基于AT89C51的数字信号波形发生器的设计

谭志平 余亮 李超

摘 要：本文利用DAC0832芯片和AT89C51单片机设计了一种数字信号波形产生器，该信号发生器可产生锯齿波、方波、阶梯波等多种数字信号波形，波形的频率、幅度和相位等参数均可通过修改程序进行改变，同时为了便于实际操作，在单片机上外加矩阵式键盘，可通过键盘设置信号波形参数，进行波形的选择与改变，且利用LCD显示波形参数。本设计具有电路结构简单、输出波形稳定，参数易控制等优点。

关键词：数字波形发生器;AT89C51;DAC0832

波形发生器是一种信号产生器，它可以产生各种信号波形如脉冲波、锯齿波、方波等。传统的波形发生器一般是采用简单的分立电子元件设计的，能够产生简单的模拟信号波形，然而在实际应用中模拟信号波形发生器产生的波形误差比较大，并且幅度、频率等不能做到精确任意可调，不能满足特殊场合应用。因此本文利用DAC0832芯片和AT89C51单片机设计了一种可以产生任意信号波形，波形频率、幅度大小均可随意改变的数学信号波形发生器，同时为了方便实际操作控制，在单片机上外加矩阵式键盘，通过键盘设置波形参数，进行波形的选择与改变，且最终利用LCD显示信号波形参数。该设计不仅电路结构简单、系统功能强大而且能够很好的满足实际应用的要求。

1 系统的总体设计方案

本方案直接采用AT89C51单片机[1]作为主控器，波形的具体产生是通过数模转换模块产生。系统主要包括主控器AT89C51，数模转换电路，幅度、频率调节电路，晶振电路以及外加复位电路组成。本设计的特点是数字信号波形的产生通过程序控制，因而波形输出非常稳定。修改控制程序可实现波形参数的任意改变，同时波形的选择以及参数的修改可利用外接键盘进行改变。

2 系统的硬件电路设计

按照設计方案，实现四种基本波形的产生，因此可利用开关状态指示波形的输出。利用P2口产生输出控制信号来实现对波形参数的改变。波形输出是通过数模转换器来实现，可以选用数模转换芯片DAC0832，通过调节DAC0832的参考电压实现对输出波形幅度的调节[2]，其中 3K的电位器用于参考电压的设置。其系统的硬件电路原理图如图1所示。

系统选用12MHZ晶振，其中数模转换器芯片的地址按图中所示接线为7000H，数字信号采样通道接IN0，三个通道地址选择端分别对应ADD的A、 B 和C三个端口。其中分频器74ALS74将1MHZ的地址锁存信号进行四分频处理，变为250KHZ脉冲信号后，提供给AT89C51作为其工作脉冲。数模转换器芯片DAC0832将主控器单片机输出的数字量转变为模拟量后作为运算放大器LM324的输入信号，放大器LM324将其变为电压信号输出。

3 系统软件设计

根据硬件设计，系统采用按键切换波形，因此程序控制采用最简单的中断方式[3]，其编程思想是利用一个寄存器存储按键次数，初值设为0，对应于某种波形，每执行一次中断寄存器中的数据加1，以对应另一种波形。因此中断程序的任务仅仅是通过改变寄存器中按键的数值来进行波形的切换，波形参数的改变是在主程序中进行的，是通过设置程序中的具体参数进行改变的，因此可获得任意波形以及波形参数。

4 仿真结果

根据电路设计原理图，导入相应的控制程序仿真结果如图2所示，仿真结果基本满足设计要求。

图2  仿真信号波形

5 结束语

利用AT89C51和DAC0832以及基本模块完成了总体电路的设计，并用开关来控制各种波形的发生及转换，用单片机输出后，经过模数转换器生成波形，最终可以通过示波器观察。通过仿真测试运行结果表明，系统仿真，能很好满足实际要求。具有重要的应用价值。

参考文献：

[1]朱定华，戴汝平，等，单片微机原理与应用[M].北京交通大学出版社，清华大学出版社.

[2]张毅刚，彭喜源，谭晓昀，曲春波.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997：53-61.

[3]江思敏，陈明.Protel电路设计教程[M].北京：清华大学出版社.