一種低頻函數信號發生器的製造方法
2023-06-20 15:41:21 2
一種低頻函數信號發生器的製造方法
【專利摘要】本實用新型是一種低頻函數信號發生器，主要利用單片機作為核心元件，這個信號發生器的設計中涉及到一個典型的控制過程。通過單片機控制一個模數轉換器DAC0832產生所需要的電流，然後使用運算放大器LM324可以將其電流輸出線性地轉換成電壓輸出，再將電壓經過運算放大器的放大，可以得到足夠幅度的信號。通過程序的控制，可以產生一系列有規律的波形。這樣一個信號發生裝置在控制領域有相當廣泛的應用範圍。
【專利說明】一種低頻函數信號發生器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機電領域，尤其是涉及一種低頻函數信號發生器。
【背景技術】
[0002]信號發生器應用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率範圍分類 可以分為:超低頻信號發生器、低頻信號發生器、視頻信號發生器、高頻波形發生器、甚高頻 波形發生器和超高頻信號發生器。按照輸出波形分類可以分為:正弦信號發生器和非正弦 信號發生器，非正弦信號發生器又包括:脈衝信號發生器，函數信號發生器、掃頻信號發生 器、數字序列波形發生器、圖形信號發生器、噪聲信號發生器等。按照信號發生器性能指標 可以分為一般信號發生器和標準信號發生器。前者指對輸出信號的頻率、幅度的準確度和 穩定度以及波形失真等要求不高的一類信號發生器。後者是指其輸出信號的頻率、幅度、調 制係數等在一定範圍內連續可調，並且讀數準確、穩定、屏蔽良好的中、高檔信號發生器。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在於提出一種低頻函數信號發生器，通過程序的控制，可以產 生一系列有規律的波形。這樣一個信號發生裝置在控制領域有相當廣泛的應用範圍。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型實施例是這樣實現的:
[0005]一種低頻函數信號發生器，所述的信號發生器包括按鍵電路、單片機、波形ROM 表、數模轉換電路、放大電路、低通濾波電路、波形輸出電路與電源電路，按鍵電路、單片機、 波形ROM表、數模轉換電路、放大電路、低通濾波電路、波形輸出電路依次連接，電源給整個 信號發生器供電。
[0006]本實用新型具有如下有益效果:
[0007]基於單片機的信號發生器設計，這個信號發生器的設計中涉及到一個典型的控制 過程。通過單片機控制一個模數轉換器DAC0832產生所需要的電流，然後使用運算放大器 LM324可以將其電流輸出線性地轉換成電壓輸出，再將電壓經過運算放大器的放大，可以得 到足夠幅度的信號。通過程序的控制，可以產生一系列有規律的波形。這樣一個信號發生 裝置在控制領域有相當廣泛的應用範圍。
[0008]不僅採用軟硬體結合，軟體控制硬體的方法來實現，使得信號頻率的穩定性和精 度的準確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價格便 宜，使得硬體的開銷達到最省。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為硬體結構框圖。
【具體實施方式】
[0010]下面，結合附圖以及【具體實施方式】，對本實用新型做進一步描述。[0011]基於單片機的信號發生器設計，這個信號發生器的設計中涉及到一個典型的控制 過程。通過單片機控制一個模數轉換器DAC0832產生所需要的電流，然後使用運算放大器 LM324可以將其電流輸出線性地轉換成電壓輸出，再將電壓經過運算放大器的放大，可以得 到足夠幅度的信號。通過程序的控制，可以產生一系列有規律的波形。這樣一個信號發生 裝置在控制領域有相當廣泛的應用範圍。
[0012]不僅採用軟硬體結合，軟體控制硬體的方法來實現，使得信號頻率的穩定性和精 度的準確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價格便 宜，使得硬體的開銷達到最省。
[0013]數位訊號可以通過數/模轉換器轉換成模擬信號，因此可通過產生數位訊號再轉 換成模擬信號的方法來獲得所需要的波形。89C51單片機本身就是一個完整的微型計算 機，具有組成微型計算機的各部分部件:中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器 ROM、I/O接口電路、定時器/計數器以及串行通訊接口等，只要將89C51再配置鍵盤及、數 模轉換及波形輸出、放大電路等部分，即可構成所需的波形發生器，其信號發生器構成系統 框圖如下圖所示。
[0014]信號發生器包括按鍵電路、單片機、波形ROM表、數模轉換電路、放大電路、低通濾 波電路、波形輸出電路與電源電路，按鍵電路、單片機、波形ROM表、數模轉換電路、放大電 路、低通濾波電路、波形輸出電路依次連接，電源給整個信號發生器供電。
[0015]設計中主要採用STC89C51型單片機，它具有如下優點:(I)擁有完善的外部擴展 總線，通過這些總線可方便地擴展外圍單元、外圍接口等。(2)該單片機內部擁有4K字節 的FLASH ROM程序存儲器空間和256位元組的RAM數據存儲空間，完全可以滿足程序的要求。 由於該晶片可電擦寫，故可重複使用。如果更改程序內容，可將晶片拿下重新燒寫。(3)該 單片機與工業標準的MCS - 51型機的指令集和輸出引腳兼容。
[0016]89C51是整個波形發生器的核心部分，通過程序的編寫和執行，產生各種各樣的信 號，並從鍵盤接收數據，進行各種功能的轉換和信號幅度的調節。當數位訊號電路到達轉換 電路，將其轉換成模擬信號也就是所需要的輸出波形。
[0017]由於單片機產生的是數位訊號，要想得到所需要的波形，就要把數位訊號轉換成 模擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉換控制容易並具有8位解析度的數模轉換 器DAC0832。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換器以及輸入控 制電路四部分組成。但實際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能連續可調，而是以其絕對 解析度為單位增減，是準模擬量的輸出。DAC0832是電流型輸出，在應用時外接運放使之成 為電壓型輸出。
[0018]根據對DAC0832的數據鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種 工作方式:直通方式、單緩衝方式和雙緩衝方式。本設計選用直通方式。
[0019]第一級運算放大器的作用是將DAC0832輸出的電流信號轉化為電壓信號VI,第二 級運算放大器的作用是將Vl通過反向放大電路-(R2/R1)倍。
[0020]題目要求輸出的電壓在0-5V可調，而Vl的電壓大約是5V，所以Rl選擇5K的電 阻，R2選擇IOK的電位器，這樣最大的輸出電壓為5* (10/5) =10，最小電壓為0，可以實現 題目要求的0-5V。
[0021]在第二個運算放大器的輸出端連了一個低通濾波器。如果不加低通濾波器，也能夠生成波形，但是產生的信號中毛刺很多，加一個低通濾波器不僅起到的濾波的作用，還起 到了平滑的作用。低通濾波器的截止頻率F=l/(2*pi*R3*C6)，這裡我們選擇R3為100歐 姆電阻，C6為104電容，截止頻率F=16KHZ。實驗表明，此時的輸出波形效果不錯。
[0022]通用異步收發器(UART)是一種串行接口，一般微處理器中都包含這種外設接口。 異步串行接口提供了一種簡單的途徑，使兩個器件無需共享同一個時鐘信號就能進行通 信。如果再加入一個合適的電平轉換器MAX232，串口就能能用在RS232和RS485等網絡中 實現通信，或者與計算機的COM埠連接。串口只需兩根信號線(RX和TX)即可實現，而且 只要兩端器件都採用同樣的位格式和波特率，那麼它們無需其它任何對方的信息就可以成 功傳輸數據。
[0023]對於本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各 種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬於本實用新型權利要求的保 護範圍之內。
【權利要求】
1.一種低頻函數信號發生器，所述的信號發生器包括按鍵電路、單片機、波形ROM表、 數模轉換電路、放大電路、低通濾波電路、波形輸出電路與電源電路，按鍵電路、單片機、波 形ROM表、數模轉換電路、放大電路、低通濾波電路、波形輸出電路依次連接，電源給整個信 號發生器供電。
【文檔編號】H03K3/02GK203457124SQ201320381228
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年6月30日 優先權日:2013年6月30日
【發明者】黃聰 申請人:黃聰