基于51单片机的信号发生器Protues仿真设计

最新推荐文章于 2025-08-02 18:52:38 发布

薄情书生

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分类专栏： 51单片机Protues仿真设计文章标签： 51单片机嵌入式硬件单片机

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一、设计功能

本设计以 STC89C51 单片机作为控制核心，在单片机外部搭建了 D/A 转换电路（采用 DAC0832 芯片）、运算放大电路（选用 UA741 芯片）、按键电路以及 LCD 液晶显示电路。用户可通过操作控制按钮，让系统产生多种波形，如方波、三角波、正弦波和锯齿波，并且能够对这些波形进行调频操作。产生的波形相关信息会实时显示在 LCD 液晶显示器上。

二、整体设计方案（或思路）

方案一:采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波。但是这种模块产生的不能产生任意的波形(例如梯形波)，并且频率调节很不方便。

方案二:采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所需频率.上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。
方案三:使用集成信号发生器发生芯片，例如AD9850,它可以生成最高几十MHZ的波形。但是该方案也不能产生任意波形(例如梯形波)，并且价格昂贵。
方案四:采用AT89C52单片机和DAC0832数模转换器生成波形，加.上一个低通滤波器，生成的波形比较纯净。它的特点是可产生任意波形，频率容易调节，频率能达到设计的500HZ以上。性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。
经比较，方案四既可满足设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案.

三、关键模块介绍

3.1 LCD显示模块

在本设计中所采用的 AMPIRE 液晶显示器，其硬件部分采用标准的 18 脚接口，各引脚分工明确且协同工作，共同保障显示器的正常运行。

第4 脚的 VCC 作为液晶显示器对比度调整端，通过调节该引脚的电压，可以改变显示器显示内容的对比度，使显示效果更加清晰。第 6 脚的 RS 为寄存器选择端，高电平时选择数据寄存器，用于存储待显示的数据；低电平时选择指令寄存器，用于接收控制显示器操作的指令。第 7 脚的 RW 是读写信号线，高电平时进行读操作，可读取显示器内部的状态信息，如忙信号；低电平时进行写操作，根据 RS 引脚的状态不同，可以写入指令、显示地址或显示数据。第 8 脚的 E 端是使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块会执行相应的命令，起到触发操作的作用。第 9 - 16 脚的 D0 - D7 为 8 位双向数据线，承担着数据传输的重要任务，无论是写入的数据还是读取的状态信息，都通过这 8 根数据线进行传输。这些精心设计的引脚布局和功能设置，构成了 AMPIRE 液晶显示器稳定、高效的硬件基础。LCD显示电路设计如图3-1所示。

图3-1 LCD显示模块

3.2 按键控制模块

根据设计的电路特点，只需要用到2个按钮来选择波形和改变频率，实现的功能也比较简单，所以采用独立式未编码键盘结构。键盘原理图如上图所示。本系统采用独立键盘开关，其中按键“K1”可以来调节切换波形的输出，按键“K2”可以调节波形频率。

图3-2 按键控制模块

3.3 波形产生模块

UA741是运放集成电路，它采用7脚直插塑料封袋，外形如上图所示。运算放大器可用图3-3中所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“OUT”为输出端。信号输入端中，“-”为反相输入端，表示运放输出端OUT的信号与该输入端的为相反；“+”为同相输入端，表示运放输出端OUT的信号与输入端的相位相同。由于UA741运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

图3-3 波形产生模块

3.4 数模转换模块

DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。

当/WR2和/XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存器Q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。

DAC0832与反相比例放大器相连，实现电流到电压的转换，因此输出模拟信号的极性与参考电压的极性相反，数字量与模拟量的转换关系为Vout1=-Vref×（数字码/256），如图3-4所示。