單片機(jī)在多種波形發(fā)生器中的應(yīng)用

本文利用80C51單片機(jī)外接數(shù)模轉(zhuǎn)換器和I/V轉(zhuǎn)換電路，由用戶通過(guò)按鍵選擇輸出實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用到的幾種基本波形：方波、鋸齒波、正弦波。方波由 80C51單片機(jī)內(nèi)部自帶的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器產(chǎn)生，并由用戶通過(guò)小鍵盤(pán)選擇波形周期。與微處理器兼容的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX7534將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量電流信號(hào)，通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路得到雙極性的鋸齒波和正弦波信號(hào)，波形保證了他的精度和平滑、穩(wěn)定。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

80C51單片機(jī)時(shí)鐘電路采用內(nèi)部方式，外接陶瓷諧振器（頻率為12 MHz），微調(diào)電容值為30 pF。系統(tǒng)復(fù)位采用按鍵式外部復(fù)位方式，復(fù)位信號(hào)至少保持8 μs以上。通過(guò)按鍵由用戶選擇要輸出的波形，按鍵選擇占用P1.1~P1.7口，采用獨(dú)立式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)。利用80C51單片機(jī)內(nèi)部自帶的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器在 P1.0口上產(chǎn)生連續(xù)方波，由用戶通過(guò)按鍵選擇輸出方波周期。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 D/A轉(zhuǎn)換電路

本文采用美國(guó)MAXIM公司的微處理器兼容高性能單片14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX7534。MAX7534內(nèi)部功能框如圖2所示。MAX7534的高質(zhì)量、激光校準(zhǔn)、薄膜電阻和帶溫度補(bǔ)償?shù)腘MOS開(kāi)關(guān)等確保了器件在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)具有良好的線性和增益穩(wěn)定性。MAX7534接收8位總線的2個(gè)字節(jié)，內(nèi)部包括1個(gè)LS輸入寄存器和1個(gè)MS輸入寄存器，分時(shí)接收低8位和高6位的14位待轉(zhuǎn)換數(shù)字量、1個(gè)14位DAC寄存器、1個(gè)14位DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器和邏輯控制電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）電路包括由激光校準(zhǔn)的11個(gè)薄膜R2R電阻陣、1個(gè)3位分段電阻陣和NMOS電流開(kāi)關(guān)。該D/A轉(zhuǎn)換器具有保護(hù)CMOS寄存器的功能，無(wú)需使用外加肖特基二極管保護(hù)。

MAX7534與80C51的具體連接見(jiàn)圖3。工作時(shí)，通過(guò)A1、A0引腳確定MAX的工作過(guò)程，其對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)下表，當(dāng)出現(xiàn)表中的第3種情況時(shí)，14位待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量通過(guò)MAX7534內(nèi)部總線輸入到14位DAC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束，模擬量以電流形式輸出。

1.2 I/V轉(zhuǎn)換電路

由MAX7534轉(zhuǎn)換得到的模擬量電流信號(hào)要轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，需外加I/V轉(zhuǎn)換電路。I/V轉(zhuǎn)換電路與MAX7534的具體連接見(jiàn)圖3。

圖3是MAX7534的雙極性或四象限乘法工作電路圖電路提供的是偏移二進(jìn)制碼，為解決高溫時(shí)的低泄漏，對(duì)VSS進(jìn)行負(fù)偏置；C1為補(bǔ)償電容，用來(lái)消除由 DAC的輸出電容和內(nèi)部反饋電阻構(gòu)成的極點(diǎn)，其值根據(jù)采用運(yùn)放的不同而不同；在接近DAC的VDD和GND管腳處放置1個(gè)1 μF的旁路電容，再與1個(gè)0.01 μF的陶瓷電容相并聯(lián)，抑制高頻噪聲。按圖中給定的器件參數(shù)，輸出電壓的表達(dá)式為：
VOUT=［(D-8192)/8192］×VIN
VIN=+5V，當(dāng)D=0時(shí)，VOUT=－5V；當(dāng)D=8192時(shí)，VOUT=0V；當(dāng)D=16384時(shí)，VOUT=4.96V。轉(zhuǎn)換關(guān)系見(jiàn)表2。