低頻信號發(fā)生器設(shè)計論文

1、畢業(yè)設(shè)計報告（論文） 報告（論文）題目：基于單片機(jī)的低頻 信號發(fā)生器的設(shè)計 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專業(yè)： 電子信息工程 作者所在班級： b08212 作 者 姓 名 ： 高永斌 作 者 學(xué) 號 ： 20084021205 指導(dǎo)教師姓名： 韋雪潔 完 成 時 間 ： 2012 年 6 月 15 日 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 北華航天工業(yè)學(xué)院北華航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書（理工類）畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書（理工類） 學(xué)生姓名： 高永斌 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： b08212 學(xué) 號： 20084021205 指導(dǎo)教師： 韋雪潔 職 稱： 講師 完成時間： 2012.6

2、.15 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于單片機(jī)的低頻信號發(fā)生器的設(shè)計 縱向課題（ ） 理論研究（） 教師科研 課 題橫向課題（ ） 應(yīng)用研究（） 教師自擬課題（）應(yīng)用設(shè)計（） 題目來源 學(xué)生自擬課題（） 題目類型 其 他（） 注：請直 接在所屬 項目括號 內(nèi)打 “” 總體設(shè)計要求及技術(shù)要點： 基本設(shè)計要求： 1、設(shè)計一個基于 51 單片機(jī)的低頻信號發(fā)生器。其中包括波形選擇，電壓調(diào)節(jié)， 頻率調(diào)節(jié)等功能。 2、完成功能設(shè)計，完成 51 單片機(jī) c 語言程序設(shè)計。 3、利用 proteus 軟件實現(xiàn)功能仿真。 較高設(shè)計要求： 完成硬件電路的連接，功能調(diào)試。 設(shè)計要點： 1、設(shè)計一個基于 51 單片機(jī)的低

3、頻信號發(fā)生器； 2、完成電路設(shè)計，以及 proteus 實現(xiàn)仿真； 3、完成 51 單片機(jī) c 語言程序設(shè)計。 工作環(huán)境及技術(shù)條件： 計算機(jī)，51 單片機(jī) 時間進(jìn)度安排： 第七學(xué)期第六周 根據(jù)學(xué)生選擇情況，完成雙向選擇，下達(dá)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書； 第七學(xué)期六十五周 教師指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，撰寫開題報告，準(zhǔn)備外文譯文、文 獻(xiàn)綜述； 第七學(xué)期第十六周 論證學(xué)生的開題報告，確定能否開始畢業(yè)設(shè)計； 第八學(xué)期一十五周 學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，完成畢業(yè)設(shè)計所有文檔。答辯委員會驗 收； 第八學(xué)期第十六周 畢業(yè)設(shè)計答辯，評定成績，評選優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(論文)，匯總上 報； 第八學(xué)期第十七周 系、教研室進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計總結(jié)，匯總上報

4、教務(wù)處； 第八學(xué)期第十八周 畢業(yè)設(shè)計資料整理歸檔。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性及知識產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的低頻信號發(fā)生器的設(shè)計 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi) 容外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本 設(shè)計（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢 業(yè)設(shè)計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。 本畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北

5、華航天工業(yè)學(xué)院有 關(guān)畢業(yè)設(shè)計（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本。本人同 意北華航天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與 閱覽服務(wù)；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營利為目的 的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計（論文）的部分或全部內(nèi)容。 特此聲明 畢業(yè)設(shè)計（論文）作者： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 i 摘 要 本系統(tǒng)是基于 at89c51 單片機(jī)的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。采用 at89c51 單片機(jī)作 為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（dac0832） 、運放電路（lm358） 、按

6、鍵和 8 位數(shù)碼管等。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、三角波、正弦波等，同時用數(shù)碼管指示其對應(yīng) 的頻率，信號幅度和頻率都是可以按要求控制的。文中簡要介紹了 dac0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換 器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，at89c51 的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計電路有關(guān)的各種芯片。該 信號源的特點是：體積小、價格低廉、性能穩(wěn)定、實現(xiàn)方便、功能齊全。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 單片機(jī) 信號發(fā)生器 d/a 轉(zhuǎn)換器 運放電路 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 ii abstract the system is based on the at89c51single-chip digital low frequency signal generat

7、or. using at89c51 scm as the control core, the external use of digital / analog converting circuit( dac0832), amplifier circuit (lm358), keys and 8 digital tube. through the control button to generate square wave, triangle wave, sine wave and so on, at the same time, digital tube indicating the corr

8、esponding frequency, the signal amplitude and frequency can be controlled according to requirements. this paper briefly introduces the dac0832 converter structure principle and method of use, the basic theories of at89c51, as well as with the circuit design is related to a variety of chip. the signa

9、l source is characterized by: small volume, low price, stable performance, convenient, complete function. key words single chip computer signal generator the digital / analog converter amplifier circuit 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 iii 目 錄 第 1 章 緒論 .5 1.1 選題背景及其意義.5 1.2 單片機(jī)概述.5 1.3 信號發(fā)生器概述.6 1.4 研究題目及其意義.6 1.5 本論文主

10、要研究的內(nèi)容.7 第 2 章 信號發(fā)生器方案設(shè)計與選擇 .8 2.1 方案設(shè)計與選擇.8 2.2 設(shè)計原理簡介.8 2.3 設(shè)計功能.10 第 3 章 主要電路元器件介紹 .11 3.1 at89c51 單片機(jī)介紹 .11 3.1.1 單片機(jī)簡介 .11 3.1.2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述 .12 3.1.3 管腳功能說明 .12 3.2 dac0832 簡介 .13 3.2.1 dac0832 的介紹 .13 3.2.2 dac0832 的管腳功能 .13 3.2.3 dac0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能 .14 3.3 數(shù)碼顯示管.15 3.3.1 數(shù)碼管原理及分類 .15 3.3.2 數(shù)碼管的工作

11、方式 .16 3.4 lm358 簡介 .18 3.4.1lm358 的介紹 .18 3.4.2lm358 的特點 .19 第 4 章單元電路的硬件設(shè)計.20 4.1 總體硬件設(shè)計.20 4.2 單片機(jī)引腳分配.21 4.2 單片機(jī)外圍電路介紹.21 4.3.1 時鐘電路 .21 4.3.2 復(fù)位電路 .22 4.3.3 鍵盤接口電路 .23 4.3.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 .23 4.3.5 幅度控制電路 .24 4.3.6 led 顯示電路 .25 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 iv 第 5 章系統(tǒng)軟件設(shè)計.26 5.1 程序流程圖 .26 5.2 軟件整體設(shè)計 .26 5.3 程序模塊功能設(shè)計 .

12、27 5.3.1 系統(tǒng)初始化設(shè)計 .27 5.3.2 鍵盤掃描程序與處理程序設(shè)計 .27 5.3.3 正弦波的產(chǎn)生 .29 5.3.4 鋸齒波的產(chǎn)生 .30 5.3.5 方波的產(chǎn)生 .31 5.3.6 三角波的產(chǎn)生 .32 5.4 軟件仿真.33 第 6 章結(jié)論.34 致 謝 .35 參考文獻(xiàn) .36 附 錄 .37 主要原器件清單 .37 系統(tǒng)電路圖 .38 軟件程序 .39 1 基于單片機(jī)的低頻信號發(fā)生器的設(shè)計 第 1 章 緒論 1.1 選題背景及其意義 波形發(fā)生器也稱函數(shù)信號發(fā)生器，作為實驗信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設(shè)計 應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為

13、純硬件的搭接而 成，且波形種類有限，多為鋸齒波，正弦波，方波，三角波等波形。 信號發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而 成，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜 和體積大等缺點。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī) 械振動等領(lǐng)域常常要用到低頻信號源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿 意，而且由于低頻信號源所需的 rc 很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精 度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是致命的弱點。一旦工作需求功能有增加， 則電路復(fù)雜程度會大大增加。因此需要選擇其它的方法來解決

14、此類問題，我們想到了通 過單片機(jī)來實現(xiàn)所要求的功能，即采用單片機(jī) at89c51 還有數(shù)模轉(zhuǎn)換 dac0832、運算 放大器，此種方法硬件要求簡單，編程容易，同時能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能。 1.2 單片機(jī)概述 單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)3，是典型的嵌入式微控制器（microcontroller unit） ， 常用英文字母的縮寫 mcu 表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個 邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)， 和計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 i/o 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它 的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提

15、供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用 單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 cpu 的專用處理器發(fā) 展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 cpu 集成在一個芯片中，使計算機(jī)系 統(tǒng)更小，更容易集成復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 intel 的 z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，當(dāng)時的單片機(jī)都是 8 位或 4 位 的。其中最成功的是 intel 的 8031，此后在 8031 上發(fā)展出了 mcs51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。 因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。盡管 2000 年以后 arm 已經(jīng)發(fā)

16、展出了 32 位的主頻超過 300m 的高端單片機(jī)，直到目前基于 8031 的單片機(jī)還在廣泛的使用。在很 多方面單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實 2 上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器 的發(fā)展便分道揚鑣。 現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、 計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 1-2 部單片機(jī)。 汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時 工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 pc 機(jī)和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)

17、量還要多。 1.3 信號發(fā)生器概述 信號發(fā)生器可以構(gòu)成獨立的信號源1，也可以是高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀以 及自動檢測設(shè)備的組成部分。信號發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)是多種高性能儀器的支撐技術(shù)，因 為它能夠提供高質(zhì)量的精密信號源及掃頻源，可使相應(yīng)的系統(tǒng)檢測過程大大簡化，降低 檢測費用并且極大的提高了檢測精度。信號發(fā)生器的總體趨勢將向著高頻率覆蓋、高頻 率精度、多功能、多用途、自動化和智能化方向發(fā)展。目前，市場上的信號發(fā)生器多種 多樣，一般按照頻帶分為以下幾種：(1)超高頻：頻率范圍為 1mhz 以上，可達(dá)幾十兆 赫茲。(2)高頻：幾百 khz 到幾百 mhz。(3)低頻：頻率范圍為幾十 hz 到幾百 k

18、hz。(4)超低頻：頻率范圍為零點幾赫茲到幾百赫茲。超高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生波形一般 用 lc 振蕩電路。高頻、低頻和超低頻信號發(fā)生器，大多使用文氏橋振蕩電路，及 rc 振蕩電路，通過改變電阻和電容值來改變頻率。用以上原理設(shè)計的信號發(fā)生器，其輸出 波一般只有兩種，即正弦波和脈沖波，其零點不可調(diào)，而且價格比較貴，一般在幾百元 左右。在實際應(yīng)用中，超低頻和高頻波一般是不用的。采用單片機(jī) at89c51，加上一片 dac0832 就可以做成一個簡單的信號發(fā)生器，加上按鍵電路、顯示電路及放大電路， 就可以實現(xiàn)頻率幅值可調(diào)。這樣的信號發(fā)生器體積小，價格便宜，耗電少，頻率適中， 便于攜帶。 1.4 研究題目及

19、其意義 信號發(fā)生器是一種經(jīng)常使用的設(shè)備2，由純粹物理器件構(gòu)成的，傳統(tǒng)的設(shè)計方法存 在許多弊端，如：體積較大、重量較沉、移動不方便、信號失真較大、波形形狀調(diào)節(jié)過 于死板，無法滿足用戶對精度、便攜性、穩(wěn)定性等要求，研究設(shè)計出一種具有頻率穩(wěn)定、 準(zhǔn)確、波形質(zhì)量好、輸出頻率范圍寬、便攜性好等特點的波形發(fā)生器具有較好的市場前 景。以滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)π盘栐吹囊蟆?本次試驗實現(xiàn)利用單片機(jī) at89c51 和 8 位 d/a 轉(zhuǎn)換芯片 dac0832 共同實現(xiàn)方波、 鋸齒波、三角波、正弦波這四種常用波形的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計的要求，對各種波形的頻率 和幅度進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機(jī)的程序存儲器中。在程序

20、運行中，當(dāng) 接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生 3 程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運算放大器處理后，從信號發(fā)生器的輸出端口輸出。并且 可以通過數(shù)碼管和鍵盤顯示模塊，鍵盤可以實現(xiàn)對幾種波形的切換。 1.5 本論文主要研究的內(nèi)容 本設(shè)計采用 89c51 及其外圍擴(kuò)展系統(tǒng)，軟件方面主要是應(yīng)用 c 語言設(shè)計程序。系統(tǒng) 以 89c51 單片機(jī)為核心，配置相應(yīng)的外設(shè)及接口電路，用 c 語言開發(fā)，組成一個多功能 信號發(fā)生系統(tǒng)。同時，本系統(tǒng)中任何一部分電路模塊均可移植于實用開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計中， 電路設(shè)計具有實用性。 本設(shè)計將完成以下幾個方面的工作： （1）選芯片，盡量滿足

21、一般工業(yè)控制要求、以增強(qiáng)其實用性。 （2）原理圖設(shè)計在保證正確的前提下，盡量采用典型的電路設(shè)計。 （3）固化于單片機(jī)芯片中的軟件采用模塊設(shè)計，層次清楚，具有上電復(fù)位及初始化 功能，具有很好的軟件開發(fā)框架。 （4）掌握單片機(jī)仿真軟件 proteus7.0 的使用。為此，論文包括以下內(nèi)容： 一 緒論。主要介紹單片機(jī)發(fā)展概況和信號發(fā)生器的概述，為以后幾章的介紹奠定 基礎(chǔ)。 二 系統(tǒng)總體方案設(shè)計。本章主要考慮系統(tǒng)性能和功能。包括兩個主要內(nèi)容：總體 方案設(shè)計與設(shè)計的功能。其中總體設(shè)計方案包括考慮到多個符合條件的方案設(shè)計，并且 對這幾個方案進(jìn)行比較，包括性能，價格，實用性等，最終確定下最優(yōu)的設(shè)計方案。系

22、統(tǒng)設(shè)計功能包括設(shè)計所完成的基本功能。 三 系統(tǒng)各元器件的介紹。本章對電路中所使用的器件功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 四 系統(tǒng)硬件設(shè)計。本章對各功能模塊進(jìn)行了大體的介紹，更好的理解所設(shè)計的電路 圖，理解各功能模塊實現(xiàn)的功能。 五 系統(tǒng)軟件設(shè)計。對軟件設(shè)計部分作了詳細(xì)的介紹，各程序模塊的實現(xiàn)作了介紹。 六 結(jié)論。對設(shè)計進(jìn)行自我的總結(jié)。 4 第 2 章 信號發(fā)生器方案設(shè)計與選擇 信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、 波形信號、脈沖信號和隨機(jī)信號發(fā)生器等四大類。本文利用單片機(jī)構(gòu)造低頻信號發(fā)生器， 可產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，鋸齒波四種波形，再通過 d/a 轉(zhuǎn)換器 dac0

23、832 把數(shù)字 信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，經(jīng) lm358 放大輸出到示波器，與此同時外接 8 位 led 顯示輸出 信號的類型和頻率。 2.1 方案設(shè)計與選擇 信號發(fā)生器的設(shè)計方案可用多種方案來實現(xiàn)。在設(shè)計前對各種方案進(jìn)行比較得到最 優(yōu)的涉及方案： 采用軟硬件結(jié)合法，此波形發(fā)生器設(shè)計方法同時兼具軟硬件設(shè)計的優(yōu)勢：既具有純 硬件設(shè)計的快速、高性能，同時又具有軟件控制的靈活性、智能性。輔以鍵盤控制、led 顯示等電路，設(shè)計出智能型函數(shù)波形發(fā)生器，采用軟硬件結(jié)合的方法可以實現(xiàn)功能較全、 性能更優(yōu)的波形發(fā)生器，同時還可以擴(kuò)展波形發(fā)生器的功能，比如利用單片機(jī) at89c51 和 8 位 d/a 轉(zhuǎn)換芯片 da

24、c0832 共同實現(xiàn)正弦波、方波、三角波和鋸齒波這四種常見波 形的發(fā)生，并且可以接受外部按鍵來切換波形，調(diào)節(jié)頻率和幅值。 此方案利用單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較高的可靠性，系統(tǒng)的擴(kuò)展和系統(tǒng)的配置靈活 方便。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟硬件利用參數(shù)。單片機(jī)具 有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現(xiàn)，而且設(shè)計時間短，成本低，可靠性 高。因此選本方案作為設(shè)計的方案。 2.2 設(shè)計原理簡介 該信號發(fā)生器原理框圖如圖 2-1，總體原理為：利用 at89c51 單片機(jī)構(gòu)造低頻信號 發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，鋸齒波四種波形，通過 c 語言對單片機(jī)的編程 即可產(chǎn)生相應(yīng)的波形信號

25、，并可以通過鍵盤進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號頻率的控制，當(dāng) 輸出的數(shù)字信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬信號也就得到所需要的信號波形，通過運算放大器 的放大輸出波形，同時讓顯示器顯示輸出的波形信息。 5 at89c51 單片機(jī) dac0832復(fù)位鍵 鍵盤數(shù)碼管顯示 圖 2-1 信號發(fā)生器原理框圖 本方案其主要模塊包括復(fù)位電路、時鐘信號、鍵盤控制、d/a 轉(zhuǎn)化及 led 顯示。 其各個模塊的工作原理如下： （1）鍵盤模塊是用于控制信號輸入的類型頻率，當(dāng)按鍵按下時，可以通過單片機(jī)編 程讀取閉合的鍵號，實現(xiàn)相應(yīng)的信號輸出。其步驟主要是 a、判斷是否有鍵按下；b、去 抖動，延時 100ms 左右；c、識別被按下的鍵號

26、；d、處理，實現(xiàn)功能。 （2）復(fù)位電路是為單片機(jī)復(fù)位使用，使單片機(jī)接口初始化；89c51 等 cmos51 系 列單片機(jī)的復(fù)位引腳 ret 是施密特觸發(fā)輸入腳，內(nèi)部有一個上拉低電阻，當(dāng)振蕩器起 振以后，在 rst 引腳上輸出 2 個機(jī)械周期以上的高電平，器件便進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)開始， 此時 ale、psen、p0、p1、p2、p4 輸出高電平，rst 上輸入返回低電平以后，便退 出復(fù)位狀態(tài)開始工作。該方案采用的是人工開關(guān)復(fù)位，在系統(tǒng)運行時，按一下開關(guān)，就 在 rst 端出現(xiàn)一段高電平，使器件復(fù)位。 （3）d/a 轉(zhuǎn)換也稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換，是把數(shù)字量變換成模擬量的線性電路。單片機(jī)產(chǎn) 生的數(shù)字信號通過 dac

27、0832 轉(zhuǎn)化成模擬信號，輸出相應(yīng)的電流值，通過 lm358 集成運 算放大器可以取出模擬量的電壓值，最后利用示波器獲得輸出的模擬信號的波形；衡量 數(shù)模轉(zhuǎn)換的性能指標(biāo)有分辨率、轉(zhuǎn)換時間、精度、線性度等。 （4）時鐘信號是產(chǎn)生單片機(jī)工作的時鐘信號，控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏，可以通過 提高時鐘頻率來提高 cpu 的速度。89c51 內(nèi)部有一個可控的反相放大器，引腳 xtal1、xtal2 為反相放大器輸入端和輸出端，在 xtal1、xtal2 上外接 12mhz 晶振和 30pf 電容便組成振蕩器。時鐘信號常用于 cpu 定時和計數(shù)。 （5）led 顯示器用由若干個發(fā)光二極管按一定的規(guī)律排列而成，是

28、一種能夠?qū)㈦?能轉(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光用于與顯示相關(guān)輸出波 形的信息，包括信號的類型和頻率。 6 2.3 設(shè)計功能 (1) 按鍵 gw、sw、bw、qw、ww 分別控制信號頻率的個位、十位、百位、千位、萬位 按鍵 bx 控制波形的轉(zhuǎn)換選擇 按鍵 zkbz、zkbj 分別控制方波占空比的加減 按鍵 fw 控制電路的復(fù)位 滑動變阻器控制輸出電壓大小，控制波形的幅度 （2）本方案輸出利用 8 位 led 顯示器，該顯示器為共陰極，輸入段選碼低電平有效， 用于顯示輸出信號的類型和頻率，如 1khz 正弦波，顯示為 1.01000。根據(jù)設(shè)計要求，我 們在系統(tǒng)啟動時，還要在

29、 led 中顯示“年級-專業(yè).學(xué)號”2 秒鐘，即顯示“08-212.05” 。 （3）利用 dac0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，并通過集成運算放大器將信號 放大，輸出信號能夠在 proteus 軟件中的示波器中顯示。 （4）信號頻率范圍要求：11khz。 （5）輸出信號幅度：05v。 7 第 3 章 主要電路元器件介紹 3.1 at89c51 單片機(jī)介紹 3.1.1 單片機(jī)簡介 at89c51 是一種帶 4k 字節(jié) flash 存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能 cmos 8 位微處理器

30、，俗稱單片機(jī)5。 at89c2051 是一種帶 2k 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除 只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制 造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存 儲器組合在單個芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器，at89c2051 是它的 一種精簡版本。at89c 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 at89c51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部 ram，32 個 i/o

31、口線，兩個 16 位定時/計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，at89c51 可降至 0hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種 軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 cpu 的工作，但允許 ram，定時/計數(shù)器，串 行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁 止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。其外形及引腳排列如圖 3-1 所示。 圖 3-1 at89c51 引腳圖 8 3.1.2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述 典型的 mcs-51 單片機(jī)芯片集成了以下幾個基本組成部分。 1 一個 8 位的 cpu 2 128b 或

32、256b 單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ram） 3 4kb 或 8kb 片內(nèi)程序存儲器（rom 或 eprom） 4 4 個 8 位并行 i/o 接口 p0p3。 5 兩個定時/計數(shù)器。 6 5 個中斷源的中斷管理控制系統(tǒng)。 7 一個全雙工串行 i/o 口 uart（通用異步接收、發(fā)送器） 8 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。 3.1.3 管腳功能說明 vcc：電源，接+5v gnd：接地 p0 口：是一個 8 位漏極開路輸出型雙向 i/o 端口。作為輸出端口時，每位能以吸 收電流的方式驅(qū)動 8 個 ttl 輸入，對端口寫 1 時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部 程序或數(shù)據(jù)存儲器時，它是時分多路轉(zhuǎn)換的地

33、址（低 8 位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間將激 活內(nèi)部的上拉電阻。 p1 口：p1 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 端口。p1 口的輸出緩沖器 可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4 個 ttl 輸入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把 端口拉到高 電位，這時可作輸入口。p2 口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那 些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 p2 口：p2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 端口。p2 口的輸出緩沖器 可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4 個 ttl 輸入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把 端口拉到高電位，這時可作輸入口。p2 口作輸入口使

34、用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些 被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器時和 16 位外部地址的 外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 movx dptr）時，p2 口送出高 8 位地址。在訪問 8 位地 址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 movx ri）時，p2 口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器 (sfr)區(qū)中的 p2 寄存器的內(nèi)容） ，在整個訪問期間不會改變。 p3 口：p3 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 端口。p3 口的輸出緩沖器 可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4 個 ttl 輸入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把 端口拉到高電位，這時可作輸入口。p3 口作輸入口使用時

35、，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些 9 被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流 rst：復(fù)位輸入。晶振工作時，rst 腳將持續(xù) 2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計時完成后，rst 腳輸出 96 個晶振周期的 高電平。特殊寄存器 auxr(地址 8eh)上的 disrto 位可以使此功能無效。disrto 默 認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ale/：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地 prog 址的輸出脈沖。在 flash 編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況 prog 下，ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時器或時鐘使用。 然而

36、，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale 脈沖將會跳過。如果需要，通過 將地址為 8eh 的 sfr 的第 0 位置 “1” ，ale 操作將無效。這一位置 “1” ，ale 僅在 執(zhí)行 movx 或 movc 指令時有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個 ale 使能標(biāo)志位 （地址為 8eh 的 sfr 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 ：外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) psenpsen at89c51 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在 psen 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。 psen /vpp：訪問外部

37、程序存儲器控制信號。必須接 gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指 eaea 令，應(yīng)該接 vcc。在 flash 編程期間，也接收 12 伏 vpp 電壓。 eaea xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。 3.2 dac0832 簡介 3.2.1 dac0832 的介紹 dac0832 是采樣頻率為八位的 d/a 轉(zhuǎn)換芯片6，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使 dac0832 芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如 要求多路 d/a 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛, d/a 轉(zhuǎn)換器由 8 位 輸入鎖存器

38、、8 位 dac 寄存器、8 位 d/a 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。d/a 轉(zhuǎn)換結(jié)果 采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放 大器實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過 rfb 端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。dac0832 邏 輯輸入滿足 ttl 電平，可直接與 ttl 電路或微機(jī)電路連接。 3.2.2 dac0832 的管腳功能 d0d7：8 位數(shù)據(jù)輸入線，ttl 電平，有效時間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會 出錯)； 10 ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； cs：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器） ，低電平有效； wr1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入

39、線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 ile、cs、wr1 的邏輯組合產(chǎn)生 le1，當(dāng) le1 為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù) 線變換，le1 的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存； xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有 效； wr2：dac 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 wr1、xfer 的邏輯組合產(chǎn)生 le2，當(dāng) le2 為高電平時，dac 寄存器的輸出隨寄存器的 輸入而變化，le2 的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 dac 寄存器并開始 d/a 轉(zhuǎn)換。 iout1：電流輸出端 1，其值隨 dac 寄存器的內(nèi)容線性

40、變化； iout2：電流輸出端 2，其值與 iout1 值之和為一常數(shù)； rfb：反饋信號輸入線，改變 rfb 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； vcc：電源輸入端，vcc 的范圍為+5v+15v； vref：基準(zhǔn)電壓輸入線，vref 的范圍為-10v+10v； agnd：模擬信號地 dgnd：數(shù)字信號地 3.2.3 dac0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能 dac0832 中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器8，它的鎖存信號為 ile；第二級鎖存器稱為 dac 寄存器，它的鎖存信號為傳輸控制信號xfer。因為有兩 級鎖存器，dac0832 可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號的同時采集下一

41、個數(shù) 字量，這樣能有效地提高轉(zhuǎn)換速度。此外，兩級鎖存器還可以在多個 d/a 轉(zhuǎn)換器同時工 作時，利用第二級鎖存信號來實現(xiàn)多個轉(zhuǎn)換器同步輸出。dac0832 邏輯框圖和引腳排列 如圖 3-2 所示 圖 3-2 dac0832 邏輯框圖和引腳排列 11 圖 3.2.1 中 le 為高電平、cs和 1 wr 為低電平時， 1 le 為高電平，輸入寄存器的輸 出跟隨輸入而變化；此后，當(dāng) 1 wr 由低變高時， 1 le 為低電平，資料被鎖存到輸入寄存 器中，這時的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入資料的變化而變化。對第二級鎖存器來 說，xfer和 2 wr 同時為低電平時， 2 le 為高電平，dac 寄

42、存器的輸出跟隨其輸入而變 化；此后，當(dāng) 2 wr 由低變高時， 2 le 變?yōu)榈碗娖剑瑢⑤斎爰拇嫫鞯馁Y料鎖存到 dac 寄 存器中。 3.3 數(shù)碼顯示管 3.3.1 數(shù)碼管原理及分類 led 發(fā)光器件一般常用的有兩類：數(shù)碼管和點陣。常用的數(shù)碼管一般為 8 字型數(shù)碼 管，分為 a、b、c、d、e、f、g、dp 八段，其中 dp 為小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有 10 根管腳，每一段有一個管腳，另外兩根管腳為一個數(shù)碼管的公共端。從尺寸上分，led 數(shù)碼管的種類很多，常用的有 0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、5.0 等。 一般小于 1.0 的為單管芯，1.21

43、.5 為雙管芯，1.8 以上的為 3 個以上管芯，因而它們的 供電電壓要求不同，一般每個管芯的壓降為 2.1v 左右。通常，0.8 以下采用 5v 供電， 1.02.3 采用 12v 供電，3.0 以上的選擇更高電壓供電。從電路上分，數(shù)碼管又可分為共 陰極和共陽極兩種。結(jié)構(gòu)分別如圖 3-3，3-4 所示。 圖 3-3 共陰極圖 圖 3-4 共陽極圖 圖 3-5 管腳圖 其中：圖 3-5 為管腳圖，從 ag 管腳輸入不同的字段碼，可顯示不同的數(shù)字或字符 （其字形碼見表 3-1） ?？梢姽碴帢O和共陽極的字段碼互為反碼 。 12 表 3-1 字段碼表 顯示字符共陰極字碼段共陽極字碼段顯示字符共陰極字

44、碼段共陽極字碼段 03fhc0hc39hc6h 106hf9hd5eha1h 25bha4he79h86h 34fhb0hf71h8eh 466h99hp73h8ch 56dh92hu3ehc1h 67dh82ht31hceh 707hf8hy6eh91h 87fh80hl38hc7h 96fh90h8ffh00h a77h88h “滅” 00ffh b7ch83h 3.3.2 數(shù)碼管的工作方式 顯示器的工作方式分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。 靜態(tài)顯示方式就是顯示器在顯示一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止， 例如 a、b、c、d、e、f 導(dǎo)通，g 截止時顯示“0” ，這種使顯示

45、器顯示字符的字形數(shù)據(jù)常 稱為段數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示方式的每一個七段顯示器，需要由一個 8 位并行口控制。優(yōu)點是 顯示穩(wěn)定，提高了工作效率，缺點是位數(shù)較多時顯示口隨之增加。 動態(tài)顯示方式是一位一位的輪流點亮各位顯示器，對于每一位顯示器來說，每隔一 段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有 關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)可以實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示，如顯示器的位數(shù)不大于 8 位， 則控制顯示器公共極的電位只需要一個 8 位口（位數(shù)據(jù)口） ，控制字形也需要一個 8 位 口（段數(shù)據(jù)口） 。 1led 靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示方式，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地

46、導(dǎo) 通或截止。靜態(tài)顯示時，較小的電流能得到較高的亮度。這是由于顯示器的各位相互獨 立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字 符為止（如圖 3-6 所示） 。當(dāng)顯示器位數(shù)很少（僅一、二位）時，采用靜態(tài)顯示方式是合 適的。當(dāng)位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的 i/o 口太多，占用太多的硬件資源。故在位數(shù) 較多時往往采用動態(tài)顯示方式。 13 led 靜態(tài)顯示時，其公共端直接接地（共陰極）或接電源（共陽極） ，各段選線分 別與 i/o 口線相連。要顯示字符，直接在 i/o 線上輸出相應(yīng)的字段碼。 a b c d e f g dp i/o(1) a b c d e f g

47、dp i/o(2) a b c d e f g dp i/o(1) a b c d e f g dp i/o(2) 圖 3-6 led 靜態(tài)顯示 2led 動態(tài)顯示方式 led 動態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的段選線并接在一起，用一個 i/o 口控制，公共端 不是直接接地（共陰極）或電源（共陽極） ，而是通過相應(yīng)的 i/o 口線控制。如圖 3-7 所 示。 d3d2d1d0 i/o(1) i/o(2) d3d2d1d0 i/o(1) i/o(2) 圖 3-7 led 動態(tài)掃描 設(shè)數(shù)碼管為共陽極，它的工作過程為：第一步使右邊第一個數(shù)碼管的公共端 d0 為 1，其余的數(shù)碼管的公共端為 0。同時在 i/o

48、（1）上送右邊第一個數(shù)碼管的字段碼，這時， 只有右邊第一個數(shù)碼管顯示，其余不顯示；第二步使右邊第二個數(shù)碼管的公共端 d1 為 14 1，其余的數(shù)碼管的公共端為 0，同時在 i/o（1）上送右邊第二個數(shù)碼管的字段碼。這時， 只有右邊第二個數(shù)碼管顯示，其余不顯示，依此類推，直到最后一個，這樣四個數(shù)碼管 輪流顯示相應(yīng)的信息，一個循環(huán)完后，下一循環(huán)又這樣輪流顯示，從計算機(jī)的角度看是 一個一個的顯示，但由于人的視覺滯留，只要循環(huán)的周期足夠快，看起來所有的數(shù)碼管 都是一起顯示的了。這就是動態(tài)顯示的原理。而這個循環(huán)周期對于計算機(jī)來說很容易實 現(xiàn)。所以在單片機(jī)中經(jīng)常用到動態(tài)顯示。 四、led 顯示器與單片機(jī)的

49、接口 led 顯示器從譯碼方式上有硬件譯碼方式和軟件譯碼方式；從顯示方式上有靜態(tài)顯 示方式和動態(tài)顯示方式，在使用時可以把它們組合起來。在實際應(yīng)用時，如果數(shù)碼管個 數(shù)較少，通常用硬件譯碼靜態(tài)顯示，在數(shù)碼管個數(shù)較多時，則通常用軟件譯碼動態(tài)顯示。 3.4 lm358 簡介 3.4.1lm358 的介紹 lm358 是常用的雙運放,這里我們介紹一下它的一些資料。 簡介: lm358 里面包括有兩個高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運放， 適用于 電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、 直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。lm358 內(nèi)部包括有

50、兩 個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源 使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它 的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、dc 增益 部件和 其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。lm358 的封裝形式有塑封 8 引線雙 列直插式和貼片式。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 3-8 所示。 15 圖 3-8 lm358 引腳結(jié)構(gòu)圖 3.4.2lm358 的特點 . 內(nèi)部頻率補償 . 低輸入偏流 . 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 . 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 . 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 . 直流

51、電壓增益高(約 100db) . 單位增益頻帶寬(約 1mhz) . 電源電壓范圍寬：單電源(330v)； . 雙電源(1.5 15v) . 低功耗電流，適合于電池供電 . 輸出電壓擺幅大(0 至 vcc-1.5v) 16 第 4 章單元電路的硬件設(shè)計 4.1 總體硬件設(shè)計 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的 功能單元（如 rom、i/o、定時/計數(shù)器等）容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片 外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計適當(dāng)?shù)碾娐?。二是系統(tǒng)配置，即按照功能要求配置 外圍設(shè)備如顯示器、d/a 轉(zhuǎn)換等，要設(shè)計合適的電路。系統(tǒng)的擴(kuò)展和模塊設(shè)計應(yīng)遵循下 列原

52、則： (1)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，提高設(shè)計的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。 (2)系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求。 (3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)果與軟件方案會產(chǎn)生相互影響， 考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意， 由軟件實現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時間要比直接用硬件響應(yīng)來的長，而且占用 cpu 時間。 所以，選擇軟件方案時，要考慮到這些因素12。 (4)可靠性及抗干擾性設(shè)計是硬件系統(tǒng)設(shè)計不可缺少的部分，它包括芯片、器件選擇， 去耦濾波等。 (5)單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力。驅(qū)動能力不足時，系統(tǒng)

53、工作不可 靠，解決的辦法是增加驅(qū)動能力，增設(shè)線驅(qū)動器或減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。 (6)系統(tǒng)的擴(kuò)展及各功能模塊的設(shè)計在滿足系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地， 以備將來修改、擴(kuò)展之需。 (7)在考慮硬件總體結(jié)構(gòu)的同時要注意通用性的問題。 17 根據(jù)以上原則，進(jìn)行硬件設(shè)計。系統(tǒng)采用較為普及的 89c51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的 核心。它不但容易實現(xiàn)設(shè)計指標(biāo)，而且還有較好的性價比。 (1)程序存貯器 89c51 內(nèi)部自帶 8k 的 rom，512b 的 ram，所以不需要對其擴(kuò)展存儲器。 (2)鍵盤接口 矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，系統(tǒng)采用了行列式鍵盤設(shè)計即矩陣鍵盤， 用 i/o 線組成行、

54、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上，24 的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成 8 個鍵的 鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省 i/o 線。按鍵的識別方法有兩種，一種為掃 描法，另一種為線反轉(zhuǎn)法。此設(shè)計采用了行列式及與之相適應(yīng)的行列掃描法。 (3)數(shù)碼管驅(qū)動 本設(shè)計實現(xiàn)了 89c51 的 i/o 口對 24 鍵盤和 8 位數(shù)碼管顯示的控制。 (4)d/a 轉(zhuǎn)換 本設(shè)計 d/a 轉(zhuǎn)換部分采用 dac0832 芯片. (5)信號變換部分 對信號的變換部分采用四運放集成芯片 lm358，它采用 8 腳雙列直插塑料封裝，它 的內(nèi)部包含兩組形式完全相同的運算放大器。 (6)可靠性方面 在使用應(yīng)用系統(tǒng)時，可能會受到多種干擾的

55、侵襲，直接影響到系統(tǒng)的可靠性，因此， 本系統(tǒng)適當(dāng)加入去耦電容，以減少干擾，確保精度。 4.2 單片機(jī)引腳分配 xtal1、xtal2：外接電路，產(chǎn)生時鐘信號； rst：外接復(fù)位電路； p0：外接數(shù)模轉(zhuǎn)換與放大電路，波形信號輸出； p1：外接矩陣鍵盤； p2：led 顯示器段選碼； p3：led 顯示器位選碼； 信號幅度調(diào)節(jié)由 dac0832 的 vref 接口控制。 4.2 單片機(jī)外圍電路介紹 4.3.1 時鐘電路 at89c51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 xtal1 和 xtal2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶休 18 或陶瓷

56、諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 4-1。 外接石英晶體(或陶瓷振器)及電容 c1, c2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電 路。對外接電容 c1, c2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻 率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里選擇使用石英晶 休，我們的電容使用 30pf。如使用陶瓷諧振器的話，應(yīng)選擇 40pf 士 10pf 的容值的電容。 也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路的情況時，外部時鐘脈沖接到 xtal1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2 則懸空。 圖 4-1 時鐘振蕩電路 4.3.2 復(fù)位電路 當(dāng) mcs-5l

57、系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 rst(全稱 reset)出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期以上的高電 平時，根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片 機(jī)自動復(fù)位，并且在單片機(jī)運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電 容 c3 的充電和反相門的作用，使 rst 持續(xù)一段時間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運行當(dāng)中 時，按下復(fù)位鍵 k 后松開，也能使 rst 為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù) 位的操作。 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器 pc0000h， 這表明程序從 000

58、0h 地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，片內(nèi) ram 為隨機(jī)值，運行 中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) ram 區(qū)中的內(nèi)容，21 個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定 值,復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51 單片 機(jī)的復(fù)位是由 reset 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24 個振蕩周期后，51 單 片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 reset 引腳轉(zhuǎn)為低電 平后，才檢查 ea 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若 為低電平便會執(zhí)行外部程序。51 單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置 為特定的值，至于內(nèi)

59、部 ram 內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。 19 圖 4-2 復(fù)位電路 4.3.3 鍵盤接口電路 本系統(tǒng)鍵盤結(jié)構(gòu)如圖 4-3 示。 圖 4-3 系統(tǒng)鍵盤實現(xiàn) 工作原理如下： 1檢測鍵盤上是否有鍵按下：將行線送入低電平，列線送入高電平。讀入 p1 口的 狀態(tài)來判別。其具體過程如下：p1 口輸出 0fh，即所有行線置成高電平，所有列線置成 低電平，然后將 p1 口狀態(tài)讀入與 0fh 比較。如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉 20 至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為 1。 2識別鍵盤中哪一個鍵按下：確認(rèn)有鍵按下后，保存行掃描時有鍵按下時的狀態(tài) x 。p1 口輸出 f0h，進(jìn)行列掃描，保存列掃描狀態(tài) y，取出鍵值

60、 z=x|y.例如第一行第一 列有鍵按下，那么行掃描讀入的狀態(tài)為 00001110，列掃描讀入的狀態(tài)為 11100000，最后 鍵值 z=11101110=eeh，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)程序。 4.3.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 由于單片機(jī)產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模 擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有 8 位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn) 換器 dac0832。連接電路如圖 4-4 所示。dac0832 主要由 8 位輸入寄存器、8 位 dac 寄存器、8 位 d/a 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上，dac0832 輸出的電 量也不是真正能連續(xù)可調(diào)