直流小信号源的设计与实现

张招勇，朱兆优

（东华理工大学 电子工程系，江西 抚州344000）

直流小信号源是一种常用的信号源，它广泛地应用在电子技术实验中。以前，由于各种条件限制，常用的小信号源一般电压可调性不够好，难以满足各种实验需要。近年来，由于计算机，A/D转换器，D/A转换器以及各种高级语言的发展，为直流小信号源的产生和测量研究提供了重要依据。

1 直流小信号源设计方案

1.1 基本设计思路

单片机嵌入式可编程直流小信号源以输出功能为主，基本设计思路为:以嵌入式单片机AT89C51为开发内核，利用单片机I/O口和DAC7512D/A芯片相连，设计模拟输出电路，使D/A模拟输出电压范围为0V～5V，经过OP27运算放大电路，使直流小信号源的输出电压范围为0～10V。通过MCP3202A/D转换电路转换成数字信号输出到微处理器，单片机通过软件编程，将转换成的数字信号输出到LED数码管显示电路，显示出要显示的测量数据。

1.2 基本实现方法

利用单片机控制原理和支持软件及D/A，运算放大电路，A/D等外设电路构成产生直流小信号源，采用编程的方法来实现输出电压可调。AT89C51是整个电路中的核心部件，在程序里设置初始值，由软件通过编程在P0.2引脚产生高低电平，经过D/A转换，理论上输出0～5V的模拟电压，可以利用独立按键进行微调控制.再经过运算放大电路处理后，作为该直流小信号源的输出.输出电压范围主要与参考电压和运算放大有关。本系统理论输出电压范围为0～10V。本系统为了完整性，还采用了A/D与单片机引脚连接，输出的直流小信号源经过A/D转换，通过单片机引脚P2.4输入高低电平，读回模数转换后的数据，然后通过编程处理送入到数码管显示电路进行显示。

2 硬件电路设计

2.1 硬件原理图

构成直流小信号源的元件主要由AT89C51单片机芯片、DAC7512数模转换芯片、OP27运算放大芯片、MCP3202 A/D模数转换芯片、独立控制按键，静态数码管显示及部分电阻组成。具体电路原理图如图1所示。

图1 直流小信号源电路原理图

2.2 人机接口电路

电路包括独立功能按键电路和数码管显示电路，主要功能是通过独立功能按键控制初始值的变化，从而控制模拟电压输出大小，对输出的模拟电压进行微调控制。显示单元由一组74LS164芯片和LED数码管组成静态显示电路，由于74LS164的移位功能，因此每次显示都送一组数据进行同时显示，这样显示就不会出乱，具有一起显示的功效。数码管的笔形码为:0x09，0x7d，0x07，0x15，0x71。

3 软件电路的设计

软件开发主要采用单片机C语言程序，包括独立功能按键控制程序，12位D/A转换子程序，通过功能键盘编程设定输出值，利用12位D/A(DAC7512)转换子程序输出模拟电压，经运算放大电路放大，再用12位A/D(MCP3202)转换子程序对输出电压回采，最后用AT89C51单片机的P2口进行数据读取，在定时中断程序里利用数码管对读取的数据进行显示。

4 结语

本系统的直流小信号源的设计是以8051单片机为核心，外围电路以 DAC7512，OP27，MCP3202作信号输入/输出处理，构建的直流小信号源可以使输出电压在一定范围内进行调节。本设计采用硬件和软件相结合，电路结构简单且操作方便，具有一定的应用和参考价值。

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