数控信号发生器

作品实物照

示波器显示正弦波波形图照片

示波器显示三角波波形图照片

数控信号发生器

摘要:本系统是基于A T89S52单片机控制的信号发生器，可输出电压最大值为0～5V，频

率为1～1000Hz的矩形波、三角波、锯齿波和正弦波四种波形信号,其电压最大值和频率可

从键盘输入.本系统输出的各种信号,均由软件产生各种数据再经过D/A转换后输出,可满足

精度误差要求达到5 %的,需要多种低频信号源的使用场所。

关键词：AT89S52单片机信号发生器数控D/A转换

Abstract: This system is according to the signal occurrence machine of a machine of AT89S52 control, can output the electric voltage biggest be worth for the 0-5 V. The frequency is a 1-1000 Hz Of rectangle wave, triangle wave, the teeth of a saw wave and sine wave，for four kinds of form signal. The biggest value in its electric voltage and frequencies can input from the keyboard. Various signal of this system output, all be outputted after produce various data pass by again the D/ A conversion by the software. Can satisfy the accuracy error margin to request to attain the usage place of 5% various demand low frequency signal source.

Keyword: Monolithic machine AT89S52 The signal occurrence machine The numerical control The D/ A conversion

引言

随着社会科学的电子技术及电力电子技术的发展，对于一些电路的分析所需的仪器种类

越来越多，同时要求的精度也越来越高。技术的发展应是面向人性化、智能化、经济化为一

体的发展目标。本论文正是以数字控制信号发生为出发点，对单片机作为中央控制器，直接

由软件产生波形信号的输出，并可通过软件的修改，达到输出任意波形,用于测试电路，可

以用来给定时器提供波形，使电路能稳定工作的智能化波形发生器模型作较详细的介绍。1、方案选择与论证

本系统除了核心器件单片机外，主要还包括以下几个部分：

1 .1、人机接口模块

本系统采用4×4的矩阵键盘作为输入设备，用6位数码管作为显示器。

1.2、信号发生部分

方案一：由硬件产生。由硬件产生的信号没有阶梯，波形光滑。如果采用压控振荡器，

就可单片来控制信号的频率，能过电子开关来选择不同的振荡器投入工作，就可以输出不同

的波形。不过，不同波形需要用不同的振荡器来实现，电路较复杂，难以输出超低频的信号。

方案二：由软件产生。将各种波形的数据固定在单片机的程序存储器里，通过改变这

些数据的输出速度便可以改变信号的频率，通过改变D/A转换器的参考电压便可以改变信

号的最大值，硬件电路简单，成本低。但输出的信号会出现阶梯。

由于本系统输出的信号频率最低达到1Hz，用方案一难以实现，用方案二，虽然会出现

阶梯，但通过增加每个周期输出的点数来把阶梯降低到允许的范围内，因此，本系统选择了方案二。

1.3、D/A转换部分

单片输出的是数字信号，必须通过D/A转换后才能模拟信号。

方案一：采用D/A转换器AD7543。AD7543是一种串行的D/A转换器，1与单片机之间的连线少，布线方便，而且又是12位的D/A转换器，精度高。但串行数据传输速度慢, 当频率较高时,必须减少每周期输出的点数,这将会导致阶梯现象更加明显,因此,此方案不宜使用.

方案二：采用DAC0832。这是8位的并行D/A转换器，转换速度快。

方案三：采用2片DAC0832。由其中一芯片的输出电压作为另一芯片的参考电压，这样就可以方便的控制最大输出电压。

若采用方案二，在输出电压较低的情况下，比如为1V时，输出的最大电压只有参考电压的1/5，这将会使精度降低，而方案三刚好可以解决这个问题，因此，本系统选择了方案三。

2、系统原理框图

系统原理框图如图1所示

图1 系统原理图

3、电路分析与计算

DAC转换部分电路图如图2所示

当单片机分别向DAC0832（1）和DAC0832（2）输入数据D1和D2时

U02 = - D2 ×VR = - 5 ×D2 ／256 ①U01 = - D1 ×VR = - U02 ×D1／256 ②

U0 = - R3 ／R1 ×U01 - R3 ／ R2 × U02 ③

其中R1 = 15 K，R2 = R3 = 30 K，代入以上各式，得

U0 = U02 × ( D1 ／ 128 –1 ) ④或 D1 = 128 × ( U0 ／ U02 + 1) ⑤由④式可知，当D1在 0～255 之间变化时，U0可在- U02 ～ + U02之间变化，即输出信号的最大电压可由U02控制。

设输出的信号函数为U0 = f ( t ),代入⑤式得

D1 = 128 × ( f (t) ／ U02 + 1) ⑥