李云強(qiáng)

摘 要：應(yīng)用51單片機(jī)和集成芯片設(shè)計(jì)開發(fā)了信號(hào)系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，對(duì)主程序、信號(hào)發(fā)生程序的原理進(jìn)行了詳細(xì)說明。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；信號(hào)發(fā)生；硬件電路

MCS-51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O口等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需的基本功能部件。MAX038是MAXIM公司生產(chǎn)的一通用波形發(fā)生芯片。采用8051控制MAX038芯片，使該函數(shù)發(fā)生器的三種波形共用一個(gè)引腳輸出，具有輸出頻率范圍寬、波形穩(wěn)定，失真小的特點(diǎn)。

1 芯片功能分析

1.1 51單片機(jī)

單片機(jī)全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）。它具有嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)所要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。它把計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上，通常片內(nèi)都含有中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序控制器（ROM、EPROM、Flash ROM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種輸入/輸出（I/O）接口。

1.2 MAX038

MAX038比起以前比較常用的函數(shù)發(fā)生器件如8038系列，從頻率范圍，頻率精確度，對(duì)芯片及波形的控制性能。用戶使用的方便性等方面都有了很大的提高，因此可廣泛應(yīng)用于波形的產(chǎn)生、壓控振蕩器、脈寬調(diào)制器、頻率合成器、及FSK發(fā)生器等。以MAX038為核心的0-20MHZ寬頻帶函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，具有頻率調(diào)節(jié)、輸出偏移調(diào)節(jié)、輸出幅度調(diào)節(jié)、輸出衰減以及正弦波、方波、三角波、和TTL同步電平信號(hào)輸出。能夠滿足常規(guī)和高頻模擬電路、高頻數(shù)字電路的調(diào)試要求。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

為了利用單片機(jī)對(duì)函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行控制，采用8051單片機(jī)和8279、DAC1020等芯片實(shí)現(xiàn)硬件電路。用8279完成鍵盤輸入和LED顯示控制兩種功能，鍵盤按鍵設(shè)置：數(shù)字鍵0～9，小數(shù)點(diǎn)，正弦波、方波和三角波切換鍵，頻率選擇Hz、kHz、MHz切換鍵，占空比鍵，回車鍵。采用外部譯碼方式，8279的SL0～SL2經(jīng)74LS138（1）輸出接鍵盤，同時(shí)經(jīng)74LS138（2）輸出驅(qū)動(dòng)后送LED。8279的顯示輸出B0～B3，A0～A3作8位數(shù)據(jù)輸出。MAX038的頻率控制電壓由10位DAC1020提供。8051的P2.6作為DAC1020的片選信號(hào)，采用雙緩沖器方式，鎖存10位數(shù)據(jù)。DADJ引腳電壓范圍-2.4V～+2.4V由8位DAC0832的雙極性輸出電壓提供，即占空比調(diào)節(jié)的控制電壓。用8051的P2.5作為DAC0832的片選信號(hào)，基準(zhǔn)電壓采用MAX038內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓，接入VR端。DAC0832的ILE接+5V，片選端和數(shù)據(jù)傳送端都與74LS373輸出線A0相連。

3 單片機(jī)處理程序

主程序先對(duì)8279進(jìn)行初始化，即允許中斷申請(qǐng)，清8279狀態(tài)，置鍵盤顯示方式及時(shí)鐘編程等，再置MAX038初始波形與頻率、占空比。然后測(cè)試回車鍵是否閉合，以決定是否進(jìn)行中斷處理，判斷輸出波形并輸出控制信號(hào)，有關(guān)輸出波形頻率的控制電壓及占空比的計(jì)算送DAC1020及DAC0832，最后將波形頻率及占空比送顯示緩沖區(qū)，調(diào)顯示子程序顯示。進(jìn)行處理時(shí)，首先根據(jù)輸入的鍵值完成對(duì)輸出波形、波段以及頻率的選擇，然后根據(jù)有關(guān)公式計(jì)算輸出頻率，所需電壓的編程數(shù)據(jù)送DAC1020，如果輸出為矩形波，則還要將占空比的編程數(shù)據(jù)送DAC0832 這樣就在MAX038的引腳l9輸出相應(yīng)波形和頻率的信號(hào)。

4 波形生成設(shè)計(jì)

4.1 方波輸出

方波輸出由8051單片機(jī)內(nèi)部自帶的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。采用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1，工作方式1，計(jì)數(shù)器位數(shù)是16位；門控位GATE置0，定時(shí)器的運(yùn)行只受控制寄存器TCON中運(yùn)行控制位（TR）的控制；計(jì)數(shù)器初值的設(shè)定由以下公式計(jì)算得到：N=2n-TCfosc/12其中n為計(jì)數(shù)器位數(shù)；TC為定時(shí)時(shí)間；fosc為振蕩頻率。通過小鍵盤，由用戶鍵入需要輸出方波的周期，在P0口將得到所需的方波波形。

4.2 正弦波輸出

正弦波的產(chǎn)生采用查表法，單片機(jī)的I/O輸出均為+5V的TTL電平，因此產(chǎn)生的正弦波幅值為+5V。將一個(gè)周期內(nèi)的正弦波等分為N份，那么第1點(diǎn)的角度為0°，對(duì)應(yīng)的正弦值為5sin0°；第2點(diǎn)的角度為360°/N，對(duì)應(yīng)的正弦值為5sin（360°/N ）……，如此計(jì)算，將這些模擬量正弦值都轉(zhuǎn)換為雙極性方式下的數(shù)字量，得到按照點(diǎn)號(hào)順序排列的數(shù)字量正弦值表格。

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