利用單片機通過程序設計方法產生低頻信號，其頻率底線較低，具有線路簡單、結構緊湊、體積小、價格低廉、頻率穩(wěn)定度高、抗干擾能力強、用途廣泛等優(yōu)點，且如需要產生新的波形時，只需對程序進行修改即可。文中利用單片機AT89S52和D/A轉換器DAC0832轉換數(shù)字信號為0～5 V模擬電壓信號，并在LCD1602顯示。
1 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)硬件采用模塊化設計，以單片機控制器為核心，與D/A轉換電路、按鍵電路、LCD顯示電路等組成信號發(fā)生器控制系統(tǒng)。字符型液晶顯示模塊是一種專用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式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的HD44780，可用來顯示數(shù)字、字符等。按鍵輸入使用獨立式按鍵K1、K2，主要實現(xiàn)數(shù)字信號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控設備中，8位的MCS-51系列單片機能滿足大部分的控制要求，加之MCS-51系列單片機的價格優(yōu)勢，使MCS-51系列單片機成為單片機應用主流。AT89S52是MCS-51系列兼容單片機中的代表產品。鑒于此，本系統(tǒng)選用AT89S52單片機作為主控制器。
1．2 D/A轉換電路
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芯片來完成數(shù)/模轉換過程。數(shù)字信號的輸入從“D0～D7”端口輸入，通過按鍵K1、K2實現(xiàn)DAC值的加減，其值在0～255之間，并在LCD1602上顯示?？刂艱AC0832工作的控制信號南“WR-CS”端口輸入。DAC 0832是電流輸出型D/A轉換芯片，通過集成運放LF393完成電流到電壓的轉換，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)軟件設計
系統(tǒng)的軟件設計使用C51編程，采用模塊化設計方法，主要由主函數(shù)、定時器T0中斷服務函數(shù)、D/A轉換函數(shù)、計算D/A轉換值函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、LCD顯示函數(shù)、LCD顯示A/D轉換值函數(shù)等模塊組成。根據D/A轉換芯片DAC0832的工作時序，20 ms進行一次D/A轉換，可以利用單片機AT89S52的定時器T0定時，20 ms定時到時，產生定時器T0中斷，在定時器T0中斷服務函數(shù)巾調用DAC0832采樣轉換函數(shù)進行D/A采樣轉換，然后調用計算D/A轉換值函數(shù)把D/A轉換值轉換成相應的ASCⅡ碼，最后通過LCD顯示D/A轉換值函數(shù)把DAC轉換的模擬電壓值(0～5 V)顯示在液晶LCD1602上，并從“D/A輸出”端子輸出DAC轉換的0～5 V模擬電壓。系統(tǒng)軟件結構框圖如圖3所示。
主函數(shù)是完成硬件初始化、數(shù)據初始化、函數(shù)調用等功能，等待中斷到來。計算D/A轉換值ASCII碼函數(shù)實現(xiàn)把D/A轉換值dabl轉換為相應的ASCII碼，以便在LCD上顯示。按鍵掃描函數(shù)實現(xiàn)了通過系統(tǒng)程序改變數(shù)字量初始值，按鍵K1實現(xiàn)數(shù)字量加1，按鍵K2實現(xiàn)數(shù)字量減1，使數(shù)字量在0～255的范圍內變化，從而模擬數(shù)字信號的輸入。LCD顯示函數(shù)包括LCD初始化函數(shù)、寫入指令數(shù)據到LCD函數(shù)、寫入顯示數(shù)據到LCD函數(shù)、LCD顯示D/A轉換值函數(shù)、延時函數(shù)等模塊。軟件程序的核心由定時器T0中斷服務程序、DAC0832采樣轉換程序構成.
2．1 定時器T0中斷服務函數(shù)設計
當定時器T0定時20 ms后，進入定時器T0中斷服務函數(shù)。首先重裝定時器T0初值，設置按鍵輸入口P1口的值為0xdf，調用按鍵掃描函數(shù)。接著調用D/A轉換函數(shù)進行D/A轉換，得到D/A轉換值dabl，然后調用計算D/A轉換值函數(shù)計算dabl相應的ASCII碼，再調用LCD顯示D/A轉換值函數(shù)把數(shù)字量輸入值D/A進行轉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轉換。定時器T0中斷服務函數(shù)設計流程圖如圖4所示。
2．2 DAC0832采樣轉換函數(shù)設計
根據D/A轉換芯片DAC0832的工作時序，片選信號低電平有效。把芯片DAC0832的片選信號置低電平，選中該芯片。把數(shù)字量D/A轉換值dabl送給P0口，準備送入芯片DAC0832進行D/A轉換處理。芯片DAC0832寫信號置低電平后再過兩個時鐘周期至高電平，產生一個上升沿信號，進行數(shù)據D/A轉換處理。模擬量dabl從Iout1、Iout2引腳輸出送到運算放大器LF393進行處理，最后從“D/A輸出”端子輸出，可用萬用表測量到輸出電壓。數(shù)據轉換完畢，把芯片DAC0832片選信號置高電平，最后函數(shù)返回。D/A轉換函數(shù)設計流程圖如圖5所示。
3 實驗測試分析
根據輸入單片機的數(shù)字信號，用萬用表測量從“D/A輸出”端子測試輸出模擬電壓信號，如表1所示。從表1可知，該信號發(fā)生器的電壓輸出誤差小、精度高。
4 結束語
系統(tǒng)按照簡單化、便捷化原則設計，介紹了系統(tǒng)的總體結構、硬件設計和軟件設計。側重闡述了采用AT89S52單片機與D/A轉換器DAC08 32對輸入數(shù)字信號進行處理，最后驅動輸出顯示裝置LCD1602顯示D/A轉換的0～5 V模擬電壓信號。實驗調試表明該信號發(fā)生器在技術指標上達到了設計要求，具有精度高、抗干擾性強、性能穩(wěn)定、升級方便等特點，有較高的應用價值。
