自制低频信号发生器

电子报/2010年/1月/10日/第015版

智能电子

自制低频信号发生器

广东王聪

电子爱好者在日常电子电路设计中，经常要用到各种波形的信号源，本文介绍一款用单片机设计的低频信号发生器。

该低频信号发生器可以产生锯齿波、三角波、正弦波、方波等常用波形，并可以方便地改变各种波形的周期或频率，具有线路简单、结构紧凑、成本低、性能优越、操作方便等优点。

一、系统硬件设计

1.电路组成及芯片选择

本设计的总体框图如图1所示。选用AT89C51单片机作控制器；D/A转换器选用8位D/A 转换芯片DAC0832它与微处理器完全兼容，价格低廉、接口简单、转换控制容易；输出运算放大器选用NE5532P芯片，它的DC和AC特性良好，其特点是低噪声、高输出驱动、高增益、低失真、高转换率，具有输入保护二极管和输出保护电路。

2.电路工作原理

电路如图2所示。单片机的P1口接按键S1～S4和四只发光二极管，S1～S4分别控制产生锯齿波、三角波、正弦波和矩形波(含方波)，而四只发光二极管则作为不同波形的指示灯；单片机的外部中断口P3.2和P3.3分别接按键S5、S6，用于调整各信号的频率；D/A转换器的数据输入端与单片机的P0口相连，将单片机产生的各种波形的数字信号送人DAC0832进行数模转换，DAC0832的输入寄存器选择信号CS、输入寄存器写选通信号WR1受单片机P2口控制，DAC0832的DAC寄存器写选通信号WR2和数据传送信号XFER直接接地，单片机与DAC0832形成“单缓冲”方式连接；经DAC0832数模转换的模拟信号送人运算放大器NE5532P进行二级放大输出，得到最终的输出信号波形。

二、系统软件设计

系统程序流程如图3所示。程序运行时，依次判断S1～S4按键是否按下，当S1按下时输出锯齿波，当按键S2按下时输出三角波，当按键S3按下时输出正弦波，当按键S4按下时输出方波。每个波形输出后都要查询按键S6、S7，看是否进行频率调整。

1.锯齿波设计产生锯齿波的原理，是逐步向单片机P0口加1，同时通过DAC0832进行实时的数模转换输出，直到P0的值溢出为零，这样周而复始，从而输出锯齿波信号。锯齿波程序流程如图4所示。

2.三角波设计

产生三角波的原理，是逐步向单片机P0口加1，到P0的值为FFH时，又逐步递减，直到P0的值为零，同时通过DAC0832进行实时的数模转换输出，这样周而复始，从而输出三角波信号。三角波设计程序如图5所示。

3.正弦波设计

产生正弦波的原理，是将一个周期的正弦波均匀地取255个值，用这些对应的幅度值构成一个查值表，单片机通过查表，将这些值逐一通过P0口输出到DAC0832进行实时的数模转换输出，这样周而复始，从而输出正弦波信号。正弦波程序流程如图6所示。

4.方波设计

经过实物制作调试，单片机输出的方波信号通过DAC0832进行了数模转换后，再送到NE5532P进行信号放大输出的效果不是很理想，故将单片机产生的方波信号直接送到NE5532P 进行信号放大输出。当进入正弦波产生程序后，先将P2.0口置高电平，进行延时，再将P2.0口

置低电平，进行延时，这样周而复始，从而得到方波信号输出。方波信号程序流程如图7所示。

三、安装调试与测试分析

1.电路安装

在设备条件不便的情况下，用普通万能板作为电路板是非常经济、方便的。注意:集成块AT89C51、NE5532P和DAC0832最好不要直接焊在电路板上，应使用插座，单片机最好选用活动卡座。用于频率调整的两只按键S6、S7最好选用非常灵敏、可靠的按钮。电路实物如图8所示。

2.调试与测试图9～图12分别为用示波器测得的锯齿波、三角波、正弦波和方波信号波形。

测得各波形的最大输出频率(最小周期)、输出电压以及每按一次频率调整按钮S6和S7时产生的步进周期值，如附表所示。

3.分析与讨论

测试结果表明，本低频信号发生器产生的锯齿波信号最大输出频率是217.4 Hz，最大输出电压(峰峰值)为11.2V；三角波信号最大输出频率是96.2Hz，最大输出电压(峰峰值)为11.4V；正弦波信号最大输出频率是178.6 HZ，最大输出电压(峰峰值)为11.4V；方波信号最大输出频率是1250.0 Hz，最大输出电压(峰峰值)为15.0V。

由于单片机使用的晶振是12MHz，所以得到的波形最大输出频率比较低。如果要进一步提高波形的最大输出频率，可以使用更高频率的晶振，如24MHz，同时对产生各波形的程序进行优化，使程序运行周期更短，从而提高频率范围。

另外，本低频信号发生器产生的方波信号是等占空比的矩形信号，大家可以根据需要修改程序，以产生各种不同占空比的方波信号。

编者:需要本文参考程序的读者，请与本报联系。