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低频函数波形发生器
一、设计任务与要求
技术指标:波形:三角波、正弦波、方波、锯齿波,频率:0.1Hz~1KHz
控制方式:能选择不同的波形,并且能显示出当前产生的波形的频率值。
输入电压:-5V~+5V
提高要求:上限频率扩展到100Khz
二、低频信号发生器的方案研究
2.1 总体方案论证与设计
信号发生器的实现方法通常有以下几种:
方案一:用分立元件组成的函数发生器:通常是单函数发生器且频率不高,其工作不很稳定,不易调试。
方案二:可以由晶体管、运放IC等通用器件制作,更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC,如L8038、BA205、XR2207/2209等,它们的功能较少,精度不高,频率上限只有300kHz,无法产生更高频率的信号,调节方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节,二者互相影响。
方案三:利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器:能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。
方案四:采用AT89C51单片机和DAC0832芯片,直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89C51单片机的各个I/O口充分利用. P1口是连接键盘以及接显示电路,P2口连接DAC0832输出波形.这样总体来说,能对单片机各个接口都利用上,而不在多用其它芯片,从而减小了系统的成本.也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成.占用空间小,使用芯片少,低功耗。
综合考虑,方案四各项性能和指标都优于其他几种方案,能使输出频率有较好的稳定性,充分体现了模块化设计的要求,而且这些芯片及器件均为通用器件,在市场上较常见,价格也低廉,样品制作成功的可能性比较大,所以本设计采用方案四。
2.2 总方案设计
本次设计所研究的就是对所需要的某种波形输出对应的数字信号,在通过D/A转换器和单片机部分的转换输出一组连续变化的0~5V的电压脉冲值。在设计时分块来做,按波形设定、D/A转换、51单片机连接、键盘控制四个模块的设计。最后通过联调仿真,完成相应功能。
具体设计模块如图
模块介绍:
1.波形设定:对任意波形的手动设定
2.D/A转换:主要选用DAC0832来把数字信号转换为模拟信号,在送入单片机进行处理。
3.单片机部分:最小系统
4.键盘:用按键来控制输出波形的种类和数值的输入
三、主要电路元器件介绍
3.1 AT89C51单片机介绍
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除 HYPERLINK /view/132973.htm \t _blank 只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称 HYPERLINK /view/1012.htm \t _blank 单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多 HYPERLINK /view/2613031.htm \t _blank 嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.1.1 主要技术指标和特性
◆与MCS-51 兼容
◆4K字节可编程闪烁存储器
◆寿命:1000写/擦循环
◆数据保留时间:10年
◆全静态工作:0Hz-24MHz
◆三级程序存储器锁定
◆128×8位内部RAM
◆32可编程I/O线
◆两个16位 HYPERLINK /view/281961.htm \t _blank 定时器/计数器
◆5个中断源
◆可编程串行通道
◆低功耗的闲置和掉电模式
◆片内振荡器和时钟电路
3.1.2 外部引脚
VCC:供电电压。
GND:接地。
P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为 HYPERLINK /view/1410710.htm \t _blank 高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在F
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