AT89S51单片机的低频信号仿真研究

1 设计目标和思路

文中设计目标是完成4种波形信号输出，即正弦波、三角波、方波和锯齿波，并使其在低频范围内具有稳定稳定性好、性能可靠、体积较小、占空比调节方便等技术优势。文中采用键盘控制的办法，来实现并输出方波、锯齿波、三角波和正弦波等信号。另外，对频率和幅值的变换情况，用键盘也能够较好的进行控制和调整。同时，本文还将其产生的信号参数用LCD进行仿真显示和调试。

在设计中，首先在函数中对某个数组附值，利用DAC0832来实现输出波形信号输出转换，再经过功放滤波模块处理，这样的话，就会在示波器上观察到不同函数值的波形信号。但是，因为函数对数组中的数附值之后并不是一次就输出显示出来，这就需要编写AT89S51的控制字，使其开中断，然后再用计数器计数。当计数器溢出时便提出中断请求，这时调用中断函数，将数组中一个值送到DAC0832中。这样连续不断的送值，最后在示波器上显示的就是一个连续的波形。最后，为了产生不同的波形，利用独立按键开关实现波形的不同频率，来控制波形的频率，以及利用滑动变阻器来为DAC0832提供不同的参考电压来实现不同幅值的波形。

2 电路原理图

当按下“波形选择”键时，发生外部中断，并在LCD显示所对应的波形序号，通过AT89S51单片机执行某一段中断波形发生程序，向DAC0 832转换器的输入端按一定的规律发送数据，从而在DA0832转换电路的输出端得到相应的电压波形。再经过放大器的放大作用和二阶低通滤波电路滤波作用，滤除高次谐波，最后在模拟示波器上显示出更加光滑平整的目标波形。在上述的基础上，通过选择按下频率增加键和频率减少键可以改变波形的频率，再利用滑动变阻的分压作用，改变DAC0832的参考电压Vref以致改变电流i，即改变参考电压，使输出电压幅度随i发生改变，从而实现幅度的调节。

基于单片机函数信号发生器原理接线图如图1所示。

3 ProtueS仿真调试

本设计方案的思路是通过Protues软件仿真来进行波形调试，利用定时器TMR0定时中断与预设波形数据表配和起来实现波形的生成，将定时器设定成定时方式1，在每次中断发生时，对波形数据进行采集，或者对定时时间进行调整。从而实现当前时刻的波形数据的输出，以及频率的调整。是在keil软件上编译，用C语言设计程序的源代码。

下图2～5即为调试所得各类波形。

仿真过程中，本设计可以实现预期的4种常用低频信号波形的输出，各输出波形标准规范。同时各种波形的输出均可实现调频和调幅操作：对于调频操作，在单片机工作时钟频率为24 MHz条件下，正弦波、锯齿波、三角波可以在1kHz以下范围内保持输出波形不变形，方波的保形频率范围则可以达到2 kHz，对调幅操作，可以做到4种波形幅值在0～5 V范围内连续调节。

4 结束语

尽管技术调试过程中，出现了诸如正弦波、三角波、锯齿波的频率在0～1kHz范围调节可以得到清晰、连续平整的没有变形的波形，但是超过这个范围输出的波形会失真变形；不能一次同时多波形输出等技术难题。但是，实验数据仍然表明，文中采用AT89S51单片机设计的方案，是合理可行。同时，从仿真的数据结果和分析来看，新的设计技术方案获得的输出低频波形信号规整、可靠性较好，符合普通常用低频信号源基本要求，其实验结果是令人满意的。

另外，在调试中发现，因DAC0832受到转换位数和建立时间的限制，从而引起了输出波形不够规整、前后沿不陡峭等问题。我们认为，如果能够采用其他诸如DAC9881等芯片来提高转换位数和建立时间的话，设计方案将能够获得更加完美的输出波形。