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基于单片机的低频信号发生器 项目说明 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。而在科学研究和工业过程控制中常常要用到低频信号源。由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC要很大。大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证。体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。 本项目主要介绍利用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器的具体实现。也就是在51单片机系统中实现D/A转换的典型实例。硬件上，51单片机和D/A器件共同完成主要的功能；软件上，单片机控制D/A转换的接口程序是项目的核心程序。 项目要求： （1）用键盘控制输出正弦波、三角波、锯齿波、方波； （2）用键盘控制输出幅度和频率的变化，并将幅值和频率显示，幅度范围1V~5V，频率范围0~10KHz。 设计思路分析 单片机应用系统中，微处理器处理后的结果往往必须转换成实际的模拟量，以便实现对被控对象的控制，比如需要输出一个模拟电压来控制放大器的增益和LCD的亮度等，这种将数字量转换成模拟量的过程称为D/A转换(数模转换)。 在D／A转换系统设计中，设计者的主要任务是根据用户对D/A转换通道的技术要求，合理地选择通道的结构并按一定的技术准则和经济原因，恰当地选择所需的各种集成电路。在硬件设计的同时还必须考虑通道驱动程序的设计，较好的驱动程序可以使同样规模的硬件设备发挥更高的效率。 要实现D/A转换，首先必须弄清楚其工作原理，然后选择合适的D/A转换芯片。 模拟量输出通道的结构 模拟量输出通道一般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等；对于多路模拟量输出通道的结构，主要取决于输出保持器的结构方式。输出保持器的作用主要是在新的控制信号到来前，使本次控制信号维持不变。保持器一般有数字保持和模拟保持两种方案，这就决定了模拟量输出通道的两种基本结构形式：多通道独立D/A结构和多通道共享D/A结构。 多通道独立D/A结构 图5.1是多通道独立D/A形式的结构图。在这种形式中，CPU和通道之间通过独立的接口缓冲器传送信息，因此这是数字保持的方案。它的优点使转换速度快、工作可靠，每条输出通路相互独立，不会由于某一路D/A故障而影响其他通路的工作。但使用了较多的D/A转换器，因而成本较高，随着大规模集成电路技术发展，成本将不成问题。 图5.1 多通道独立D/A结构 I/O接口：接受来自CPU的数据、地址及控制信号，并向CPU送应答信号。 D/A转换器：其作用是数字量转换成相应的模拟量。 隔离级：将计算机与被控对象隔离，防止来自现场的干扰。 输出级：由运算放大器，V/I转换器等组成，以提供不同形式的输出信号。 执行器：其作用是接受微机通过AO发来的控制信号，并转换成执行机构的动作，使生产过程按照预先规定的要求正常进行。 多通道共享D/A结构 这种形式的原理框图如图5.2所示。因为共用一个数/模转换器，故它必须在CPU控制下分时工作。即依次把D/A转换器转换成的模拟电压（或电流），通过多路模拟开关传送给输出保持器，这种结构节省了D/A转换器，但电路复杂，占用主机时间，并且因为需要分时工作，只适用于通道数量多且速率要求不高的场合。由于需要多路转换器，且要求输出采样保持器的保持时间与采样时间之比很大，因而其可靠性较差。 图5.2 多通道共享D/A结构 D/A转换器 数/模（D/A）转换器是一种将数字量转换成模拟量的器件，简称DAC(Digital to analog Converter)，它是模拟量输出通道的核心器件。D/A转换器可以分为串行和并行两大类，其中串行D/A转换器是直接将串行二进制码以同步方式转换，转换一个n位输入数码需要n个工作节拍周期，转换速度比并行D/A转换器低的多，连接电路简单。由于串行D/A转换器仅在少数特殊场合应用，在此不作介绍，因此仅讨论并行D/A转换器的情况。此外，进行数/模转换时，还应依照数/模转换器的码制要求和输出信号的极性要求，在数/模转换前用处理器进行代码的转换。 D/A转换原理 如果把模/数转换看作编码过程，那么数/模转换相当于是一个译码过程。为完成数/模转换功能，一般需要如下几部分：基准电压、二进制位切换开关、产生二进制位权电流（权电压）的精