課程設(shè)計基于單片機之波形發(fā)生器的設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 波形發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢2</p><p>　　1

2、.4 本文研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計3</p><p><b>　　2.1 概述3</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案4</p><p>　　2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案5</p><p>　　2.4單片機的選擇6</p>&

3、lt;p>　　3 功能模塊電路設(shè)計10</p><p>　　3.1 波形產(chǎn)生電路的設(shè)計10</p><p>　　3.3 鍵盤輸入電路設(shè)計11</p><p>　　3.4 顯示電路的設(shè)計12</p><p>　　3.5 顯示驅(qū)動的設(shè)計13</p><p>　　3.6 運算放大器的設(shè)計14</p&g

4、t;<p>　　3.7 系統(tǒng)總原理15</p><p><b>　　4 程序設(shè)計16</b></p><p>　　4.1 基于單片機的波形發(fā)生器的程序設(shè)計16</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真與驗證20</p><p>　　5.1 系統(tǒng)仿真圖與波形圖20</p><p>&

5、lt;b>　　結(jié) 論22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b&

6、gt;</p><p>　　波形發(fā)生器是一種廣泛應(yīng)用于電子電路、自動控制和科學(xué)試驗等領(lǐng)域的信號源。比如電參量的測量、雷達(dá)、通信、電子對抗與電子系統(tǒng)、宇航和遙控遙測技術(shù)等等，從某種意義上說高質(zhì)量信號源更是實現(xiàn)高性能指針的關(guān)鍵，很多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能都直接依賴于所用信號源的性能，因此高質(zhì)量信號源被人們喻為眾多電子系統(tǒng)的“心臟”。隨著通信、雷達(dá)、的不斷發(fā)展，對信號源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出頻率的個數(shù)

7、以及信號波形的形狀提出越來越多的要求。為了提高信號源輸出頻率穩(wěn)定度，可以采用晶體振蕩器等方法來解決。為了滿足頻率個數(shù)多的要求，可以采用頻率合成技術(shù)，即通過對頻率進(jìn)行加、減、乘、除的運算，可從一個高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源，產(chǎn)生大量的具有同一穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的不同頻率。</p><p>　　傳統(tǒng)的波形發(fā)生器只能產(chǎn)生一些常規(guī)的信號如正弦波、方波、脈沖波、三角波等。隨著科學(xué)實驗研究的需求的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的波形發(fā)生器在

8、一些特定的場合已經(jīng)不能滿足要求，因為在許多應(yīng)用研究領(lǐng)域中,不但需要一些規(guī)則的信號,而且還需要一些不規(guī)則的信號用于系統(tǒng)特性的研究。如電鍍電源對于鍍層影響、電子設(shè)備的性能指針測試、及對系統(tǒng)中各種瞬變波形和電子設(shè)備中出現(xiàn)的各種干擾的模擬等研究中，就需要能提供一些非常規(guī)的測試信號以至于任意波形信號的信號源，即能產(chǎn)生現(xiàn)場所需要波形的任意波形發(fā)生器(Arbitrarry WaveformGenerator,AWG)。</p><

9、p>　　對任意波形發(fā)生器的研制開發(fā)我國起步晚，技術(shù)大大落后于國外先進(jìn)技術(shù)。因此，開發(fā)高性價比的任意波形發(fā)生器是迫在眉睫，對發(fā)展我國電子行業(yè)有著非常重大的意義，具有廣泛的應(yīng)用前景，與國外同類產(chǎn)品保持在性價比上的優(yōu)勢，可打破國外的技術(shù)壟斷和封鎖。</p><p>　　1.2 波形發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　任意波形發(fā)生器是在1975年開發(fā)成功的，從此，信號發(fā)生器產(chǎn)品增加了一個新

10、品種。在任意波形發(fā)生器作為測量用信號激勵源進(jìn)入市場之前，為了產(chǎn)生非正弦波信號，已使用函數(shù)發(fā)生器提供三角波、斜波、方波等幾種特殊波形。聲音和振動分析需要復(fù)雜調(diào)制的信號源，以便仿真真實的信號，只有借助任意波形發(fā)生器，例如醫(yī)療儀器測試往往需要心電波形，任意波形發(fā)生器很容易產(chǎn)生各種非標(biāo)準(zhǔn)的振動信號。 </p><p>　　早期的任意波形發(fā)生器主要著重音頻頻段，現(xiàn)在的任意波形發(fā)生器已擴展到射頻頻段，它與數(shù)字示波器（DSO）

11、密切配合，只要數(shù)字示波器捕獲的信號，任意波形發(fā)生器就能復(fù)制出同樣的波形。在電路構(gòu)成上，數(shù)字示波器是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，任意波形發(fā)生器是數(shù)字/模擬的逆轉(zhuǎn)換，目前任意波形發(fā)生器的帶寬達(dá)到2GHz，足夠仿真許多移動通信、衛(wèi)星電視的復(fù)雜信號。任意波形發(fā)生器在原理上可仿真任意波形，只要數(shù)字示波器或其它記錄儀捕捉到的波形，任意波形發(fā)生器都可復(fù)制出，特別有用的是仿真單次偶發(fā)的信號，例如地震波形、汽車碰撞波形等等。</p><p>

12、　　1.3 波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢</p><p>　　任意波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢是更高取樣率，更高分辨率和更大存儲量，目前實時帶寬超過1GHz的產(chǎn)品比較少，而且分辨率只有8位，不能滿足快速發(fā)展的移動通信和高速網(wǎng)絡(luò)的測量要求。與數(shù)字存儲示波器相比，任意波形發(fā)生器的全面指標(biāo)存在明顯差距，前者的取樣率達(dá)到20GS/s和帶寬6GHz，后者的取樣率是4.8GS/s和帶寬2GHz。任意波形發(fā)生器首先要趕上數(shù)字存儲示波器，然后再

13、往前發(fā)展，因為在電路構(gòu)成方面，任意波形發(fā)生器的核心部件是高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，它的工藝潛力還很大，顯然缺少的是市場需求。</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　波形發(fā)生器采用單片機技術(shù)，通過軟件設(shè)計和硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波幅值可調(diào)的信號。信號頻率，可通過鍵盤輸入，并顯示。要求產(chǎn)生的數(shù)字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，設(shè)計要求：（1）能產(chǎn)生正弦波

14、、方波、三角波3 種周期性波形。（2）用鍵盤輸入可生成正弦波的基波及各次諧波單獨的波形，也可生成基波和各次諧波線形組合的波形。（3）輸出波形的頻率可以通過鍵盤輸入進(jìn)行粗調(diào)。（4）輸出波形幅度范圍可通過可變電阻任意調(diào)整。（5）具有顯示輸出波形類型、及其粗調(diào)頻率和幅度的功能。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p><b>　　2.1 概述</b><

15、;/p><p>　　波形發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件(如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由51單片機算與DAC0832共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。</p>

16、<p>　　本文介紹的是利用AT89C51單片機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件DAC0832產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號源，其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。根據(jù)對畢業(yè)設(shè)計的要求，文中著重介紹了如何利用單片機控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程。信號頻率幅度也按要求可調(diào)。</p><p>　

17、　產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法。</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由積分電路來完成。積分電

18、路具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是當(dāng)采用直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p>　　通過鍵盤可以進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)，對頻率能夠進(jìn)行增大和減小的設(shè)置。本設(shè)計以方波為核心積分出不同的波形，波形采用同步輸出的方式，用示波器有選擇的分別進(jìn)行顯示。</p><p>　　2.2

19、 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖2.1所示為系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，主要分為幾個部分：單片機、波形產(chǎn)生電路、鍵盤電路、LED顯示電路、積分電路。</p><p><b>　　1. 電壓放大電路</b></p><p>　　DAC0832的輸出電壓比較小。因此，要將該電壓信

20、號在示波器中顯示出來，需要有一個放大器將此電信號放大到所需范圍之內(nèi)。由于放大電路的增益是可調(diào)的，故運用運算放大電路能將電壓信號放大到所要求的范圍。</p><p><b>　　2. 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　由于模擬量更容易通過儀器進(jìn)行觀察，所以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量。本設(shè)計采用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，更精確的進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。<

21、/p><p><b>　　3. 單片機</b></p><p>　　單片機作為一個接收、處理、輸出信號的儀器裝置，將單片機與LED顯示連接成一個有機的整體。其主要是完成數(shù)據(jù)處理，并通過與之有關(guān)的軟件來實現(xiàn)軟件的編程使顯示值與稱重值對應(yīng)。因此，此部分是整個設(shè)計最重要的組成部分。</p><p>　　4. LED顯示電路</p><

22、p>　　根據(jù)本次設(shè)計的要求，需要使波形的頻率通過LED進(jìn)行顯示。如果波形頻率在設(shè)定范圍內(nèi)，則通過4位LED來進(jìn)行顯示。</p><p><b>　　5. 復(fù)位電路</b></p><p>　　89C51的復(fù)位輸入引腳RST（即RESET）為89C51提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C5

23、1工作后，只要在RST引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RST保持高電平，則89C51循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST由高電平變成低電平以后，89C51才從0000H地址開始執(zhí)行程序。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案</p><p>　　如果硬件是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，那軟件就是整個設(shè)計的靈魂所在，它可以使儀器的主要功能得以實現(xiàn)。而在軟件設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計是

24、使用最廣泛的，用模塊化設(shè)計的思想進(jìn)行程序設(shè)計。根據(jù)這一原則和畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，本課題的軟件主要包括：波形產(chǎn)生子程序，鍵盤處理子程序，LED顯示子程序幾大部分。各程序以模塊形式，獨立成章，運行過程中可以調(diào)用執(zhí)行，整個波形發(fā)生器的軟件流程圖如圖2.3所示。 </p><p>　　圖2.2 軟件原理流程框圖</p><p><b>　　鍵盤處理子程序</b></p

25、><p>　　鍵盤處理子程序主要是采用中斷系統(tǒng)的方式進(jìn)行按鍵的掃描，判斷按鍵是否按下。通過延時子程序?qū)Π存I的抖動進(jìn)行消除。</p><p><b>　　波形產(chǎn)生子程序</b></p><p>　　主要是通過調(diào)用單片機內(nèi)的方波子程序，同時通過程序?qū)AC0832芯片的地址進(jìn)行設(shè)定，從而進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生波形。</p><p>　

26、　3. LED顯示子程序</p><p>　　顯示子程序的任務(wù)是將測量結(jié)果送顯示器顯示，通過對LED顯示子程序的編譯、鏈接、調(diào)試等操作實現(xiàn)對所測得的物體質(zhì)量進(jìn)行顯示，它是人—機對話的組成部分之一。</p><p><b>　　2.4單片機的選擇</b></p><p>　　現(xiàn)在市場上的單片機種類繁多，功能各異。我們通過比較和分析，采用51系列單

27、片機中的AT89C51單片機，該單片機功能強大，滿足設(shè)計者的需求。</p><p>　　2.4.1 單片機及其外圍電路的設(shè)計</p><p>　　作為本系統(tǒng)的核心組件，選擇哪一型號的MCS-51系列單片機是關(guān)鍵的問題。8031單片機片內(nèi)不帶程序內(nèi)存ROM，使用時需外接程序內(nèi)存和一片邏輯電路74LS373，外接的程序內(nèi)存多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到EPROM中的程序進(jìn)行修改

28、，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序內(nèi)存的程序代碼沒什么保密性可言。</p><p>　　8051單片機片內(nèi)有4KROM，無須外接內(nèi)存和74LS373，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是編的程序無法燒寫到其ROM中，只有將程序交芯片廠代為改寫，并是一次性的，今后都不能改寫其內(nèi)容。</p><p>　　8751單片機與8051單片機基本一樣，但8751單片機片內(nèi)有

29、4K的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C的EPROM中進(jìn)行現(xiàn)場實驗與應(yīng)用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線照射一定時間擦除后再捎寫。</p><p>　　89C51單片機為EPROM型，在實際電路中可以直接互換8051單片機或8751單片機，不但和8051單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序內(nèi)存是FLASH工藝的。 </p><p>　　89C51是由北京集成電路中心

30、（BIDC）設(shè)計，由美國公司生產(chǎn)八位單片機 。它是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術(shù)制造并且與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。</p><p>　　綜上所述，從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89C51比較合適的。本系統(tǒng)采用CPU為89C51的單片微機，89C51本身帶有4K的內(nèi)存儲器，其管腳如圖2.

31、3所示。下面介紹89C51的主要管腳功能如下：VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器；P0口（32-39）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/O口；P2口（21-28）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途埠，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；RST（

32、9）：復(fù)位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內(nèi)部和外部程序內(nèi)存選擇線。</p><p>　　圖2.3 89C51管腳圖</p><p>　　CPU可包括運算部件，控制器，程序狀態(tài)字，B寄存器，累加器Acc（或A），位處理器等。</p><p>　　運算部件由算術(shù)邏輯單元、累加器、暫存寄存器、標(biāo)志寄存器、十進(jìn)制調(diào)整單元組成。它的功能是進(jìn)行算術(shù)

33、和邏輯運算。它不但對8位變量進(jìn)行邏輯：“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、取補、清零等基本操作，還可以進(jìn)行算術(shù)的加、減、乘、除操作。功能很強的位操作是一般微型計算機標(biāo)準(zhǔn)ALU所不具備的，它可以對位變量進(jìn)行置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”，“或”等操作。對半字節(jié)（4位）和雙字節(jié)（16位）類型數(shù)據(jù)也可進(jìn)行操作。</p><p>　　AT89C51是一種低功耗，高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器（FPE

34、ROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的8位COMS微控制器，使用高密度，非易失存儲技術(shù)制造，并且與80C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的FPEROM允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對內(nèi)存重復(fù)編程。 將具有多種功能的8位CPU與FPEROM結(jié)合在一個芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又便宜的方案，其性能價格比遠(yuǎn)高于8751。由于片內(nèi)帶EPROM的8

35、7C51價格偏高，而片內(nèi)帶FPEROM的89C51價格低且與INTEL80C51兼容，這就顯示出了89C51的優(yōu)越性。 AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失內(nèi)存制造技術(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和閃爍內(nèi)存組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51

36、是它的一種精簡版本。AT89C51機</p><p>　　圖2.4. MCS-51單片機內(nèi)部機構(gòu)框圖</p><p>　　2.4.2 復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位是單片機的初始化操作，只要給RESET引腳加上2個機器周期以上的高電平信號，就可以使MCS-51單片機復(fù)位。復(fù)位的主要功能是把PC初始化為0000H使MCS-51單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。

37、除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵重新啟動。此外，復(fù)位操作對寄存器也有影響。</p><p>　　MCS-51片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)見圖2.5。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位和按鈕

38、復(fù)位兩種，本次設(shè)計采用按鈕電平復(fù)位方式。其電路如圖2.6所示。</p><p>　　復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。</p><p>　　圖 2.5 MCS-51的片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)</p><p>　　2. 4. 3 時鐘電路</p><p>　　MCS-51單片機本身就是一個復(fù)雜的同步

39、時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，MCS-51單片機應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格的按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。其電路如圖2.7和2.8所示。</p>

40、;<p>　　MCS-51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為芯片引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。外部時鐘電路是使用外部振蕩脈沖信號，常用于MCS-51單片機同時工作，以便于同步。當(dāng)使用內(nèi)振蕩器時，XTAL1和XTAL2引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其它芯片提供時鐘，但需要加驅(qū)動能力，因此本次設(shè)計采用內(nèi)部時鐘電

41、路。</p><p>　　3 功能模塊電路設(shè)計</p><p>　　3.1 波形產(chǎn)生電路的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計主要是通過AT89C51和DAC0832組成的D/A轉(zhuǎn)換器輸出方波，經(jīng)積分電路后產(chǎn)生波形。并通過鍵盤進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)，用4位LED進(jìn)行頻率的顯示。</p><p>　　3.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器</p><

42、p>　　D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出的是模擬量。轉(zhuǎn)換過程是先將MCS-51送到D/A轉(zhuǎn)換器的各位二進(jìn)制數(shù)，按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬分量，然后再以疊法把各模擬分量相加，其和就是D/A轉(zhuǎn)換的結(jié)果。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器有兩種輸出形式，一種是電壓輸出形式，即給D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，而輸出為電壓。另一種是電流輸出形式，即輸出為電流。在實際應(yīng)用中，對于電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，如需要模

43、擬電壓輸出，可在其輸出端加一個由運算放大器構(gòu)成的I-V轉(zhuǎn)換電路，將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。</p><p>　　3.1.2 DAC0832轉(zhuǎn)換器</p><p>　　DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器及邏輯控制單元等功能部件所組成。其中，8位D/A轉(zhuǎn)換器是核心部件，它的內(nèi)部采用了256級的倒R—2R電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由電流開關(guān)電路控制基準(zhǔn)電壓VREF，提供電阻

44、網(wǎng)絡(luò)的電流來進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，因此轉(zhuǎn)換速度較快。兩級寄存器可以進(jìn)一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的速度，這是因為在8位DAC寄存器輸出的同時，8位輸入寄存器可以接收新的數(shù)據(jù)。DAC0832采用R-2RT型電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由二級緩沖寄存器（實為鎖存器）和D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路組成。</p><p>　　圖3.1為DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1腳為輸入寄存器選擇信號，低電平有效。2腳為輸入寄存器寫選通信號，低電平有效。17腳為數(shù)據(jù)

45、傳送控制信號，低電平有效。18腳為DAC寄存器的寫選通信號，低電平有效。19腳為輸入鎖存允許信號，高電平有效。DI0～DI7為8位數(shù)字輸入端，DI0為最低端，DI7為最高端。11腳為DAC電流輸出端1，為數(shù)字輸入端邏輯電平為1的各位輸出電流之和，DAC寄存器內(nèi)容隨輸入端代碼線性變化，DAC寄存器的內(nèi)容為全1時Iout1最大，全為0時Iout1最小。12腳為電流輸出端2，Iout2等于常數(shù)減去Iout1，即Iout1+Iout2=常數(shù)。此

46、常數(shù)對應(yīng)于一固定基準(zhǔn)電壓的滿量程電流。8腳為基準(zhǔn)電源輸入端。Vref一般在-10～10V范圍內(nèi)，由外電路提供。20腳為邏輯電源輸入端，取值范圍為+5～+15V，+15V最佳。3腳為模擬地，為芯片模擬電路接地點。10腳為數(shù)字地，為芯片數(shù)字電路接地點。Rfb為回饋電阻，制作在芯片內(nèi)部，用作DAC提供輸出電壓的運放的回饋電阻。在使用時，如環(huán)境電磁干擾不嚴(yán)重的情況下模擬地可與數(shù)字地相連。否則應(yīng)分別走線，在保護地點匯合，一點接地。</p&g

47、t;<p>　　圖3.1 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）數(shù)字輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通數(shù)字輸入。</p><p>　　（2）與所有通用微處理器可直接接口。</p><p>　?。?）滿足TTL電平規(guī)范的邏輯輸入。</p><p>　?。?）分辨率為8位，滿刻度誤差±1LSB，建

48、立時間為1μs，功耗20mW。</p><p>　　（5）電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　3.3 鍵盤輸入電路設(shè)計</p><p>　　鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手段。在鍵閉合測試，檢查是否有鍵閉合去抖動。當(dāng)測試到有鍵閉合后，需進(jìn)行去抖動處理。由于按鍵閉合時的機械彈性作用，按鍵閉合時不會馬上穩(wěn)定

49、接通，按鍵斷開時也不會馬上斷開，由此在按鍵閉合與斷開的瞬間，會出現(xiàn)電壓抖動。鍵盤抖動的時間一般為5～10ms，抖動現(xiàn)象會引起CPU對一次鍵操作進(jìn)行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤，因而必須設(shè)法消除抖動的不良后果。通過去抖動處理，可以得到按鍵閉合與斷開的穩(wěn)定狀態(tài)。去抖動的方法有硬件與軟件兩種：硬件方法是加去抖動電路，如可通過RS觸發(fā)器實現(xiàn)硬件去抖動；軟件方法是在第一次檢測到鍵盤按下后，執(zhí)行一段10ms的延遲子程序后再確認(rèn)該鍵是否確實按下，躲過抖

50、動，待信號穩(wěn)定之后，再進(jìn)行鍵掃描。通常多采用軟件方法。</p><p>　　按照鍵盤與單片機的連接方式可分為獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤相互獨立，每個按鍵占用一根I/O口線，每根I/O口在線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它按鍵的工作狀態(tài)。這種按鍵軟件程序簡單，但占用I/O口線較多（一根口線只能接一個鍵），適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中，由于本系統(tǒng)設(shè)置的按鍵較少，因此采用的是獨立式鍵盤。其鍵盤接口如圖3.2所示。&

51、lt;/p><p>　　圖3.2 鍵盤接口電路</p><p>　　3.4 顯示電路的設(shè)計</p><p>　　LED即發(fā)光二極管，它是由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)流成正比，故電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛ED很適于脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖工作比直流工作狀態(tài)產(chǎn)生的亮度增強20%左右。LED顯示器有單個、七段和點陣式等幾種類型

52、，本次設(shè)計采用七段式LED數(shù)碼管。圖3.3為LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3.3 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　LED顯示器的發(fā)光管分別為a、b、c、d、e、f、g、dp,通過八個發(fā)光段的不同組合?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。LED顯示器有共陽極和共陰極兩種。本次設(shè)中采用共陰極，共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，

53、當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極接正電壓時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。正向偏置時，會產(chǎn)生大量的電子—空穴，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長（約十萬小時）、響應(yīng)速度快（小于1μS），顏色豐富等特點，是智能儀器最常用的顯示器。LED的正向工作壓降一般在1.2V-2.6V，發(fā)光工作電流在5mA -20mA,發(fā)光強度基本上與正向電流成正比，故電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛９碴枠O結(jié)構(gòu)如圖3.4所示：</p>

54、<p>　　圖3.4 共陽極結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示各有利弊。靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較多，如果顯示的位數(shù)比較多，硬件的開銷、電源的功耗等問題將變得更加突出；動態(tài)顯示需要分時顯示，需要CPU時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感。占用的CPU時間較多，但使用的硬件少，可以大幅度地降低硬件成本和電

55、源的功耗，還可以節(jié)省線路板空間。但考慮到開銷的問題，我們選擇靜態(tài)顯示。</p><p>　　3.5 顯示驅(qū)動的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用74HC595芯片作為顯示部分的驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)如圖3.11所示。該芯片為16引腳，芯片內(nèi)部由數(shù)據(jù)移位元觸發(fā)器和j態(tài)輸出鎖存器組成，其中：SER為串行輸入數(shù)據(jù)，SRCUK為移位元時鐘脈沖，RCLK為鎖存時鐘脈沖，SRCLR為復(fù)位清零信號(低電平有效)

56、，QA～QH為數(shù)據(jù)輸出，Q1為向下一芯片(位)的串行數(shù)據(jù)輸出，0E為數(shù)據(jù)輸出控制信號(低電平有效)，74HC595芯片輸出電流最大值為35mA，可以直接驅(qū)動數(shù)碼管，其移位元及鎖存信號頻率高，最大值為25MHz，這2個脈沖信號都采用上升沿觸發(fā)。為解決串傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示之間的矛盾我們采用了74HC595 作為列驅(qū)動，因為74HC595具有一個8bit的串入并出的移位寄存器和一個8bit輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)而且為寄存器和輸出鎖存器的控

57、制各自獨立這使得行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示可以同時進(jìn)行。74HC595的外形如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 74HC595芯片引腳接內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.6 運算放大器的設(shè)計</p><p>　　集成運算放大器是一種高放大倍數(shù)、高輸入阻抗、低輸出阻抗的直接耦合多級放大電路，具有兩個輸入端和一個輸出端，可對直流信號和交流信號進(jìn)行放大。外接負(fù)反饋

58、電路后，輸出電壓與輸入電壓的運算關(guān)系僅取決于外接反饋網(wǎng)絡(luò)與輸入的外接阻抗，而與運算放大器本身無關(guān)。本設(shè)計采用的是LM741運算放大器。圖3.6為741運算放大器的引腳圖。</p><p>　　圖3.6 LM741引腳圖</p><p>　　LM741放大器引腳功能說明：</p><p><b>　　1、5為調(diào)零端</b></p>

59、<p>　　2為反相輸入端 3為同相輸入端7為電源電壓正端4為電源電壓負(fù)端6為輸出端</p><p>　　LM741放大器是透過外部的電阻搭配來調(diào)整放大的增益比，然而外部電阻值并非只要增益比相同即可任意給定。如果電阻太小，放大器與電源的負(fù)載變太大，這時可能會產(chǎn)生非線性操作，甚至出現(xiàn)更奇怪的狀況；反之，若使用過大的電阻，電阻的熱噪聲增加，這時偏壓電流造成的直流補償也會影響輸出。一般而言，741放

60、大器外部電阻值合理使用范圍在1～100之間，大部分的應(yīng)用則是在10～100，本測試項目主要就是要了解相同增益的情形下，各種不同的電阻搭配組合對訊號放大有不同影響，希望能找出最佳的電阻使用范圍，以提供實際應(yīng)用時。</p><p><b>　　3.7系統(tǒng)總原理</b></p><p>　　圖3.7 系統(tǒng)總電路原理圖</p><p><b&g

61、t;　　4 程序設(shè)計</b></p><p>　　4.1 基于單片機的波形發(fā)生器的程序設(shè)計</p><p>　　圖4.1 程序設(shè)計流程圖</p><p><b>　　參考程序：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　A

62、JMP START</p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p><b>　　START:</b></p><p><b>　　CLR P3.6</b></p><p>　　JNB P3.2,MAIN</p><p>　　JNB

63、 P3.3,MAIN1</p><p>　　JNB P3.4,MAIN2</p><p>　　JNB P3.5,MAIN3</p><p>　　SJMP START</p><p><b>　　KEYCHECK:</b></p><p>　　JNB P3.2,MAIN</p><

64、;p>　　JNB P3.3,MAIN1</p><p>　　JNB P3.4,MAIN2</p><p>　　JNB P3.5,MAIN3</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　MAIN1: MOV DPTR,#7FFFH ;產(chǎn)生三角波</p><p>　　M

65、OV A,#00H </p><p>　　LOOP1:MOVX @DPTR,A </p><p>　　INC A </p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CJNE A,#0FFH,LOOP1</p><p>　　LOOP2:

66、DEC A </p><p>　　MOVX @DPTR,A </p><p>　　CJNE A,#00H,LOOP2 </p><p><b>　　INC A </b></p><p>　　LCALL KEYCHECK </p><p><b>

67、　　NOP</b></p><p>　　AJMP LOOP1 </p><p>　　LCALL KEYCHECK</p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　LJMP START </p><p>　　MAIN2: MOV DPTR,#7FFFH ;產(chǎn)生方波&

68、lt;/p><p>　　LOOP4:MOV A,#00H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL KEYCHECK</p><p>　　MOV A,#0FEH</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p&

69、gt;<p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL KEYCHECK</p><p>　　LJMP LOOP4</p><p>　　MAIN3: ;產(chǎn)生正弦波</p><p><b>　　LOOP5:</b></p><p>　　MOV A,R1

70、 </p><p>　　MOV DPTR,#SETTAB </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV DPTR,#07FFFH</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　LCALL KEYCHECK</p>

71、<p><b>　　INC R1</b></p><p>　　SJMP LOOP5</p><p>　　SETTAB:DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 01H, 02H</p><p>　　DB 02H, 03H, 04H, 05H, 06H, 07H, 08H, 09H</p><

72、;p>　　DB 0AH, 0BH, 0DH, 0EH, 10H, 11H, 13H, 15H</p><p>　　DB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H</p><p>　　DB 27H, 29H, 2BH, 2EH, 30H, 33H, 35H, 38H</p><p>　　DB 3AH, 3DH, 40H, 43

73、H, 45H, 48H, 4CH, 4EH</p><p>　　DB 51H, 55H, 57H, 5AH, 5DH, 60H, 63H, 66H</p><p>　　DB 69H, 6CH, 6FH, 72H, 76H, 79H, 7CH, 80H</p><p>　　DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H</p>&l

74、t;p>　　DB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH</p><p>　　DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H</p><p>　　DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H, 0D4H,0D6H,0D8H</p><p>　　DB 0DAH,0DDH,0DFH,

75、0E1H,0E3H, 0E5H,0E7H,0E9H</p><p>　　DB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H, 0F2H,0F4H,0F5H</p><p>　　DB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH, 0FBH,0FCH,0FDH</p><p>　　DB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FFH,0

76、FFH</p><p>　　DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FEH,0FDH</p><p>　　DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H, 0F8H,0F7H,0F6H</p><p>　　DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH, 0EEH,0ECH,0EAH</p><p&g

77、t;　　DB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H, 0DEH,0DDH,0DAH</p><p>　　DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH, 0CCH,0CAH,0C7H</p><p>　　DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH, 0B7H,0B4H,0B1H</p><p>　　DB 0AEH,0ABH,0A8H,

78、0A5H,0A2H, 9FH, 9CH, 99H</p><p>　　DB 96H, 93H, 90H, 8DH, 89H, 86H, 83H, 80H</p><p>　　DB 80H, 7CH, 79H, 78H, 72H, 6FH, 6CH, 69H</p><p>　　DB 66H, 63H, 60H, 5DH, 5AH, 57H, 55H, 51H<

79、/p><p>　　DB 4EH, 4CH, 48H, 45H, 43H, 40H, 3DH, 3AH</p><p>　　DB 38H, 35H, 33H, 30H, 2EH, 2BH, 29H, 27H</p><p>　　DB 25H, 22H, 20H, 1EH, 1CH, 1AH, 18H, 16H</p><p>　　DB 15H, 1

80、3H, 11H, 10H, 0EH, 0DH, 0BH, 0AH</p><p>　　DB 09H, 08H, 07H, 06H, 05H, 04H, 03H, 02H</p><p>　　DB 02H, 01H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H</p><p><b>　　DELAY:</b></p>

81、<p><b>　　MOV R5,#1</b></p><p>　　D1: MOV R6,#1</p><p>　　D2: MOV R7,#5</p><p><b>　　DJNZ R7,$</b></p><p>　　DJZZ R6,D2</p><p>　　DJ

82、NZ R3,D1</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　5 系統(tǒng)仿真與驗證</b></p><p>　　5.1 系統(tǒng)仿真圖與波形圖</p><p>　　圖5.1 方波仿真圖&l

83、t;/p><p>　　圖5.2 三角波仿真圖</p><p>　　圖5.3 正弦波仿真圖</p><p>　　先對匯編程序進(jìn)行編譯,生成目標(biāo)代碼文件',然后將目標(biāo)文件加載到單片機中.單擊"運行"就是"全速運行"軟件中是"Play"運行按鈕，通過模擬示波器可以看到以下波形圖。</p><

84、;p>　　圖5.4 方波波形圖</p><p>　　圖5.5 三角波波形</p><p>　　圖5.6 正弦波波形</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　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)的一般可以完全由硬件電路搭接而成，我們采用的積分電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的波形便是可

85、取的路徑之一，僅僅依靠單片機。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)程控，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機械振動等領(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要很大。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，損耗顯著更是其致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會大大增加。但利用單片機采用程序設(shè)計

86、方法來產(chǎn)生低頻信號，其頻率底線很低。具有線路相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級?？梢苑奖愕耐ㄟ^K1和K2鍵來改變波形的頻率。但由于波形采用的是同步輸出的方式，所以波形的輸出無法通過程序進(jìn)行選擇，只能通過示波器機械的選擇波形進(jìn)行輸出</p><p><b>　　致

87、 謝</b></p><p>　　在課程設(shè)計期間，經(jīng)老師的悉心指導(dǎo)和耐心啟發(fā)，使我得以順利地完成畢業(yè)課題設(shè)計。老師淵博的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，和藹的為人，忘我工作的奉獻(xiàn)精神，使我深受感染。因此，我首先要誠摯的感謝我的指導(dǎo)老師──xx老師。在此我還要特別感謝我的搭檔xx同學(xué),在我遇到難點的時候提點我讓我茅塞頓開。并且對課程設(shè)計提出了寶貴的意見和許多幫助。最后，感謝我的家人在生活上對我的關(guān)心和照顧以及對

88、我的學(xué)業(yè)的莫大支持。感謝所有關(guān)心和幫助過我的人。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄒虹.單片機波形發(fā)生器的設(shè)計.重慶郵電學(xué)院學(xué)報,1996,9(2)：23-26</p><p>　　[2] 竇振中.單片機外圍器件實用手冊[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002</p><p&g

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