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【摘要】本系统以一块STC12C5A60S2单片机为主控制器，辅以另一块同型号单片机，用于产生两路幅度、相位、频率、占空比等参量可预置的信号；通过加法器将双路信号进行叠加；经采样将信号送入MSP430单片机进行FFT快速傅氏变换运算，在频域内对波形信号的各个频率分量以及幅度等进行分析处理；通过单片机之间的串口通信将处理结果送回主控制器并通过LCD液晶进行结果显示。
【关键词】MSP430；STC12C5A60S2；FFT；频谱
信号发生器是一种常见的应用电子仪器设备，传统的信号发生器由硬件电路搭建而成，不能实现智能控制，这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制、生物医学、地震模拟机械振动等领域对信号源有更高的要求，因此，设计高性能、智能化的信号发生器成为人们研究的热点。
单片机是一种集成的电路芯片，它采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM等功能集成到一块硅片上构成一个小而完善的计算机系统。它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的具有优异的性能价格比，控制功能强，集成度高，体积小可靠性高低电压低功耗[1]。因此在各个领域中都得到了迅猛的发展，在智能仪表系统和办公共自动化等领域也得到广泛的应用，本文的双路低频信号发生及分析仪的设计就是基于单片机来实现的。
1.总体方案论证
双路低频信号发生及分析仪可分为模拟类和数字类两大类[2]。利用STC12C5-A60S2单片机作为主控芯片，先输出控制波形的数据存储在24C64内串口连接另一块STC12C5A60S2单片机作为从控器，由主控器控制同时输出两路波，并且编程通过数模转换器DAC0832实现正弦波、矩形波、三角波和锯齿波的输出该方案用到了FFT算法[3]。由于STC12C5A60S2单片机的RAM容量不够，且不能得到外扩的RAM，所以我们添加了FLASH容量较大的MSP430单片机来处理FFT算法，并且与STC12C5A60S2单片机进行串口通信。该方案对程序要求较高，但是硬件电路相对简单易于实现，且波形的稳定性较好，且特性容易实现程控。
根据设计目标，系统的基本电路主要包括电源模块、控制器模块、信号发生模块、按键选择模块、滤波模块、AD采样模块、电平转换模块、时钟模块、放大模块、信号叠加模块和显示模块等。系统结构图如图1所示。
MSP430是具有超低功耗的16位单片机，且内部嵌有60K的FLASH，支持汇编语言编程方式，完全有能力处理FFT算法，且单片机的超低功耗。采用STC12C5A60S2作为控制核心，加密性强，超强抗干扰，超低功耗，I/O驱动能力更强，内部集成可靠复位电路。利用STC12C5A60S2单片机编程通过数模转换器[4]AC0832实现正弦波、矩形波、三角波和锯齿波的输出，该方案对程序要求高，但是精度较高，对硬件电路要求简单易于实现。由于MSP430单片机和STC12C5A60S2单片机之间要进行串口通信，但是两种单片机的高低电平不匹配，所以要采用一个电平转换电路，原理是：利用过零比较器[4]将MSP430单片机的高低电平（0V~3V）转换为STC12C5A60S2单片机的高低电平(0V~5V)。128X64点阵LCD液晶显示，LCD液晶可轻松实现字母、汉字、图像等的显示，控制简单，由于我们需要显示的内容较多，所以采用此液晶显示。采用有源滤波电路，可使负载不影响滤波特性，为了产生稳定性高、噪声低的低频信号，我们选择有源带通滤波电路[2]，以达到较好的滤波效果。我们采用自制的基于稳压芯片LM317和LM337的线性稳压电源，输出正压范围：1.3V~18V可调，负压范围：-18V~1.3V可调，输出稳定，性价比高。
2.理论分析
本设计的频率分辨力为10Hz，这说明在进行FFT运算前必须通过调整采样频率（）和采样的点数（N），使其基波频率为10Hz。
【关键词】MSP430；STC12C5A60S2；FFT；频谱
信号发生器是一种常见的应用电子仪器设备，传统的信号发生器由硬件电路搭建而成，不能实现智能控制，这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制、生物医学、地震模拟机械振动等领域对信号源有更高的要求，因此，设计高性能、智能化的信号发生器成为人们研究的热点。
单片机是一种集成的电路芯片，它采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM等功能集成到一块硅片上构成一个小而完善的计算机系统。它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的具有优异的性能价格比，控制功能强，集成度高，体积小可靠性高低电压低功耗[1]。因此在各个领域中都得到了迅猛的发展，在智能仪表系统和办公共自动化等领域也得到广泛的应用，本文的双路低频信号发生及分析仪的设计就是基于单片机来实现的。
1.总体方案论证
双路低频信号发生及分析仪可分为模拟类和数字类两大类[2]。利用STC12C5-A60S2单片机作为主控芯片，先输出控制波形的数据存储在24C64内串口连接另一块STC12C5A60S2单片机作为从控器，由主控器控制同时输出两路波，并且编程通过数模转换器DAC0832实现正弦波、矩形波、三角波和锯齿波的输出该方案用到了FFT算法[3]。由于STC12C5A60S2单片机的RAM容量不够，且不能得到外扩的RAM，所以我们添加了FLASH容量较大的MSP430单片机来处理FFT算法，并且与STC12C5A60S2单片机进行串口通信。该方案对程序要求较高，但是硬件电路相对简单易于实现，且波形的稳定性较好，且特性容易实现程控。
根据设计目标，系统的基本电路主要包括电源模块、控制器模块、信号发生模块、按键选择模块、滤波模块、AD采样模块、电平转换模块、时钟模块、放大模块、信号叠加模块和显示模块等。系统结构图如图1所示。
MSP430是具有超低功耗的16位单片机，且内部嵌有60K的FLASH，支持汇编语言编程方式，完全有能力处理FFT算法，且单片机的超低功耗。采用STC12C5A60S2作为控制核心，加密性强，超强抗干扰，超低功耗，I/O驱动能力更强，内部集成可靠复位电路。利用STC12C5A60S2单片机编程通过数模转换器[4]AC0832实现正弦波、矩形波、三角波和锯齿波的输出，该方案对程序要求高，但是精度较高，对硬件电路要求简单易于实现。由于MSP430单片机和STC12C5A60S2单片机之间要进行串口通信，但是两种单片机的高低电平不匹配，所以要采用一个电平转换电路，原理是：利用过零比较器[4]将MSP430单片机的高低电平（0V~3V）转换为STC12C5A60S2单片机的高低电平(0V~5V)。128X64点阵LCD液晶显示，LCD液晶可轻松实现字母、汉字、图像等的显示，控制简单，由于我们需要显示的内容较多，所以采用此液晶显示。采用有源滤波电路，可使负载不影响滤波特性，为了产生稳定性高、噪声低的低频信号，我们选择有源带通滤波电路[2]，以达到较好的滤波效果。我们采用自制的基于稳压芯片LM317和LM337的线性稳压电源，输出正压范围：1.3V~18V可调，负压范围：-18V~1.3V可调，输出稳定，性价比高。
2.理论分析
本设计的频率分辨力为10Hz，这说明在进行FFT运算前必须通过调整采样频率（）和采样的点数（N），使其基波频率为10Hz。