基于51单片机的超低频信号发生器设计

单片机系统中应用十分普遍。利用E2PROM可以存入信号发生器的初始化状态表，单片机复位清零之后直接调用该表对系统进行初始化。AT24C64与单片机的连接电路如图4所示。

4 系统软件设计
软件程序是实现超低频信号发生器的核心，根据键盘输入参数准确地调节控制电平上、下限的数字电位器以及控制输入电压的DAC8532等，使信号发生器能够正常工作。软件流程如图5所示。

5 超低频信号的实现
对于方波和三角波的输出频率划分为4档输出。为了使4个档次的频率分布均匀，电阻的选择也很关键。通过计算，选择2 MΩ，75 kΩ，4 kΩ，310Ω。由公式：

可以算出4个档位满足的频率范围：电容C=10μF，该设计中Uo最大取值为10 V，Ui的最大取值为10 V，使得电路工作的Ui的最小取值为0．1 V，根据公式：

得出频率范围为0．125 mHz～80 Hz。
为了确保超低频信号波形稳定，重复性好，在波形的实现过程中要注意以下几点：
(1)模拟开关的使用。该系统最初使用模拟开关来控制4个频率档位，但是由于模拟开关的导通电阻和截止电阻，使模拟开关的闭合不是完全闭合，断开也不是完全断开，而且模拟开关的截止电阻不够大，因此4个模拟开关并联截止电阻就会更小，再与积分电阻并联就严重地影响了积分周期，从而影响了超低频信号的输出。最终改用继电器控制最低频率段，利用模拟开关控制剩余的三个频率段，这样低频信号输出稳定。
(2)输入信号不能过小。如果输入信号过小，使得信号与运放的失调电流、失调电压相当，那么输出信号的误差很大。
(3)积分电容的选择。超低频对于电容也有特定的要求，为了使信号稳定，该超低频信号发生器电容为聚四氟乙烯电容器，容值为10μF。由于电路板上的绝缘电阻不够大，积分电容不能直接焊在电路板，而是通过两根导线与运放相连。
(4)积分电阻的选择。电阻值过大，对于运放的要求太高，电阻值过小，无法产生超低频波形，因此选择了最大积分电阻为2 MΩ的金属电阻。
(5)运放的选择。超低频信号对运算放大器的要求很高，该系统选择OP37低失调电流、低失调电压的运算放大器。

6 结语
由单片机控制的超低频信号发生器，与现有采用计数器、只读存储器、D／A转换器和滤波器等组成的信号发生器相比，频率准确度和稳定度较高。该信号发生器产生的三种波形是电化学实验中常用的波形，且最低频率可达到0．125 mHz，这是电化学实验对于低频的要求，在医学和电化学研究方面具有广泛的应用前景。