多路数字信号发生器设计分析

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摘 要
数字信号发生器是目前随着科技发展的必然产物，然而多路数字信号发生器现在社会上使用的却很少。本文的多路信号发生器是通过使用一片AT89C51单片机实现16位数字信号的输出，并且通过硬件电路的组合和软件编程的方式的控制实现电路波形的输出，采用单片机控制电路输出的序列，本电路可以产生两种序列，一种是‘穷举 ’测试信号序列，这种序列即为216 个16路信号；一种是‘走步’测试信号序列，即为每路逐个输出“0”，与每路逐个输出“1”组合。实现同时输出多路数字信号。
【关键词】多路数字信号 单片机 信号序列
1 引言
信号发生器作为一种常用的信号源，在电子电路中信号源作为测量和计量工作起到重要作用，但目前市面上的信号发生器大部分属于模拟信号器，这些信号源虽然能很好的提供想要的信号，但是随着数字化发展，在电子技术发展的领域数字信号源以迫切需要，近些年，数字信号发生源有所起步，但目前市场现有的数字信号发生器都是输出位数少，输出序列单一，不能满足某些特定环境下的需求，并且现在一般单位普遍缺少这种通用的多路数字信号发生器，只有一些科研院所和大型集成电路生产单位具有专用的多路数字信号发生器，为了使实验室和生产单位都能顺利开展对数字电路的检测工作，就需要研制通用的多路数字信号发生器。
2 多路数字信号发生器采用方法简介
多路数字信号发生器改变了以往的模拟量的控制，采用了以单片机编程的方法来控制的方法，这种数字信号发生器即可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪 逻辑分析仪及其它部分自动测试设备的组成部分，并且可以通过改变程序来实现频率和序列的变换。
多路数字信号发生器通过编程的方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高，并且采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，在元器件的使用方面，这种数字信号发生器通常采用的是以AT89C51单片机实现，并且外围元器件都是最常见的的电阻、晶振等容易得到，且价格便宜的电子部件，因此，此 多路数字信号发生器硬件的开销达到最省。
3 组成和主要功能
3.1 电路的组成
该多路数字信号发生器主要由四个部分组成：
（1）电源电路。
（2）输入选择电路。
（3）输出驱动电路。
（4）主机电路。
3.2 电源电路
其中电源电路主要是给整机电路提供稳定的电压和电流的，能够让电路工作在抗干扰能力强的电源电路环境下；该工作电路的电压通常给单片机能够提供正常工作的+5V电压（TTL电路电平），并且能够提供18V（CMOS电路电平）电压，考虑到整机的用电电压、电流以及单片机的抗干扰要求，采用一般的三端稳压器组成电源电路，再外加滤波措施，这种电路更能保证电路稳定、长时间工作。
3.3 输入选择电路
输入电路选择和控制信号来自于工作参数设置开关和工作状态控制开关。输入信号为直流电平，幅度为5V。根据所需的选择控制方式和数量，拟采用独立式非编码的键盘电路实现输入信号的选择；
具体选择和控制开关设计如下：
（1）工作状态控制开关K0；
（2）信号序列选择开关K1、K2；
其中K1—代表穷举测试序列的选择开关。
其中K2—代表走步测试序列的选择开关。
（3）输出频率选择开关KF（在主机电路中）分别为100KHZ、10KHZ、1KHZ三个档位。
（4）输出信号幅度选择开关Ku（在输出驱动电路中）分别为5V、18V两档。
3.4 输出驱动电路
输出驱动电路首先要把单片机给出的两个8位的信号组合成16位电路信号输出，再根据输出信号幅度选择开关的设置输出相应的信号电平。其中，根据输出信号的电平变化和驱动能力要求，输出的两个8位信号通过锁存器实现8到16的组合，用高压输出驱动器完成电平变化和驱动要求。
3.5 主机部分
主机电路根据信号序列和频率变化的要求，拟采用单片机AT89C51实现所需的控制处理功能，通过软件编程的方法实现电路所要达到的功能。
4 电路的主要实现原理
多路数字信号发生器是一个能够输出16位的数字信号源，它能够产生满足数字电路检测用的多路数字序列信号。通过AT89C51单片机为核心部分，通过单片机控制电路输出的序列，本电路可以产生两种序列，一种是‘穷举 ’测试信号序列，这种序列即为216 个16路信号；一种是‘走步’测试信号序列，即为每路逐个输出“0”，与每路逐个输出“1”组合。
这些序列通过单片机I/O口输出 ，在经过地址锁存器将所输出的信号进行锁存输出，就得到想要的16位数字信号。如果我们需要模拟信号，可经过将正弦波，三角波波形数据做成波形表，用查表法来输出波形数据。经D/A（DAC0832）转换输出波形。AT89C51 有4KB 的程序内存可以用来存储运行程序，而128B 的RAM 则可用来保存波形参数及用户自定的外部波形的数据。由于是数字合成技术，因此该信号源可以产生多种波形。
在频率的选择上多路数字信号发生器通过AT89C51单片机和外围电路，通过软件编程的方法控制频率的输出，输出的频率分别为1KHz、10KHz、100KHz三个档位。
5 总结
多路数字信号是时代发展的需要，也是科技发展的必然产物，多路数字信号发生器能够提供更为方便，精确、清晰的波形图，并且它的频率分辨率高、系统工作稳定性好、使用方便，具有很强的实用价值，是学校、企业、科研单位必不可少的仪器。
参考文献
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作者简介
杨权信（1954-），大学本科学历。现供职于西安航空职业技术学院电子工程学院。研究方向为电子电路的故障检测。
作者单位
西安航空职业技术学院电子工程学院 陕西省西安市 710089