基于单片机双通道的多波形发生器.pdfVIP

摘要：

利用单片机控制灵活的特点,采用软件方式实现信号生成，系统采用查表法基本工作原

理,使用片内ROM波形查询表实现相幅转换.系统采用80C51单片机实现数据处理,

DAC0832实现D/A转换,采用拨码开关设置频率的参数,采用按键选取波形。使用LED七

段数码管作为波形的代号。实现了正弦波、方波、三角波信号生成、幅值和频率调节,各种

波形信号的参数控制，根据按键的设置可以同时输出两列波。

关键词：

查表法，数字频率合成技术，单片机，可调波形，双通道

引言

信号发生器输出的常规波形，常应用于电子电路的性能测试和参数测量。但常规的波形

发生器一般是只能同时产生一种可控的波形，为此设计一种基于单片机控制的信号波形发

生器，以满足设计需求。

一、设计方案论述：

本课题的设计方案有四种：

（1）采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、

正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波

分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。

（2）传统的直接频率合成技术(DS)。该类方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以

及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致其结

构复杂、体积庞大、成本昂贵,而且容易产生过多杂散分量。

（3）锁相环式频率合成器(PLL)。该类技术具有良好窄带跟踪特性,可选择所需频率信号,

抑制杂散分量,且省去大量滤波器,有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是个惰性环节,

锁定时间较长,因而频率转换时间较长,且由模拟方法合成的正弦波的参数(如幅度、频率和相

位等)都难以定量控制。

（4）直接数字式频率合成器(DirectDigitalFrequency,DDS)。该类方法具有高频率稳定度、

高频率分辨率以及极短的频率转换时间。此外,全数字化结构便于集成,输出相位连续,频

率、相位和幅度均可实现程控,而且理论上能够实现任意波形。

经综合比较，第四种方法课通过要求的单片机实现程序控制，程序简单。因此本实验

采用第四种方案

二、系统工作原

理

利用单片机的

片内ROM存储所

需的信号波形相位

幅度值（又称波形

表），根据外电路的

输入信号利用查表

方式查找片内ROMA中相应地址的相位幅度值。将输图

明德致远，笃行务实

1

出的八位二进制数据进行D/A转换，I/V转换后输出。

根据正弦信号波形的频率和相位在波形表中查找相应的响应点，由于输出的常规波形

都具有周期性，波形的产生以正弦波为例：

因其周期性，因此只需要设计一个完整的周期，信号的输出部分采用了D/A转换，因

此为了适应D/A转换的特征，将正弦函数波形整体上移，时期最低点的值为0，如上图1

所示。

D/A转换的最大输入值为255，因此对于周期函数，需要采样的点数最多不超过256个，

本设计中采样点数设置为256，相位累加器的数值由累加器A的值传送，将A中的值作为

偏移相位值，送还到指针，通过指针查找相应相位的幅度值，并通过P0口输出到D/A转换

器转换成相应的模拟信号。

系统整体原理框图如下所示：

键盘扫描单LED数码管

片

机D/A转换波形输出

805

图2-1系统原理方框图

三、硬件设计及原理

3.1主控电路设计

单片机是整个波形发生器的核心部件，本次设计采用了应用广泛的MCS-51系列的

AT89C51单片机。单片机在整个系统中的作用是形成扫描码，进行键值识别、键处理、参数

设置；形成显示段码；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路。

拨码开关输入的值为查找一个值的周期，因此通过拨码开关实现波形周期的设置。主

控部分及时钟复位电路、变频电路设计原理图如图3.1所示：