虚拟数字信号发生器的设计与实现

摘 要:虚拟仪器概念的提出,给传统仪器带来了一次革命.结合嵌入式技术的运用,极大改变了数字系统固有的设计思路.基于单片机设计的应用系统功能更强,产品也更小巧.运用AT89S51和AD7520LN进行数/模转换,根据数/模转换的工作原理,设计实现数字信号发生器.设计友好的虚拟仪器人机软面板界面,进行各项参数的设置,并且通过RS232串行通讯完成单片机与PC机的数据交换.

关 键 词:单片机软面板AT89S51RS232串行通讯

中图分类号:TP368.1文献标识码:B

信号发生器的设计和开发,已经有多种类型和款式.传统的信号发生器各有特点,但它们性格和功能都已固定,并且昂贵.然而基于PC的数字信号发生器,可借助PC的丰富资源,通过软件开发设计出性能优良的仪器,更为重要的是可以根据实际要求,进行二度开发提高,功能升级方便,从而实现了“软件就是仪器”的现代测试仪器理念.所以这种类型的数字信号发生器无论在功能和实际应用上,都具有传统信号发生器无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的发展前景.

1新型数字信号发生器的整机设计

该新型数字信号发生器产生信号类型有正弦波、方波、三角波以及脉冲信号等,频率和幅度均可调.整机电路包括:数/模转换电路的单片机最小化设计、信号幅度调理电路、信号电流/电压及极性转换电路、单片机与PC机接口电路、单片机时钟电路、复位电路等.下位机采用AT89S51芯片,D/A转换采用AD7520LN芯片.通过RS232串行口与PC机进行通信,传送所设置的信号参数.整机系统电路如图1所示.

图1数字信号发生器电路原理

1.1数/模转换的原理

在单片机数/模转换电路的设计中,做到了电路设计的最小化,即没用任何附加逻辑器件做接口电路,实现了单片机对AD7520LN转换芯片的操作.

运用ADG408电子模拟开关和8个精密电阻,构成分压电路,给AD7520LN转换芯片的Vref端提供8种不同的参考电压,用来调理产生信号的幅度,这样所产生的信号有8种可调输出电压范围.LM324运算放大器电路完成电流/电压转换,以及信号极性的转换.信号产生中,周期和幅度值(peak-peak)的设定至关重要.在系统中,这些参数值在主机界面相应输入框设定,然后单片机根据这些参数来发生具体的信号.

为了提高A/D转换精度,设计了一精密稳压电源模块,输出16V直流电压,这样提高了AD7520LN的Vref端参考电压精度.

1.2RS232接口电路的设计

AT89S51与PC机的接口电路采用芯片Max232.Max232产品是由德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片.Max232芯片是起到电平转换的功能,使单片机的TTL电平与PC机的RS232电平达到匹配.串口通信的RS232接口采用9针串口DB9.用定时器T1作波特率发生器.

2软件编程

软件程序主要包括:PC机可视化界面程序、单片机与PC机串口通讯程序、单片机信号发生程序.单片机采用C51语言编程,上位机的操作显示界面采用VC++6.0进行可视化编程.在串口通信调试过程中,借助“串口调试助手”工具.

2.1单片机编程

单片机主程序流程如图2所示、信号发生子程序如图3所示.单片机系统开发仿真调试借助uVison3集成调试软件,完成程序的编辑、编译、仿真,要完全符合AD7520LN的时序规范要求.最后将调试成功而生成的.bin文件编程固化到AT89S51的flash单元中,最后实现脱机工作的应用系统板.

2.2人机界面编程

利用VC++6.0,建立一个基于对话框的MFC应用程序,串口通信采用MSComm控件来实现.PC机界面主程序流程如图4所示.

VC可视化界面编程中运用了NI公司MeasurementStudio6.0控件,实现了输出信号波形显示和幅度指示功能.数字信号发生器的操作界面如图5所示.

3功能结果

通过实践运用,软硬件方案实现了既定功能,整机的各项指标都达到了预定的设计要

求.AD7520LN数/模转换器件的分辨率为10位,这为整机系统的较高精度提供了保障.整机系统工作稳定可靠,可视化界面显示正常.

作者简介:王守华(1975-),男,山东滨州人,讲师,工学硕士,主要从事自动测试与控制系统方向的研究.

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