基于TLC5620的低频函数信号发生器设计

４ 结束语
图４ 主程序流程图
采 用ＴＬＣ５６２０和ＡＴ８９Ｃ５１设 计 的 信 号 发 生 器 可以很方便的选择信号的波形和频率。当选择的 信号波形为矩形波和三角波时， 还可以方便的选 择其占空比， 这对于需要脉宽调制 （ＰＷＭ） 波形 控制的应用是很关键的。因为目前的信号发生器 大多数没有ＰＷＭ功能， 而此设计产生的信号频率 非常稳定， 完全适合实验和科研应用。但是， ＴＬＣ５６２０的性能决定了产生信号的频率不能很高， 所 以 ， 建 议 本 设 计 最 好 应 用 于１ ｋＨｚ以 下 的 低 频 信号。至于具体的频率控制档位数和占空比控制 档位数， 则可根据实际需要来设定。
２ 低频函数信号发生器设计
基 于 ＴＬＣ５６２０ 的 低 频 函 数 信 号 发 生 器 具 有 如 下功能特点：
（１） 有３个波形选择按键， 可输出正弦波、矩 形波和三角波等三种波形；
（２） 有２个频率变换按键， 每按下 “＋” “－ ” 键后， 频率便向上或向下变化一个档位；
（３） 有２个占空比变换按键， 每按下 “Ｄｕｔｙ＋” “Ｄｕｔｙ－ ”后， 对应的矩形波占空比即向上或向下 变化一个档位；
３．２ 系统算法设计
本系统的硬件电路非常简单， 关键在于软件
算法的设计。信号发生器的最重要指标就是频率
的稳定性， 因此， 如何通过单片机来产生精确的
控制信号以使频率稳定是其关键所在。本设计在
程序中已设计好数据表格， 每个周期的采样点数
为 ４０ 个 。 这 样 就 将 频 率 稳 定 问 题 转 换 为 采 样 周 期
ａｄｄｒ ＜＜＝ １； ＣＬＫ ＝ ０； ＣＬＫ ＝ １； ｝ ｗｈｉｌｅ （ － － ｎ ！ ＝ ０ ） ； ／／发送ＲＮＧ位 ＤＡＴ ＝ ｒｎｇ； ＣＬＫ ＝ ０； ＣＬＫ ＝ １； ／／发送８位ＤＡＣ数据 ｎ ＝ ８； ｄｏ ｛ ＤＡＴ ＝ （ｂｉｔ） （ｄａｔ ＆ ０ｘ８０） ；
ｄａｔ ＜＜＝ １； ＣＬＫ ＝ ０； ＣＬＫ ＝ １； ｝ ｗｈｉｌｅ （ － － ｎ ！ ＝ ０ ） ； ／／装载数据 ＬＯＡＤ ＝ ０； ＬＯＡＤ ＝ １； ／／数据锁存到ＤＡＣ转换器 ＬＤＡＣ ＝ ０； ＬＤＡＣ ＝ １； ｝
０ 引言
函数信号发生器是实验室中常用的仪器设备 之 一 通 常 可 用 ＲＣ振 荡 器 或 ５５５ 定 时 器 实 现 频 率 的 连续可调， 然后再经过各种波形变换电路来得到 各种所需要的波形。但是， 这些模拟方法得到的 信 号 频 率 往 往 不 是 很 稳 定 ， 且 低 频 时ＲＣ的 体 积 很大， 对实现系统的微型化不利。随着目前直接 数 字 频 率 合 成 （ＤＤＳ） 技 术 的 广 泛 使 用 ， 特 别 是 在高精度的领域 （如雷达， 电子对抗等）， ＤＤＳ技 术具有频率稳定度高， 精度高， 操作快捷等优 点， 但是， ＤＤＳ芯片成本也较高， 而且硬件设计 要占用较多的端口资源。为此， 本文介绍了一种 利 用 ５１ 单 片 机 来 控 制 ＴＬＣ５６２０ 芯 片 以 产 生 各 种 函 数波形的新算法。该方法产生的具体函数波形主 要有正弦波、三角波、矩形波等， 且频率和占空 比可调。
参考文献
［１］ 张 毅 刚 ．单 片 机 原 理 及 应 用 ［Ｍ］． 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社， ２００４．
［２］ 求是科技．单片机典型模块设计实例 导 航［Ｍ］． 北 京：人 民 邮 电 出 版 社 ，２００４．
［３］ 黄仁欣．单片机原理及应用技术［Ｍ］．北京： 清华大学出 版社， ２００５．
的精确定位问题了。
本设计采用定时器中断方式来产生精确的采
样间隔， 具体的算法。
首先是设定一个定时器中断的基准时间， 然
后将采样时间 （间隔） 设置为定时器中断基准时
间的整数倍， 倍数参量ｄｅｌ可根据频率按键扫描函
数的结果以及ｄｅｌ初值来确定。其频率按键扫描函
数ｆｒｅ＿ｓｃａｎ （ ） 如下：
｛ ｉｆ （ＦＡ＝ ＝０）
［４］ 谭 浩 强．Ｃ程 序 设 计（第 二 版）［Ｍ］． 北 京：清 华 大 学 出 版 社 出 版 ，１９９９．
［５］ 戚 勇，等．数 字 式 低 频 信 号 发 生 器 的 软 件 设 计［Ｊ］．山 东 理工大学学报， ２００７，（ ２） ： ７９－ ８３．
［６］ 沈红卫．单片机应用系统设计实例与 分 析［Ｍ］．北 京：北 京航空航天大学出版社， ２００３．
［７］ 黎 国 栋．信 号 发 生 器 专 业 基 础 知 识 问 答［Ｊ］．上 海 计 量 测试，２００４，（５）：７２－ ７４．
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ ２００７．１１
３３
wk.baidu.com
３．３ 系统主程序设计
根据上面介绍的算法可以看出， 系统主程序 的设计非常简单， 只需不断检测按键是否按下即 可， 其中对于波形按键的动作， ＣＰＵ不需要检测 释放动作， 因为在波形选择中不会出现重复扫描 而影响波形选择参量ｓｅｌ的值。其系统程序流程图 如图４所示。
当有占空比选择按键和频率选择按键按下的 动作时， 必须等待其释放以后才能进行后续处 理。如果在主程序中没有检测按键释放， 就会导 致重复扫描的结果， 这会使得到的参量处于两个 极端， 即当按下 “频率＋”时， 会使频率参量ｄｅｌ 处于设计的极小值， 同理， 当按下 “频率－ ”时， 会使得频率参量ｄｅｌ处于极大值。占空比按键处理 方式与此相同。
（４） 可通过３个ＬＥＤ数码管显示信号频率； 本系统中的ＤＡＣ转换芯片选用的是ＴＬＣ５６２０， ＣＰＵ则选用ＡＴ８９Ｃ５１来作为主控制器， 并在外部 接７个按键以完成各自的功能。此外， 系统还选
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ ２００７．１１
３１
第９卷 第１１期 ２００７年１１月
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＆ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
收稿日期： ２００７－ ０７－ ０３
用简单３线串行总线接口方式， 因而与各种处理 器和微控制器的接口十分简单。ＴＬＣ５６２０的１１ ｂｉｔ 命令字包括８ ｂｉｔ数据、２ ｂｉｔ的ＤＡＣ输出通道选择 位和１ ｂｉｔ的输出幅度控制位。图１所示是ＴＬＣ５６２０ 的工作时序图。
图１ ＴＬＣ５６２０的工作时序
１ ＴＬＣ５６２０的工作原理
ＴＬＣ５６２０Ｃ包含四个独立的８位数 ／模转换器、 （每一路均具有两级缓冲器， 即输入锁存器和ＤＡＣ 锁 存 器 ）、 一 个 输 出 量 程 开 关 、 一 个 ８ 位 ＤＡＣ电 路 以 及 一 个 电 压 输 出 电 路 。 ＴＬＣ５６２０ 采 用 单 电 源 供 电， 数模转换后的电压幅度可编程调节。器件采
｛ ｄｅｌａｙｓ１ （１５０） ；
／／按键消抖的延时
ｉｆ （ＦＡ＝ ＝０）
｛ ｄｅｌ－ － ；
／／当 频 率＋键 按 下 时 ， 延
迟时间减少
ｉｆ （ｄｅｌ＜＝１） ｄｅｌ＝１； ｝
｝
ｉｆ （ＦＤ＝ ＝０）
｛ ｄｅｌａｙｓ１ （１５０） ； ／／按键消抖的延时
ｉｆ （ＦＤ＝ ＝０）
｛ ｄｅｌ＋＋；
／／当频率－ 键按下时， 延
第９卷 第１１期 ２００７年１１月
新特器件应用
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ． ２００７
基于ＴＬＣ５ ６ ２ ０ 的低频函数信号 发生器设计
陈根华， 杨海清 （南昌大学信息工程学院 电子工程系， 江西 南昌 ３３００３１）
摘 要： 介绍了采用ＴＩ公司的串行数模转换芯片ＴＬＣ５６２０和ＡＴ８９Ｃ５１单片机来产生低频函数 信号发生器的一种设计方法。利用该方案产生的波形包括正弦波、矩形波、三角波， 而且频 率可调， 当选择的波形是矩形波和三角波时， 还可调节占空比， 因而可满足ＰＷＭ波形控制的 需要。 关键词： 低频函数； 信号发生器； ＴＬＣ５６２０； 占空比； 中断服务程序
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ． ２００７
图２ ＬＥＤ显示硬件电路示意图
用３个ＬＥＤ数 码 管 来 显 示 频 率 ， 具 体 的 硬 件 电 路 示意图如图２所示。
本 设 计 采 用 Ｐ２．４～Ｐ２．７ 来 分 别 连 接 ＴＬＣ５６２０ 的 ＣＬＫ、ＤＡＴＡ、ＬＯＡＤ、ＬＤＡＣ， 以驱动ＴＬＣ５６２０工 作， Ｐ０．０～Ｐ０．６分别接正弦波、矩形波、三角波波 形选择按键以及频率增减按键和占空比增减按 键 。 Ｐ２．０～Ｐ２．２ 作 为 ３ 位 数 码 管 频 率 显 示 的 位 选 地 址， Ｐ１口则作为数据线。
迟时间增加
ｉｆ （ｄｅｌ＞＝１０） ｄｅｌ＝１０； ｝ ／／设定了产生
１０组频率信号
｝
３２
２００７．１１ ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ
第９卷 第１１期 ２００７年１１月
新特器件应用
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ． ２００７
图３ 定时器中断服务程序流程
｝ 上述程序中， ｄｅｌ为倍数参量， 而且是一个全 局变量； ＦＡ为频率 “＋”键， ＦＤ为频率 “－ ”键。 占空比按键扫描函数Ｄｕｔｙ＿ｓｃａｎ （ ） 与频率按键扫 描函数同理， 改变的只是占空比参量Ｄｕｔｙ。 定时器中断服务程序 （ＩＳＲ） 流 程 图 如 图３所 示。该程序主要完成如下任务： （１） 判断采样间隔是否达到； （２） 根据波形选择参量ｓｅｌ （全局变量） 并转到 不同程序位置， 当ｓｅｌ为２时， 还需要检测占空比 Ｄｕｔｙ参量； （３） 输 出 波 形 数 据 驱 动 ＴＬＣ５６２０， 完 成 样 本 点的输出。
３ 软件设计
３．１ ＴＬＣ５６２０的驱动程序
ＴＬＣ５６２０驱动程序的编写非常简单， 但它都 是整个系统设计的基础。在程序中先送通道地址 到ＴＬＣ５６２０中， 再送ＲＮＧ位， 之后再送８位数据， 最 后 通 过 触 发ＬＯＡＤ和 ＬＤＡＣ来 实 现 数 据 的 装 载 和 锁存， 同时启动模数转换。
其具体的程序代码如下： ｖｏｉｄ Ｄａｃ （ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ａｄｄｒ， ｂｉｔ ｒｎｇ， ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｄａｔ） ｛ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｎ； ｎ ＝ ２； ｄｏ ｛ ＤＡＴ ＝ （ｂｉｔ） （ａｄｄｒ ＆ ０ｘ０２） ；