摘要：為了設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良的信號發(fā)生器。采用了AT89C51單片機為控制核心。在Proteus下仿真可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波，而且可以方便地設(shè)定輸出信號的頻率及幅度，得到的輸出波形失真度低，頻譜純度高。
關(guān)鍵詞：信號發(fā)生器；D/A轉(zhuǎn)換；AT89C51；頻率；幅度
0 引言
在計算機控制技術(shù)、電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，信號發(fā)生器的應(yīng)用越來越廣，對信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出信號的頻率微調(diào)分辨率提出越來越高的要求，普通的頻率源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)的高標準要求。國內(nèi)外紛紛設(shè)計制作先進的信號發(fā)生器，從實用價值來看，各高校中信號發(fā)生器應(yīng)用極為廣泛，能夠設(shè)計出低成本、高精度的信號發(fā)生器并推廣使用具有非常重要的意義。
基于單片機的信號發(fā)生器的設(shè)計，以性價比相對較高的AT89C51單片機為核心，以簡單、廉價的元器件構(gòu)筑，能夠產(chǎn)生高精度、高純度的方波、三角波、鋸齒波、正弦波，同時可以實現(xiàn)波形自由切換，以及頻率和幅度在線調(diào)整。目前購買的信號發(fā)生器價格昂貴，功能強大，實際在高校開展實驗過程中用到最多的是低頻函數(shù)信號發(fā)生器。如果能夠在高校實驗領(lǐng)域應(yīng)用本文設(shè)計的儀器取代它們，將具有重要的實際意義。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
信號發(fā)生器的設(shè)計涉及到程序固化與存儲能力、電源電路設(shè)計、波形選擇電路、時鐘電路與復(fù)位電路、波形轉(zhuǎn)換與電壓放大功能、輸出控制電路等部分。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。
其中復(fù)位電路通過確定的電壓值啟動復(fù)位操作，同時排除瞬間干擾的影響，又有防止MCU在電源啟動和關(guān)閉期間的誤操作有效，保證數(shù)據(jù)安全。輸入電路用于檢測各按鍵與撥動開關(guān)的狀態(tài)，并通過運算處理實現(xiàn)相應(yīng)控制，顯示電路用于顯示波形頻率與幅度。DAC0808是系統(tǒng)的核心部分，為使芯片正常工作，必須提供一個基準頻率，可以是晶體振蕩器也可以是高精度振蕩電路。為了使信號輸出有一定的幅度與功率，在波形產(chǎn)生電路后增加放大電路模塊，放大電路可以增加輸出信號的準確度，具有更好的控制特性與準確性。為了對輸出波形進行選擇，由單片機控制多路模擬開關(guān)輸入四路信號中的一路。將輸入信號經(jīng)電路轉(zhuǎn)換后送入單片機。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
2．1 系統(tǒng)主程序流程圖
信號發(fā)生器的軟件設(shè)計包括按鍵處理程序、正弦波產(chǎn)生程序、方波產(chǎn)生程序、三角波產(chǎn)生程序、鋸齒波產(chǎn)生程序幾個主要部分。主程序的主要功能接收用戶鍵盤輸入的數(shù)據(jù)(信號參數(shù)的預(yù)制、選擇)和控制指令，單片機發(fā)送數(shù)據(jù)及控制指令，按要求輸出信號。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。
根據(jù)功能要求，本軟件設(shè)計了按鍵輸入程序，用戶可通過DIP開關(guān)設(shè)置輸出信號的頻率，或選擇輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波等。當(dāng)用戶設(shè)定輸出時，程序把參數(shù)送至單片機，并對單片機發(fā)出控制命令使其按要求輸出需要的信號。
主程序模塊主要完成的任務(wù)是對系統(tǒng)的初始化，初始化同時掃描是否有相應(yīng)的功能鍵按下，如有，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能子程序進行相應(yīng)的操作。
2．2 系統(tǒng)仿真
在PROTEUS電子設(shè)計平臺下，先繪制電路，然后對設(shè)計的程序進行編譯，生成*．HEX文件，加載到單片機中，得到的仿真圖如圖3所示。
2．2．1 波形選擇仿真
在運行過程中，改變接在P3口的拔碼開關(guān)，得到仿真結(jié)果如圖4所示。
2．2．2 波形頻率調(diào)整
在運行過程中，通過改變P2口的值，觀察波形的頻率變化，圖5是正弦波頻率變化的情況。
2．2．3 幅值調(diào)整
在運行中，通過調(diào)整RV1的值，觀察到波形幅度發(fā)生改變，圖6是當(dāng)RV1分別處于20％和50％時的正弦波波形。
3 結(jié)語
基于AT89C51的信號發(fā)生器可以輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波，波形失真小，幅值輸出準確，波形頻率穩(wěn)定度取決于頻率基準信號，輸出信號失真度低，在低頻到高頻部分都能有較好波形輸出，達到了預(yù)期的設(shè)計目的。這種信號發(fā)生器操作簡單，顯示直觀而且價格低廉、可靠性高、靈活性好，具有很大的應(yīng)用價值。