摘要 該信號發(fā)生器以單片機AT89C52和D／A轉換器DAC0832芯片為核心進行設計。通過AT89S52控制DAC0832產生所需電流，然后使用運算放大器LF393將其電流輸出線性地轉換成0～5 V電壓輸出。通過程序控制，可以產生一系列有規(guī)律的波形j該系統(tǒng)具有精度高、抗干擾性強、性能穩(wěn)定、升級方便等特點，具有較高的應用價值。
關鍵詞 AT89S52；DAC0832；信號發(fā)生器；D／A轉換

    信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。信號的產生有模擬電路、專用硬件和軟件產生等方法。采用模擬電路搭建函數信號發(fā)生器，可同時產生方波、三角波、正弦波，但不能產生任意波形，存在波形質量差、控制難、可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點，且頻率調節(jié)不方便。專用硬件方法產生的信號頻率分辨率高、穩(wěn)定性好、在線調整方便，如目前在通訊系統(tǒng)中應用廣泛的直接數字頻率合成(DDS)技術，例如AD9854是一種典型的信號產生方法，但是價格昂貴。
    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，可用來顯示數字、字符等。按鍵輸入使用獨立式按鍵K1、K2，主要實現數字信號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／模轉換過程。數字信號的輸入從“D0～D7”端口輸入，通過按鍵K1、K2實現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、定時器T0中斷服務函數、D／A轉換函數、計算D／A轉換值函數、按鍵掃描函數、LCD顯示函數、LCD顯示A／D轉換值函數等模塊組成。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中斷服務函數巾調用DAC0832采樣轉換函數進行D／A采樣轉換，然后調用計算D／A轉換值函數把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。

    主函數是完成硬件初始化、數據初始化、函數調用等功能，等待中斷到來。計算D／A轉換值ASCII碼函數實現把D／A轉換值dabl轉換為相應的ASCII碼，以便在LCD上顯示。按鍵掃描函數實現了通過系統(tǒng)程序改變數字量初始值，按鍵K1實現數字量加1，按鍵K2實現數字量減1，使數字量在0～255的范圍內變化，從而模擬數字信號的輸入。LCD顯示函數包括LCD初始化函數、寫入指令數據到LCD函數、寫入顯示數據到LCD函數、LCD顯示D／A轉換值函數、延時函數等模塊。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中斷服務函數設計
    當定時器T0定時20 ms后，進入定時器T0中斷服務函數。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。接著調用D／A轉換函數進行D／A轉換，得到D／A轉換值dabl，然后調用計算D／A轉換值函數計算dabl相應的ASCII碼，再調用LCD顯示D／A轉換值函數把數字量輸入值D／A進行轉換后的模擬量顯示在液晶LCD1602上。最后T0中斷函數返回主程序等待下一次D／A轉換。定時器T0中斷服務函數設計流程圖如圖4所示。

2．2 DAC0832采樣轉換函數設計
    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。數據轉換完畢，把芯片DAC0832片選信號置高電平，最后函數返回。D／A轉換函數設計流程圖如圖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。