馬燕妮 張廣法 麻志峰 徐揚(yáng) 趙富強(qiáng)

【摘 要】本波形發(fā)生器利用凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，通過簡(jiǎn)單編程和外部模擬和數(shù)字電路的結(jié)合，較好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式的正弦波、方波、鋸齒波等波形的產(chǎn)生。各種波形的頻率可通過鍵盤輸入，并利用LCD顯示，還可以利用揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)。本波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的波形具有信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。特別是操作簡(jiǎn)單方便，人機(jī)界面友好，成本低，非常適合于實(shí)驗(yàn)教學(xué)與使用。

【關(guān)鍵詞】凌陽(yáng)單片機(jī);波形發(fā)生器;LCD顯示

中圖分類號(hào)：TN714 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.008

0 引言

本波形發(fā)生器計(jì)劃產(chǎn)生正弦波、三角波和鋸齒波。擬直接采用凌陽(yáng)SPCE061A產(chǎn)生。凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A在波形產(chǎn)生方面有較突特的優(yōu)點(diǎn)，主要在于利用其強(qiáng)大的查表功能使外圍電路可以做的比較簡(jiǎn)單，在數(shù)模轉(zhuǎn)換的編程方面有比較便利的編程環(huán)境[1]。圍繞單片機(jī)需要設(shè)計(jì)三大外圍電路，（1）4×4鍵盤控制電路。位控制采用IOA的低八位，把鍵盤上的行接在IOA0～I(xiàn)OA3，列接在IOA4～I(xiàn)OA7上，為便于進(jìn)入下一波形的編輯和輸出，采用外部中斷2來中斷所顯示波形，為了實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)在波形輸出的同時(shí)利用外部中斷1來完成。（2）輸出濾波和電壓轉(zhuǎn)換電路。濾波的目的是濾除數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）過程中存在的高頻鋸齒，可以采用低通濾波器來完成。由于SPCE061A的 DAC輸出為電流，而我們的輸出波形應(yīng)為電壓，為使輸出電壓為5V，用外接OP07運(yùn)算放大器進(jìn)行電流到電壓的轉(zhuǎn)換。（3）輸出波形顯示電路。在波形輸出時(shí)用動(dòng)態(tài)LED顯示，SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)起來有困難，因?yàn)樵诓ㄐ屋敵鰰r(shí)CPU需不停地為其服務(wù)，解決辦法是采用帶數(shù)據(jù)緩存器和驅(qū)動(dòng)的液晶顯示器LCD來完成，只需占用八個(gè)I/O口即可完成。

本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是采用數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的辦法，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，再利用單片機(jī)進(jìn)行控制管理，可以用鍵盤輸入的方法比較方便地實(shí)現(xiàn)波形頻率的設(shè)置和參數(shù)調(diào)整。

1 系統(tǒng)框圖及工作原理

根據(jù)前述的設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)框圖如圖1所示[2]。系統(tǒng)以SPCE061單片機(jī)為核心，4×4鍵盤用于輸入波形參數(shù)，在程序控制下單片機(jī)一方面輸出正弦波或三角波或鋸齒波，經(jīng)濾波、放大與電流電壓轉(zhuǎn)換，再送音頻播報(bào)電路;另一方面送液晶顯示器顯示。

2 軟件設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)采用凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)處理和控制，故使得外部處理電路變得比較簡(jiǎn)單，本波形發(fā)生器的主要任務(wù)將要由程序編程來完成。

2.1 按鍵控制流程

為了實(shí)現(xiàn)有效控制，將低四位IOA0～I(xiàn)OA3設(shè)置為帶數(shù)據(jù)緩存器的高電平輸出，將高四位IOA4～I(xiàn)OA7設(shè)置為帶下拉電阻的輸出腳。操作過程如下：若有鍵按下，先取IOA4～I(xiàn)OA7的數(shù)據(jù)將得到一個(gè)值，并把此數(shù)值保存下來，再接著置IOA4～I(xiàn)OA7為帶反相器的高電平輸出腳，置IOA0～I(xiàn)OA3為帶下拉電阻的輸入腳，此時(shí)若按鍵按著仍沒彈起， IOA0～I(xiàn)OA3為帶下拉電阻的輸入腳，此時(shí)若按鍵按著仍沒彈起，取IOA0～I(xiàn)OA3的數(shù)據(jù)將得到另一個(gè)值，把這兩個(gè)值組合起來就可得知是哪個(gè)按鍵按下了，再跳至相應(yīng)程序，通過查表得到相應(yīng)的鍵值。按鍵控制流程如圖23所示。

2.2 正弦波形成程序

如果用函數(shù)輸出波形，輸出的頻率僅為毫赫茲到幾十赫茲之間，只能用于產(chǎn)生低頻，要產(chǎn)生較高頻率必須調(diào)高CPU的時(shí)鐘頻率。初始化后，先進(jìn)行CPU時(shí)鐘選擇，再調(diào)整正弦函數(shù)一個(gè)周期的輸出點(diǎn)數(shù)，幅度調(diào)節(jié)先進(jìn)行初始幅度的設(shè)置，再通過外部放大電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，其設(shè)計(jì)流程如圖3所示[8]。

2.3 其它波形流程

三角波查表形成流程與正弦波查表形成流程相似，如圖4所示，其原理不再重述。省略。至于產(chǎn)生方波和鋸齒波的方法與正弦波和三角波類似，這里也一并省略。

2.4 顯示流程

顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式，顯示流程見圖5。先單個(gè)顯示，延時(shí)一會(huì)后，再顯示其它幾位。設(shè)置顯示500遍，當(dāng)顯示達(dá)到500遍后轉(zhuǎn)入語(yǔ)音播報(bào)子程序[9]。

3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析

測(cè)試儀器：數(shù)字示波器DS1062E，數(shù)字頻率計(jì)DG1022（頻率計(jì)模式）。

通過測(cè)試本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以下效果：

（1）能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波和鋸齒波等周期性波形;

（2）輸出波形的頻率最小100mHz，最高達(dá)100kHz，可利用鍵盤進(jìn)行頻率粗調(diào)，通過外部中斷1可對(duì)頻率實(shí)現(xiàn)同步調(diào)節(jié)，低頻頻率步進(jìn)較?。蛇_(dá)0.1Hz），高頻頻率步進(jìn)為10 Hz;

（3）輸出波形的幅度為0～5V，可通過放大電路的電位器進(jìn)行調(diào)整;

（4）具備語(yǔ)音提示功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)由于采用了凌陽(yáng)SPCE061單片機(jī)，使設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，編程容易，通過測(cè)試能夠準(zhǔn)確產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波等波形，能夠通過鍵盤調(diào)整波形參數(shù)，可以作為波形產(chǎn)生器使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社.2009.

[2]黃智偉著.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社.2006.

[3]童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社.2007.