CN104898527A - 低频函数发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号发生器。本发明针对现有技术中信号发生器体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板等问题，提供一种低频函数发生器，包括人机交互模块、复位模块、起振模块、电源模块、处理模块、数模转换模块、运放模块及波形输出模块，所述人机交互模块、复位模块、起振模块及电源模块分别与处理模块连接，所述处理模块与数模转换模块连接，所述数模转换模块与运放模块连接，运放模块与波形输出模块连接；结构简单，便于携带；并且可以通过显示模块进行显示，人机交互模块可以实现对几种波形的切换。适用于低频函数发生器。

Description

低频函数发生器

技术领域

本发明涉及信号发生器，特别涉及基于单片机的低频函数发生器。

背景技术

信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。因其应用广泛，种类繁多，特性各异，分类也不尽一致。按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类；按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器、标准信号发生器和功率信号发生器；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。

在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种低频函数发生器，从而实现发生器具有频率稳定且准确、波形质量好、输出频率范围宽及便携性的特点。。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，低频函数发生器，包括人机交互模块、复位模块、起振模块、电源模块、处理模块、数模转换模块、运放模块及波形输出模块，所述人机交互模块、复位模块、起振模块及电源模块分别与处理模块连接，所述处理模块与数模转换模块连接，所述数模转换模块与运放模块连接，运放模块与波形输出模块连接；

所述人机交互模块，用于接收输入信号，传输给处理模块；

所述复位模块，用于复位处理模块的执行程序；

所述起振模块，用于为低频函数发生器的时序提供基本时钟；

所述处理模块，用于根据输入信号产生对应的控制信号对数模转换模块进行控制；

所述数模转换模块，用于相应处理模块的控制信号产生对应波形传输给运放模块；

所述运放模块，用于将数模转换模块产生的波形进行电压转换传输给波形输出处模块，进行波形输出。

具体的，所述处理模块为AT89C52单片机。

具体的，所述数模转换模块为电流输出型转换器DAC0832。

具体的，还包括显示模块，所述显示模块与处理模块连接；

所述显示模块，用于显示输出的波形及输出波形的频率。

具体的，所述复位模块包括复位开关、电阻一及电容一，所述复位开关的一端与电源模块连接，复位开关的另一端分别与电阻一的一端、电容一的一端及AT89C52单片机的复位接口连接，所述电容一的另一端与电源模块连接，电阻一的另一端接地。

具体的，所述起振模块包括无源晶振、电容二及电容三所述无源晶振的一端分别与电容二的一端及AT89C52单片机的XTAL2接口连接，电容二的另一端及电容三的一端分别接地，电容三的另一端分别与无源晶振的另一端及AT89C52单片机的XTAL1接口连接。

具体的，所述运放模块包括运算放大器一、算放放大器二、电阻二、电阻三及电阻四，所述运算放大器一的反向输入端与单片机的IOUT1端连接，运算放大器一的正向输入端分别与与单片机的IOUT2端及运算放大器二的正向输入端连接，运算放大器一的输出端与电阻二的一端连接，电阻二的另一端分别与电阻三的一端、电阻四的一端及运算放大器二的反向输入端连接，电阻四的另一端分别与运算放大器二的输出端及波形输出模块连接，电阻三的另一端与电流输出型转换器DAC0832的VREF端口连接。

具体的，所述人机交互模块为按键。

本发明的有益效果是：利用单片机AT89S52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现方波、锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生，上述方法产生的波形频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽；

对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中，在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出；实现结构简单，便于携带；

并且可以通过显示模块进行显示，人机交互模块可以实现对几种波形的切换。

附图说明

图1为本发明低频函数发生器实施例的系统结构图；

图2为本发明低频函数发生器实施例的复位模块电路图；

图3为本发明低频函数发生器实施例的起振模块电路图；

图4为本发明低频函数发生器实施例的运放模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案：

本发明针对现有技术中信号发生器体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板等问题，提供一种低频函数发生器，包括人机交互模块、复位模块、起振模块、电源模块、处理模块、数模转换模块、运放模块及波形输出模块，所述人机交互模块、复位模块、起振模块及电源模块分别与处理模块连接，所述处理模块与数模转换模块连接，所述数模转换模块与运放模块连接，运放模块与波形输出模块连接；所述人机交互模块，用于接收输入信号，传输给处理模块；所述复位模块，用于复位处理模块的执行程序；所述起振模块，用于为低频函数发生器的时序提供基本时钟；所述处理模块，用于根据输入信号产生对应的控制信号对数模转换模块进行控制；所述数模转换模块，用于相应处理模块的控制信号产生对应波形传输给运放模块；所述运放模块，用于将数模转换模块产生的波形进行电压转换传输给波形输出处模块，进行波形输出。利用单片机AT89S52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现方波、锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生，上述方法产生的波形频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽；对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中，在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出；实现结构简单，便于携带；并且可以通过显示模块进行显示，人机交互模块可以实现对几种波形的切换。

实施例

信号发生器是一种经常使用的设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求。本例中实现利用单片机AT89S52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现方波、锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。并且可以通过数码管和键盘显示模块，键盘可以实现对几种波形的切换。具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景。更加满足工业领域对信号源的要求。

具体的，本例的低频函数发生器，如图1所示，包括人机交互模块、复位模块、起振模块、电源模块、AT89C52单片机、电流输出型转换器DAC0832、运放模块及波形输出模块，所述人机交互模块、复位模块、起振模块及电源模块分别与AT89C52单片机连接，所述AT89C52单片机与电流输出型转换器DAC0832连接，所述电流输出型转换器DAC0832与运放模块连接，运放模块与波形输出模块连接。还包括显示模块，所述显示模块与处理模块连接；所述显示模块，用于显示输出的波形及输出波形的频率。

其中，AT89C52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。主控制器采用AT89C52单片机作为微处理器，该单片机内含256个字节的RAM、32条I/O线、3个16位定时器/计数器，且自带8K的电擦除EEPROM，可用以保存控制程序。用DAC0832作为模数转换器，可以实现对电流，电压由模拟量向数字量的转换，单片机的P0口与DAC0832的输出端口连接，以读取AD转换后的结果。

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器及转换控制电路四部分构成。8位输入锁存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字得到缓冲和锁存，并加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，并加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流，由与门、与非门组成的输入控制的输入电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是出入寄存器Q端得电平变化，反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器Q端得状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便第三极8位DAC转换器进行D/A转换。

复位模块如图2所示，包括复位开关S、电阻一R1及电容一C1，所述复位开关S的一端与电源模块连接，复位开关S的另一端分别与电阻一R1的一端、电容一C1的一端及AT89C52单片机的复位接口RST连接，所述电容一C1的另一端与电源模块连接，电阻一R1的另一端接地。单片机复位模块就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

起振模块如图3所示，包括无源晶振CRYSTAL、电容二C2及电容三C3,所述无源晶振CRYSTAL的一端分别与电容二C2的一端及AT89C52单片机的XTAL2接口连接，电容二C2的另一端及电容三C3的一端分别接地，电容三C3的另一端分别与无源晶振CRYSTAL的另一端及AT89C52单片机的XTAL1接口连接。起振电路的作用是在整个电路的时序中提供一个基本时钟，单片机电路是由无数的门电路组成，而门电路工作时就需要时钟信号作为触发，过来一个脉冲，门电路就执行一次，过来多少个脉冲，门电路就执行多少次。所以，在同样电路的情况下，脉冲频率越高，单片机性也就越高。

运放模块如图4所示，包括运算放大器一U1、算放放大器二U2、电阻二R2、电阻三R3及电阻四R4，所述运算放大器一U1的反向输入端与单片机的IOUT1端连接，运算放大器一U1的正向输入端分别与单片机的IOUT2端及运算放大器二U2的正向输入端连接，运算放大器一U1的输出端与电阻二R2的一端连接，电阻二R2的另一端分别与电阻三R3的一端、电阻四R4的一端及运算放大器二U2的反向输入端连接，电阻四R4的另一端分别与运算放大器二U2的输出端及波形输出模块连接，电阻三R3的另一端与电流输出型转换器DAC0832的VREF端口连接。

人机交互模块为按键。通过触发按键实现切换波形、输出波形频率的加减和复位。

综上所述，利用单片机AT89S52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现方波、锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生，上述方法产生的波形频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽；对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中，在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出；实现结构简单，便于携带；并且可以通过显示模块进行显示，人机交互模块可以实现对几种波形的切换。

Claims (8)

1.低频函数发生器，其特征在于，包括人机交互模块、复位模块、起振模块、电源模块、处理模块、数模转换模块、运放模块及波形输出模块，所述人机交互模块、复位模块、起振模块及电源模块分别与处理模块连接，所述处理模块与数模转换模块连接，所述数模转换模块与运放模块连接，运放模块与波形输出模块连接；

所述人机交互模块，用于接收输入信号，传输给处理模块；

所述复位模块，用于复位处理模块的执行程序；

所述起振模块，用于为低频函数发生器的时序提供基本时钟；

所述处理模块，用于根据输入信号产生对应的控制信号对数模转换模块进行控制；

所述数模转换模块，用于相应处理模块的控制信号产生对应波形传输给运放模块；

所述运放模块，用于将数模转换模块产生的波形进行电压转换传输给波形输出处模块，进行波形输出。

2.根据权利要求1所述的低频函数发生器，其特征在于，所述处理模块为AT89C52单片机。

3.根据权利要求2所述的低频函数发生器，其特征在于，所述数模转换模块为电流输出型转换器DAC0832。

4.根据权利要求3所述的低频函数发生器，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与处理模块连接；

所述显示模块，用于显示输出的波形及输出波形的频率。

5.根据权利要求4所述的低频函数发生器，其特征在于，所述复位模块包括复位开关、电阻一及电容一，所述复位开关的一端与电源模块连接，复位开关的另一端分别与电阻一的一端、电容一的一端及AT89C52单片机的复位接口连接，所述电容一的另一端与电源模块连接，电阻一的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的低频函数发生器，其特征在于，所述起振模块包括无源晶振、电容二及电容三所述无源晶振的一端分别与电容二的一端及AT89C52单片机的XTAL2接口连接，电容二的另一端及电容三的一端分别接地，电容三的另一端分别与无源晶振的另一端及AT89C52单片机的XTAL1接口连接。

7.根据权利要求6所述的低频函数发生器，其特征在于，所述运放模块包括运算放大器一、算放放大器二、电阻二、电阻三及电阻四，所述运算放大器一的反向输入端与单片机的IOUT1端连接，运算放大器一的正向输入端分别与与单片机的IOUT2端及运算放大器二的正向输入端连接，运算放大器一的输出端与电阻二的一端连接，电阻二的另一端分别与电阻三的一端、电阻四的一端及运算放大器二的反向输入端连接，电阻四的另一端分别与运算放大器二的输出端及波形输出模块连接，电阻三的另一端与电流输出型转换器DAC0832的VREF端口连接。

8.根据权利要求1所述的低频函数发生器，其特征在于，所述人机交互模块为按键。