單片機在多種波形發(fā)生器中的應用

本文利用80C51單片機外接數模轉換器和I/V轉換電路，由用戶(hù)通過(guò)按鍵選擇輸出實(shí)驗中經(jīng)常使用到的幾種基本波形：方波、鋸齒波、正弦波。方波由 80C51單片機內部自帶的計數器/定時(shí)器產(chǎn)生，并由用戶(hù)通過(guò)小鍵盤(pán)選擇波形周期。與微處理器兼容的14位數模轉換器MAX7534將數字量轉換為模擬量電流信號，通過(guò)I/V轉換電路得到雙極性的鋸齒波和正弦波信號，波形保證了他的精度和平滑、穩定。

1 硬件電路設計

80C51單片機時(shí)鐘電路采用內部方式，外接陶瓷諧振器（頻率為12 MHz），微調電容值為30 pF。系統復位采用按鍵式外部復位方式，復位信號至少保持8 μs以上。通過(guò)按鍵由用戶(hù)選擇要輸出的波形，按鍵選擇占用P1.1~P1.7口，采用獨立式鍵盤(pán)結構。利用80C51單片機內部自帶的計數器/定時(shí)器在 P1.0口上產(chǎn)生連續方波，由用戶(hù)通過(guò)按鍵選擇輸出方波周期。系統結構框圖如圖1所示。

1.1 D/A轉換電路

本文采用美國MAXIM公司的微處理器兼容高性能單片14位數模轉換器MAX7534。MAX7534內部功能框如圖2所示。MAX7534的高質(zhì)量、激光校準、薄膜電阻和帶溫度補償的NMOS開(kāi)關(guān)等確保了器件在整個(gè)工作溫度范圍內具有良好的線(xiàn)性和增益穩定性。MAX7534接收8位總線(xiàn)的2個(gè)字節，內部包括1個(gè)LS輸入寄存器和1個(gè)MS輸入寄存器，分時(shí)接收低8位和高6位的14位待轉換數字量、1個(gè)14位DAC寄存器、1個(gè)14位DAC數模轉換器和邏輯控制電路。數模轉換器（DAC）電路包括由激光校準的11個(gè)薄膜R2R電阻陣、1個(gè)3位分段電阻陣和NMOS電流開(kāi)關(guān)。該D/A轉換器具有保護CMOS寄存器的功能，無(wú)需使用外加肖特基二極管保護。

MAX7534與80C51的具體連接見(jiàn)圖3。工作時(shí)，通過(guò)A1、A0引腳確定MAX的工作過(guò)程，其對應關(guān)系見(jiàn)下表，當出現表中的第3種情況時(shí)，14位待轉換的數字量通過(guò)MAX7534內部總線(xiàn)輸入到14位DAC進(jìn)行轉換。轉換結束，模擬量以電流形式輸出。

1.2 I/V轉換電路

由MAX7534轉換得到的模擬量電流信號要轉換成電壓信號，需外加I/V轉換電路。I/V轉換電路與MAX7534的具體連接見(jiàn)圖3。

圖3是MAX7534的雙極性或四象限乘法工作電路圖電路提供的是偏移二進(jìn)制碼，為解決高溫時(shí)的低泄漏，對VSS進(jìn)行負偏置；C1為補償電容，用來(lái)消除由 DAC的輸出電容和內部反饋電阻構成的極點(diǎn)，其值根據采用運放的不同而不同；在接近DAC的VDD和GND管腳處放置1個(gè)1 μF的旁路電容，再與1個(gè)0.01 μF的陶瓷電容相并聯(lián)，抑制高頻噪聲。按圖中給定的器件參數，輸出電壓的表達式為：
VOUT=［(D-8192)/8192］×VIN
VIN=+5V，當D=0時(shí)，VOUT=－5V；當D=8192時(shí)，VOUT=0V；當D=16384時(shí)，VOUT=4.96V。轉換關(guān)系見(jiàn)表2。