基于SPCE061A的波形发生器设计

马燕妮 张广法 麻志峰 徐扬 赵富强

【摘 要】本波形发生器利用凌阳SPCE061A单片机技术实现系统控制，通过简单编程和外部模拟和数字电路的结合，较好地实现了数字式的正弦波、方波、锯齿波等波形的产生。各种波形的频率可通过键盘输入，并利用LCD显示，还可以利用扬声器实现语音播报。本波形产生器产生的波形具有信号干扰小，输出稳定，性能可靠等优点。特别是操作简单方便，人机界面友好，成本低，非常适合于实验教学与使用。

【关键词】凌阳单片机;波形发生器;LCD显示

中图分类号：TN714   文献标识码： B 文章编号： 2095-2457（2019）04-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.008

0 引言

本波形发生器计划产生正弦波、三角波和锯齿波。拟直接采用凌阳SPCE061A产生。凌阳单片机SPCE061A在波形产生方面有较突特的优点，主要在于利用其强大的查表功能使外围电路可以做的比较简单，在数模转换的编程方面有比较便利的编程环境[1]。围绕单片机需要设计三大外围电路，（1）4×4键盘控制电路。位控制采用IOA的低八位，把键盘上的行接在IOA0～IOA3，列接在IOA4～IOA7上，为便于进入下一波形的编辑和输出，采用外部中断2来中断所显示波形，为了实现频率调节在波形输出的同时利用外部中断1来完成。（2）输出滤波和电压转换电路。滤波的目的是滤除数模转换（DAC）过程中存在的高频锯齿，可以采用低通滤波器来完成。由于SPCE061A的 DAC输出为电流，而我们的输出波形应为电压，为使输出电压为5V，用外接OP07运算放大器进行电流到电压的转换。（3）输出波形显示电路。在波形输出时用动态LED显示，SPCE061A单片机实现起来有困难，因为在波形输出时CPU需不停地为其服务，解决办法是采用带数据缓存器和驱动的液晶显示器LCD来完成，只需占用八个I/O口即可完成。

本设计方案的特点是采用数字电路与模拟电路相结合的办法，使系统工作稳定可靠，再利用单片机进行控制管理，可以用键盘输入的方法比较方便地实现波形频率的设置和参数调整。

1 系统框图及工作原理

根据前述的设计方案，本系统框图如图1所示[2]。系统以SPCE061单片机为核心，4×4键盘用于输入波形参数，在程序控制下单片机一方面输出正弦波或三角波或锯齿波，经滤波、放大与电流电压转换，再送音频播报电路;另一方面送液晶显示器显示。

2 软件设计

由于系统采用凌阳SPCE061A单片机实现处理和控制，故使得外部处理电路变得比较简单，本波形发生器的主要任务将要由程序编程来完成。

2.1 按键控制流程

为了实现有效控制，将低四位IOA0～IOA3设置为带数据缓存器的高电平输出，将高四位IOA4～IOA7设置为带下拉电阻的输出脚。操作过程如下：若有键按下，先取IOA4～IOA7的数据将得到一个值，并把此数值保存下来，再接着置IOA4～IOA7为带反相器的高电平输出脚，置IOA0～IOA3为带下拉电阻的输入脚，此时若按键按着仍没弹起， IOA0～IOA3为带下拉电阻的输入脚，此时若按键按着仍没弹起，取IOA0～IOA3的数据将得到另一个值，把这两个值组合起来就可得知是哪个按键按下了，再跳至相应程序，通过查表得到相应的键值。按鍵控制流程如图23所示。

2.2 正弦波形成程序

如果用函数输出波形，输出的频率仅为毫赫兹到几十赫兹之间，只能用于产生低频，要产生较高频率必须调高CPU的时钟频率。初始化后，先进行CPU时钟选择，再调整正弦函数一个周期的输出点数，幅度调节先进行初始幅度的设置，再通过外部放大电路进行调节，其设计流程如图3所示[8]。

2.3 其它波形流程

三角波查表形成流程与正弦波查表形成流程相似，如图4所示，其原理不再重述。省略。至于产生方波和锯齿波的方法与正弦波和三角波类似，这里也一并省略。

2.4 显示流程

显示采用动态显示方式，显示流程见图5。先单个显示，延时一会后，再显示其它几位。设置显示500遍，当显示达到500遍后转入语音播报子程序[9]。

3 系统测试结果分析

测试仪器：数字示波器DS1062E，数字频率计DG1022（频率计模式）。

通过测试本设计实现了以下效果：

（1）能产生正弦波、三角波、方波和锯齿波等周期性波形;

（2）输出波形的频率最小100mHz，最高达100kHz，可利用键盘进行频率粗调，通过外部中断1可对频率实现同步调节，低频频率步进较小（可达0.1Hz），高频频率步进为10 Hz;

（3）输出波形的幅度为0～5V，可通过放大电路的电位器进行调整;

（4）具备语音提示功能。

4 结束语

本波形发生器的设计由于采用了凌阳SPCE061单片机，使设计较为简单，编程容易，通过测试能够准确产生正弦波、三角波、锯齿波等波形，能够通过键盘调整波形参数，可以作为波形产生器使用。

【参考文献】

[1]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：航空航天大学出版社.2009.

[2]黄智伟著.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：航空航天大学出版社.2006.

[3]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社.2007.