在台湾,电子产业的发展是众所瞩目,由于人才培育的成功再加上半导体厂的市场定位得宜,目前台湾的电子产业在国际市场上也拥有相当程度的影响力。在半导体代工业发达之后,国内为了掌握关键性零组件的上游资讯,于是半导体设计公司相继的成立,此时国科会也大力提倡国人关键性零组件自主的政策,这个方向也打开了台湾在电子产业的另一条康庄大道。
日常生活中不论食、衣、住、行都会使用到微控制器(MCU),例如食物烹调的微波炉、电磁炉,衣物洗涤的洗衣机、烘干机,提供生活舒适性的空调机、除湿机,提供行的方便之汽车,还有人际沟通的通讯产品以及视听育乐的CD、VCD、DVD等产品,都采用了MCU作为人机介面的操作或是产品功能的内部控制。MCU微控制器的优点主要在于可程式化的特色,因此特别适合应用在多样化产品的设计,尤其OTP、Flash type MCU的问世更符合产品生命周期缩短的趋势,不仅加速产品开发、验证、试产,同时提供少量多样的变化需求,达到降低研发成本、提升产品竞争力的要求,以及Time to Market的目标。
特色优点
一般人都认为μC属于数位世界的东西,虽然变化多端但总局限于0与1的范畴,很少会将原本属于线性世界的东西拿来比较或取代,本文以μC来模拟从前习以为常的讯号产生器,以了解μC的应用面其实还是可以跨到传统的线性世界。为了能「与众不同」,故不用传统20年的8038来做讯号产生器,改用微处理器来处理一些大家习以为常的物品(讯号产生器)是一项很有意思的自我挑战。
本专题制作的主要特点计有以下几项:
轻、薄、短、小
就实际完成的作品可知本讯号产生器的体积十分迷你,所需零组件计有微处理器1个、LM358 1个、电阻6个、电容5个、排阻6个、可变电阻3个、选择开关4个、按键1个,全部的成本不超过新台币100元就可买全。
省电性
由于HT48R05A及LM358等元件都是非常省电(电流平均为5mA)的零件,故一个积层9V电池就可以使用非常久。
独特性
一般的讯号产生器不会产生锯齿波、脉冲波、调载波、奇怪波及混合波等,更不会提供同步讯号给示波器触发。本文提供一个较为弹性的做法,可以依需求来更改波形表以制造出与众不同的波形产生器。
数位性
将传统的线性设计工作以数位元件来达成,除可免除零件误差所需要的调整工作,同时弦波的失真率也可降至最低(整个频段失真率<1%)。
简易性
整个专题制作所需的零组件很少,不需要任何校正工作,特别是对零件的精密度要求不高(只要R-2R所用的电阻改成排阻),相信只要会用铬铁的人都可顺利达成。
功能说明
一般基本的讯号产生器都具备有如下的功能:
- ●可做连续性调整。
- ●可产生弦波、三角波、方形波。
- ●可调整振幅大小及直流位准。
本文所介绍的简易万用讯号产生器除了上述功能之外,还具备了多种波及混合波产生能力,也就是说可同时顺序的产生弦形波、三角波、方形波、锯齿波、脉冲波、调载波、奇怪波及综合波等八个波形,免除切换讯号之麻烦,这就是传统讯号产生器无法达到的。另外由于弦形波之产生是采用查表法方式达成,故失真率极低,此亦是传统讯号产生器无法达到的地方。
(图一)~(图八)是本讯号产生器所能产生的八个波形,(图九)则是混合所有波形的综合波:
电路说明
整个线路可以将它拆成五个部份来做说明,(图十)为微控制器主体的电路图。
本专题制作所选用之MCU为盛群半导体所设计生产的HT48R05A单晶片,HT48R05A单晶片为国内盛群(Holtek)所研发的8位元高抗杂讯、高抗静电、低功率CMOS制程,其为RISC架构的8位元微控制器。 HT48R05A总共有13支I/O接脚,本设计中用了8根I/O(PA0~PA7)来做D/A工作,3根I/O(PB0~PB2)来做波形的选择,为了简化程式,故每当改换波形时必须按重置键才会正确工作,HT48R05A单晶片的规格包括:
- ●工作电压:3.3V至5.5V
- ●工作频率:400K~8MHz
- ●可使用石英振荡及RC振荡源
- ●接脚包装:16 SSOP、18 DIP/SOP
- ●程式记忆体:0.5K×14
- ●资料记忆体:32×8
- ●拥有13支I/O接脚
- ●具有一组计时计数器、二层堆叠、内外中断功能
- ●看门狗计时器、省电模式与唤醒功能,压降侦测电路
采用最传统的R-2R电阻,可以不必在乎电阻的精确度,只要能有相同的比值即可,此外可使用6个200K的排阻来完成可收到最高的准确度。
DA=Vcc×(2×P67+(2×P66+(2×P65+(2×P64+(2×P63+(2×P62+(2×P61+(2×P60)))))))/512
利用HT48R05A的RC振荡模式中改变R值及C值来做频率的控制。 HT48R05A的工作频率Fcpu=1/R×C×0.46,程式执行一个LOOP需9×2个μC时基完成一个360度的波形需要64个Loop,故总频率与RC的关系值为Fwave=1/ R×C×530
利用简单的反相工作OP,可将DNA讯号及直流位准讯号加起来。利用可变电阻B的VR来做直流位准的调整而利用V的VR来做整体(DA位准及直流位准)的调整。
由于9V电池是电路设计使用的电源,故必须分压出中点(虚地)出来,于是利用多余的一个OP来分出中点电压来,此线路可收大电流输出又不耗电的优点。