李庭貴

(1.瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械系，四川瀘州 646005;2.四川省瀘州市工程機械智能優(yōu)化設(shè)計重點實驗室，四川瀘州 646005)

信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)域［1］。信號的產(chǎn)生有模擬電路、專用硬件和軟件產(chǎn)生等方法。采用模擬電路搭建函數(shù)信號發(fā)生器，可同時產(chǎn)生方波、三角波、正弦波，但不能產(chǎn)生任意波形，存在波形質(zhì)量差、控制難、可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點，且頻率調(diào)節(jié)不方便。專用硬件方法產(chǎn)生的信號頻率分辨率高、穩(wěn)定性好、在線調(diào)整方便，如目前在通訊系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)，例如AD9854是一種典型的信號產(chǎn)生方法，但是價格昂貴［2－3］。

利用單片機通過程序設(shè)計方法產(chǎn)生低頻信號，其頻率底線較低，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低廉、頻率穩(wěn)定度高、抗干擾能力強、用途廣泛等優(yōu)點，且如需要產(chǎn)生新的波形時，只需對程序進行修改即可［4］。文中利用單片機 AT89S52和 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832轉(zhuǎn)換數(shù)字信號為0～5 V模擬電壓信號，并在LCD1602顯示。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計，以單片機控制器為核心，與D/A轉(zhuǎn)換電路、按鍵電路、LCD顯示電路等組成信號發(fā)生器控制系統(tǒng)。字符型液晶顯示模塊是一種專用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用的有16×1、16×2、20×2和40×2行等模塊。系統(tǒng)選用1602字符型LCD模塊，其控制器為日立公司生產(chǎn)的HD44780，可用來顯示數(shù)字、字符等。按鍵輸入使用獨立式按鍵K1、K2，主要實現(xiàn)數(shù)字信號DAC值的加減。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示［5］。

圖1 系統(tǒng)硬件組成方框圖

1.1 主控芯片電路

在大部分的工控或測控設(shè)備中，8位的MCS－51系列單片機能滿足大部分的控制要求，加之MCS－51系列單片機的價格優(yōu)勢，使MCS－51系列單片機成為單片機應(yīng)用主流。AT89S52是MCS－51系列兼容單片機中的代表產(chǎn)品。鑒于此，本系統(tǒng)選用AT89S52單片機作為主控制器。

1.2 D/A轉(zhuǎn)換電路

D/A模塊由D/A芯片和放大電路組成，系統(tǒng)D/A芯片選用DAC0832芯片來完成數(shù)/模轉(zhuǎn)換過程。數(shù)字信號的輸入從“D0～D7”端口輸入，通過按鍵K1、K2實現(xiàn)DAC值的加減，其值在0～255之間，并在LCD1602上顯示?？刂艱AC0832工作的控制信號由“WR－CS”端口輸入。DAC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換芯片，通過集成運放LF393完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換，由于LF393工作在雙電源條件下，因此要給LF393加入±12 V電壓。DAC轉(zhuǎn)換的模擬電壓值從“D/A輸出”口輸出。

系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件電路原理圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計使用C51編程，采用模塊化設(shè)計方法，主要由主函數(shù)、定時器T0中斷服務(wù)函數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換函數(shù)、計算D/A轉(zhuǎn)換值函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、LCD顯示函數(shù)、LCD顯示A/D轉(zhuǎn)換值函數(shù)等模塊組成。根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的工作時序，20 ms進行一次D/A轉(zhuǎn)換，可以利用單片機AT89S52的定時器T0定時，20 ms定時到時，產(chǎn)生定時器T0中斷，在定時器T0中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用DAC0832采樣轉(zhuǎn)換函數(shù)進行D/A采樣轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用計算D/A轉(zhuǎn)換值函數(shù)把D/A轉(zhuǎn)換值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASCII碼，最后通過LCD顯示D/A轉(zhuǎn)換值函數(shù)把DAC轉(zhuǎn)換的模擬電壓值(0～5 V)顯示在液晶LCD1602上，并從“D/A輸出”端子輸出DAC轉(zhuǎn)換的0～5 V模擬電壓。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 所示［5］。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖

主函數(shù)是完成硬件初始化、數(shù)據(jù)初始化、函數(shù)調(diào)用等功能，等待中斷到來。計算D/A轉(zhuǎn)換值A(chǔ)SCII碼函數(shù)實現(xiàn)把D/A轉(zhuǎn)換值dabl轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的ASCII碼，以便在LCD上顯示。按鍵掃描函數(shù)實現(xiàn)了通過系統(tǒng)程序改變數(shù)字量初始值，按鍵K1實現(xiàn)數(shù)字量加1，按鍵K2實現(xiàn)數(shù)字量減1，使數(shù)字量在0～255的范圍內(nèi)變化，從而模擬數(shù)字信號的輸入。LCD顯示函數(shù)包括LCD初始化函數(shù)、寫入指令數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)、寫入顯示數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)、LCD顯示D/A轉(zhuǎn)換值函數(shù)、延時函數(shù)等模塊。軟件程序的核心由定時器T0中斷服務(wù)程序、DAC0832采樣轉(zhuǎn)換程序構(gòu)成。

2.1 定時器T0中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計

當(dāng)定時器T0定時20 ms后，進入定時器T0中斷服務(wù)函數(shù)。首先重裝定時器T0初值，設(shè)置按鍵輸入口P1口的值為0xdf，調(diào)用按鍵掃描函數(shù)。接著調(diào)用D/A轉(zhuǎn)換函數(shù)進行D/A轉(zhuǎn)換，得到D/A轉(zhuǎn)換值dabl，然后調(diào)用計算 D/A轉(zhuǎn)換值函數(shù)計算 dabl相應(yīng)的ASCII碼，再調(diào)用LCD顯示D/A轉(zhuǎn)換值函數(shù)把數(shù)字量輸入值D/A進行轉(zhuǎn)換后的模擬量顯示在液晶LCD1602上。最后T0中斷函數(shù)返回主程序等待下一次D/A轉(zhuǎn)換。定時器T0中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計流程圖如圖4所示。

圖4 定時器T0中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計流程圖

2.2 DAC0832采樣轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)計

圖5 D/A轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)計流程圖

3 實驗測試分析

根據(jù)輸入單片機的數(shù)字信號，用萬用表測量從“D/A輸出”端子測試輸出模擬電壓信號，如表1所示。從表1可知，該信號發(fā)生器的電壓輸出誤差小、精度高。

表1 電壓輸出信號測試

4 結(jié)束語

系統(tǒng)按照簡單化、便捷化原則設(shè)計，介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。側(cè)重闡述了采用AT89S52單片機與D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832對輸入數(shù)字信號進行處理，最后驅(qū)動輸出顯示裝置LCD1602顯示D/A轉(zhuǎn)換的0～5 V模擬電壓信號。實驗調(diào)試表明該信號發(fā)生器在技術(shù)指標(biāo)上達到了設(shè)計要求，具有精度高、抗干擾性強、性能穩(wěn)定、升級方便等特點，有較高的應(yīng)用價值。

［1］ 陳瓊.一種單片機控制超低頻任意信號發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2004，18(3):35－38.

［2］ 張根選，吳子懷.基于AT89S52單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計［J］.湖南工程學(xué)院學(xué)報，2010，20(3):18 －20.

［3］ 姜平，周根榮，李俊紅.基于AD9833的多通道信號發(fā)生器設(shè)計［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2006(12):46－48.

［4］ 田蛟，展文豪，張宏偉.基于單片機的信號發(fā)生器設(shè)計［J］.信息技術(shù)，2011(5):87 －90.

［5］ 李庭貴.單片機應(yīng)用技術(shù)及項目化訓(xùn)練［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2009.