单片机低频信号发生器

第 22 卷第 4 期 华东地质学院 学报 Vol122 No14 1999 年 12 月 Journal of East China Geological Institute Sum 68 收稿日期 :1999207218 单片机低频信号发生器 陈　钧 (北京理工大学机电工程学院 ,北京 ,100081) 　 陈　坚　　　　　曾德芬 (华东地质学院信息工程系 ,江西临川市 ,344000) 摘 　要 　介绍利用单片机控制 ,采用频率锁相技术实现的低频信号发生器的软硬件结构及工作原 理。该信号发生器能输出正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形 ,具有频率和幅值控制方便、准 确、稳定度好的优点。 关键词 　单片机 ; 　频率锁相 ; 　信号发生器 分类号 　TN710 ; 　TN79 3 2 ; 　TP368. 2 ; 　TP346 信号发生器是电子技术领域的一种常用设备 ,长期以来都是由模拟电路构成的。这类仪 器作为信号源 ,在高频范围内其频率稳定度高 ,可调性好。然而 ,在科学研究和生产实践中 ,如 工业过程控制、生物医学、地震模拟、机械振动等领域 ,通常需要低频信号源。由模拟电路生成 低频信号性能不能令人满意 ,而且用于低频其 RC 很大。大电阻、大电容在制造上有困难 ,参 数准确度难以保证 ,同时 ,体积大、漏电损耗显著。利用单片机用程序 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法产生波形 ,其频 率低限几乎无限制、稳定度好 ,频率幅值控制可直接由键盘输入 ,无需进行其他任何调节。下 面介绍其原理和实现方法 : 1 　硬件构成与工作原理 单片机低频信号发生器的硬件原理图如图 1 所示。另外 ,系统还扩展有键盘和显示电路 , 用来实现人机对话 ,执行频率和幅值的输入、显示及四种输出波形的选择。工作时 ,用户根据 需要 ,将所需波形及其频率、幅值用键盘输入 ,然后由单片机进行判断 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,最后输出需要的结 果。低频信号发生器的核心部分是由二片 74LS161、一片 2764 和一片 DAC0832 (U8) 构成的波 形发生器。2764 作为波形参数存储器 ,依次存放着正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形量 化后的参数 (根据需要还可存放任意周期性波形量化后的参数) 。量化时 ,将每种波形的一个 周期均按 256 个等间隔点进行量化。量化后的参数各占 256 个存储单元。各种波形的量化参 数在 2764 中的地址单元分配如下 : 0000H ———00FFH :正弦波波形参数 ; 0100H ———01FFH :方波波形参数 ; 0200H ———02FFH :三角波波形参数 ; 图 1 　单片机低频信号发生器原理图 Fig. 1 　The skeleton diagram of low frequency signal generator in monolithic computer 0300H ———03FFH :锯齿波波形参数。 如图 1 所示 ,2764 接成数据输出一直为有效状态 ,而二片 74LS161 接成八位二进制加法计 数器 ,在 CP 信号的作用下 ,从全 0 到全 1 作加 1 循环计数 ,使 2764 低八位地址从 00H 到 FFH 循环变化 ,从而依次选中 EPROM 中 256 个波形参数单元 ,并将单元中的内容即波形参数送到 始终处于转换状态的 DAC0832 (U8)中进行 D/ A 转换。当 CP 脉冲每达到 256 个时 ,U8 便输出 一个周期的完整的信号波形。显然 ,输出信号的周期等于 CP 脉冲周期的 256 倍。因此 ,输出 信号的频率 f 0 与 CP 脉冲频率 f cp有如下关系 : f 0 = f cp 256 (1) 2764 的地址高三位 A12 ,A11 ,A10 接成 000 ,而 A9 ,A8 作为波形选择控制线由 8751 控制。 当 8751 的 P11 ,P10 分别置为 00 ,01 ,10 ,11 时 ,信号发生器输出的分别是周期性的正弦波、方 波、三角波或锯齿波。 2 　频率的控制 频率是信号发生器最重要的性能指标 ,频率的控制是信号发生器的关键所在。为使信号 ·513·第 4 期　　　　　　　　　　　　　　　陈钧等 :单片机低频信号发生器 图 2 　波形变换示意图 Fig. 2 　Sketch scheme of wave form conversion 的频率准确、稳定又易于控制 ,频率的控制由频 率锁相环电路来实现。 频率控制部分由 8253 , CD4046 等构成。 8253 是具有三个功能完全相同的 16 位减法计 数器。每个计数器的工作方式及计数常数 ,分 别由软件编程选择 ,可进行二进制或二至十进 制计数或定时操作 ,与单片机连接形式简单。 8253 有六种工作方式 ,可由单片机编程给定 , 通过给定的工作方式控制字写入控制寄存器的 方式实现。8253 此处用作除 N 分频器 ,选用方 式 3 工作。在给 8253 写入控制字及计数常数 N 以后 ,由于门控端 GATE0 为高电平 ,所以 , OUT0 将输出方波信号。其频率等于时钟输入 端 CLK0 上输入脉冲信号频率的 1/ N 。 CD4046 是低频多功能单片数字集成锁相环 ,其压控振荡器的输出 VCOUT经 8253 除 N 分 频器后 ,接至鉴频鉴相器 PDII的一个输入端 BIN ,PDII 的另一个输入端 AIN 接输入基准频率 , 此处是由 8751 的 P12 提供的 256 Hz 的脉冲信号。PDII输出的 PC2 经由 R9 , R8 , C2 构成的无 源比例积分低通滤波器 ,接在压控振荡器的压控输入端 VIN ,这样便构成了一个低频锁相环 路。环路工作时 ,加在 PDII的 AIN 引脚上的输入信号相位与 BIN 引脚上的反馈信号相位进行 鉴相比较 ,得到误差信号 ,由误差相位产生误差电压在 PC2 输出。经低通滤波器的过滤得到 控制电压 ,加到压控振荡器的压控输入端 VIN ,使压控振荡器产生频率偏移。经 N 分频来跟 踪 AIN 引脚上输入信号的频率 ,由于输入信号是由 8751 的 P12 提供的频率 ,固定为 256 Hz 的 脉冲信号 ,所以在控制电压的作用下 ,压控振荡器输出的信号经 N 分频后 ,反馈到 BIN 引脚的 信号频率将向 256 Hz 靠拢 ,一旦到达二者相等时 ,环路稳定下来 ,达到锁定。锁定之后 ,BIN 引脚上信号的频率与AIN 引脚上输入信号频率相同 ,二者之间维持一定的稳态相位差。所以 , 环路锁定时 ,CD4046 压控振荡器的输出脉冲频率为 : f vcout = 256 ×N (2) 又由于 CD4046 压控振荡器的输出是作为波形发生器中同步八位二进制计数器的 CP 信 号 ,所以 ,由 (1) , (2)二式可得信号发生器输出信号的频率为 : f 0 = N N 为可编程预置分频数 ,即由单片机写入 8253 的计数常数。 3 　幅度的控制及双极性信号输出 幅度控制电路由 DAC0832 (U3)完成。因为 DAC0832 输出电压与输入数字量有如下关系 : V0 = - ( Dn/ 2 n) ×VREF , Dn 为输入数字量 ,VREF为参考电压。显然 ,对于波形发生器 DAC0832 (U8) 输出的信号 ,其 幅值等于 - VREF。所以 ,只要改变 U8 的参考电压 VREF ,即可改变输出信号的幅度。由于 U8 ·613· 华 东 地 质 学 院 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　1999 年 图 3 　主程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 Fig. 3 　The flow chart of main program 的参考电压是由 U3 转换成的模拟电压 VO2提 供的 ,所以只要改变 U3 的输入数字量 ,即可得 到不同的输出电压值 ,从而改变波形发生器 U8 的参考电压值 ,实现输出波形的幅度控制。因 此 ,对于 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 输出的幅值 ,通过由 8751 的 P0 口 给 U3 写入对应的数字量 ,即可达到控制的目 的。 由于 A1 输出到 U8 的基准电压 V2 为负 值 ,所以 A2 将输出正极性波形 V1。为达到输 出双极性波形 VO 的目的 ,可对 V1 作图 2 所示 的波形变换 (以正弦波为例) 。 由图 2 可得出 VO 与 VO1的变换关系为 VO = 2V1 - | V2| = 2V1 + V2 (3) 图 1 中的运放 A3 ,A4 就是用来实现 (3) 式 的运算电路 ,从而在 A4 的输出端得到双极性 的信号输出。 4 　软件设计 软件主要由以下几个功能模块组成 :自检、 初始化、判断处理及显示、幅度控制、频率控制 及定时器/ 计数器 0 中断服务程序。软件的设 计采用顺序设计的方法。其主程序 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 如图 3 所示。 自检程序　主要是一段显示程序 ,用以检 测单片机系统是否正常工作。 初始化程序　主要用于产生 256 Hz 的方波信号 ,包括设定中断控制寄存器的内容以允许 定时器/ 计数器 0 溢出中断、设置定时器/ 计数器 0 工作方式、预置定时器/ 计数器 0 的初值等。 另外 ,初始化程序还要进行 8253 工作方式的设置。 幅度控制　根据键盘输入的幅度值 ,计算出对应的数字量 ,输出到 U3 并启动 D/ A 转换 , 实现对幅度的控制。 频率控制　将键盘输入的频率值 N ,作为初值写入 8253 ,实现对频率的控制。 定时器/ 计数器 0 中断服务程序　执行重赋定时器/ 计数器 0 的操作 ,并对 P12 取反 ,以实 现在 P12 引脚输出 256 Hz 的方波信号。 参 考 文 献 1 　罗耀华 ,孙宝江. 存储器的函数变换功能及其应用. 电子技术应用 ,1995. (1) :12～21 2 　张厥盛 ,郑继禹 ,万心平. 锁相技术. 西安 :西安电子科技大学出版社 ,1986 3 　何立民编著. MCS - 51 系列单片机应用系统设计. 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1990 (下转第 323 页) ·713·第 4 期　　　　　　　　　　　　　　　陈钧等 :单片机低频信号发生器 则自动挂机并清 Telr 标志 ,以保证电话和整个系统处于正常状态。 此外 ,为了防止外人误操作 ,可在程度中设置相应密码 ,等密码被确认后 ,方可进行有效控 制。 3 　结束语 此系统比较适合那些工作较忙或上班地点离家较远的人使用 ,既可以预先对某些家用电 器设定开与关的时间 ,也可以直接用电话遥控这些电器的开与关。如将 MT8870 换成 MT8880、 再增加相应的软件模块 ,还可实现定时自动拨号等功能。 参 考 文 献 1 　MCS—51 　系列单片机接口电路与应用程序实例. 北京航空航天大学出版社. 北京. 2 　实用微机与单片机控制技术. 电科技大学出版社. 西安 Multifunction Time Controller of Telephone Telecontrol Fan 　qi (Department of information and engineering ,East China geological Institute ,Linchuan ,JX 344000) Abstract 　This paper introduces the hardware principle and the soflware compile thinking of the multi2 function time controller of telephone telecontrol . Key words 　single chip processor ; 　double audio frequency ; 　relay ; 　interrupt (上接第 317 页) Low2Frequency Waveform Generator Based on a Microcontroller Chen Jun 　Chen Jian 　Zeng Defen Abstract This arcticle introduces the design of the system and the principle of the low2frequency waveform generator which is based on a microcontroller and is adopted the technique of phase locking. The genera2 tor can produce accurate sine , square , triangle and sawtooth waveforms. The frequency and the voltage amplitude can be adjusted convenientely with a good stability. Key words microcontroller ; 　phase locking ; 　waveform generator ·323·第 4 期　　　　　　　　　　　　　　　范崎 :电话遥控多功能定时控制器