【DIY信号发生器】STC12C5A60S2单片机

单片机

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该信号发生器设计采用STC12C5A60S2单片机作为数据处理及控制核心，DAC0832作为输出D/A转换，LM358作为输出信号放大芯片，LCD12864作为显示界面，用来显示幅值、周期（频率）、波形名称、操作提示等信息，总体框图如图2—1所示。

图2—1：设计总体框图

第三章系统硬件设计

本系统由主控系统、波形转换（D/A）电路、波形输出放大电路、显示接口电路、键盘电路、下载调试电路等六部分组成。

3.1 主控系统

STC12C5A60S2单片机是宏晶公司的增强型高性能8位1T单片机，内部集成1024字节片内RAM以及64KB的Flash程序存储器。运行速度快，是普通12T单片机的12倍。在外接时钟跳变一次就可以完成一条指令。运行处理速度快稳定且抗干扰能力强。主控电路如图3—1.1

图3—1.1：STC12C5A60S2单片机

本单片机主控系统外接12M晶振和两个22pf的电容组成单片机时钟电路部分如图3—1.2。并采用按键和上电综合复位设计。其工作原理是：当上电或复位按键按下时，电容两端电压不能突变相当于短路，5V的电通过电阻给电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），RC构成的微分电路在上电瞬间产生一个微分脉冲，其宽度大于两个机器周期，于是单片机RESET引脚为高电平，然后对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平,单片机开始工作。复位如图3—1.3

图3—1.2：时钟电路图3—1.3：复位电路

3.2 波形转换（D/A）电路

功能：将波形样值得编码转换成模拟值，完成波形的输出。

此电路时由一片DAC0832芯片构成。DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。DAC0832是具有20条引线的贴片封装的CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，所以不需要外加电路。单片机想DAC0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各种波形进行抽样，然后把各种采样值进行编码，收到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表的方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则DAC0832输出N个样点值后，样值点形成运动轨迹，即，一个周期。重复输出N个点后，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制输出的波形的频率。这样就控制了输出波形的及其幅值和频率。具体连接的电路图如图3—2.1所示：

图3—2.1：波形转换电路

3.3 波形放大

DAC0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以用运算放大器LM358实现如图3—3.1

LM358是有两个独立的、高增益、内置频率补偿运算放大器组成的集成电路。它专为宽电压范围、单电源供电的运算放大器设计。主要用在换能放大器、直流增益模块和使用通用运算放大器的电路。

优点：

1、两个内置补偿运算放大器。

2、可以单电源供电。

3、兼容所有逻辑模式。

4、功耗小可以由电池供电。

5、频率增益有温度补偿。

6、输入偏置电流有温度补偿。

7、价格便宜

故本设计选用此芯片做位波形放大芯片。

图3—3.1：波形放大电路

3.4 显示电路

显示电路是由LCD12864液晶模块构成，此模块可以显示静动态字符、汉字和图形。此中文图形液晶模块的特性主要由其控制器 ST7920 决定。ST7920 同时作为控制器和驱动器，它可提供 32路COM输出和 64 路 SEG输出。在驱动器 ST7921的配合下，最多可以驱动 256×32 点阵液晶。其引脚说明如图3—4.1

图3—4.1：12864液晶引脚功能

LCD12864液晶原理图电路如图3—4.2，其V0口接一10k可变电阻是用来调节液晶显示对比度，DB0-DB7为并行数据输入引脚。

LCD12864液晶专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，其外接电压时5V。扫描利用软件程序实现，当某一按键按下时，扫描立即检测到，随即调用子程序，执行相应的功能。如图3—4.2

图3—4.2：LCD12864接口电路

3.5 键盘控制电路

如图3—5.1八为用独立按键来控制不同的输出波形。按键接地，按下输出低电平给单片机。单片机接收到低电平信号后会进行相应的操作。

图3—5.1：键盘控制电路

主要操作方式：

1、K2为控制运行返回键，当其按下时，可以返回当前操作

2、K3为波形输出切换键，按下可以切换到不同的波形。

3、K4为频率减键，按下时可以使输出频率减小。

4、K5为频率加键，按下时可以使输出频率增加。

5、K6为确认俺家，按下时进入下一步操作或输出选择的波形。

3.6 下载调试电路

PL2303 是一种高度集成的RS232-USB 接口转换器，可提供一个RS232 全双工异步串行通信装置与USB 功能接口便利联接的解决方案(如图3—6.1)。该器件内置USB功能控制器、USB 收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB 信号与RS232 信号的转换，能够方便嵌入到各种设备，所以2000年左右开始ARMjishu.com经常推荐使用该款芯片；该器件作为USB/RS232 双向转换器，一方面从主机接收USB 数据并将其转换为RS232 信息流格式发送给外设；另一方面从RS232 外设接收数据转换为USB 数据格式传送回主机。这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计。该电路可以在线下载和调试程序。PL2303 的高兼容驱动可在大多操作系统上模拟成传统COM 端口,并允许基于COM 端口应用可方便地转换成USB接口应用，通讯波特率高达6 Mb/s。在工作模式和休眠模式时都具有功耗低，是嵌入式系统手持设备的理想选择。该器件具有以下特征：完全兼容USB1.1 协议。

图3—6.1:程序下载调试电路

在下载调试电路中还增加了两个LED指示灯，如图3—6.2用于指示下载和上传的过程。方便在调试过程中了解数据流向。

图3—6.2：调试指示灯

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孙志国 · 2014-6-21 11:47:17

制作的实物显示照片

孙志国 · 2014-6-21 11:52:57

信号输出测试图

孙志国 · 2014-6-21 12:00:51

原理图，和PCB布线文件

zhou2sheng · 2014-6-23 12:37:09

楼主内容很详细啊！现在原理，PCB都有了，可以开始动手制作实物了吧？

胡海松 · 2014-6-25 12:48:06

楼主很厉害

孙志国 · 2014-6-26 00:04:43

本设计的所有程序都采用汇编语言编写的，废了很大功夫

孙志国 · 2014-6-29 22:39:29

本帖最后由孙志国于 2014-6-29 22:43 编辑

这是本制作的PCB图，是利用AD10 软件会知道。

Jack · 2014-6-30 16:58:20

功能齐全、实用，赞一个！

文档或可进一步完善，如：
1. 信号发生器波形种类；
2. 每种信号的参数（频率、幅度范围等）；
3. 负载能力。

孙志国 · 2014-6-30 21:53:26

file:///C:UsersZhiguoAppDataLocalTempksohtmlwps_clip_image-26662.png

图2—1：设计总体框图

Elecfans管家 · 2014-7-1 10:24:22

很详细的内容感谢楼主分享啊！

孙志国 · 2014-7-1 23:26:20

这是制作的实物，考虑到体积和抗干扰性能，所有芯片均采用贴片封装

孙志国 · 2014-7-1 23:30:02

有想制作需要资料的，可以留邮箱。

mysimlove · 2014-7-3 19:01:20

不错，非常详细，

孙志国 · 2014-7-4 23:05:16

胡海松发表于 2014-6-25 12:48
楼主很厉害

谢谢！感觉自己水平很一般

youzizhile · 2014-7-5 13:36:17

楼主做的很好，再把频率调节优化下更好，可以变成一个信号发生器使用了。

折羽燕 · 2014-7-10 10:58:47

孙志国发表于 2014-6-21 11:52
信号输出测试图

很不错效果吆，8位DA出低频的波形还是可以的。冒昧的问下你这个是提前做的吗？怎么示波器的照片是5月份照的，我们这个活动是6月中旬才进行的吧。

2014-7-15 09:42:11

很详细

孙志国 · 2014-7-17 22:26:03

折羽燕发表于 2014-7-10 10:58
很不错效果吆，8位DA出低频的波形还是可以的。冒昧的问下你这个是提前做的吗？怎么示波器的照片是5月份照 ...

在此活动之前就想做一个信号发生器玩玩了，策划方案和PCB图是从五月份开始的。刚好碰上这个活动与就把自己画的图和自己的实物发上来了，并认真地议论文的形式写了制作过程和原理。不求获奖只是想让感兴趣用来研究学习。

折羽燕 · 2014-7-18 20:07:44

孙志国发表于 2014-7-17 22:26
在此活动之前就想做一个信号发生器玩玩了，策划方案和PCB图是从五月份开始的。刚好碰上这个活动与就把自 ...

恩恩，挺棒的呵呵~

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