信号源是许多电子设备必不可少的部件，可以采用模拟集成电路如8038、单片机控制D/A转换器或DDS芯片如AD9850等方法实现。对于内部具有D/A转换器的单片机，采用其自备的D/A转换器产生需要的信号是最经济的方法。内部具有D/A转换器的单片机种类很多，这里介绍采用Cygnal公司 的一款功能强大的内部具有D/A 转换器的单片机C8051F020产生任意波形的详细方法。该方法及部分程序也可以用于其他型号的单片机芯片。

1 采用C8051F020 D/A转换器产生正弦信号的基本原理

单片机指令不支持正弦函数运算，所以要产生正弦信号只能通过查正弦函数表的方法，再经过D/A转换成模拟量而输出正弦波。其波形的频率可以通过改变定时器的初值，即改变查表输出的时间来控制。由于本例中采用了C8051F020的一个12位D/A转换器产生正弦信号，所以平均值为2048幅度为0～4096(212)的64点正弦函数表可以通过如下公式计算：

输出=sin(2πj/64)×2048+2048 j=0，1，……，63

计算得到的64项16位二进制数结果，以2个8位二进制数的形式存放在code段(ROM中)具有128项的一维数组SINE_TABLE[128]中，每2项合成一个16位数，取低12位送D/A转换器进行D/A转换。

以下面程序数表中前2项为例：0x08，0x00合并成0x0800，取低12位为800 H，经过DAC0数据转换电压为1.20 V(约为满幅2.40 V的一半)。以产生100 Hz正弦信号为例，设SYSCLK系统振荡频率为2MHz，定时器的初值为：

216- 2MHz/12 × 1/100Hz × 1/64 =65536-26.041666 =65509.958 ≈ 65510

其中216是因为采用的定时器3是16位的。

2 硬件电路

采用C8051F020 D/A转换器产生正弦信号的硬件电路图如图1所示。

电源部分电路如图2所示。

3 软件编程

// sinwave.c

#include <c8051io20.h>

//C8051F020特殊功能寄存器声明

//16位特殊功能寄存器定义

sfr16 DP=0x82; //数据指针

sfr16 TMR3RL=0x92; //定时器3重装值

sfr16 TMR3=0x94; //定时器3计数器

sfr16 ADC0=0xbe; //ADC0

sfr16 ADC0GT=0xc4; //ADC0窗口1

sfr16 ADC0LT=0xc6; //ADC0窗口2

sfr16 RCAP2=0xca; //定时器2捕捉/重载

sfr16 T2=0xcc; //定时器2

sfr16 RCAP4=0xe4; //定时器4捕捉/重载

sfr16 T4=0xf4; //定时器2

sfr16 DAC0=0xd2; //DAC0

sfr16 DAC1=0xd5; //DAC1

//全局常量

#define SYSCLK 2000000 //系统复位自动使用内部时钟，为2MHz

sbit LED=P1^6; //定义P1.6名称为LED，监视系统运行

unsigned char i=0; //声明无符号字符变量i(初值为0)

void PORT_Init(void); //端口初始化函数原型

void Timer3_Init(int counts); //定时器3初始化函数原型

void Timer3_ISR(void); //定时器3中断服务函数原型

void Dac0_Init(void); //DAC0初始化函数原型

//正弦函数表，定义具有128项的无符号字符型一维数组

unsigned char code SINE_TABLE[128]={0x08,0x00,0x08,

0xc9,0x09,0x90,0x0a,0x53,0x0b,0x10,0x0b,0xc5,0x0c,

0x72,0x0d,0x13,0x0d,0xa8,0x0e,0x2f,0x0e,0xa7,0xxf,

0xxe,0xxf,0x64,0xxf,0xa8,0xxf,0xd9,0xxf,0xf6,0x0f,0xff,

0x0f,0xf6,0xxf,0xd9,0x0f,0xa8,0x0f,0x64,0x0f,0x0e,0x0e,

0xa7,0x0e,0x2f,0x0d,0xa8,0x0d,0x13,0x0c,0x72,0x0b,

0xc5,0x0b,0x10,0x0a,0x53,0x09,0x90,0x08,0xc9,0x08,

0x00,0x07,0x37,0x06,0x70,0x05,0xad,0x04,0xf0,0x04,

0x3b,0x03,0x8e,0x02,0xed,0x02,0x58,0x01,0xd1,0x01,

0x59,0x00,0xf2,0x00,0x9c,0x00,0x58,0x00,0x27,0x00,

0x0a,0x00,0x00,0xxx,0x0a,0x00,0x27,0x00,0x58,0x00,

0x9c,0x00,0xf2,0x01,0x59,0x01,0xd1,0x02,0x58,0x02,

0xed,0x03,0x8e,0x04,0x3b,0x04,0xf0,0x05,0xad,0x06,

0x70,0x07,0x37,

};

void main(void) //主函数

{

WDTCN=0xde; //关闭看门狗定时器，使其无效

WDTCN =0xad：

PORT_Init(); //调用端口初始化函数

Timer3_Init(65510); //见下面注释*

Dac0_Init(); //调用DAC0初始化函数

EA=1; //开中断允许总开关，允许中断

while(1){ //主函数在此循环等待

}

}

void PORT_Init(void) //端口初始化函数

{

XBR2=0x40; //交叉网络设定为弱上拉并生效

P1 MDOUT |=0x40; //设置P1.6(LED)为推挽输出方式

}

//定时器3初始化函数

//定义定时器3为自动重装载方式，以系统时钟的1/12为时钟源

void Timer3_Init(int counts) //“counts”为计数重载值。由调用函数传递过来

{

TMI13CN=0x00; //定时器3停止，清TF3，

//使用SYCCLK/12为时钟源

TMR3RL=counts; //设置重载值为“counts”

TMR3=0xffff; //设置立即重载

EIE2 |=0x01; //开启定时器3中断允许开关，允许定时器3中断

TMR3CN |=0x04; //开启定时器3，使其运行

}

void Dac0_Init(void) //DAC0初始化函数

{

DAC0CN =0x80; //DAC0使能，且为立即更新方式，写DAC0H寄存器

//将立即启动DAC0工作，取DAC0H和DAC0L组

//成的16位数据的低12位数据为DAC0的转换数据

REFOCN |=0x03; //DAC参考电压设定为使用内部电压基准

}

void Timer3_ISR(void)interrupt 14 //T3中断服务函数

{

TMR3CN &= ~(0x80); //清TF3

LED=~LED; //使LED状态改变，

DAC0L = SINE_TABLE[i*2+1]; //查SINE_TABLE表，将第i*2+1项送给

//DAC0L,i=0，1，2，……63

DAC0H = SINE_TABLE[i*2]; //查SINE_TABLE表，将第i*2项送给

//DAC0H，i=0，1，2，……63

i=i+1；

if(i>=64) i=0; //循环输出64点

}

调用定时器3初始化函数，调节其中的计数器初值可以得到不同频率的正弦信号。这里以产生100Hz正弦信号为例，计数器初值为65510，具体的计算方法如前文所述。

4 产生任意波形的方法

若想产生方波、三角波或任意波形，可以简单地通过修改正弦函数表来得到。

5 结束语

本文中的程序已经在新华龙公司C8051F020仿真开发板上调试通过，若要产生高精度的信号，必须考虑四舍五入近似、系统时钟精度及程序响应延时造成的误差。