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基于AT89S51微处理器控制的信号发生器设计原理分析

发布时间:2014-07-30 09:02
  采用MAX038 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不足之处,主要有两个方面,第一为缺乏频率准确显示的手段,可以配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能力。
  1系统总体设计
  MAX038 的输出频率主要受振荡电容CF、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CF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控制的基础上,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DAC。首先,通过DACB产生0V(00H)~2.5V(0FFH)的输出电压,经电压/ 电流转换网络,产生0μA到748μA的电流,叠加上网络本身产生的2μA电流,最终对IIN端形成2μA~750μA的工作电流,使之产生相应的输出频率范围。DACB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DACA 在FADJ端产生一个从-2.3V(00H)~+2.3V(0FFH)的电压范围,该范围同样包含256级步进间隔,笔耕文化推荐期刊,IIN 端的步进间隔再次细分为256级步进间隔,从而在粗调的基础上实现微调。
  1.1单片机介绍及外围电路
  如图2所示,AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元。[1]
  如图2中所示,在单片机的I/O口分配上利用率比较高,应为I/O资源刚好可以满足控制设计的需要,所以不需要另外扩充I/O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MAX505的A、B、C通道控制频率和占空比;送数据给LCD1602传送信息显示数据。选用P1口的P1.0~P1.5做按键输入口。P1.6与P1.7做幅度控制的I2C数据输出口,单片机自身不具备I2C功能,所以要通过软件控制实现。另外,P2口与P3口做MAX505、MAX038、4052(段选芯片)的数据控制口及片选口。还有P3.0(RXD)、P3.1(TXD)做上位机通信口分别接MAX232芯片的OUT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MAX505的基准电源。我们选用了MAX505的3路D/A输出分别控制MAX038的DADJ、FADJ和IIN引脚,在前面我们知道MAX038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0μA~750μA的电流。通过一个转换电路将MAX505的输出是0~2.5V的电压转换为所需要的电压电流。
  I2C(Inter-Integrated Circuit)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。I2C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SCL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(SCL)控制总线的传输方向,并产生起始和停止条件。
  当SCL保留高电位同时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,如果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SCL处于高电平时SDL从低变为高,指示数据传送停止。
  I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送,最高传送速率100kbps。CPU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;控制量决定该调整的类别(如对比度、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。
  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。    

 



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