基于单片机的低频信号发生器设计

基于单片机的低频信号发生器设计

作者：任小青王晓娟田芳

来源：《现代电子技术》2014年第16期

摘要：主要介绍以AT89C51单片机为核心部件的低频信号发生器的设计方法及工作原理。系统采用单片机扩展外部存储器和DAC接口技术，简化了仪器硬件设计。通过波形选择电路读取波形信号经离散化处理之后的波代码，并通过D/ A 转换，还原成所需要的波形。通过改变存储器输出波代码的速度来调节输出信号的频率，改变放大器的放大倍数来调节输出信号的幅值。此外还讨论了波形离散化处理方法及数据采样点数与存储容量的关系，并给出了

系统结构图和软件框图。

关键词：低频信号；数据离散化；幅值；典型信号

中图分类号： TN710⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）16⁃0014⁃04

Design on low⁃frequency signal generator based on SCM

REN Xiao⁃qing1， WANG Xiao⁃juan1， TAN Fang2

（1. School of Mechanical Engineering， Qinghai University， Xining 810016， China；

2. Modern Education Technology Center， Qinghai University， Xining 810016， China）

Abstract： The design approach and working principle of a low⁃frequency signal generator based on AT89C51 are introduced. The hardware design was simplified by using external memory extended with SCM and DAC interface technology. The wave code after discretization processing of waveform signal is read out though a waveform selection circuit， and reverted to the needed waveform by the D/A converter. The output signal frequency is adjusted by changing the wave code output speed of the memory. The amplitude is adjusted by changing the magnification of the amplifier. The waveform discretization processing method， and the relation between data sampling number and storage capacity are discussed. The system structure chart and software flow chart are given.

Keywords： low⁃frequency signal； data discretization； amplitude； typical signal

0 引言

在工业测量控制系统的开发过程中，常需要采用信号发生器为控制系统提供输入信号来

模拟实际输入，并根据输出的频率响应特性来对系统进行调校。该系统不但能提供多种波形信号，而且信号的频率和幅值的大小也很容易控制。用它来模拟多种工况下的真实输入信号，

以达到降低开发成本、提高项目开发效率的目的。本文介绍了以AT89C51单片机为控制核心的低频信号发生器的硬件组成和工作原理。这里利用单片机的强大控制和计算能力，结合DAC接口技术产生频率和幅度都可调的正弦、方波、三角波等典型的波形信号来模拟不同的工况[1]。

1 低频信号发生器的工作过程及硬件组成

该系统的工作过程是通过波形选择电路使AT89C51读入预置的波代码表，根据矩阵键盘电路输入的频率值结合系统时钟与复位电路中的晶振频率，计算出相应的控制码，用来控制将数据输送到D/A转换器的速度，最终实现控制输出信号频率的目的。此频率通过LED进行显示。D/A转换器将数字信号转换成模拟量，并通过改变ADC0832的输入基准电压，来调整输出信号的幅值。其主要组成包括主控电路、波形选择电路、矩阵键盘和数码显示电路、信号输出电路。系统硬件组成框图1所示。

1.1 主控电路

主控电路以AT89C51为进程和任务的调度核心，辅以外围电路构成，主要完成波形数据表的读取。其根据键盘输入的频率值，计算出相应的控制参数，来控制输出信号的频率，并用LED显示频率值。系统电路原理如图2所示。 AT89C51的P0口与HD7279芯片进行连接，使用HD7279管理LED显示和键盘输入操作。P1口和波形选择按钮连接，P2口用来做A/D转换与DAC0832进行连接。同时给出了时钟和复位电路的连接。

图1系统硬件结构图

1.2 波形选择电路

波形选择电路通过开关按钮S1～S6对单片机发出波型选择信号，S2选取正弦波，S3选择三角波，以此类推。如图2所示，当按钮被按下后，与地相通，这时相应的连接线上就会出现一个低电位信号，中断系统会向AT89C51发出指令，让其对P1口进行扫描，当扫描到这个低电信号的位置后，就从EPROM调入相应的波形数据表。

1.3 矩阵键盘和数码显示电路

键盘和显示电路由HD7279芯片进行管理，无需外围电路，只需要外接少量的电阻，即可构成完善的显示、键盘接口电路。而与CPU的接口采用SPI串行接口方式，使用方便。

键盘可以输入波的频率值，系统会根据这个值计算出相应的控制量，控制数据向

ADC0832的输出速度，达到控制频率的目的。