一種基于單片機的簡易混合信號發生器電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單片機的簡易混合信號發生器，涉及一種基于單片機的信號發生器電路。利用單片機可實現混沌信號、正弦信號、方波信號、三角波信號及鋸齒波信號的數字輸出，通過DAC數模轉換器實現模擬輸出，經過運算放大器實現將DAC數模轉換器輸出的電流型信號轉換為電壓型信號。通過按鍵可以切換輸出的信號類型以及信號頻率。作為混沌信號發生器時，單片機的數據輸出口P1口還可以作為一個有8路輸出的隨機序列發生器。該電路可以實現頻率范圍為0.1Hz到500Hz、幅度為0V到4.5V的信號輸出。該電路結構簡單，調試方便，穩定性好，能夠很好地實現不同信號、不同頻率的波形輸出。
【專利說明】一種基于單片機的簡易混合信號發生器電路【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電子通信領域，涉及一種基于單片機的混合信號發生器，可以產生混沌偽隨機信號、正弦信號、方波信號、三角波信號以及鋸齒波信號。
【背景技術】
[0002]混沌信號具有隨機性，可用以產生性能良好的偽隨機序列而應用于通信、計算機、密碼、科學研究和實驗室等領域之中。目前已有一些混沌信號發生器模型，一般分為模擬電路和數字電路兩種實現方法。其中模擬電路實現較為復雜，電路易受參數難以匹配的影響，混沌信號頻率很難做大范圍的調整。數字方式實現方法一般借助于嵌入式系統、FPGA和DSP等專用數字信號處理器實現，這些數字實現方法電路也較為復雜，成本較高，體積較大，一般不適合于要求便攜等簡單應用場合。另外，目前的混沌信號發生器往往只是產生單一混沌偽隨機信號，而傳統的函數信號發生器又往往僅產生一些諸如正弦波、三角波、方波等模擬或離散信號。
[0003]針對這些情況，該實用新型采用成本低廉的單片機作為核心處理芯片，用以實現一個簡易的多用途混合信號發生器，除能夠產生模擬和數字的混沌偽隨機序列外，還能夠產生正弦波、方波、三角波及鋸齒波信號，結構簡單，體積輕小，成本低廉，通過按鍵實現波形輸出切換和頻率改變，非常適合野外或運動途中的便攜與實驗研究，學生課外分散實驗以及需要多種混合信號的其它場所。
【發明內容】
[0004]本實用新型針對現有技術的不足，提供了一種基于單片機實現的簡易混沌信號發生器，利用單片機、DAC數模轉換器和運算放大器實現混沌信號發生器。
[0005]本實用新型采用如下技術方案實現實用新型目的:
[0006]一種基于單片機的簡易混合信號發生器電路，由單片機、DAC數模轉換器、按鍵切換電路和運算放大器組成；按鍵切換電路依據單片機產生五種數字信號中的一種，該數字信號通過單片機輸出后經DAC轉換器轉換為模擬信號，再由運算放大器將數模轉換器輸出的電流信號轉換為電壓信號；所述的單片機選用STC12C2052AD、DAC數模轉換器選用DAC0832，運算放大器選用TL082。
[0007]單片機采用外部晶振提供工作頻率，單片機的第4針腳XTAL2、第5針腳XTALl之間連接一個11.0592MHZ的石英晶體振蕩器，且這兩個針腳分別通過一個20pF的獨石電容連接到地；單片機的第I針腳RST和電阻R3、電容Cl的一端連接，電阻R3另一端接地，電容Cl另一端接5V電源，組成一個RC充放電電路，為單片機提供一個上電復位脈沖；單片機的第10針腳接地；第20針腳接5V電源；單片機的第12、13、14、15、16、17、18、19針腳和DAC0832的第7、6、5、4、16、15、14、13針腳連接；單片機的第7針腳和DAC0832的第2、18針腳相連，單片機的第8針腳和DAC數模轉換器的第19針腳相連，單片機第9針腳和DAC數模轉換器的第17針腳連接，單片機第11針腳和DAC數模轉換器的第I針腳連接；DAC數模轉換器的第8針腳轉換參考電壓Vref接+5V電源；DAC數模轉換器的第10針腳接地，第20針腳接+5V電源。
[0008]運算放大器的第8針腳接+5V電源，第4針腳接-5V電源；DAC數模轉換器的第11、12針腳和運算放大器的第6、5針腳連接，第9針腳和運算放大器的第7針腳連接，運算放大器的第5針腳接地，此時運算放大器的第7針腳OutB即為DAC數模轉換器的模擬信號輸出端；運算放大器的第7針腳和第2針腳之間連接一個電阻R5，第2針腳和第I針腳之間連接一個可調電阻R6，第3針腳接地。
[0009]電阻R1、R2、R4分別和開關K1、K2、K3構成三個開關電路，其中單片機的第2針腳Ρ3.0和電阻R1、K1 一端相連；第3針腳Ρ3.1和電阻R2、K2 —端相連；第6引腳和電阻R4、K3 一端相連；電阻R1、R2、R4的另一端接+5V電源，開關Kl、K2、K3的另一端接地。
[0010]本實用新型的有益效果:
[0011]本實用新型利用單片機可實現混沌信號、正弦信號、方波信號、三角波信號及鋸齒波信號的數字輸出，通過DAC數模轉換器實現模擬輸出，經過運算放大器實現將DAC數模轉換器輸出的電流型信號轉換為電壓型信號。通過按鍵可以切換輸出的信號類型以及信號頻率。作為混沌信號發生器時，單片機的數據輸出口 Pl 口還可以作為一個有8路輸出的隨機序列發生器。該電路可以實現頻率范圍為0.1Hz到500Hz、幅度為OV到4.5V的信號輸出。該電路結構簡單，成本很低，調試方便，穩定性好，其最大的優勢是能夠實現不同信號、不同頻率的波形輸出，即可產生模擬和數字的混沌偽隨機信號，又可產生正弦波、方波、三角波及鋸齒波信號，可廣泛使用在需要提供多種信號的場所，適合野外或運動途中的便攜與實驗研究，學生課外分散實驗等其它場所。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1本實用新型的電路結構圖。
[0013]圖2本實用新型的關鍵電路原理圖。
[0014]【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0016]一種基于單片機的簡易混合信號發生器電路，如圖1所示，該電路由51單片機、DAC數模轉換器和運算放大器組成。由單片機計算產生五種數字信號數據(混沌信號、正弦信號、三角波信號、方波信號和鋸齒波信號)，該數字信號通過單片機輸出后經DAC轉換器轉換為模擬信號，再由運算放大器將數模轉換器輸出的電流信號轉換為電壓信號，電壓信號再經過一個增益可調的反相比例電路輸出。
[0017]如圖2所示，單片機正常工作時采用外部晶振提供工作頻率，單片機STC12C2052AD的第4針腳XTAL2、第5針腳XTALl之間連接一個11.0592MHz的石英晶體振蕩器，且這兩個針腳分別通過一個20pF的獨石電容連接到地，對晶振提供簡單的濾波處理；單片機的第I針腳RST和一個電阻R3、電容Cl連接，電阻R3另一端接地，電容Cl另一端接5V電源，組成一個RC充放電電路，為單片機提供一個上電復位脈沖；單片機的第10針腳接地；第20針腳接5V電源；采用單片機STC12C2052AD實現所需信號的數據計算，并把計算后的數據通過單片機的Pl 口送至數模轉換芯片。單片機的第12、13、14、15、16、17、18、19針腳和DAC0832的第7、6、5、4、16、15、14、13針腳連接。單片機的第7針腳和DAC0832的第2、18針腳相連，單片機的第8針腳和DAC0832的第19針腳相連，單片機第9針腳和DAC0832的第17針腳連接，單片機第11針腳和DAC0832的第I針腳連接。DAC0832的第8針腳轉換參考電壓Vref接+5V電源。DAC0832的第10針腳接地，第20針腳接+5V電源。
[0018] 運算放大器TL082的第8針腳接+5V電源，第4針腳接-5V電源。DAC0832的第
11、12針腳和TL082的第6、5針腳連接，第9針腳和TL082的第7針腳連接，TL082的第5針腳接地，此時TL082的第7針腳OutB即為DAC0832轉換器的模擬信號輸出端；TL082的第7針腳和第2針腳之間連接一個電阻R5，第2針腳和第I針腳之間連接一個可調電阻R6，第3針腳接地；此時通過第I針腳輸出的信號幅度可由可變電阻R6調節。
[0019]由Rl、R2、R4分別和Kl、K2、K3構成三個開關電路，其中單片機STC12C2052AD的第2針腳P3.0和電阻R1、K1相連；第3針腳P3.1和電阻R2、K2相連?’第6引腳和電阻R4、K3相連；電阻R1、R2、R4的另一端接+5V電源，開關K1、K2、K3的另一端接地；正常情況下，單片機第2、3、6針腳為高電平，當有按鍵按下后變為低電平；單片機根據此電平信號判斷選擇波形輸出以及改變輸出信號頻率。
[0020]單片機上電后默認輸出混沌信號，首先單片機產生一個隨機數，將該隨機數通過數學變換讓這一隨機數的值落在離散混沌方程X(n+l)=aX(n)-b(X(n))3的值域范圍(0，I)內。變換后的隨機數作為該混沌方程的初始值進行迭代運算，即可得到一個X(n)混沌序列，由于X(n)的值域在(0，I)之間，因此再對X(n)序列進行數學變換讓其值落在[0，255)之間的整數點上。最后通過單片機的Pl 口將數據送出，此時可以得到一個8路輸出的數字混沌序列，Pl 口和DAC轉換器連接，亦可通過DAC數模轉換器輸出一個模擬的混沌信號。
[0021]通過按鍵切換可以選擇輸出一個正弦信號。由于51單片機是一個8位的低端處理器，做正弦運算時很低效，在此通過先存儲一個周期的正弦表在單片機中，然后利用查表輸出的方式產生正弦信號。單片機輸出的正弦表數據經過DAC轉換器后即可輸出正弦信號；通過按鍵切換可以選擇輸出一個方波信號。利用單片機處理器實現方波信號輸出比較簡單，只需要交替輸出0x0和OxFF兩個數即可實現；通過按鍵切換可以選擇輸出一個三角波信號。首先利用單片機根據方程X(n) =n (n=0，l，2…255)輸出256個點；再根據方程X(n)=255-n (n=0, I, 2...255)輸出256個點即可得到一個周期的三角波信號；最后再周期輸出三角波信號；通過按鍵切換可以選擇輸出一個鋸齒波信號。利用單片機根據方程X(n)=n (n=0, I, 2...255)輸出256個點即可得到一個周期的鋸齒波信號；最后再周期輸出鋸齒波信號。
[0022]當然，上述說明并非對實用新型的限制，本實用新型也不僅限于上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于單片機的簡易混合信號發生器電路，其特征在于:該電路由單片機、DAC數模轉換器、按鍵切換電路和運算放大器組成；按鍵切換電路依據單片機產生五種數字信號中的一種，該數字信號通過單片機輸出后經DAC轉換器轉換為模擬信號，再由運算放大器將數模轉換器輸出的電流信號轉換為電壓信號；所述的單片機選用STC12C2052AD、DAC數模轉換器選用DAC0832，運算放大器選用TL082 ； 單片機采用外部晶振提供工作頻率，單片機的第4針腳XTAL2、第5針腳XTALl之間連接一個11.0592MHz的石英晶體振蕩器，且這兩個針腳分別通過一個20pF的獨石電容連接到地；單片機的第1針腳RST和電阻R3、電容Cl的一端連接，電阻R3另一端接地，電容Cl另一端接5V電源，組成一個RC充放電電路，為單片機提供一個上電復位脈沖；單片機的第10針腳接地?’第20針腳接5V電源；單片機的第12、13、14、15、16、17、18、19針腳和0六0)832的第7、6、5、4、16、15、14、13針腳連接；單片機的第7針腳和DAC0832的第2、18針腳相連，單片機的第8針腳和DAC數模轉換器的第19針腳相連，單片機第9針腳和DAC數模轉換器的第17針腳連接，單片機第11針腳和DAC數模轉換器的第I針腳連接；DAC數模轉換器的第8針腳轉換參考電壓Vref接+5V電源；DAC數模轉換器的第10針腳接地，第20針腳接+5V電源； 運算放大器的第8針腳接+5V電源，第4針腳接-5V電源；DAC數模轉換器的第11、12針腳和運算放大器的第6、5針腳連接，第9針腳和運算放大器的第7針腳連接，運算放大器的第5針腳接地，此時運算放大器的第7針腳OutB即為DAC數模轉換器的模擬信號輸出端；運算放大器的第7針腳和第2針腳之間連接一個電阻R5，第2針腳和第I針腳之間連接一個可調電阻R6，第3針腳接地； 電阻R1、R2、R4分別和開關K1、K2、K3構成 三個開關電路，其中單片機的第2針腳Ρ3.0和電阻R1、K1 一端相連；第3針腳Ρ3.1和電阻R2、K2 —端相連；第6引腳和電阻R4、K3 —端相連；電阻R1、R2、R4的另一端接+5V電源，開關Kl、K2、K3的另一端接地。
【文檔編號】H03K4/06GK203708197SQ201320719727
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】王光義, 彭存建, 徐進婕, 王曉煒, 任國瑞 申請人:杭州電子科技大學