AT89S51單片機的低頻信號仿真研究

1 設計目標和思路

文中設計目標是完成4種波形信號輸出，即正弦波、三角波、方波和鋸齒波，并使其在低頻范圍內具有穩定穩定性好、性能可靠、體積較小、占空比調節方便等技術(shù)優(yōu)勢。文中采用鍵盤(pán)控制的辦法，來(lái)實(shí)現并輸出方波、鋸齒波、三角波和正弦波等信號。另外，對頻率和幅值的變換情況，用鍵盤(pán)也能夠較好的進(jìn)行控制和調整。同時(shí)，本文還將其產(chǎn)生的信號參數用LCD進(jìn)行仿真顯示和調試。

在設計中，首先在函數中對某個(gè)數組附值，利用DAC0832來(lái)實(shí)現輸出波形信號輸出轉換，再經(jīng)過(guò)功放濾波模塊處理，這樣的話(huà)，就會(huì )在示波器上觀(guān)察到不同函數值的波形信號。但是，因為函數對數組中的數附值之后并不是一次就輸出顯示出來(lái)，這就需要編寫(xiě)AT89S51的控制字，使其開(kāi)中斷，然后再用計數器計數。當計數器溢出時(shí)便提出中斷請求，這時(shí)調用中斷函數，將數組中一個(gè)值送到DAC0832中。這樣連續不斷的送值，最后在示波器上顯示的就是一個(gè)連續的波形。最后，為了產(chǎn)生不同的波形，利用獨立按鍵開(kāi)關(guān)實(shí)現波形的不同頻率，來(lái)控制波形的頻率，以及利用滑動(dòng)變阻器來(lái)為DAC0832提供不同的參考電壓來(lái)實(shí)現不同幅值的波形。

2 電路原理圖

當按下“波形選擇”鍵時(shí)，發(fā)生外部中斷，并在LCD顯示所對應的波形序號，通過(guò)AT89S51單片機執行某一段中斷波形發(fā)生程序，向DAC0 832轉換器的輸入端按一定的規律發(fā)送數據，從而在DA0832轉換電路的輸出端得到相應的電壓波形。再經(jīng)過(guò)放大器的放大作用和二階低通濾波電路濾波作用，濾除高次諧波，最后在模擬示波器上顯示出更加光滑平整的目標波形。在上述的基礎上，通過(guò)選擇按下頻率增加鍵和頻率減少鍵可以改變波形的頻率，再利用滑動(dòng)變阻的分壓作用，改變DAC0832的參考電壓Vref以致改變電流i，即改變參考電壓，使輸出電壓幅度隨i發(fā)生改變，從而實(shí)現幅度的調節。

基于單片機函數信號發(fā)生器原理接線(xiàn)圖如圖1所示。

3 ProtueS仿真調試

本設計方案的思路是通過(guò)Protues軟件仿真來(lái)進(jìn)行波形調試，利用定時(shí)器TMR0定時(shí)中斷與預設波形數據表配和起來(lái)實(shí)現波形的生成，將定時(shí)器設定成定時(shí)方式1，在每次中斷發(fā)生時(shí)，對波形數據進(jìn)行采集，或者對定時(shí)時(shí)間進(jìn)行調整。從而實(shí)現當前時(shí)刻的波形數據的輸出，以及頻率的調整。是在keil軟件上編譯，用C語(yǔ)言設計程序的源代碼。

下圖2～5即為調試所得各類(lèi)波形。

仿真過(guò)程中，本設計可以實(shí)現預期的4種常用低頻信號波形的輸出，各輸出波形標準規范。同時(shí)各種波形的輸出均可實(shí)現調頻和調幅操作：對于調頻操作，在單片機工作時(shí)鐘頻率為24 MHz條件下，正弦波、鋸齒波、三角波可以在1kHz以下范圍內保持輸出波形不變形，方波的保形頻率范圍則可以達到2 kHz，對調幅操作，可以做到4種波形幅值在0～5 V范圍內連續調節。

4 結束語(yǔ)

盡管技術(shù)調試過(guò)程中，出現了諸如正弦波、三角波、鋸齒波的頻率在0～1kHz范圍調節可以得到清晰、連續平整的沒(méi)有變形的波形，但是超過(guò)這個(gè)范圍輸出的波形會(huì )失真變形；不能一次同時(shí)多波形輸出等技術(shù)難題。但是，實(shí)驗數據仍然表明，文中采用AT89S51單片機設計的方案，是合理可行。同時(shí)，從仿真的數據結果和分析來(lái)看，新的設計技術(shù)方案獲得的輸出低頻波形信號規整、可靠性較好，符合普通常用低頻信號源基本要求，其實(shí)驗結果是令人滿(mǎn)意的。

另外，在調試中發(fā)現，因DAC0832受到轉換位數和建立時(shí)間的限制，從而引起了輸出波形不夠規整、前后沿不陡峭等問(wèn)題。我們認為，如果能夠采用其他諸如DAC9881等芯片來(lái)提高轉換位數和建立時(shí)間的話(huà)，設計方案將能夠獲得更加完美的輸出波形。