单片机波形发生器的设计(一)

设计要求

（1）具有产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四种周期性波形的功能。

（2）用按件控制波形的选择。
（3）具有波形存储功能。
（4）输出波形的频率范围为100Hz～1MHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。
（5）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。
（6）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。

一、前言

波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用波形发生器大部分是利用分立元件组成的起体积大，可靠性差，准确度低。本次课程设计使用的 8051 单片机构成的发生器可产生方波、三角波、锯齿波、正弦波等多种波形，波形的周期可以用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。在本设计的基础上，加上键盘控制和LED显示器，则可通过键盘设定所需要的波形频率，并在LED上显示。

二、总体方案设计

方案一：

方案一的原理方框图如下所示。波形的产生是通过 8031 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。

图1 方案一原理框图

在8031的P1口的接一转换开关K,通过软件编程来选择各种波形，其中电阻R1-R4的作用是保证转化开关的各种浮空接点为“0”，P3口用来驱动一组发光二极管，每组波形对应一个二极管作为波形的指示器。

此方案的有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。

缺点是，采样频率由单片机内部产生故使整个系统的频率降低。

方案二：

方案二汲取了方案一的优点并在方案一的基础上加以改进。方案二采用了8051单片机，并且采样频率由外部晶体震荡器产生，由晶体振动器产生脉冲，通过74161进行分频，并通过74151进行选频。74160十进制加计数器在本设计中承担地址发生器的功能，增加了外部数据存储器，从而使波形频率得到了较大的提高。所以我们选择方案二进行波形发生器的设计。