單片機(jī)AT89C52和D／A轉(zhuǎn)換器DAC0832芯片為核心的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。信號(hào)的產(chǎn)生有模擬電路、專(zhuān)用硬件和軟件產(chǎn)生等方法。采用模擬電路搭建函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，可同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波，但不能產(chǎn)生任意波形，存在波形質(zhì)量差、控制難、可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)，且頻率調(diào)節(jié)不方便。專(zhuān)用硬件方法產(chǎn)生的信號(hào)頻率分辨率高、穩(wěn)定性好、在線調(diào)整方便，如目前在通訊系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)，例如AD9854是一種典型的信號(hào)產(chǎn)生方法，但是價(jià)格昂貴。

利用單片機(jī)通過(guò)程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生低頻信號(hào)，其頻率底線較低，具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低廉、頻率穩(wěn)定度高、抗干擾能力強(qiáng)、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，且如需要產(chǎn)生新的波形時(shí)，只需對(duì)程序進(jìn)行修改即可。文中利用單片機(jī)AT89S52和D／A轉(zhuǎn)換器DAC0832轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)為0～5 V模擬電壓信號(hào)，并在LCD1602顯示。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，以單片機(jī)控制器為核心，與D／A轉(zhuǎn)換電路、按鍵電路、LCD顯示電路等組成信號(hào)發(fā)生器控制系統(tǒng)。字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用的有16×1、16×2、20×2和40×2行等模塊。系統(tǒng)選用1602字符型LCD模塊，其控制器為日立公司生產(chǎn)的HD44780，可用來(lái)顯示數(shù)字、字符等。按鍵輸入使用獨(dú)立式按鍵K1、K2，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)DAC值的加減。

系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。

1．1 主控芯片電路

在大部分的工控或測(cè)控設(shè)備中，8位的MCS-51系列單片機(jī)能滿(mǎn)足大部分的控制要求，加之MCS-51系列單片機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，使MCS-51系列單片機(jī)成為單片機(jī)應(yīng)用主流。AT89S52是MCS-51系列兼容單片機(jī)中的代表產(chǎn)品。鑒于此，本系統(tǒng)選用AT89S52單片機(jī)作為主控制器。

1．2 D／A轉(zhuǎn)換電路

D／A模塊由D／A芯片和放大電路組成，系統(tǒng)D／A芯片選用DAC0832芯片來(lái)完成數(shù)／模轉(zhuǎn)換過(guò)程。數(shù)字信號(hào)的輸入從“D0～D7”端口輸入，通過(guò)按鍵K1、K2實(shí)現(xiàn)DAC值的加減，其值在0～255之間，并在LCD1602上顯示?？刂艱AC0832工作的控制信號(hào)南“WR-CS”端口輸入。DAC 0832是電流輸出型D／A轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)集成運(yùn)放LF393完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換，由于LF393工作在雙電源條件下，因此要給LF393加入±12 V電壓。DAC轉(zhuǎn)換的模擬電壓值從“D／A輸出”口輸出。

系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)使用C51編程，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要由主函數(shù)、定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)、D／A轉(zhuǎn)換函數(shù)、計(jì)算D／A轉(zhuǎn)換值函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、LCD顯示函數(shù)、LCD顯示A／D轉(zhuǎn)換值函數(shù)等模塊組成。根據(jù)D／A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的工作時(shí)序，20 ms進(jìn)行一次D／A轉(zhuǎn)換，可以利用單片機(jī)AT89S52的定時(shí)器T0定時(shí)，20 ms定時(shí)到時(shí)，產(chǎn)生定時(shí)器T0中斷，在定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)巾調(diào)用DAC0832采樣轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行D／A采樣轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用計(jì)算D／A轉(zhuǎn)換值函數(shù)把D／A轉(zhuǎn)換值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASCⅡ碼，最后通過(guò)LCD顯示D／A轉(zhuǎn)換值函數(shù)把DAC轉(zhuǎn)換的模擬電壓值(0～5 V)顯示在液晶LCD1602上，并從“D／A輸出”端子輸出DAC轉(zhuǎn)換的0～5 V模擬電壓。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

主函數(shù)是完成硬件初始化、數(shù)據(jù)初始化、函數(shù)調(diào)用等功能，等待中斷到來(lái)。計(jì)算D／A轉(zhuǎn)換值A(chǔ)SCII碼函數(shù)實(shí)現(xiàn)把D／A轉(zhuǎn)換值dabl轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的ASCII碼，以便在LCD上顯示。按鍵掃描函數(shù)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)系統(tǒng)程序改變數(shù)字量初始值，按鍵K1實(shí)現(xiàn)數(shù)字量加1，按鍵K2實(shí)現(xiàn)數(shù)字量減1，使數(shù)字量在0～255的范圍內(nèi)變化，從而模擬數(shù)字信號(hào)的輸入。LCD顯示函數(shù)包括LCD初始化函數(shù)、寫(xiě)入指令數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)、寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)、LCD顯示D／A轉(zhuǎn)換值函數(shù)、延時(shí)函數(shù)等模塊。軟件程序的核心由定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序、DAC0832采樣轉(zhuǎn)換程序構(gòu)成。

2．1 定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計(jì)

當(dāng)定時(shí)器T0定時(shí)20 ms后，進(jìn)入定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)。首先重裝定時(shí)器T0初值，設(shè)置按鍵輸入口P1口的值為0xdf，調(diào)用按鍵掃描函數(shù)。接著調(diào)用D／A轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，得到D／A轉(zhuǎn)換值dabl，然后調(diào)用計(jì)算D／A轉(zhuǎn)換值函數(shù)計(jì)算dabl相應(yīng)的ASCII碼，再調(diào)用LCD顯示D／A轉(zhuǎn)換值函數(shù)把數(shù)字量輸入值D／A進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的模擬量顯示在液晶LCD1602上。最后T0中斷函數(shù)返回主程序等待下一次D／A轉(zhuǎn)換。定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

2．2DAC0832采樣轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)D／A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的工作時(shí)序，片選信號(hào)低電平有效。把芯片DAC0832的片選信號(hào)置低電平，選中該芯片。把數(shù)字量D／A轉(zhuǎn)換值dabl送給P0口，準(zhǔn)備送入芯片DAC0832進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換處理。芯片DAC0832寫(xiě)信號(hào)置低電平后再過(guò)兩個(gè)時(shí)鐘周期至高電平，產(chǎn)生一個(gè)上升沿信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)D／A轉(zhuǎn)換處理。模擬量dabl從Iout1、Iout2引腳輸出送到運(yùn)算放大器LF393進(jìn)行處理，最后從“D／A輸出”端子輸出，可用萬(wàn)用表測(cè)量到輸出電壓。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢，把芯片DAC0832片選信號(hào)置高電平，最后函數(shù)返回。D／A轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

根據(jù)輸入單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)，用萬(wàn)用表測(cè)量從“D／A輸出”端子測(cè)試輸出模擬電壓信號(hào)，如表1所示。從表1可知，該信號(hào)發(fā)生器的電壓輸出誤差小、精度高。

4 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)按照簡(jiǎn)單化、便捷化原則設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。側(cè)重闡述了采用AT89S52單片機(jī)與D／A轉(zhuǎn)換器DAC08 32對(duì)輸入數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，最后驅(qū)動(dòng)輸出顯示裝置LCD1602顯示D／A轉(zhuǎn)換的0～5 V模擬電壓信號(hào)。實(shí)驗(yàn)調(diào)試表明該信號(hào)發(fā)生器在技術(shù)指標(biāo)上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具有精度高、抗干擾性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、升級(jí)方便等特點(diǎn)，有較高的應(yīng)用價(jià)值。