爱华网简易波形发生器的设计是利用D/A转换原理，将被测数字量转换成模拟量，并用模拟方式显示出低频信号源。如方波、三角波、正弦波等等。通常数字电压表都采用大规模的D/A转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中D/A转换器将输入的数字量转换成模拟量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将D/A转换器中各组模拟开关接通或断开，保证D/A转换正常进行。本系统以单片机AT89S52为系统的控制核心,结合D/A转换芯片ADC0832设计一个简易波形发生器。
关键词：波形发生器 AT89S52 DAC0832
1 硬件电路的设计及其原理 1.1电路结构图及原理图
波形发生器要求输出正弦波，三角波和方波，其中正弦波和三角波可以用按键选择输出，输出信号的频率可以调节。
本设计使用单片机作为控制器，用中断查表法完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。方波信号直接从单片机的端口输出，结合功能要求，决定使用AT89S51单片机作为控制器，用DAC0832作为D/A转换器，功能按键使用单片机的三个端口。
实现系统的结构框图如下所示：
图1.1波形发生器系统结构框图
以下为波形发生器电路原理图：
图1.2 波形发生器原理图
1.2 控制部分
控制芯片选择ATMEL公司的AT89S52单片机。控制系统按最小化工作模式设计，P3.0-P3.2口接3个按键，其中T1为频率增加键，T2为频率减少键，T3为正弦波与三角波选择按键。P1口输出波形数据。
1.3 D/A转换部分
DAC0832是CMOS工艺制造的8位D/A转换器，属于8位电流输出型D/A转换器，转换时间为1us，片内带输入数字锁存器，其引脚排列和内部组成原理图如1.3所示。DAC0832与单片机接成数据直接写入方式，当单片机把一个数据写入DAC寄存器时，DAC0832的输出模拟电压信号随之对应变化。利用D/A转换器可以产生各种波形，如方波、三角波、正弦波、锯齿波等以及它们组合产生的复合波形和不规则波形。这些波形利用标准的测试设备是很难产生的。
图1.3 DAC0832引脚排列和内部组成原理图
1.3.1 DAC0832主要性能
1.输入的数字量为8位；
2.采用CMOS工艺，所有引脚的逻辑电平与TTL兼容；
3.数据输入可以采用双缓冲、单缓冲和直通方式；
4.转换时间：1us；
5.精度：1LSB；
6.分辨率：8位；
7.单一电源：5—15V，功耗20mw；
8.参考电压：-10—+10V.
1.3.2 DAC0832的引脚功能
1.D7—D0：8位数据输入；
2.ILE：数据输入锁存允许，高电平有效；
3. ：片选；
4. ：输入寄存器写信号。当ILE、 、 同时有效时，数据装入输入寄存器，实现输入数据的第一级缓冲；
5. ：数据传送控制信号，控制从输入寄存器到DAC寄存器的内部数据传送；
6. ：DAC寄存器写信号，当 和 均有效时，将输入寄存器中的数据装入DAC寄存器并开始D/A转换，实现输入数据的第二级缓冲。
7. ：参考电压源，电压为-10—+10V；
8. ：内部反馈电阻接线端；
9. ：DAC电流输出1，其值随输入数字量线性变化；
10. ：DAC电流输出2。
当DAC寄存器的内容全为1时， =最大， =0；
当DAC寄存器的内容全为0时， =0， =最大；
当DAC寄存器的内容为N时， = *N/(256* ), = / - ;
无论N值多大， + = / 为常数。
11. ：工作电源，其值为+5—15V，典型值为+5V；
12. AGND:模拟信号地线；
13. DGND：数字信号地线。
1.3.3.DAC0932的工作方式
DAC0832有如下三种工作方式：
双缓冲工作方式：进行两级缓冲；
单缓冲工作方式：只进行一级缓冲；
直通工作方式：不进行缓冲，适合于比较简单的场合。
2系统程序的设计 2.1初始化子程序
初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式、初值预置、开中断和打开定时器等。在这里，定时器T1工作于16位定时模式，单片机按定时时间重复地把波形数据送的DAC0832的寄存器。初始化流程图如下所示：
图2.1 初始化子程序流程图
2.2键扫描子程序
键扫描子程序的任务是检查3个按键是否有键按下，如有键按下，则执行相应的功能。在这里，3个按键分别用于频率增加、频率减小和正弦波与三角波的选择功能。键扫描程序流程图如下所示：
图2.2 键扫描子程序流程图
2.3波形数据产生子程序
波形数据产生子程序是定时器T1的中断程序。当定时器计数溢出时，发生一次中断，当发生中断时，单片机将按次序键波形数据表中的波形数据一一送入DAC0832，DAC0832再根据输入数据大小输出对应的电压。波形数据产生子程序流程图如下所示：
图2.3 波形数据产生子程序流程图
2.4主程序
主程序的任务是进行上电初始化，并在程序运行中不断查询按键情况，执行相应的功能。
图2.4 主程序流程图
3调试及性能分析
软件的调试主要是各子程序的调试，对于频率的增减按键，由于计数器为16位定时器，最大值为65535，所以在加减是用255作为加减数，这样频率的调节变化交快些，但在接近最高频率时变化太快。如果加减是用1作为加减数，那么在频率的高端变化平稳，而在频率的低端则变化太慢。
在设计时，每周期波形用了256个采样点合成，波形不是很光滑，如果增加采样点，则输出的频率会变低。
仿真波形如下：
图3.1方波
图3.2 三角波
图3.3 正弦波
致 谢
在这次单片机课设中，在征求设计方案，电路焊接，软件编程和调试过程中得到了很多老师和同学的热情帮助，在此一并表示衷心的感谢。
参考文献
[1] 李群芳，张士军，黄建．单片微型计算机与接口技术．北京：电子工业出版社，2005
[2] 高峰．单片微机应用系统设计．北京：机械工业出版社，2004
[3] 周立功．单片机实验与实践．北京：北京航空航天大学出版社，2004
[4] 王玉民． 单片机应用技术．北京：高等教育出版社，2006
附 录
系统程序清单：
SINP DATA 30H
THREE DATA 31H
THOD DATA 32H
TLOD DATA 33H
ORG 0000H
LJMP START
ORG 000BH
LJMP INTT0
ORG 0060H
START:MOV SP,#70H
MOV SINP,#00H
MOV COSP,#40H
MOV TMOD,#11H
MOV THOD,#0FFH
MOV TLOD,#00H
MOV TH0, THOD
MOV TL0,TLOD
TEST:SETB P3.2
JB P3.2,DIR1
MOV DPTR,#LIST
SJMP DIR
DIR1:MOV DPTR,#LIST1
DIR: SETB ET0
SETB EA
SETB TR0
MAIN:JNB P3.0,INCKEY
JNB P3.1,DECKEY
ORL PCON,#01H
LJMP MAIN
INCKEY:LCALL DL10MS
JB P3.0,MAIN
MOV A,TLOD
CJNE A,#0FFH,INC1
LJMP MAIN
INC1:INC TLOD
LJMP MAIN
DECKEY:LCALL DL10MS
JB P3.1,MAIN
MOV A,TLOD
CJNE A,#00H,DEC1
LJMP MAIN
DEC1:DEC TLOD
LJMP MAIN
INTT0:PUSH ACC
CPL P3.7
MOV TH0,THOD
MOV TL0,TLOD
MOV A,SINP
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
MOV A,COSP
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,A
INC SINP
INC COSP
POP ACC
RETI
DL512:MOV R7,#0FFH
LOOP: DJNZ R7,LOOP
RET
DL10MS:MOV R6,#14H
LOOP1: LCALL DL512
DJNZ R6,LOOP1
RET
LIST:
DB80H,83H,85H,88H,8AH,8DH,8FH,92H,94H,97H,99H,9BH,9EH,0A0H,0A3H, 0A5H,0A7H,0AAH,0ACH,0AEH,0B1H,0B3H
DB0B5H,0B7H,0B9H,0BBH,0BDH,0BFH,0C1H,0C3H,0C5H,0C7H,0C9H,0CBH, 0CCH,0CEH,0D0H,0D1H,0D3H,0D4H,0D6H,0D7H
DB 0D8H,0DAH,0DBH,0DCH,0DDH,0DEH,0DFH,0E0H,0E1H,0E2H,0E3H,
0E3H,0E4H,0E4H,0E5H,0E5H,0E6H,0E6H,0E7H,0E7H
DB0E7H,0E7H,0E7H,0E7H,0E7H,0E7H,0E6H,0E6H,0E5H,0E5H,0E4H,0E4H, 0E3H,0E3H,0E2H,0E1H,0E0H,0DFH,0DEH,0DDH
DB0DCH,0DBH,0DAH,0D8H,0D7H,0D6H,0D4H,0D3H,0D1H,0D0H,0CEH, 0CCH,0CBH,0C9H,0C7H,0C5H,0C3H,0C1H,0BFH,0BDH
DB0BBH,0B9H,0B7H,0B5H,0B3H,0B1H,0AEH,0ACH,0AAH,0A7H,0A5H,0A3H, 0A0H,9EH,9BH,99H,97H,94H,92H,8FH,8DH,8AH
DB88H,85H,83H,80H,7DH,7BH,78H,76H,73H,71H,6EH,6CH,69H,67H,65H,62H, 60H,5DH,5BH,59H,56H,54H,52H,4FH,4DH
DB4BH,49H,47H,45H,43H,41H,3FH,3DH,3BH,39H,37H,35H,34H,32H,30H,2FH, 2DH,2CH,2AH,29H,28H,26H,25H,24H,23H
DB22H,21H,20H,1FH,1EH,1DH,1DH,1CH,1CH,1BH,1BH,1AH,1AH,1AH,19H, 19H,19H,19H,19H,19H,19H,19H,1AH,1AH,1AH
DB1BH,1BH,1CH,1CH,1DH,1DH,1EH,1FH,20H,21H,22H,23H,24H,25H,26H, 28H,29H,2AH,2CH,2DH,2FH,30H,32H,34H,35H
DB 37H,39H,3BH,3DH,3FH,41H,43H,45H,47H,49H,4BH,4DH,4FH,52H,54H,56H,
59H,5BH,5DH,60H,62H,65H,67H,69H,6CH
DB6EH,71H,73H,76H,78H,7BH,7DH
LIST1:
DB80H,81H,82H,83H,84H,85H,86H,87H,88H,89H,8AH,8BH,8CH,8DH,8EH,8FH, 90H,91H,92H,93H,94H,95H,96H,97H,98H
DB99H,9AH,9BH,9CH,9DH,9EH,9FH,0A0H,0A1H,0A2H,0A3H,0A4H,0A5H, 0A6H,0A7H,0A8H,0A9H,0AAH,0ABH,0ACH,0ADH
DB0AEH,0AFH,0B0H,0B1H,0B2H,0B3H,0B4H,0B5H,0B6H,0B7H,0B8H,0B9H, 0BAH,0BBH,0BCH,0BDH,0BEH,0BFH,0BFH,0BEH
DB0BDH,0BCH,0BBH,0BAH,0B9H,0B8H,0B7H,0B6H,0B5H,0B4H,0B3H,0B2H, 0B1H,0B0H,0AFH,0AEH,0ADH,0ACH,0ABH,0AAH
DB0A9H,0A8H,0A7H,0A6H,0A5H,0A4H,0A3H,0A2H,0A1H,0A0H,9FH,9EH, 9DH,9CH,9BH,9AH,99H,98H,97H,96H,95H,94H
DB93H,92H,91H,90H,8FH,8EH,8DH,8CH,8BH,8AH,89H,88H,87H,86H,85H,84H, 83H,82H,81H,80H,7FH,7EH,7DH,7CH,7BH
DB7AH,79H,78H,77H,76H,75H,74H,73H,72H,71H,70H,6FH,6EH,6DH,6CH,6BH, 6AH,69H,68H,67H,66H,65H,64H,63H,62H
DB61H,60H,5FH,5EH,5DH,5CH,5BH,5AH,59H,58H,57H,56H,55H,54H,53H,52H, 51H,50H,4FH,4EH,4DH,4CH,4BH,4AH,49H
DB48H,47H,46H,45H,44H,43H,42H,41H,40H,40H,41H,42H,43H,44H,45H,46H, 47H,48H,49H,4AH,4BH,4CH,4DH,4EH,4FH
DB50H,51H,52H,53H,54H,55H,56H,57H,58H,59H,5AH,5BH,5CH,5DH,5EH,5FH, 60H,61H,62H,63H,64H,65H,66H,67H,68H
DB69H,6AH,6BH,6CH,6DH,6EH,6FH,70H,71H,72H,73H,74H,75H,76H,77H,78H, 79H,7AH,7BH,7CH,7DH,7EH,7FH
END
