基于单片机的波形发生器设计

基于单片机的波形发生器设计

黄跃娟 ,魏颖 ,薛莹

哈尔滨华德学院  150025

摘要：本文用单片机作为核心芯片，设计出一款高精度频率信号发生器，具有体积小功率低等优点。为了实现幅度可控的功能，选用了2个数模转换器片完成此功能，其中一个用来产生波形，另外一个设计成程控放大器进行改变幅度，它的放大倍数通过转换器的数字端口来实现，根据设定的输出幅值，单片机只需要通过公式换算出给予的对应电平。所有要输出的参数都能通过液晶屏显示。

关键词:信号发生器；单片机；数模转换器

1、引言

在波形发生器的发展中，高频率的波形发生器技术大部分都掌握在外国手中，我国的波形发生器也有很大突破，在中低端频率的波形发生器中，我国的成本低，波形发生器效果好，远比国外，但是在高端波形发生器中，还是落后于国外。波形发生器在现代测算领域和教学领域有着很大的应用，产生的频率大小，幅度大小，相位调节，能产生大量的波形，对于各种调试，调控，实验，工业使用，自动控制都有着重大的意义。

2、方案设计

本此设计是用单片机为控制主体，对系统进行初始化主要完成对键盘的控制、液晶显示的控制。使用51系列的单片机，它有着32个接口，且STC系列的单片机可以在工作的过程中进行编程、调试，能很方便的实现程序在下载过程中进行整机的调试。

3、硬件设计

（1）液晶显示模块

用STC12C5A60S2的P0口作为数据线，用P1.2、P1.1、P1.0分别作为LCD的EN、R/W、RS。其中EN是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号。

（2）键盘模块

本按键模块使用的是多位独立按键，按键一端接IO口，一端接地，由于单片机的IO口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO检测到的时候高电平，当按键按下的时候，相当于IO短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不同时刻的IO口状态就可以判断按下的是那个按键。4个按键分别代表以下功能，第一为功能按键，可以切换不同参数设置界面，第二个为切换按键，可以切换波形、频率和幅值等参数进行设置，第三个为增加按键，第四个为减少按键。

（3）信号产生模块

由于要产生方波、正弦波、锯齿波和三角波这几种波形，综合考虑选择了DAC0832作为主芯片，DAC0832是一款是国家半导体公司采用先进的DA转换器，单片机通过查询内部的预存的波形ROM表来实现波形产生。

（4）程控放大模块

程控放大模块的结构跟波形发生部分相似，区别在于波形发生部分的基准电压是固定的，通过查ROM的数组来改变输出电压来描绘出波形。

4、软件设计

主程序流程图首先单片机进行初始化，初始化之后在单片机内部产生相应的波形，对应的频率，和相对的幅度，在显示器中显示出来，开始设置你想要的参数，对频率，幅度，相位，波形进行一系列的调节，每次都进行判断是否设置各个参数，是进行调节，否进行下一个判断是否设置参数，经过几次设置调节出想要的波形，在显示器LCD1602上面显示对应的数值和波形，所有的显示都由LCD1602来进行显示。

5、调试

本次设计是一个相对复杂的数字系统，它的程序也是比较复杂,所以在编写程序和调试的过程中出现了相对较多的问题。首先为了更好的测试效果，最开始是直接在PROTUES软件下进行一些显示界面仿真，在确定不存在问题后，再把程序烧录到实物中运行。最后出现了很多错误，经过很多次的模块子程序的修改，最后终于解决了软件上的各种各样的问题。

硬件上用万用表进行测量，确保硬件接线无误。

6、小结

本次设计是基于单片机的波形发生器设计，使用了单片机来实现对于波形的控制，涉及了波形，频率，幅度大小的控制。

参考文献

[1] 谢增忠．基于单片机的波形发生器的硬件设计[J]．数字化用户，2013

[2] 杜洋．爱上单片机（第三版）[M]．北京：人民邮电出版社，2014