多功能信號發(fā)生器的設(shè)計

1、 學(xué)號學(xué)號： 1144000011440000 常常 州州 大大 學(xué)學(xué) 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計（論論文文）（2015屆）屆）題題 目目 多功能信號發(fā)生器的設(shè)計多功能信號發(fā)生器的設(shè)計 學(xué)學(xué) 生生 XXX 學(xué)學(xué) 院院 信息科學(xué)與工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 班班 級級 電子電子 115 校內(nèi)指導(dǎo)教師校內(nèi)指導(dǎo)教師 何寶祥何寶祥 專業(yè)技術(shù)職務(wù)專業(yè)技術(shù)職務(wù) 教教 授授 二二一五年六月一五年六月多功能信號發(fā)生器的設(shè)計多功能信號發(fā)生器的設(shè)計摘要：摘要：信號發(fā)生器在通信、教學(xué)、測量等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，是信號仿真實驗中不可缺少的重要工具。本文通過分析現(xiàn)有多功能信號發(fā)生器的工作原理，根據(jù)提供的參數(shù)要求，決定采

2、用DDS技術(shù)，以Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機為主控機，且以DDS芯片AD9854作為系統(tǒng)信號產(chǎn)生的關(guān)鍵器件，設(shè)計出了一種輸出頻率高、分辨率高、低功耗、能產(chǎn)生多種波形的多功能信號發(fā)生器。其中相關(guān)軟件的設(shè)計使用C語言來完成。關(guān)鍵詞：信號發(fā)生器，DDS技術(shù)， AD9854，AT89S52 Design of multi-function generatorAbstract：Signal generator is widely used in communication, teaching, measurement and so on. It is an important tool in

3、 signal simulation experiment.In this paper, through the analysis of the working principle of the existing multi function signal generator, according to the requirements of the parameters provided by, decided to use DDS technology, MCU AT89S52 of ATMEL company produces as the master machine and DDS

4、chip AD9854 as signal system to produce the key devices, design a high output frequency, high resolution, low power consumption, produce a variety of waveforms of multifunctional signal generator. The design of the relevant software using C language to complete.Key Word: Signal Generating， DDS, AD98

5、54, AT89S52目目 錄錄摘 要-IAbstract-1 緒論-11.1 信號發(fā)生器的發(fā)展和現(xiàn)狀-21.2 信號發(fā)生器研究背景及其意義-22 信號發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計-32.1 方案的原理、特點與選擇依據(jù)- 32.2 系統(tǒng)總體設(shè)計-42.2.1 鍵盤輸入方案論證-52.2.2 顯示方案論證-53 系統(tǒng)硬件設(shè)計-63.1 單片機最小系統(tǒng)-63.1.1 最小系統(tǒng)的構(gòu)成特點-63.1.2 AT89S52 的晶振及其連接方法-63.2 AT89S52 與 AD9854 的接口-83.3 鍵盤電路原理-113.3.1 獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)的工作原理及接口-113.3.2 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)的工作原理-123.4

6、液晶顯示電路-133.5 幅度調(diào)節(jié)電路-144 系統(tǒng)的軟件設(shè)計-164.1 軟件總體設(shè)計-164.2 主程序模塊-164.3 信號產(chǎn)生軟件的設(shè)計-184.4 人機交互模塊設(shè)計-204.4.1 鍵盤程序設(shè)計-204.4.2 顯示程序設(shè)計-235 系統(tǒng)仿真和分析-266 系統(tǒng)調(diào)試-286.1 硬件調(diào)試-286.2 軟件調(diào)試-287 實驗數(shù)據(jù)和元器件清單-307.1 實驗數(shù)據(jù)及分析-307.2 實際波形與失真度分析-317.3 實物制作-328 總結(jié)-34參考文獻-35致謝-36附錄-37常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)01 緒論緒論1.1 信號發(fā)生器的發(fā)展信號發(fā)生器的發(fā)展在今天，隨著新材料技術(shù)和集成

7、電路（integrated circuit）制造技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多體積小，性能優(yōu)異的新型信號發(fā)生器。而面向控制是信號發(fā)生器的最大特點。新型信號發(fā)生器的優(yōu)點很多，如低功耗、體積小巧、計算和轉(zhuǎn)換的速度快，價格低廉等。而信號發(fā)生器作為工程技術(shù)學(xué)科必備的裝置，它的快速發(fā)展，對于工程技術(shù)學(xué)科有了很大的推進作用。在以下四個方面體現(xiàn)了信號發(fā)生器的發(fā)展：（1) CPU 功能增強CPU 在精度和運算速度的有了很大的提升。而為了提高精度和運算速度，信號發(fā)生器通常采用 16 位或 32 位的字長的 CPU 到和布爾處理機。例如 HDX801和 DG400 等性能優(yōu)異的信號發(fā)生器。（2）內(nèi)部資源增多隨著制造水平的

8、提高，在相同體積的情況下，能夠在內(nèi)部添加更多的資源?？梢允褂脙?nèi)部的串并行 I/O 接口來與外部裝置通信，使用內(nèi)置的定時器/計數(shù)器來產(chǎn)生中斷功能，并且自帶掉電保護和系統(tǒng)故障檢測功能。而信號發(fā)生器的容量也得到了提高，RAM 可達 1KB，ROM 也達到了 32KB，能夠進行更大數(shù)據(jù)量的計算。為了能轉(zhuǎn)換模擬信號和數(shù)字信號，通常還內(nèi)置 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)化器。（3）引腳的多功能化由于芯片內(nèi)置功能的不斷增加，為了使用這些功能，必須增加芯片的引腳數(shù)量。例如：當(dāng)信號發(fā)生器尋址為 1MB 大小時，必須使用 8 條數(shù)據(jù)線和 20 條地址線才能完成2。但是芯片的引腳太多會使得制造成本和制造難度大大提高，也增大

9、了芯片的體積，不利于單片機使用的靈活性。為了在不影響芯片功能的前提下，可以采用一腳多用的方案來減少引腳的數(shù)量。（4）低電壓和低功耗常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)1在實際應(yīng)用中，為了節(jié)約能源，或者條件所限，信號發(fā)生器必須能夠在較低的電壓環(huán)境下工作。同時滿足低功耗的設(shè)計要求。為了達到這個目的，通常使用互補金屬氧化物工藝。1.2 信號發(fā)生器研究背景及其意義信號發(fā)生器研究背景及其意義信號發(fā)生器的技術(shù)發(fā)展到今天,其中的關(guān)鍵技術(shù)仍然被國外的幾家大公司所掌握,如日本的 Tektronix、Agilent 、橫河等。美國的 FLUKE 公司生產(chǎn)的FLUKE-25 函數(shù)信號發(fā)生器性能強大，所產(chǎn)生的正弦波和三角波

10、失真度小，最高可達 5MHZ 的頻率，幅值也能達到 10Vpp3。國內(nèi)信號發(fā)生器的起步比較晚，但隨著技術(shù)的積累和進步，已經(jīng)能夠逐漸達到國際平均水平。如中國電子科技集團公司的 AV1445 通信矢量信號發(fā)生器、固緯電子公司的 SFG-2110 數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器在科學(xué)研究和生產(chǎn)生活領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，例如在廣播、通信、電視系統(tǒng)中，都需要射頻發(fā)射。通過載波，把低頻的音頻或脈沖信號發(fā)射出去，就需要高頻的振蕩器。而在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如熔煉、淬火、核磁共振、超聲診斷等，都需要頻率或低或高、功率或小或大的振蕩器。隨著我國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的快速發(fā)展，對測試手段和測試儀器也有了更大的

11、要求，而開發(fā)在測試環(huán)節(jié)中占用重要地位的信號發(fā)生器，具有十分重要的意義。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)22. .信號發(fā)生器總體設(shè)計信號發(fā)生器總體設(shè)計2.1 方案的原理、特點與選擇依據(jù)方案的原理、特點與選擇依據(jù)方案一：通過鎖相頻合成的辦法,全部使用硬件電路來實現(xiàn)。使用 IC145152 芯片來搭建鎖相電路，此電路可以輸出穩(wěn)定性很好的正弦波，再連接過零比較器，將正弦波轉(zhuǎn)換成方波，通過積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。該方案具有較高的成本,且會產(chǎn)生過多的雜散分量,難以達到較高的頻譜純度。設(shè)計也更加復(fù)雜一點，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)制造，不易實現(xiàn)。但此方法的最大優(yōu)勢在于,運行的速度較高,適用于需要高速運算的應(yīng)用場景。方案

12、二：使用波形產(chǎn)生芯片 MAX038 來直接生成波形.優(yōu)點:頻率范圍從 0.1Hz 到 20MHz,最高可達 40MHz。調(diào)節(jié)占空比時不會影響頻率,反之亦然,且占空比調(diào)節(jié)范圍大。本方案波形失真小，精確度高，功耗低。缺點：此方案成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。方案三：通過 51 單片機來控制 DAC 芯片，從而輸出波形。這個方案中，可以使用編程的方法來改變波形的幅度和頻率。此方案產(chǎn)生的波形十分穩(wěn)定，且具有較高的精確度，電路的元器件也很少，成本較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。但電路產(chǎn)生波形的分辨率不太理想，頻率十分有限。流程圖如 2-1 所示。圖圖 2-12-1 5151 單片機作為發(fā)生裝置單片機作為發(fā)生裝置按鍵

13、復(fù)位89C51D/A 轉(zhuǎn)換波形輸出常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)3方案四：通過采用 AT89S52 單片機，AD9854（DDS）和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換技術(shù)來實現(xiàn)目標(biāo)。AD9854 作為 DDS 芯片用以產(chǎn)生波形。通過鍵盤輸入模塊，可以通過簡單的并行或串行通信接口與單片機轉(zhuǎn)換為芯片頻率相位控制字，可以方便的調(diào)節(jié)信號的頻率。AD7520 芯片在 AT89S52 單片機的控制下調(diào)整信號幅度。通過采用 AD9854 芯片，由于它相對高的穩(wěn)定性和非線性失真的較小，所以所產(chǎn)生的波動是比較小的。波形的產(chǎn)生過程由單片機實現(xiàn)。所以理論上我們可以寫一個程序來生成任意波形。該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，而且它具有一定的理

14、論和實踐價值。流程圖如 2-2 所示。圖圖 2-22-2 總體模塊設(shè)計總體模塊設(shè)計方案的確定：方案三的最大特點就是簡潔高效，能夠最簡單的實現(xiàn)任務(wù)要求，成本低，且方便糾錯,但可調(diào)頻率太低,不能進行實際的應(yīng)用。而方案一電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，干擾因素較多，不能簡潔的完成要求。方案二能夠更加精準(zhǔn)的產(chǎn)生波形，但比方案三的成本高出太多，不切合實際。方案四的成本雖然比其他要高,但能實現(xiàn)高頻率波形的輸出,穩(wěn)定性高,失真度小。所以選方案四。2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計本設(shè)計的目標(biāo)是設(shè)計一個多功能信號發(fā)生器，它能夠輸出多種波形。且該信號發(fā)生器輸出信號的頻率范圍很大，為 20Hz 至 2MHz，還能調(diào)節(jié)波形的幅度。這樣

15、，由于單片機本身的硬件限制，不能作為信號的發(fā)生裝置，只能作為控制裝置。發(fā)生裝置則只能使用 DDS 或者 FPGA 才能完成任務(wù)。該信號發(fā)生器有以下幾部分組成：控制模塊、按鍵及其顯示模塊、低通濾波模塊、運放模塊?；驹恚簡纹瑱C控制 DDS 芯片方案AT89S52 單片機顯示屏信號產(chǎn)生模塊AD9854鍵盤波形輸出常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)4在本方案中，控制電路使用單片機來實現(xiàn)，連接其它的外圍電路，如鍵盤，顯示等。它能對信號的產(chǎn)生、處理、顯示加以控制。并使用低通濾波電路和信號放大電路來對信號進行處理。而最為關(guān)鍵的信號發(fā)生，則采用 DDS 芯片中的AD985X 系列芯片來實現(xiàn)。該芯片具有速度快、

16、精確度高、分辨率高的優(yōu)點，能夠滿足電路設(shè)計的參數(shù)要求。2.2.1 鍵盤輸入方案論證鍵盤輸入方案論證方案一：采用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的原理十分簡單。鍵盤由行線和列線組成，按鍵安放在行線和列線的交叉點。使用時是通過檢測線路導(dǎo)通與否來確定是否有按鍵被按下。方案二：編碼式鍵盤。芯片 74LS148 與所有的按鍵相連，當(dāng)沒有按鍵按下時，74LS148 收不到信號。當(dāng)有按鍵按下時，該按鍵所對應(yīng)的鍵碼，就會傳輸?shù)叫酒瑑?nèi)，從而執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。方案三：可以選擇 zlg7289 作為鍵盤，它不但能夠與單片機進行通信，還能消除抖動，避免輸入錯誤。還能的自動掃描鍵盤，提高了單片機的效率。2.2.2 顯示方案論證顯示

17、方案論證方案一：使用 LED 數(shù)碼管來顯示。LED 數(shù)碼管由八個發(fā)光的二極管組成，可以顯示所有的數(shù)字和 A、B、C、D、E、F 六個字母。但在本設(shè)計中，需要顯示波形的種類和具體的參數(shù)，如果使用該方案的話，需要較多的數(shù)碼管才能完成，成本較高。方案二：使用 LCD 液晶顯示。LCD 液晶顯示器是一種專門用來顯示字母、符號、數(shù)字的裝置。與 LED 數(shù)碼管不同，LCD 液晶顯示器是點陣式的，所以它顯示的信息比 LED 要多，也更加美觀，所以選擇方案二。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)53 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)3.1.1 最小系統(tǒng)的構(gòu)成特點最小系統(tǒng)的構(gòu)成特點（1）由

18、于單片機沒有擴展存儲器和外設(shè)，P0、P1、P2、P3 都可以作為 I/O接口使用4。其原理圖如 3-1 所示。（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器有 128B，地址空間為 00H7FH，片外數(shù)據(jù)存儲器。（3）片內(nèi)有 4KB 的程序存儲器，地址空間為 0000H0FFFH，沒有片外存儲器，應(yīng)接高電平。EA（4）可以使用兩個定時/計數(shù)器 T0 和 T1，一個全雙工的串行通信接口，5個中斷源。圖圖 3-13-1 單片機最小系統(tǒng)的原理圖單片機最小系統(tǒng)的原理圖3.1.2 AT89S52AT89S52 的晶振及其連接方法的晶振及其連接方法 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)6為了使單片機 AT89S52 能夠正常工作，必須連

19、接脈沖信號。而提供時鐘脈沖的方式有兩種：第一種是外部時鐘方式，即 AT89S52 連接外部電路來提供時鐘脈沖，如圖 3-2；第二種是使用內(nèi)部時鐘方式，AT89S52 內(nèi)部存在一個高增益的反相放大器，通過 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶振和微調(diào)電容構(gòu)成振蕩器，該振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路，即使用晶振由 89S52 內(nèi)部電路產(chǎn)生時鐘脈沖。一般常用第二種方法，其電路如圖 3-3 所示。使用陶瓷濾波器時，可能對系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性有一定的影響，為了減少誤差，提高性能，通常使用石英晶體。一般來說，使用石英晶體時，C1=C2=30（10）pF，晶體的振蕩頻率范圍為 112MHz。使用陶瓷

20、濾波器時，C1=C2=40（10）pF。89S52XTAL2XTAL189S52XTAL2XTAL1懸空外部時鐘信號C1C2J圖圖 3-23-2 外部時鐘外部時鐘圖圖 3-33-3 內(nèi)部時鐘內(nèi)部時鐘信號發(fā)生器作為現(xiàn)代測量領(lǐng)域必備的產(chǎn)品，必須滿足高速度、高精度、高分辨率等要求。信號的產(chǎn)生采用 DDS 專用芯片 AD9854。而信號發(fā)生器的控制部分則則采用愛特梅爾公司的 8 位單片機 AT89S52 芯片。使用愛特梅爾公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與 80C51 產(chǎn)品在引腳和指令完全兼容。由于AT89S52 擁有十分靈活的八位 CPU 以及能夠編程的 Flash 芯片，讓 AT89S52能夠為

21、大部分嵌入式開發(fā)提供高效、靈活的解決方案6。設(shè)計中信號的控制由 AT89S52 完成，而信號的發(fā)生則由 AD9854 完成。用戶通過鍵盤輸出指令，由 AT89S52 接收這個指令，經(jīng)過處理之后，將指令所代表的控制字發(fā)送給 AD9854。由 AD9854 產(chǎn)生頻率幅度可控的信號。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)7在本設(shè)計中。AD9854 ASQ 具有許多優(yōu)異的性能，如可控掃頻和自動掃頻，價格便宜，適合大規(guī)模生產(chǎn)。3.2 AT89S52AT89S52 與與 AD9854AD9854 的接口的接口由于 AD9854 不存在內(nèi)置 RAM，所以在 DDS 芯片和單片機的接口電路中，實現(xiàn)可編程調(diào)制功能時，必

22、須使用高速并行接口來及時刷新內(nèi)部寄存器的方法。單片機作為控制中心除了要控制 AD9854 以外，還得控制其它外圍電路如鍵盤及顯示等，單片機的引腳有限，所以地址線和數(shù)據(jù)線需要復(fù)用。由于 AT89S52 工作電壓為 5V 而 AD9854 的工作電壓為 3.3V，所以需要使用 74LVCH16245 16 位低壓 CMOS 收發(fā)器來協(xié)調(diào) 3.3V 和 5V 器件的信號傳輸。在本系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方向為單向，即 AT89S52 向 AD9854 傳輸數(shù)據(jù)7。對74LVCH16245 來說，引腳 1DIR 和 2DIR 分別控制 lA1B 和 2A2B 端口，當(dāng) 1 DIR 和 2DIR 均為高電平時，

23、數(shù)據(jù)由 1A 和 2A 端口傳到 1B 和 2B 端口;當(dāng) 1 DIR和 2DIR 都為低電平時，數(shù)據(jù)反過來由 1B 端口和 2B 端口傳到 1A 和 2A 端口。在本系統(tǒng)中，可以將高電平接引腳 1 DIR 和 2DIR 引腳，這樣連接以后，AT89S52 就將數(shù)據(jù)從 A 端口傳送到 B 端口，再由 B 端口傳送給 AD89548。 74LVCH16245 的 1OE 和 2OE 引腳為片選信號端，低電平時工作，當(dāng) 1OE 和2OE 接高電平時，芯片的數(shù)據(jù)線則處于高阻狀態(tài)。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)8圖圖 3-43-4 AT89S52AT89S52 與與 74LVCH1624574LVCH

24、16245 的連接圖的連接圖如圖 3-4 所示，AT89S52 的 P0.0P0.7 端口與 74LVCH16245 電平轉(zhuǎn)換芯片的 1A11A8 端口連接，1B11B8 輸出端口則與 AD9854 的 DO 至 D7 端口相連，P2.0 至 P2.5 端口通過 LOCH 16245A 的 2A12A6 端口輸入，AO 至 A5 端口和 2B12B6 端口相連，從而輸出傳輸寄存器地址信息，P3.6, P3.7 通過LVCH 16245A 的 2A7,2A8 端口輸入，2B7, 2B8 端口輸出分別與 WR,RD 兩個引腳相連控制讀寫操作，由這三部分共同組成并行傳輸控制9。AT89S52 的 P

25、3.5引腳控制 LVCH 16245 的 OE 引腳，當(dāng)向 AD9854 傳輸數(shù)據(jù)時置低電平，當(dāng)單片機 AT89S52 向液晶顯示器傳送數(shù)據(jù)時，接高電平，使得 LVCH 16245 處于高阻狀態(tài)。AT89S52 的 P3.3 引腳與 AD9854 的 71 引腳(MASTER RESET)相連，對其進行復(fù)位控制；如果要控制數(shù)字調(diào)制方式，則必須使 P3.4 引腳與 29 引腳 (FSK/BPSK/HOLD)相連。通過這個倍頻器，有效的降低了參考時鐘在頻率方面的問題，而電路也變得簡介，但這樣一來，就使得輸出頻率的性能不理想。因為根據(jù) PLL 理論可知，PLL 的相位噪聲性能與倍頻倍數(shù)和環(huán)路寬度有關(guān)

26、，提高了倍頻數(shù)，相位噪聲也常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)9會增加。如果使用環(huán)路濾波器，它可以有效的對帶外的參考時鐘分量進行濾除，但卻會惡化帶內(nèi)的頻率。當(dāng)電路的參考時鐘端出現(xiàn)噪聲時，在環(huán)路帶寬內(nèi)，此噪聲都會成比例的增加。根據(jù)公式 dB=lO1gX（其中 X 代表倍頻數(shù)）來看，噪聲對窄帶 SFDR 有著嚴(yán)重的影響。圖圖 3-53-5 AD9854AD9854 與與 74LVCH74LVCH 1624516245 的連接圖的連接圖除此之外，由于 PLL 還會使工作電流在原來的基礎(chǔ)上增大約 100mA10，這將增加 DDS 發(fā)熱量。本設(shè)計的目標(biāo)是輸出頻率可達 80MHz，通過計算可知，參考時鐘必須有

27、200MHz 以上。如果直接購買 200MHz 的時鐘，成本太高，考慮到實際的情況，還是采用 PLL 的方法用低頻晶振來作為參考時鐘。在電路中，AT89S52 和 AD8954 使用同一個 20MHz 的晶振。這個晶振可以作為單片機最小系統(tǒng)的一部分。而 20MHz 的晶振經(jīng)過 AD9854 內(nèi)部的倍頻器倍頻 15 倍后，能夠產(chǎn)生高達 300MHz 的頻率，足以滿足要求。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)103.3 鍵盤電路原理鍵盤電路原理在實際的應(yīng)用中，為了向系統(tǒng)輸入指令或者可以改變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，需要連接鍵盤來達到目的。通常按鍵的兩個觸點連接則按鍵導(dǎo)通，反之則斷開，多個按鍵可以組成鍵盤來輸入

28、復(fù)雜的命令。從鍵盤的結(jié)構(gòu)來看，可以分為矩陣鍵盤和獨立式鍵盤。而按鍵的識別，如果有專門的硬件芯片來實現(xiàn)，就是編碼式鍵盤，反之，如果使用軟件來識別按鍵，則是未編碼鍵盤。本設(shè)計采用未編碼鍵盤。3.3.1 獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)的工作原理及接口獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)的工作原理及接口 當(dāng)一個系統(tǒng)只需要幾個按鍵即可滿足指令的輸入時，可使用獨立式鍵盤來滿足要求。獨立式鍵盤的原理圖如 3-4-1 所示，當(dāng)沒有按鍵按下時，輸入線的電壓為高電平，而當(dāng)有鍵按下時，按鍵的一腳連接到地線，使得按鍵相應(yīng)的輸入線為低電平，此時，CPU 就可以通過檢查輸入線的狀態(tài)來知道是哪個鍵按下了。每一個按鍵都需要獨立的輸入線，每增加一個按鍵，就要增加一

29、根地址線，可以看出，獨立式鍵盤適用于按鍵較少的電路，一旦按鍵數(shù)量有較大的要求時，獨立式鍵盤就不適用了，此時可以采用矩陣式鍵盤11。獨立式鍵盤的原理圖如圖 3-6 所示。+5V圖圖 3-63-6 獨立式未編碼鍵盤獨立式未編碼鍵盤K1K2K3K34.7K4.7K4.7K4.7KX0X1X2X3常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)113.3.2 矩陣式鍵盤的工作原理矩陣式鍵盤的工作原理 如圖 3-4-2 所示是一個 3*2 矩陣式鍵盤，按鍵處于行線(X0X1)與列線（Y0Y2）的交叉處。當(dāng)鍵盤上沒有按鍵按下時，行線和列線都處于斷開狀態(tài)，列線連接接了+5V 電源的電阻。當(dāng)有按鍵按下時，該鍵位置上的行線與列線

30、則被短路。例如：按下 S1 鍵時，行線 X1 和列線 Y0 都被短路，此時 X1 的電平由 Y0 的電位所決定。把電路的行線與單片機的輸入口相連，列線則與輸出口相連，此時可令 Y0 為低電平，Y1、Y2、皆為高電平，讀行線的狀態(tài)。如果行線 X0、X1 都處于高電平的狀態(tài)，則 Y0 這一列沒有按鍵按下。反之，如果行線的狀態(tài)不全為高電平，則低電平的那條行線與 Y0 交叉點上，有按鍵按下。依此類推，最后使列線 Y2 處于低電平，其余的列線為高電平，檢查 Y2 這一列上是否有鍵閉合。其結(jié)構(gòu)圖如 3-7 所示。圖圖 3-73-7 3*23*2 矩陣式未編碼鍵盤結(jié)構(gòu)圖矩陣式未編碼鍵盤結(jié)構(gòu)圖通過這種逐行逐列

31、的掃描，CPU 能夠知道哪個按鍵被按下，這也叫做對鍵盤的一次掃描。對鍵盤掃描的方式有很多，如定時掃描，每隔上固定的時間，CPU 對鍵盤掃描一次，也可以采取程序控制的隨機方式，如當(dāng) CPU 空閑時間時掃描。還可以采用中斷方式，當(dāng)有按鍵被按下時，向 CPU 發(fā)出中斷請求，CPU 收到請求后，對鍵盤進行掃描，判斷是那個鍵按下，從而執(zhí)行相關(guān)的指令。CPU 對鍵盤上究竟哪個鍵被按下，可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得，也可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得。X0X1Y0Y1Y2常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)123.4 液晶顯示電路液晶顯示電路本設(shè)計通過液晶 1602 顯示輸出的波形、頻率。LCD1602 能同時

32、顯示 16x02即 32 個字符。 （16 列 2 行） 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳：VSS 為電源地 第 2 腳：VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳：V0（VEE）可以調(diào)節(jié)液晶顯示器的對比度，接高電平時，對比度最弱，接低電平（通常是地線）時，對比度最高。通常連接一個 10K 的電阻來調(diào)節(jié)對比度。 第 4 腳：RS 為寄存器選擇，低電平時為指令寄存器，高電平時為數(shù)據(jù)寄存器。 第 5 腳：RW 為讀寫信號線，低電平時進行寫操作，高電平時進行讀操作。 第 6 腳：E(或 EN)端為使能(enable)端。 第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 151

33、6 腳：空腳或背燈電源。15 腳為背光正極，16 腳為背光負(fù)極。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)13圖圖3-83-8 液晶液晶16021602顯示顯示由圖 3-8 所示，LCD1602 的三個使能端 RS、RW、E 分別與單片機的P3.2、P3.3、P3.4 連接。而單片機的 P1 口則與 LCD1602 的八位數(shù)據(jù)端連接?？梢酝ㄟ^軟件編程的方法來顯示波形的種類和頻率。3.5 幅度調(diào)節(jié)電路幅度調(diào)節(jié)電路本次設(shè)計的信號發(fā)生器，要求可以對它進行幅度上的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍是 0至圖圖 3-93-9 幅度調(diào)節(jié)模塊電路幅度調(diào)節(jié)模塊電路常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)145V。而 AD9854 的輸出信號幅度為

34、0.5V，達不到要求。因此必須使用信號放大電路來調(diào)節(jié)幅度的大小。如圖 3-9 所示，通過使用 MAX437 芯片組成電路，MAX437 性能優(yōu)異，信號的抗干擾能力很強?？梢哉{(diào)節(jié)電位器的電阻來達到調(diào)節(jié)信號幅度的目的。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)154. .系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 在本設(shè)計中當(dāng)操作者按下不同的按鍵后，單片機的主要工作就是執(zhí)行與之對應(yīng)的任務(wù)，而按鍵的鍵碼決定任務(wù)的先后順序。操作者通過鍵盤發(fā)出指令，同時，監(jiān)控主程序接收到命令后進行分析，再把具體的命令發(fā)送給執(zhí)行子程序。系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方案，通過將一個具有完整功能的程序，按照特定的類

35、型，分成幾個具有獨立功能的程序模塊。分別對這些模塊進行設(shè)計、編程、調(diào)試，調(diào)試完成之后，再把所有的模塊組合成完整的程序。采用模塊化的程序設(shè)計方法，其獨立設(shè)計的功能模塊容易調(diào)試，功能也十分明確，不容易出現(xiàn)各個功能相互影響的情況。一個模塊可以為多個程序所共享。使用模塊化編程就是將主程序?qū)懗梢粋€不斷循環(huán)檢測的結(jié)構(gòu)，而把各個相對獨立的功能模塊寫成子函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)初始化之后，主程序就在不斷循環(huán)查找按鍵的狀態(tài)，如果有按鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的命令。在本系統(tǒng)中，PC 機可以通過串行口來發(fā)出指令控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)由三個模塊組成，主程序模塊、人機交互模塊、信號產(chǎn)生模塊。其中主程序模塊在系統(tǒng)中處于至關(guān)重要的作用。主程序模

36、塊的主要工作是識別鍵盤發(fā)出的指令，經(jīng)過處理后找到該指令所對應(yīng)模塊的入口。主程序模塊統(tǒng)籌了整個系統(tǒng)的功能。4.2 主程序模塊主程序模塊上電復(fù)位后，系統(tǒng)將運行初始化程序，包括單片機 AT89S52 的初始化、DDS 芯片 AD9854 的初始化, LCD 液晶顯示的初始化等。完成初始化后，CPU不斷掃描鍵盤狀態(tài)，一旦檢測到有按鍵按下時，計算出鍵值，根據(jù)鍵值來執(zhí)行相應(yīng)的子程序。同時也將相應(yīng)的輸入信息顯示在 LCD 液晶面板上。當(dāng)輸入完成時，CPU 檢測到按下設(shè)置鍵，單片機計算出波形的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳給 DDS 芯片，最終輸出所需波形。主程序流程圖如圖 4-1 所示。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)16

37、圖圖 4-14-1 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序流程圖當(dāng)完成一次任務(wù)后，重新執(zhí)行主程序，接著掃描鍵盤狀態(tài)，檢測是否有按鍵按下。初始化程序主要是以下工作:（1）設(shè)置 PSW 的 RSO,RS1 均為 0，將當(dāng)前工作寄存器選擇為第一組寄存器；（2）將堆棧指針設(shè)置為 SP=70H；（3）調(diào)用 LCD 液晶顯示器的初始化程序；（4）設(shè)置鍵盤輸入值存放區(qū)，為 20H,21 H,22H,23H,24H,25H；（5）初始化串行口通信，允許定時器 0 中斷，置中斷允許觸發(fā)器 IE=92H，允許串行口中斷12；（6）轉(zhuǎn)鍵盤掃描程序；系統(tǒng)主程序圖如圖 4-2 所示。用 20 個系統(tǒng)周期的高電平輸入至 AD9854

38、 的71 引腳，從而使得 AD9854 初始化。初始化之后，就能對將控制字寫入常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)17AD9854 中。在接收到系統(tǒng)發(fā)送的控制字之后，DDS 可以保持輸出信號參數(shù)不變，直到再次接收到初始化命令。4.3 信號產(chǎn)生軟件的設(shè)計信號產(chǎn)生軟件的設(shè)計在本設(shè)計中 AT89S52 根據(jù)鍵盤上得到信號，得出所需信號的頻率和幅度，再計算出頻率控制字和幅度控制字， DDS 芯片 AD9854 得到控制字后，它可以根據(jù)控制字來產(chǎn)生相應(yīng)的波形。當(dāng) DDS 工作時，接收到 AT89S52 發(fā)出的 48位的頻率控制字，當(dāng)接收到控制字之后，AD9854 便在 DDS 核內(nèi)進行相關(guān)信號的合成。再經(jīng)過內(nèi)

39、部的 D/A 轉(zhuǎn)換，把合成的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。 在 AD9854 內(nèi)部有一個寄存器表，地址范圍是 00H27H，這個寄存器的功能就是用來存儲各種狀態(tài)字和控制字。所以外部設(shè)備就可以通過 I/O 端口和這個寄存器進行數(shù)據(jù)的傳輸。在通信之前，首先通過地址端口 A1A6 來確定寫入的寄存器，再通過數(shù)據(jù)端口 D0D7 寫入控制字或狀態(tài)字，I/O 緩沖區(qū)的內(nèi)容必須在更新脈沖的作用下才能刷新到寄存器表中，這樣可以很好地達到同步。相位控制字為 14 位，頻率控制字為 48 位。相位控制字 1 存放在寄存器表中的 00H、01H 中，而相位控制 2 存放于 02H、03H 中。輸出信號的相位精確度與它有很

40、大的關(guān)系。最低相位可達 0.022 度。與之相對應(yīng)的頻率控制字 1 存放在 04H 至 09H，頻率控制字 2 則存放在 0AH 至 0FH 中13。輸出信號的頻率與之相關(guān)。最低頻率可達 1.066*10-6Hz。在生成波形前，需要知道波形的頻率，根據(jù)頻率計算出頻率控制字，這樣系統(tǒng)才能識別。其計算公式為： CLKfNfFCW/)2( （4-3） 在 4-3 這個公式中，fCLK 代表時鐘頻率，N 代表相位累加器的位數(shù)，我們使用的 AD9854 為 48 位，f 代表輸出頻率，WFC 代表頻率控制字。由于本設(shè)計采用 AD9854 芯片，其相位累加器的位數(shù)高達 48，由此可知，計算比較復(fù)雜?？紤]到

41、計算精度的問題，可以將頻率寄存器中的 16 位置零，只使用其中的 32位就能夠達到精度要求。根據(jù) 4-4 公式來看，當(dāng)輸出的頻率為 20MHz 的時候，與之對應(yīng)的頻率控制字為：常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)18 （4-4）為了避免較大的誤差，可以把 11E1A300 向右移動四位，可以得到11E1A30H。這時再進行除法運算，得 15H。15H 是一個固定的值，如此，為了方便計算，可以將 15H 與所需要的頻率相乘，這樣就能夠十分容易的得到頻率控制字的低 16 位。此時，頻率控制字低 32 位為 1312D00H* 15H=1908B100H，再在高 16 位補上 0000H，則 48 位的頻

42、率控制字為00001908B100H。當(dāng)未產(chǎn)生更新脈沖時，數(shù)據(jù)并不會被傳輸。得到頻率控制字之后，系統(tǒng)會把控制字分成幾個數(shù)據(jù)塊送到 AD9854 中的 DDS 核中，在核中進行頻率的合成。表 4-1 AD9854 控制寄存器表常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)19由上表 4-1 所示的 AD8954 控制寄存器表可以看出，從 1DH 至 20H 都是用來存放控制數(shù)據(jù)的。由于本設(shè)計采用 20MHz 的晶振，而參考時鐘頻率高達300MHz，所以必須進行 15 倍的倍頻。表中的 Bit6 到 Bit0 是用來控制輸入時鐘的頻率，在 Bit6 上置一，在 Bit5 上置零。當(dāng)倍頻數(shù)為 15 時，可將 Bit

43、4 至 bit1都置一，其余置零，由此可以得到 1EH 的單元控制字是 4FH。如果把 1FH 中的 Bit1 單元置一，可以使用內(nèi)部更新時鐘。由上表 4-1 的 AD9854 控制寄存器表可知，通過合理得設(shè)置第九位到第十一位，即 Mode0、Mode1、Mode2，可以進行多種數(shù)字調(diào)試，如 BPSK 和 FSK。使用芯片 AD9854 所輸出的正弦波作為數(shù)字調(diào)制時的載波。根據(jù)芯片資料可知，可以根據(jù)需求修改控制寄存器里面的數(shù)據(jù)，來使得AD9854 進行工作模式的切換，它一共有五種工作模式，分別為FSK、BPSK、Ramped FSK、Single-Tone、Chirp。4.4 人機交互模塊設(shè)計

44、人機交互模塊設(shè)計4.4.1 鍵盤程序設(shè)計鍵盤程序設(shè)計在信號發(fā)生器中，鍵盤起到了輸入指令的重要作用。系統(tǒng)的控制和參數(shù)的輸入都需要鍵盤來完成。如圖 4-2 所示，本信號發(fā)生器根據(jù)要求，設(shè)計了一個4*4 的矩陣鍵盤。其中 0 到 9 十個數(shù)字和小數(shù)點用來輸入、修改波形的參數(shù)?！啊焙汀啊庇脕硪苿庸鈽?biāo)。 “DEL”鍵，顧名思義，就是用來刪除數(shù)字用的。使用時，通過“”和“”移動光標(biāo)，選擇需要刪除的參數(shù)，按下“DEL”鍵，就能使之為零。 “TAB”鍵比較復(fù)雜，它既可以切換波形，也可以選擇調(diào)制功能，以及切換幅度和頻率的單位。 “EXE”鍵是執(zhí)行鍵，當(dāng)波形的參數(shù)，如頻率、幅度等已經(jīng)輸入完成后，按下“EXE”鍵，

45、就能得到想要的波形。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)20 圖圖 4-24-2 鍵盤功能設(shè)計圖鍵盤功能設(shè)計圖 按下按鍵后，鍵盤的軟件處理部分對于信號發(fā)生器是否能按照輸入的數(shù)據(jù)輸出波形，具有十分重要的作用。它執(zhí)行任務(wù)的流程為檢測是否有按鍵按下按鍵的消抖，消抖有軟件消抖和硬件消抖，本次采用軟件消抖檢測出究竟是哪個按鍵按下，并計算鍵值得到鍵值之后，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。在本系統(tǒng)中，鍵盤的軟件程序包括以下幾個部分： 一共有三種方式，用來判斷是否有按鍵按下，分別是定時掃描工作方式；程序控制掃描方式；中斷掃描工作方式。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)21 (1)定時掃描方式 即每隔一段固定的時間，掃描一次鍵盤。工作原

46、理是利用單片機內(nèi)部的定時器，當(dāng)定時器產(chǎn)生中斷時，CPU 會相應(yīng)來自定時器的中斷，執(zhí)行掃描鍵盤的任務(wù)。 (2)程序控制掃描方式 利用 CPU 的空閑時間，只要 CPU 沒有任務(wù)執(zhí)行，就掃描一次鍵盤，知道接收到鍵值，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。 (3)中斷掃描方式 每次按下按鍵時，都會產(chǎn)生中斷，CPU 就會執(zhí)行相應(yīng)的中斷子程序，掃描鍵盤，執(zhí)行任務(wù)。 本次采用第二種掃描方式，即利用空閑時間，掃描鍵盤。鍵盤掃描的步驟如下： (1)查詢是否有鍵按下。把全為零的掃描碼 FOH 通過行掃描口 P1.0 至 P1.3輸出，得到列檢測信號，把列檢測信號輸入到 P1.4 到 P1.7，如有一列信號不是“1” ，則表示有鍵按下

47、。(2)去抖動。操作者在輸入指令時，由于采用了機械式的開關(guān)，按下按鍵時會產(chǎn)生電壓的抖動，單片機可能會判斷為連續(xù)輸入，為了避免這個錯誤，必須消抖?？梢圆捎糜布叮词褂?RS 觸發(fā)器來達到目的。本次采用軟件的方法來消抖，在檢測到有按鍵按下時，記錄按鍵的位置，使用延時子程序延時10ms，如果仍然檢測到相同的鍵值，則此次按鍵有效。 (3)確定按下鍵的行列值。將單片機 AT89S52 中得到的信號取反，查找在P1.4 到 P1.7 中是否有為“1”的列。有的話按鍵就在這一列上，此時再進行逐行掃描，令 P1.0 至 P1.3 依次為零，掃描所在列的輸入信號，信號為零的話，則可確定行數(shù)。若掃描到最后根本

48、沒有結(jié)果，則可以認(rèn)為是操作者誤操作了按鍵。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)22(4)鍵值譯碼。掃描鍵盤后，得到返回值，如果返回值為 0，則沒有按鍵被按下。得到相應(yīng)的鍵值后，CPU 就可以執(zhí)行鍵值所代表的子程序了。圖圖 4-34-3 鍵盤掃描程序流程圖鍵盤掃描程序流程圖4.4.2 顯示程序設(shè)計顯示程序設(shè)計本模塊的設(shè)計，是為了顯示信號的具體參數(shù)，如波形的類型，頻率等。顯示模塊采用 GXM1602NSL 顯示器。這個液晶顯示器一共有兩行，其中每行可以顯示 16 個獨立的符號。HD44780 是這個液晶顯示器的控制芯片。為了存儲顯示數(shù)據(jù)，在 HD44780 中存在著 DD RAM（顯示數(shù)據(jù)寄存器） ，它

49、的地址與字符的相對關(guān)系如表 4-2 。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)23 表 4-2 DD ROM 地址表對于 HD44780 來說，其內(nèi)部的字符發(fā)生器有兩種工作方式，一種是使用八位字符碼來構(gòu)成 32 種 5*10 的點陣字符，另外一種就是構(gòu)成 160 種 5*7 的點陣字符。字符集中的元素很多，有數(shù)字、標(biāo)點還有大小寫的英文字母。如果這些不能滿足要求，還可以利用 HD44780 的自定義字符庫來設(shè)計所需要的符號。用戶可以設(shè)計顯示為 5*8 點陣的字符，一共可以設(shè)計八個。在本系統(tǒng)中，由于沒有顯示波形以及工作方式的符號，所以必須自己定義符號。查看 HD44780 的資料可知，CG RAM（字符發(fā)生

50、器）的地址為 00H 到 3FH，而用戶自定義庫的地址為 00H 到 07H。 在此設(shè)計中，自定義字符代碼為： 正弦波：OOH；三角波：O1H；方波：02H； 各字符的字模組為： 正弦波字模：00H， 08H， 14H， 14H， 0SH， 05H， 02H， 00H(存放首地址為 00H)； 三角波字模：00H , 00H, 08H , 14H ， 05H , 02H 00H , 00H(存放首地址為 08H) ； 方波字模：00H ,00H , 1CH ， 14H ， 05H , 07H , 00H ， 00H(存放首地址為 10H) ； 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)24GXM 1602

51、NS L 的輸入方式共有 5 種：畫面左滾動輸入、畫面右滾動輸入光標(biāo)左移輸入、光標(biāo)右移輸入逐字依次輸入。本次系統(tǒng)采用光標(biāo)右移輸入方式來實現(xiàn)。一共有十一條指令用來控制 HD44780。從功能上可以分為兩種，一種是用來對數(shù)據(jù)進行讀或?qū)懖僮?，另一種則是用來顯示當(dāng)前波形的狀態(tài)14。當(dāng)操作者對系統(tǒng)進行復(fù)位時，LCD 顯示模塊也能復(fù)位，由此，單片機能夠與 HD44780芯片進行連接。復(fù)位后，HD44780 對 LCD 進行初始化:(1)使用清屏指令，使得 LCD 中的顯示數(shù)據(jù)隨機存儲器（display data RAM）中的數(shù)據(jù)被刪除，地址計數(shù)器 AC 置“0” ，光標(biāo)回到原位；(2)LCD 顯示開關(guān)的設(shè)

52、置，點亮液晶屏，并且光標(biāo)開始閃爍；設(shè)定雙行顯示、8 位傳輸、5*7 點陣的功能；(3)入口模式設(shè)定。在初始化 LCD 液晶顯示屏之后，在顯示屏上顯示波形相應(yīng)的頻率和類型等信息。在顯示的過程中，執(zhí)行每一個任務(wù)之前都需要查一下 BF（忙標(biāo)志）15，當(dāng)芯片沒有任務(wù)時，才能執(zhí)行下面的命令。程序流程圖如圖 4-4 所示。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)25圖圖 4-44-4 液晶控制器操作流程圖液晶控制器操作流程圖常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)265 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真和分析和分析 圖（a）1000Hz 正弦波圖（b）1000Hz 三角波2.5ms2.5ms2.5ms圖（d）100Hz 正弦波5ms10ms

53、15ms5ms20ms20ms20ms1.25ms1.25ms0.625ms0.625ms1.875ms1.875ms.1.25ms0.625ms1.875ms10ms15ms10ms15ms.5V5V2.5V5V2.5V5V2.5V2.5V.5ms.5V5V2.5V2.5V.圖（c）500Hz 方波圖（e）100Hz 三角波圖（f）50Hz 方波常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)27對比圖(a)與圖(d)、圖(b)與圖(e)、圖（c）與圖（f）可以看出，當(dāng)信號的頻率減小到一點范圍時，波形出現(xiàn)失真。特別是在正弦波和三角波中，可以明顯看出來。由于 DDS 芯片對于整個系統(tǒng)的性能有著至關(guān)重要的作用,因

54、此,可以把AD9854 換成下一代的 AD9954，AD9954 芯片的抗噪聲能力比較強,能夠有效的減少失真。同時也可以選擇不使用 DDS 芯片中的倍頻器來倍頻信號，可以直接使用 300MHZ 的信號源作為參考時鐘?？紤]到單片機在計算性能上的限制，為了加快信號發(fā)生器的運行速度，可以考慮把 AT89S52 換成 DSP 芯片。這樣能夠極大的提高處理速度。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)286 6 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試6.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試在本系統(tǒng)的電路中，涉及了很多模塊，如單片機最小系統(tǒng)、LCD 液晶顯示模塊，信號產(chǎn)生模塊、幅度調(diào)節(jié)模塊。對于焊接的要求很大，不能存在短路和虛焊的問題，不然電路就不能正

55、常運行。在實際焊接之前，應(yīng)該先使用PROTEL 軟件畫出電路圖并制作 PCB 圖。在實際的硬件調(diào)試中遇到了許多的問題。以下為主要的問題：問題 1：一開始波形一直沒有輸出，示波器上顯示雜波。解決： 仔細(xì)檢查電路的連接，沒有發(fā)現(xiàn)問題，開始在最小系統(tǒng)模塊和信號產(chǎn)生模塊等模塊檢查，發(fā)現(xiàn)是最小系統(tǒng)中的外部晶振在焊接的時候燒壞了，沒有起振，換了一個新的晶振，問題解決。問題 2：波形能夠正常顯示，但有時候又完全沒有波形解決：這應(yīng)該是電路中存在虛焊的現(xiàn)象，用萬用表仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)是公共地那一部分，因為連線太多，焊錫都聚在一起，里面有虛焊的現(xiàn)象。重新對公共地這塊進行焊接，解決了問題6.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試在調(diào)試軟

56、件的過程中出現(xiàn)了很多問題，為模擬較為真實的環(huán)境，使用 Keil軟件來編寫 AT89S52 單片機控制程序，在編譯完成之后，使用開發(fā)板，把寫好的程序?qū)雴纹瑱C。在不斷的更改錯誤后，終于解決了系統(tǒng)在軟件方面的問題。在 debug 的過程中，遇到了如下的問題：問題 1通過開發(fā)板把 Keil 生成的 hex 文件導(dǎo)入單片機，但此時 LCD 顯示閃爍的厲害。解決：首先對 LCD 液晶顯示器進行檢查，發(fā)現(xiàn)沒有問題，那就是軟件方面出現(xiàn)了錯誤。找到關(guān)于顯示部分的程序，仔細(xì)修改發(fā)現(xiàn)延時子程序出了問題。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)29再進一步探究，由于本設(shè)計的顯示方案采用動態(tài)設(shè)計，動態(tài)掃描很快，肉眼無法看出，但

57、如果返回時不屏蔽掉最后的賦值，就會出現(xiàn)液晶顯示很亮的問題。問題 2當(dāng)按下按鍵的時候，89S52 單片機讀取的數(shù)值跟設(shè)定的數(shù)值不相符。解決：檢查獨立鍵盤電路的連線，建立一個新的對應(yīng)關(guān)系。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)307. 實驗數(shù)據(jù)和元器件清單實驗數(shù)據(jù)和元器件清單7.1 實驗數(shù)據(jù)及分析實驗數(shù)據(jù)及分析在實驗的過程中,使用示波器 DSO-X 3012A 來測量數(shù)據(jù)，具體測試數(shù)據(jù)如表 7-1、7-2、7-3 所示，其中 7-1 是正弦波的測試數(shù)據(jù)，7-2 是三角波的測試數(shù)據(jù)，7-3 是方波的測試數(shù)據(jù)。表 7-1 正弦波頻率的測量測量值/Hz12測量值/Hz34平均值/Hz誤差/%201002000

58、11061.510623.3103.420221.051061.6310621.2101.320151.091061.6510621.8108.120071.101061.7010622.799.820091.071061.6610622.25102.152013.251.07751061.66106-11.25-2.15-0.6625-7.75-16表 7-2 三角波頻率的測量測量值/Hz12測量值/Hz34平均值/Hz誤差/%20100200011061.510621.2101.520081.111061.7210622.6109.220111.041061.6310621.3102.92

59、0241.051061.6410623.798.420141.091061.6710622.2010320141.07251061.665106-11-3-0.7-7.25-16.5表 7-2 方波頻率的測量測量值/Hz12測量值/Hz34平均值/Hz誤差/%20100200011061.510622.5110.420111.071061.5210621.8104.520231.141061.6910622.1107.420141.031061.5910622.4102.920071.171061.7210622.2106.32013.751.10251061.63106-11-6.3-0.6

60、875-10.25-13常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)31使用焊接好的信號發(fā)生器進行頻率的測量，可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)置的頻率和實際輸出的頻率存在誤差。經(jīng)過簡單的計算，當(dāng)頻率較小時，實際輸出的信號和設(shè)置的信號存在較大的誤差。頻率較高時，誤差也比較大?？傮w趨勢是，隨著頻率的增加，誤差越來越小，當(dāng)增大到一定頻率時，誤差反而增大了。7.2 實測波形與失真度分析實測波形與失真度分析圖(a)中的正弦波,在波峰和波谷有稍許的失真,而同樣頻率的三角波（如圖(b)所示）并沒有相似的失真。圖(c)中的方波的情況和三角波類似。通過對完成的信號發(fā)生器進行測試,可以看出,理論數(shù)據(jù)與實際的數(shù)據(jù)有很大的不同,有時候仿真的時候波形失