51单片机
设计
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多功能低频函数信号发生器
应用89S52单片机和DAC0832进行低频函数信号发生器的设计。本设计能产生正弦波、锯齿波、三角波和方波。这里着重介绍正弦波和锯齿波的生成原理。
ADC0832的介绍:DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
D0~D7:八位数据输入端
ILE: 数据允许锁存信号
/CS: 输入寄存器选择信号
/WR1:输入寄存器选择信号
/XFER:数据传送信号
/WR2:DAC寄存器的写通选择信号
Vref: 基准电源输入端
Rfb: 反馈信号输入端
Iout1: 电流输出1
Iout2: 电流输出2
Vcc: 电源输入端
AGND: 模拟地
DGND: 数字地
DAC0832结构:
D0~D7:8位数据输入线,TTL电平,有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错);
ILE:数据锁存允许控制信号输入线,高电平有效;
CS:片选信号输入线(选通数据锁存器),低电平有效;
WR1:数据锁存器写选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1,当LE1为高电平时,数据锁存器状态随输入数据线变换,LE1的负跳变时将输入数据锁存;
XFER:数据传输控制信号输入线,低电平有效,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效;
WR2:DAC寄存器选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时,DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化,LE2的负跳变时将数据锁存器的
内容
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打入DAC寄存器并开始D/A转换。
IOUT1:电流输出端1,其值随DAC寄存器的内容线性变化;
IOUT2:电流输出端2,其值与IOUT1值之和为一常数;
Rfb:反馈信号输入线,改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度;
Vcc:电源输入端,Vcc的范围为+5V~+15V;
VREF:基准电压输入线,VREF的范围为-10V~+10V;
AGND:模拟信号地
DGND:数字信号地
DAC0832的工作方式:
根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式,DAC0832有三种工作方式:直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。本设计选用直通方式。
DAC0832工作时序:
DAC0832内部结构图:
当ILE为1时,只有当/CS、/WR1都为0时输入寄存器才允许输入;当/WR2、/XFER也都为0时,输入寄存器里的信息才能写入DAC寄存器。根据实际电路图我们就可以得到DAC0832工作的时序的程序。如下:
P37=0; //P37=CS
_nop_(); //P36=WR
P36=0;
P0=value; (数据端口信号数值0~255)
P36=1;
_nop_();
P37=1;
硬件电路:
P0口是数据端口,接上拉电阻(其他端口则不用)。电源质量要好,质量越好的电源,芯片工作就越稳定。
从LM358运放输出的电压最大峰峰值就是12V所以在二级运放的放大倍数要注意跟基准电压想匹配,否则输出信号会很容易失真。
正弦波的生成:
DAC0832产生信号的原理可以说是ADC0809AD转换的逆过程,但DAC0832生成的信号是离散的。假设要生成一个Y=Asin(2*pi*f*t)的正弦波。adc0832数据端口给的数据的范围是0~255一共256个。前0~127表示是X轴上方的电压值(也可能是下方)。那么128~255是X轴下方的电压值。那么我们可以得到数据端口的数值的具体量,即value=127sin(2*pi*f*t)+127;假设我在X轴上抽样100个点(0~99),那么value=127sin(pi/50*t)+127; t:0~99.(这个100位的数组可以用MATALB生成)。也可以抽样更多的点,抽样的点越多,得到的信号越保真,但信号的频率会有所下降。抽样的点越少,失真越大,但频率能成大幅度递增。怎么选择,具体情况具体分析。其他的波形也跟正弦波一样。
程序如下:
#include
sbit dac_WR=P3^6;//dac0832的wr端
sbit dac_cs=P3^7;
sbit KEY1=P2^0;
sbit KEY2=P2^1;
bit keyflag;
unsigned char i;
unsigned char code tab[100]={127,135,143,151,159,166,174,181,188,195,202,
208,214,220,225,230,234,238,242,245,248,250,
251,252,253,254,253,252,251,250,248,245,242,
238,234,230,225,220,214,208,202,195,188,181,
174,166,159,151,143,135,127,119,111,103,95,
88,80,73,66,59,52,46,40,34,29,24,
20,16,12,9,6,4,3,2,1,0,1,
2,3,4,6,9,12,16,20,24,29,34,
40,46,52,59,66,73,80,88,95,103,111,119};
void getkey(void)
{
if(KEY1==0)
{ //按键按下后为电电平
RCAP2L+=10; //调节频率
if(CY==1)
{
RCAP2H+=1;
}
}
if(KEY2==0)
{
RCAP2L-=10;
if(CY==1)
{
RCAP2H-=1;
}
}
}
void Timer2_Init()
{
T2CON=0x00;
TH2=(65536-300)/256;
TL2=(65536-300)%256;
RCAP2H=0XFE;
RCAP2L=0XDA; //稳定在50Hz左右
EA=1;
ET2=1;
TR2=1;
}
void T0_service() interrupt 1
{
TH0=0XEC;
TL0=0X77;
keyflag=1;
}
void Timer2_service() interrupt 5
{
TF2=0;//清除中断标志位
dac_cs=0;
dac_WR=0;
P1=tab[i];
dac_WR=1;
i++;
dac_cs=1;
if(i==100) i=0;
}
void main()
{
Timer2_Init();
TMOD=0x01;
TH0=0XEC;
TL0=0X77;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while(1)
{
if(keyflag)
{
keyflag=0;
getkey();
}
}
}
本程序需注意:按键是低电平有效。定时器2中断发送数据给DAC0832,0832在得到一个数据后生成相应的电压值。所以他的中断时间决定信号的频率,调节它的中断时间就能调节信号的频率。
其他波形的生成,其他的波形也跟正弦波一样,但锯齿波和三角波可以不用查表法,应用加减计算得到就可以得到。
下面介绍的是锯齿波:
#include
#include
sbit DACWR=P3^6;
sbit DACCS=P3^7;
unsigned int i;
void DAC_0832(void)
{
DACCS=0;
DACWR=0;
P0=i;
i+=1; //加以操作得到上升的锯齿波
DACWR=1;
_nop_();
DACCS=0;
if(i==0xff) i=0x7f; //为什么初值是0x7f,其他的行不行。大家自己动手试试。
}
void main(void)
{
i=0x7f;
while(1)
{
DAC_0832();
}
}
DAC0832有着致命的一个缺点就是输出的波形里的含有的频率比较杂乱,常常出现过激的现象。如果你需要精确的信号的话,那么你必须在信号输出端就如滤波器。得到干净的低频函数信号。如果要作为信号源的话最好是能就上一级攻放。效果会好很多。虽然DAC0832不是非常专业的函数信号发生芯片,但是它的输出波形的范围比较广,常常能输出一些,你意想不到得很有意思的信号曲线。
下面发几张示波器观察到得曲线:实验室里手机照的,不是太清晰但还能看。
编者注:最近比较忙很少去查看邮箱,前几天看一下邮箱结果里面有100份邮件是要函数信号发生器的。为了方便大家于是我今天又重新整理了一下,并有实际搭了一遍电路验证特一下。效果还行。但在protues 上仿真不了,得到的是一个不能预料的曲线。没查明原因,如果大家有兴趣,可以研究研究。共同探讨一番。anmko@163.com
#include
#include
#include
#define DA0832 XBYTE[0Xa000]
#define uchar unsigned char
#define S1 XBYTE[0X0000]
#define S2 XBYTE[0X2000]
#define S3 XBYTE[0X4000]
uchar code tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar code tosin[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5
,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5
,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd
,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda
,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99
,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51
,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16
,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15
,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e
,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 };
uchar fun=0,b=0,c=0,d=0,tl,th;
void key1(void);
void key2(void);
void key3(void);
void key4(void);
void judge(void);
void main(void)
{
TMOD=0X01;
TR0=1;
th=0xff;
tl=0xd0;
TH0=th;
TL0=tl;
ET0=1;
EA=1;
while(1)
{
judge();
}
}
void judge(void)
{
uchar line,row,de1,de2,keym;
P1=0x0f;
keym=P1;
if(keym==0x0f)return;
for(de1=0;de1<200;de1++)
for(de2=0;de2<125;de2++){;}
P1=0x0f;
keym=P1;
if(keym==0x0f)return;
P1=0x0f;
line=P1;
P1=0xf0;
row=P1;
line=line+row;/*存放特征键值*/
if(line==0xde)key1();
if(line==0x7e)key2();
if(line==0xbd)key3();
if(line==0x7d)key4();
}
void key1(void) //1键选择发波类型,1为正弦波,2为三角波,3为方波
{
fun++;
if(fun==4)fun=0x00;
}
void key2(void) //2键加大频率
{
tl++;
if(tl==0x1f)th++;
}
void key3(void) //3键减小频率
{
tl--;
if(tl==0x00)th--;
}
void key4(void) //4键显示频率
{
double t;
int f;
TR0=0;//ET0的区别
t=(65535-th*256-tl)*0.4;
f=(int)(1000/t);
S3=tab[f%10];
f=f/10;
S2=tab[f%10];
f=f/10;
if(f==0)S1=0;
else S1=tab[f];
TR0=1;
}
void time0_int(void) interrupt 1 //中断服务程序
{
TR0=0;
if(fun==1)
{
DA0832=tosin[b]; //正弦波
b++;
}
else if(fun==2) //三角波
{
if(c<128)DA0832=c;
else DA0832=255-c;
c++;
}
else if(fun==3) //方波
{
d++;
if(d<=128)DA0832=0x00;
else DA0832=0xff;
}
TH0=th;
TL0=tl;
TR0=1;