基于AT89S51单片机的信号发生器设计

1、基于AT89S51单片机的信号发生器设计摘要：本文提出并设计了一种基于at89s51单片机控制的ax038信号发生芯片的信号发生器设计。对其振荡频率控制、信号输出幅度控制以及频率和幅度数显的实现作了较详细的阐述。该函数信号发生器可输出三角波,方波和正弦波。关键词：函数信号；d/a；单片机控制引言本文提出并设计了一种基于at89s51微处理器控制的ax038信号发生芯片的信号发生器设计。文中详细介绍了该系统的原理、构成及其设计方法。根据ax038输出频率的数控调节原理,配合单片机控制,我们可以实现数控的函数信号发生器。1系统总体设计如图1所示，利用单片机at8951对主信号发生芯片进展数字控制。

2、因为ax038原是模拟量控制型芯片，所以中间要通过数模转换电路，对ax038产生的波形信号进展频率、占空比、幅度的控制，以及产生波形的选择控制。图1方案框图ax038的输出频率主要受振荡电容f、iin端电流和fadj端电压的控制,其中前二者与输出频率的关系如图2所示。选择一个f值,对应iin端电流的变化,将产生一定范围的输出频率。另外,改变fadj端的电压,可以在iin控制的根底上,对输出频率实现微调控制。为实现输出频率的数控调整,在iin端和fadj端分别连接一个电压输出的da。首先，通过dab产生0v00h2.5v0ffh的输出电压,经电压/电流转换网络,产生0a到748a的电流,叠加上网

3、络本身产生的2a电流,最终对iin端形成2a750a的工作电流,使之产生相应的输出频率范围。dab将此工作电流范围分为256级步进间隔,输出频率范围也被分为256级步进间隔。所以,iin端的电流对输出频率实现粗调。第二步,通过daa在fadj端产生一个从-2.3v00h+2.3v0ffh的电压范围,该范围同样包含256级步进间隔,iin端的步进间隔再次细分为256级步进间隔,从而在粗调的根底上实现微调。1.1单片机介绍及外围电路图2单片机外围电路如图2所示，at8951是美国atel公司消费的低电压、高性能s8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器per和128bytes的

4、随机存取数据存储器ra，器件采用atel公司的高密度、非易失性存储技术消费，兼容标准s-51指令系统，片内置通用8位中央处理器pu和flash存储单元。1如图2中所示，在单片机的i/口分配上利用率比较高，应为i/资源刚好可以满足控制设计的需要，所以不需要另外扩大i/资源。根据p0口，p1口，p2口及p3口各自的特点，我们选用p0口作为数据口，通过分时复用的方法分别送数据给ax505的a、b、通道控制频率和占空比；送数据给ld1602传送信息显示数据。选用p1口的p1.0p1.5做按键输入口。p1.6与p1.7做幅度控制的i2数据输出口，单片机自身不具备i2功能，所以要通过软件控制实现。另外，p

5、2口与p3口做ax505、ax038、4052段选芯片的数据控制口及片选口。还有p3.0rxd、p3.1txd做上位机通信口分别接ax232芯片的ut输出in与输入引脚。1.2d/a转换电路频率，占空比控制电路如图3所示，我们用+2.5v做ax505的基准电源。我们选用了ax505的3路d/a输出分别控制ax038的dadj、fadj和iin引脚，在前面我们知道ax038的dadj和fadj引脚要求输入的电压信号时在-2.3v+2.3v之间，iin的输入要求是0a750a的电流。通过一个转换电路将ax505的输出是02.5v的电压转换为所需要的电压电流。2在ax038的fadj端选择dab通道

6、，同样的接法可以实现-2.3v+2.3v的电压控制信号。图3d/a转换电路图这样就实现了所需要的模拟量的输入，d/a转换图如图3所示。1.3频段选择电路我们选用多路开关d4052做为切换不同电容所需要用的芯片器件。每当s1，s2出于不同的的组合状态的时候，可以同时选通两路开关axbx,因此采用如图4所示的连接方式可以实现将电容连接到5脚s上。31.4幅度控制电路该部分电路主要有放大器电路和数字电位器电路两部分组成，其中放大器部分电路的作用是将ax038产生的电压波形2vp-p放大为5vp-p，数字电位器电路的作用是为了实现产生的电压波形在-5v+5v之间数字可调。美国模拟器件公司推出一次性编程

7、tp数字电位计系列产品ad5171，用来读/写滑片位置，而tp性能那么能永久设定滑片的位置。工作温度范围为-40+125之间，温度系数为35pp/，工作电压在2.75.5v之间，工作电流不大于5a。ad5171是64滑点的数字电位计。图4频段选择电路i2inter-integratediruit总线是一种由philips公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。i2总线最主要的优点是其简单性和有效性。总线的构成及信号类型是由数据线sda和时钟sl构成的串行总线，可发送和接收数据。总线必须由主器件通常为微控制器控制，主器件产生串行时钟sl控制总线的传输方向，并产生起始和停顿条件。4

8、当sl保存高电位同时sdl变低时传送开始。这个开始状态之后，时钟信号变低来启动数据传送。在每一个数据位，时钟位在确保数据位正确时变高电平。在每一个8位数据的结尾发送一个确认信号，而不管它是地址还是数据。在确认时，传送端不会把sdl变为低电平，假设正确接收到了数据允许接收端把电位变为0。确认信号后，当sl处于高电平时sdl从低变为高，指示数据传送停顿。i2总线是由数据线sda和时钟sl构成的串行总线，可发送和接收数据。在pu与被控i之间、i与i之间进展双向传送，最高传送速率100kbps。pu发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定

9、该调整的类别如比照度、亮度等及需要调整的量。这样，因为地址码的作用各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。i2总线在传送数据过程有3种类型信号，它们分别是：开始信号、完毕信号和应答信号。开始信号：sl为高电平时，sda由高电平向低电平跳变，开始传送数据。完毕信号：sl为低电平时，sda由低电平向高电平跳变，完毕传送数据。应答信号：接收数据的i在接收到8bit数据后，向发送数据的i发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。pu向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，pu接收到应答信号后，根据实际情况做出是否继续传递信号的判断。假设未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障

10、。接口的设计也大大进步了芯片的利用效率，我们利用at8951的p1.6、p1.7脚就可以控制数据对模拟量进展数字控制。4图5幅度控制电路1.5键盘电路键盘用的是上拉电阻，选通接地的形式。key0键功能：三角波，正弦波，矩形波的循环选择。key1键功能：频段、频率、占空比、幅度的控制的循环选择。key2键功能：选定的控制对象步进量增。key3键功能：选定的控制对象步进量减。key4键功能：选择确定。key5键功能：选择不确定即返回。例如产生一个正弦波的控制方式：在开始界面用key0键选择正弦波，用key4键确定进入频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，首先用key1键来选择频率，key4键确定

11、进入，然后用key2和key3键来实现频率步进的增值或减值，数值确定后key4键确定，然后key5键返回到频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，用key2键来选择占空比，key4键确定进入，然后用key2和key3键来实现占空比步进的增值或减值，数值确定后key4键确定，然后key5键返回到频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，用key2键来选择幅度，key4键确定进入，然后用key2和key3键来实现幅度步进的增值或减值，数值确定后key4键确定。5图6键盘电路2完毕语采用ax038芯片制作函数信号发生器随设计思想不同,具有多种方法,本文只是一种可能实现的方法。此法的频率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高,整机自动化程度高,性能优良,具有很高的实用价值。同时该信号源设计尚存在的缺乏之处，主要有两个方面，第一为缺乏频率准确显示的手段，可以装备相应的数字频率计模块，但如何将显示的精度与信号源的频段配合有待讨论研究；第二为输出级可配以显示输出幅度的仪表，并且放大电路有待进一步改进，使其具有更强的输出才能。