CN205899431U - 一种基于单片机的函数信号发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的函数信号发生器，包括单片机模块，与单片机连接的键盘接口电路、显示电路、数/模转换电路和滤波放大电路，所述键盘接口电路用于输入数据信息或者控制信息，所述显示电路用于显示波形、波形频率以及输入数据，所述数/模转换电路用于将数字信号转换成模拟信号，所述滤波放大电路用于将数/模转换电路转换的模拟信号通过滤波放大处理后输出。结构简单、成本低廉，能产生多种波形，实现波形频率可调，且易于调试。

Description

一种基于单片机的函数信号发生器

技术领域

本实用新型涉及一种函数信号发生器，具体地涉及一种基于单片机的函数信号发生器。

背景技术

函数发生器亦称信号发生器，主要作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。其种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。

目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，波形种类多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。用分立元件组成的函数发生器，通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试；波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC要很大。大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证。体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。用集成芯片的函数发生器，可达到较高的频率和产生多种波形信号，但电路较为复杂且不易调试。利用专用直接数字合成DDS 芯片的函数发生器，能产生任意波形并达到很高的频率，但成本较高。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型目的是：提供一种基于单片机的函数信号发生器，结构简单、成本低廉，能产生多种波形，实现波形频率可调，且易于调试。

本实用新型的技术方案是：

一种基于单片机的函数信号发生器，包括单片机，其特征在于，还包括与单片机连接的键盘接口电路、显示电路、数/模转换电路和滤波放大电路，所述键盘接口电路用于输入数据信息或者控制信息，所述显示电路用于显示波形、波形频率以及输入数据，所述数/模转换电路用于将数字信号转换成模拟信号，所述滤波放大电路用于将数/模转换电路转换的模拟信号通过滤波放大处理后输出。

优选的，所述键盘接口电路共有8个按键组成，按4×2的格式布置，包括波形控制按键、频率控制按键和数据输入按键。

优选的，还包括中断模块，用于控制单片机显示不同的波形。

优选的，所述单片机还连接复位电路，所述复位电路包括石英晶体和微调电容。

优选的，所述单片机还连接太阳能电池板。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本实用新型结构简单、成本低廉，能产生多种波形，实现波形频率可调，且易于调试。并可根据需要选择单极性输出或双极性输出。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的主控电路图；

图3为本实用新型的数/模转换电路原理图；

图4为本实用新型的按键接口电路图；

图5为本实用新型的复位电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例：

89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将89C51再配置键盘及其接口、显示器及其接口、数模转换及波形输出、指示灯及其接口等四部分，即可构成所需的波形发生器，其信号发生器构成原理框图如图1所示。

AT89C51单处机内部设置两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1，它们具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及4种工作模式。在波形发生器中，将其作定时器使用，用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。模式1采用的是16位计数器，当T0或T1被允许计数后，从初值开始加计数，最高位产生溢出时向CPU请求中断。

中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。在波形发生器中，只用到片内定时器／计数器溢出时产生的中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时器，在定时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到定时器计时结束，产生中断请求，AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波形，可以根据需要选择单极性输出或双极性输出。

如图2所示，AT89C51从P0口接收来自键盘接口电路的信号，并通过P2口输出一些控制信号，将其输入到8155的信号控制端，用于控制其信号的输入、输出。如果有键按下，则在读控制端会产生一个读信号，使单片机读入信号。如果有信号输出，则在写控制端产生一个写信号，并将所要输出的信号通过8155的PB口输出，并在数码管上显示出来。

数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。由图3可知，DAC0832的片选地址为7FFFH，当P25有效时，若P0口向其送的数据为00H，则U1 的输出电压为0V；若P0口向其送的数据为0FFH时，则U1的输出电压为-5V. 故当U1 输出电压为0V时，由公式得：Vout =- 5V.当输出电压为- 5V时，可得：Vout = +5V，所以输出波形的电压变化范围为- 5V～+5V. 故可推得，当P0所送数据为80H时，Vout为0V。

图4为键盘接口电路的原理图，图中键盘和8155的PA口相连，AT89C51的P0口和8155的D0口相连，AT89C51不断的扫描键盘，看是否有键按下，如有，则根据相应按键作出反应。其中“S0”号键代表方波输出，“S1”号键代表正弦波输出，“S2”号键代表三角波输出。“S3”号键代表锯齿波输出，“S4”号键为10Hz的频率信号，“S5”号键为100Hz的频率信号，“S6”号键为500Hz的频率信号，“S7”号键为1KHz的频率信号。

8051单片机有两个引脚（XTAL1，XTAL2）用于外接石英晶体和微调电容，从而构成时钟电路，其电路图如图5所示。

电容C1、C2对振荡频率有稳定作用，其容量的选择为30pf，振荡器选择频率为12MHz的石英晶体。由于频率较大时，三角波、正弦波、锯齿波中每一点的延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。

显示电路是用来显示波形信号的频率、输出的波形以及输入的数据，使得整个系统更加合理，从经济的角度出发，所以显示器件采用LED数码管显示器或者LCD显示屏。而且LED数码管是采用共阳极接法，当主控端口输出一个低电平后，与其相对应的数码管即变亮，显示所需数据。

本实用新型可以使用交流电源进行供电，也可以连接太阳能电池板，通过太阳能转换成电能进行供电。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种基于单片机的函数信号发生器，包括单片机，其特征在于，还包括与单片机连接的键盘接口电路、显示电路、数/模转换电路和滤波放大电路，所述键盘接口电路用于输入数据信息或者控制信息，所述显示电路用于显示波形、波形频率以及输入数据，所述数/模转换电路用于将数字信号转换成模拟信号，所述滤波放大电路用于将数/模转换电路转换的模拟信号通过滤波放大处理后输出。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的函数信号发生器，其特征在于，所述键盘接口电路共有8个按键组成，按4×2的格式布置，包括波形控制按键、频率控制按键和数据输入按键。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的函数信号发生器，其特征在于，还包括中断模块，用于控制单片机显示不同的波形。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的函数信号发生器，其特征在于，所述单片机还连接复位电路，所述复位电路包括石英晶体和微调电容。

5.根据权利要求1所述的基于单片机的函数信号发生器，其特征在于，所述单片机还连接太阳能电池板。