应用单片机和集成芯片开发信号发生系统

李云强

摘 要：应用51单片机和集成芯片设计开发了信号系统，给出了系统的设计原理，对主程序、信号发生程序的原理进行了详细说明。

关键词：单片机；信号发生；硬件电路

MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O口等一台计算机所需的基本功能部件。MAX038是MAXIM公司生产的一通用波形发生芯片。采用8051控制MAX038芯片，使该函数发生器的三种波形共用一个引脚输出，具有输出频率范围宽、波形稳定，失真小的特点。

1 芯片功能分析

1.1 51单片机

单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。它具有嵌入式应用系统所要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。它把计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上，通常片内都含有中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序控制器（ROM、EPROM、Flash ROM）、定时器/计数器和各种输入/输出（I/O）接口。

1.2 MAX038

MAX038比起以前比较常用的函数发生器件如8038系列，从频率范围，频率精确度，对芯片及波形的控制性能。用户使用的方便性等方面都有了很大的提高，因此可广泛应用于波形的产生、压控振荡器、脉宽调制器、频率合成器、及FSK发生器等。以MAX038为核心的0-20MHZ宽频带函数信号发生器，具有频率调节、输出偏移调节、输出幅度调节、输出衰减以及正弦波、方波、三角波、和TTL同步电平信号输出。能够满足常规和高频模拟电路、高频数字电路的调试要求。

2 系统构成

为了利用单片机对函数发生器进行控制，采用8051单片机和8279、DAC1020等芯片实现硬件电路。用8279完成键盘输入和LED显示控制两种功能，键盘按键设置：数字键0～9，小数点，正弦波、方波和三角波切换键，频率选择Hz、kHz、MHz切换键，占空比键，回车键。采用外部译码方式，8279的SL0～SL2经74LS138（1）输出接键盘，同时经74LS138（2）输出驱动后送LED。8279的显示输出B0～B3，A0～A3作8位数据输出。MAX038的频率控制电压由10位DAC1020提供。8051的P2.6作为DAC1020的片选信号，采用双缓冲器方式，锁存10位数据。DADJ引腳电压范围-2.4V～+2.4V由8位DAC0832的双极性输出电压提供，即占空比调节的控制电压。用8051的P2.5作为DAC0832的片选信号，基准电压采用MAX038内部2.5V基准电压，接入VR端。DAC0832的ILE接+5V，片选端和数据传送端都与74LS373输出线A0相连。

3 单片机处理程序

主程序先对8279进行初始化，即允许中断申请，清8279状态，置键盘显示方式及时钟编程等，再置MAX038初始波形与频率、占空比。然后测试回车键是否闭合，以决定是否进行中断处理，判断输出波形并输出控制信号，有关输出波形频率的控制电压及占空比的计算送DAC1020及DAC0832，最后将波形频率及占空比送显示缓冲区，调显示子程序显示。进行处理时，首先根据输入的键值完成对输出波形、波段以及频率的选择，然后根据有关公式计算输出频率，所需电压的编程数据送DAC1020，如果输出为矩形波，则还要将占空比的编程数据送DAC0832 这样就在MAX038的引脚l9输出相应波形和频率的信号。

4 波形生成设计

4.1 方波输出

方波输出由8051单片机内部自带的定时器/计数器实现。采用定时器/计数器T1，工作方式1，计数器位数是16位；门控位GATE置0，定时器的运行只受控制寄存器TCON中运行控制位（TR）的控制；计数器初值的设定由以下公式计算得到：N=2n-TCfosc/12其中n为计数器位数；TC为定时时间；fosc为振荡频率。通过小键盘，由用户键入需要输出方波的周期，在P0口将得到所需的方波波形。

4.2 正弦波输出

正弦波的产生采用查表法，单片机的I/O输出均为+5V的TTL电平，因此产生的正弦波幅值为+5V。将一个周期内的正弦波等分为N份，那么第1点的角度为0°，对应的正弦值为5sin0°；第2点的角度为360°/N，对应的正弦值为5sin（360°/N ）……，如此计算，将这些模拟量正弦值都转换为双极性方式下的数字量，得到按照点号顺序排列的数字量正弦值表格。

[参考文献]

[1]陈晶.基于单片机的教室灯光自动控制器的研究[D].福建农林大学， 2007.

[2]黄贤武，郑筱霞，编著.传感器原理与应用[M].电子科技大学出版社， 1999.