显示方式，减去字符的闪烁和光标，最终设置成正向向量递增的方式并保持不移位；③给液晶显示屏LCD的显示缓冲区域里面输送相应的字符，在所有程序中数组包括两个字符，电压数据显示选用一个，字符的显示选用一个，需显示的相关数值和相关字符输送到相对应的数组中去。

键盘模块形式的关键是使用在许多独立键连接到IO端口，分别为以下功能，第一个按钮可切换波形、频率、振幅参数设置，第二个按钮可以切换不同的参数设置界面，第三、四个按钮可以调节增矢量。

程控放大器由DAC0832和外部电路两者共同构成，放大倍数的变换可以通过DA转换器的数字端口来实现，其结构和波形发生部分大致相同或者说是类似一样的。二者的不同之处就是波形发生部分的基准电压是恒定不变的，需要经过查阅ROM的数组来更改输出电压用以表述出波形，程控放大模块它的基准收到波形发生电路的输出，其对应输出数值：VOUT=VREF×DATA/256。在这个式子中，可以通过更改单片机连接到DA数据口的电平值改变DATA数值的放大倍数。

5 系统软件设计

在该课题的设计中，软件部分就是给软件设计及部分进行了整体的布局。由软件的功能能够分为两个部分：①部分是执行部分，用于完成其中的实质功能；②监控部分，它帮助协调执行部分和操作部分这两者之间的联系。在整个系统中充当调节者和事佬的角色，这两部分软件的设计方法各有优缺点，有优点也有缺点，例如执行部分侧重于算法效率，与硬件的关系非常紧密。

在软件部分分析的过程中，把各个执行的模块逐一列举出来，且对所有的执行模块的功能全部进行输出或输入定义。在对所有的模块集体进行定义时，把所有能牵扯的实质结构和类型也将同时规划完毕。在所有的执行模块规划完毕之后，就能进行监控程序操作了。执行模块的任务比较单纯且明了，编程简单，但监控程序出现的问题较多。最终利用Protues软件进行仿真，仿真结果如图3所示。

图3 仿真结果

6 结论

软件的最终仿真结果显示，能够实现用按键来设定它的频率、电压等数值，系统输出的波形为三角波，输出频率为 100～1000 Hz，其步进值最小为1 Hz。系统所有的设置的参数都能通过LCD1602显示，设计实现了上述功能，系统可以连续稳定可靠运行，预期功能的体现，设计目标的完成。

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TN741

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.058

2095－6835（2019）20－0130－02

〔编辑：王霞〕