簡(jiǎn)易多功能信號(hào)發(fā)生器畢業(yè)論文

1、<p>　　題 目 簡(jiǎn)易多功能信號(hào)發(fā)生器的電路設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化0922 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教

2、師 </p><p>　　成 績(jī) </p><p>　　20012 年 5 月 15 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，

3、廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴。所以本設(shè)計(jì)使用的是AT89c51單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機(jī)上加外圍器件距陣式鍵盤(pán)，通過(guò)鍵盤(pán)控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并用了LCD顯示頻率大小。在單片機(jī)的輸出端口接DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行波形調(diào)整，最后輸出波

4、形接在示波器上顯示。本設(shè)計(jì)具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整</p><p>　　關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p>

5、<p>　　第 1 章 緒 論1</p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外的研究狀況3</p><p><b>　　1.3.1 3</b></p><p><b>　　1.3.2

6、 4</b></p><p>　　第2章低頻信號(hào)發(fā)生器的方案研究5</p><p>　　2.1 總體方案論證與設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　2.1.1 5</b></p><p><b>　　2.1.2 6</b></p><p><b

7、>　　2.1.3 7</b></p><p><b>　　2.1.4 8</b></p><p>　　2.2模塊的結(jié)構(gòu)劃分 11</p><p>　　2.2.1 11</p><p>　　2.2.2 12</p><p>　　第 3 章 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16&

8、lt;/p><p>　　3.1 基本原理 16</p><p>　　3.2 資源分配 17</p><p>　　3.3 各模塊具體設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3.1 17</p><p>　　3.3.2 19</p><p>　　結(jié)論…………………………………………………………

9、………………………………………………… 23</p><p>　　參考文獻(xiàn).......................................................24</p><p>　　第 1 章 緒 論</p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　隨著電子測(cè)量及其他部門(mén)

10、對(duì)各類信號(hào)發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號(hào)發(fā)生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，更促使信號(hào)發(fā)生器向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，許多信號(hào)發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測(cè)量?jī)x器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率精度、多功能、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。</p><p&

11、gt;　　在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過(guò)程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器。而在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號(hào)是常用的基本測(cè)試信號(hào)。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。信號(hào)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測(cè)控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 但市面

12、上能看到的儀器在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求。加之各類功能的半導(dǎo)體集成芯片的快速生產(chǎn)，都使我們研制一種低功耗、寬頻帶，能產(chǎn)生多種波形并具有程控等低頻的信號(hào)發(fā)生器成為可能。</p><p><b>　　1.2 課題意義</b></p><p>　　便攜式和智能化越來(lái)越成為儀器的基本要求，對(duì)傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化，智能化，集成化也就明顯

13、得尤為重要。平時(shí)常用信號(hào)源產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等常見(jiàn)波形作為待測(cè)系統(tǒng)的輸入，測(cè)試系統(tǒng)的性能。單在某些場(chǎng)合，我們需要特殊波形對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，這是傳統(tǒng)的模擬信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器很難勝任的。利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能，設(shè)計(jì)合適的人機(jī)交互界面，使用戶能夠通過(guò)手動(dòng)的設(shè)定，設(shè)置所需波形。</p><p>　　該設(shè)計(jì)課題的研究和制作全面說(shuō)明對(duì)低頻信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)要有一個(gè)全面的解、對(duì)低頻信號(hào)的發(fā)生原理要理解掌握，以及低頻信號(hào)發(fā)生

14、器工作流程：波形的設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，單片機(jī)（51單片機(jī)，顯示電路，鍵盤(pán)控制），顯示和各模塊的連接通信等各個(gè)部分要熟練聯(lián)接調(diào)試，能夠正確的了解常規(guī)芯片的使用方法、掌握簡(jiǎn)單信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉了我們?cè)谛盘?hào)處理方面的實(shí)際工作能力。</p><p>　　1.3 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過(guò) G

15、Hz 的DDS 芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003 年，Agilent的產(chǎn)品 33220A能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M，2005 年的產(chǎn)品N6030A 能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHz 的頻率，采樣的頻率可達(dá) 1.25GHz。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快。 </p><p>　　對(duì)目前而言，國(guó)外（美）研究和使用的信號(hào)發(fā)生器大多要求頻率在10HZ-50MHZ，產(chǎn)生正弦

16、、三角、鋸齒、方波、調(diào)幅、直流等波形，而國(guó)內(nèi)則對(duì)頻率在5*10HZ-40MHZ，能產(chǎn)生正選-三角等基本波形已經(jīng)調(diào)幅、調(diào)頻、TTL等的信號(hào)發(fā)生器需求大。</p><p>　　第2章 低頻信號(hào)發(fā)生器的方案研究</p><p>　　2.1 總體方案論證與設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種：</p><p>　　方案一：用

17、分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。</p><p>　　方案二：可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專門(mén)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。</

18、p><p>　　方案三：利用專用直接數(shù)字合成ＤＤＳ芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。</p><p>　　方案四：采用AT89C51單片機(jī)和DAC0832芯片，直接連接鍵盤(pán)和顯示。該種方案主要對(duì)AT89C51單片機(jī)的各個(gè)I/O口充分利用. P1口是連接鍵盤(pán)以及接顯示電路,P2口連接DAC0832輸出波形.這樣總體來(lái)說(shuō),能對(duì)單片機(jī)各個(gè)接口都利用上,而不在多用其它芯片,

19、從而減小了系統(tǒng)的成本.也對(duì)按照系統(tǒng)便攜式低頻信號(hào)發(fā)生器的要求所完成.占用空間小,使用芯片少,低功耗。</p><p>　　綜合考慮，方案四各項(xiàng)性能和指標(biāo)都優(yōu)于其他幾種方案，能使輸出頻率有較好的穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)的要求，而且這些芯片及器件均為通用器件，在市場(chǎng)上較常見(jiàn)，價(jià)格也低廉，樣品制作成功的可能性比較大，所以本設(shè)計(jì)采用方案四。</p><p><b>　　模塊結(jié)構(gòu)劃分&

20、lt;/b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)所研究的就是對(duì)所需要的某種波形輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，在通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)部分的轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變化的0~5V的電壓脈沖值。在通過(guò)顯示部分顯示其頻率，和波形。在設(shè)計(jì)時(shí)分塊來(lái)做，按照波形設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，51單片機(jī)連接，鍵盤(pán)控制和顯示五個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。最后通過(guò)聯(lián)調(diào)仿真，做出電路板成品。從而簡(jiǎn)化人機(jī)交互的問(wèn)題，具體設(shè)計(jì)模塊如圖</p><p>&

21、lt;b>　　模塊介紹：</b></p><p>　　1.波形設(shè)定：對(duì)任意波形的手動(dòng)設(shè)定</p><p>　　2.D/A轉(zhuǎn)換：主要選用DAC0832來(lái)把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，在送入單片機(jī)進(jìn)行處理。</p><p>　　3.單片機(jī)部分：最小系統(tǒng)</p><p>　　4.鍵盤(pán)：用按鍵來(lái)控制輸出波形的種類和數(shù)值的輸入</p

22、><p>　　5.顯示部分：采用LCD顯示波形的頻率</p><p>　　系統(tǒng)要求是便攜式低功耗的，所以在硬件電路建立前首先粗略計(jì)算一下整個(gè)系統(tǒng)所需的功耗?？紤]單片機(jī)部分（有最小系統(tǒng)，D/A轉(zhuǎn)換，鍵盤(pán)接口，擴(kuò)展部分顯示等部分）的功耗大小，機(jī)器體積小，價(jià)格便宜，耗電少，頻率適中，便于攜帶。</p><p>　　第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p

23、><b>　　3.1 基本原理</b></p><p>　　低頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)主要由CPU、D/A轉(zhuǎn)換電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和顯示電路、電源等電路組成。</p><p>　　其工作原理為當(dāng)按下第一個(gè)按鍵就會(huì)分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波，并且LCD顯示器波形數(shù)據(jù)和頻率。</p><p><b>　　3.2資源分配

24、</b></p><p>　?、僦骺匦酒捎肁TMEL公司的89C51；</p><p>　　②采用12MHz的晶振器為89C51提供時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　　③提供12V、-12V和5V電壓；</p><p>　?、軐?duì)于89C51內(nèi)存分配</p><p>　　P1口的P1.0-P1.4分別與五個(gè)按鍵

25、連接，分別控制鋸齒波、三角波、正弦波和方波以及他們頻率的調(diào)節(jié)和占空比，P1.5-P1.7以及P0口與LCD連接，P2口與DAC0832的DI0-DI7數(shù)據(jù)輸入端相連。P2口的數(shù)據(jù)采用74LS373進(jìn)行鎖存后經(jīng)過(guò)DAC0808進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換；</p><p>　?、莶捎肔CD1602顯示頻率；</p><p>　?、?位D/A轉(zhuǎn)換器采用DAC0808；</p><p>

26、;　?、哌\(yùn)算放大器采用LM324。</p><p>　　3.3各模塊具體設(shè) </p><p>　　3.3.1 AT89C51單片機(jī)介紹</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，

27、俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　圖3-1是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電

28、腦，因此叫做單片機(jī)。</p><p>　　圖3-1 AT89C51芯片</p><p>　　它有40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時(shí)針?lè)较蛞来螢榈?腳、第3腳……第40腳。</p><p>　　在40個(gè)管腳中，其中有32個(gè)腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個(gè)腳叫做單

29、片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個(gè)端口都有一個(gè)特定的名字，比如第一腳的那個(gè)端口叫做“P1.0”。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)的功能：</p><p><b>　　1．主要特性：</b></p><p>　　·與MCS-51 兼容 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ·全靜態(tài)工作：0Hz-2

30、4Hz</p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ·128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) ·32可編程I/O線 ·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電

31、模式 ·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p>　　2．管腳說(shuō)明（圖3-2）：</p><p>　　圖3-2 AT89C51管腳分布</p><p>　　·VCC：供電電壓，</p><p>　　·GND：接地。

32、 </p><p>　　·P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　

33、83;P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可

34、接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

35、 </p><p>　　·P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 </p><p>　　·P3口也可作

36、為AT89C51的一些特殊功能口。</p><p>　　·P3口管腳備選功能： </p><p>　　·P3.0 RXD（串行輸入口） ·P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　·P3.2 /INT0（外部中斷0） ·P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　

37、　·P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） ·P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　·P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） ·P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)

38、，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　·ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>　　在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周</p><p>　　期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈</p&g

39、t;<p>　　沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)</p><p>　　ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行</p><p>　　MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外</p><p>　　部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。<

40、;/p><p>　　·PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　·EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端

41、保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　·XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　·XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　3．振蕩器特性：</b></p><p

42、>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　4．芯片擦除：</b></p><p>　　整個(gè)PE

43、ROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)

44、容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　5.復(fù)位電路（圖3-3）：</p><p>　　MCS-51 單片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部

45、電路才能實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　圖3-3 復(fù)位電路</b></p><p>　　（1）復(fù)位功能：復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位

46、電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位（如圖3-4(a)）和按鈕復(fù)位(如圖3-4(b))兩種方式。</p><p>　　圖3-4 RC復(fù)位電路</p><p>　?。?）單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)：?jiǎn)纹瑱C(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

47、計(jì)數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見(jiàn)表1。 </p><p>　　值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。

48、 </p><p>　　說(shuō)明：表中符號(hào)*為隨機(jī)狀態(tài)；</p><p>　　表1 寄存器復(fù)位后狀態(tài)表</p><p>　　PSW＝00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組； SP＝07H，表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫(xiě)入到08H單元中；Po-P3＝FFH，表明已向各端口線寫(xiě)入1，此時(shí)，各端口既可用于輸入

49、又可用于輸出 。IP＝×××00000B，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)； IE＝0××00000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。</p><p>　　51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來(lái)控制的，此引腳與高電平相接超過(guò)24個(gè)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RE

50、SET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(huì)執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，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)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。</p><p><b>　　按鍵電路</b></p><p>　　一、人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì)</p><p>　　所謂人機(jī)交互接口，

51、是指人與計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系、交互信息的輸入/輸出設(shè)備的接口[8]。這些輸入/輸出設(shè)備主要有鍵盤(pán)、顯示器和打印機(jī)等。他們是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設(shè)備，是控制系統(tǒng)與操作人員之間的交互窗口。一個(gè)安全可靠的控制系統(tǒng)必須具有方便的交互功能。操作人員可以通過(guò)系統(tǒng)顯示的內(nèi)容，及時(shí)掌握生產(chǎn)情況，并可通過(guò)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)，傳遞命令，對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行人工干擾，使其隨時(shí)能按照操作人員的意圖工作。</p><p>　　二、

52、鍵盤(pán)設(shè)計(jì)需要解決的幾個(gè)問(wèn)題</p><p>　　鍵盤(pán)是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤(pán)可分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種類型。編碼鍵盤(pán)能自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)代碼，以并行或串行方式發(fā)給CPU。它使用方便，接口簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，但需要專用的硬件電路。非編碼鍵盤(pán)則是通過(guò)軟件來(lái)確定按鍵并計(jì)算鍵值。這種方法雖然沒(méi)有編碼鍵盤(pán)速度快，但它不需要專用的硬件支持，因此得到了廣泛的應(yīng)用[9]。鍵盤(pán)

53、是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須解決下述一些問(wèn)題。</p><p><b>　　1.按鍵的確認(rèn)</b></p><p>　　鍵盤(pán)實(shí)際上是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合，其中每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入裝置。鍵的閉合與否，取決于機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)的通、斷狀態(tài)。反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，若高電平表示斷開(kāi)，那么低電平鍵閉合。所以，通過(guò)電平狀態(tài)（高或低）的檢測(cè)，便可

54、確定相應(yīng)按鍵是否已被按下。</p><p>　　2.重鍵與連擊的處理</p><p>　　實(shí)際按鍵操作中，若無(wú)意中同時(shí)或先后按下兩個(gè)以上的鍵，系統(tǒng)確定哪個(gè)鍵操作是有效的，完全取決設(shè)計(jì)者的意圖。如視按下時(shí)間最長(zhǎng)者為有效鍵，或認(rèn)為最先按下的鍵為當(dāng)前的按鍵，也可以將最后釋放的鍵看成是輸入鍵。不過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)的資源有限，交互能力不強(qiáng)，通常總是采用單鍵按下有效，多鍵同時(shí)按下無(wú)效的原則。</p

55、><p>　　有時(shí)，由于操作人員按鍵動(dòng)作不夠熟練，會(huì)使一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果，及重鍵的情形。為消除重鍵的影響，編制程序時(shí)可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能程序，以防止一次擊鍵多次執(zhí)行的錯(cuò)誤發(fā)生。</p><p><b>　　3.按鍵防抖動(dòng)技術(shù)</b></p><p>　　鍵盤(pán)作為向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令的接口，

56、以其特定的按鍵代表著各種確定操作命令。所以準(zhǔn)確無(wú)誤地辨認(rèn)每個(gè)鍵的動(dòng)作及其所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。</p><p>　　多數(shù)鍵盤(pán)的按鍵均采用機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)。一個(gè)電信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)、閉合過(guò)程，完成高、低電平的切換。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)閉合及斷開(kāi)的瞬間必然伴隨有一連串的抖動(dòng)。</p><p>　　消除按鍵盤(pán)抖動(dòng)通常有兩種方法：硬件消抖和軟件消抖。通過(guò)硬件電路消除

57、按鍵過(guò)程中抖動(dòng)的影響是一種廣為采用的措施。這種做法，工作可靠，且節(jié)省機(jī)時(shí)。 硬件消抖是通過(guò)在按鍵輸出電路上加一定的硬件線路來(lái)消除抖動(dòng)，一般采用R—S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路。如圖3-17所示。軟件消抖則是利用延時(shí)來(lái)跳過(guò)抖動(dòng)過(guò)程。</p><p>　　圖3-17 單穩(wěn)態(tài)硬件消抖電路</p><p>　　鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨(dú)立式鍵盤(pán)與矩陣式鍵盤(pán)。獨(dú)立式鍵盤(pán)就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一

58、根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵都不會(huì)影響</p><p>　　其它的I/O口線，示例如圖3-18所示[2]。矩陣式鍵盤(pán)又叫行列式鍵盤(pán)。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如4×4的行、列結(jié)構(gòu)可組成16個(gè)鍵的鍵盤(pán)，比一個(gè)鍵位用一根I/O口線的獨(dú)立式鍵盤(pán)少了一半的I/O口線。對(duì)矩陣鍵盤(pán)的工作過(guò)程可分兩步：第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤(pán)上是否有鍵按下；第二步是再識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下。<

59、/p><p>　　圖3-18 獨(dú)立式鍵盤(pán)</p><p>　　三、矩陣鍵盤(pán)的工作方式</p><p><b>　　1．查詢工作方式</b></p><p>　　這種方式是直接在主程序中插入鍵盤(pán)檢測(cè)子程序，主程序每執(zhí)行一次，則鍵盤(pán)檢測(cè)子程序就對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)一次。如果沒(méi)有鍵按下，則跳過(guò)鍵識(shí)別，直接執(zhí)行其他程序；如果有鍵按下，則

60、通過(guò)鍵盤(pán)掃描子程序識(shí)別按鍵，得到按鍵的編碼值。然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理完后再回到主程序執(zhí)行。鍵盤(pán)掃描子程序流程如圖3-19所示 。</p><p>　　圖3-19 鍵盤(pán)掃描流程圖</p><p><b>　　2.中斷工作方式</b></p><p>　　如圖3-20所示，就是中斷工作方式，當(dāng)有中斷的時(shí)候，就去執(zhí)行掃描程序，沒(méi)有中斷的

61、時(shí)候，CPU可以去做其他的事情。這樣可以提高CPU的效率。</p><p>　　圖3-20 鍵盤(pán)中斷工作方式</p><p><b>　　顯示模塊的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　通過(guò)液晶1602顯示輸出的波形、頻率，其電路圖如下：</p><p>　　如上圖所示，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P1口，其三個(gè)使能端R

62、S、RW、E分別接單片機(jī)的P1.5—P1.7。通過(guò)軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　DAC0832是CMOS工藝制造的8位D/A轉(zhuǎn)換器，屬于8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us，片內(nèi)帶輸入數(shù)字鎖存器。DAC0832與單片機(jī)接成數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入方式，當(dāng)單片機(jī)把一個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入DAC寄存器時(shí)，DAC0832的輸出模擬

63、電壓信號(hào)隨之對(duì)應(yīng)變化。利用D/A轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生各種波形，如方波、三角波、正弦波、鋸齒波等以及它們組合產(chǎn)生的復(fù)合波形和不規(guī)則波形。</p><p>　　1.DAC0832主要性能：</p><p>　　◆輸入的數(shù)字量為8位；</p><p>　　◆采用CMOS工藝，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；</p><p>　　◆數(shù)據(jù)輸入可以采用雙緩沖、

64、單緩沖和直通方式；</p><p>　　◆轉(zhuǎn)換時(shí)間：1us；</p><p><b>　　◆精度：1LSB；</b></p><p><b>　　◆分辨率：8位；</b></p><p>　　◆單一電源：5—15V，功耗20mw；</p><p>　　◆參考電壓：-10—+1

65、0V；</p><p>　　DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料:芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832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)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò)RFB端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接。 </p><p>　　該片

66、邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接，下面是芯片電路原理圖3-20</p><p>　　圖3-20 DAC0832電路原理圖</p><p>　　如圖3-20所示，待轉(zhuǎn)換的8位數(shù)字量由芯片的8位數(shù)據(jù)輸入線D0～D7輸入，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后，通過(guò)2個(gè)電流輸出端IOUT1和IOUT2輸出，IOUT1是邏輯電平為"1"的各位輸出電流之和，IOU

67、T2是邏輯電平為"0"的各位輸出電流之和。另外，ILE、、、和是控制轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)?！　AC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。輸入寄存器和DAC寄存器作為雙緩沖，因?yàn)樵贑PU數(shù)據(jù)線直接接到DAC0832的輸入端時(shí)，數(shù)據(jù)在輸入端保持的時(shí)間僅僅是在CPU執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi)，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。有時(shí)，微機(jī)控制系統(tǒng)要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量參數(shù)，此時(shí)對(duì)應(yīng)于每一種參數(shù)需要一

68、片DAC0832，每片DAC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間相同，就可采用DAC寄存器對(duì)CPU分時(shí)輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時(shí)刻開(kāi)始鎖存，進(jìn)而同時(shí)產(chǎn)生各模擬信號(hào)。　　控制信號(hào)ILE、、用來(lái)控制輸入寄存器。當(dāng)ILE為高電平，為低電平，為負(fù)脈沖時(shí)，在LE產(chǎn)生正脈沖；其中LE為高電平時(shí)，輸入寄存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線狀態(tài)變化，LE的負(fù)跳變將輸入數(shù)據(jù)線上的信息存入輸入寄存器?！　】刂菩盘?hào)和用來(lái)控</p><p>　　DAC083

69、2的數(shù)據(jù)輸出方式在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,通常使用的是電壓信號(hào),而DAC0832輸出的是電流信號(hào)，這就需要由運(yùn)算放大器組成的電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。其中有輸出電壓各自極性固定的單位性輸出和在隨動(dòng)系統(tǒng)中輸出電壓有正負(fù)極性的雙極性輸出兩種輸出方式。3. DAC 0832同CPU的連接</p><p>　　微處理器與DAC0832之間可以不加鎖存器，而是利用DAC0832內(nèi)部鎖存器，將CPU</p><p>　　

70、通過(guò)數(shù)據(jù)總線直接向DAC0832輸出的停留時(shí)間很短的數(shù)據(jù)保存，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束?！　AC0832同CPU的接口如圖3-21所示.DAC0832作為微處理器的一個(gè)端口，用地址92H的選通作為和的控制信號(hào)，微處理器的寫(xiě)信號(hào)直接來(lái)控制和。</p><p>　　圖3-21 DAC0832和CPU連接電路</p><p>　　本系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換電路圖3-22</p><p>　

71、　圖3-22 D/A轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　I/V轉(zhuǎn)換波形輸出電路</p><p>　　DAC0832為電流輸出型轉(zhuǎn)換器,一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。</p><p>　　如圖3-23所示為一種用兩級(jí)運(yùn)算放大器組成的模擬電壓輸出電路。從第一個(gè)運(yùn)放輸出為單極性模擬電壓，從第二個(gè)運(yùn)放輸出為雙極性模擬電壓。如果參考電壓為+5

72、V，則點(diǎn)a輸出電壓為0～-5V，點(diǎn)b輸出電壓為±5V。 </p><p>　　圖3-23 I/V轉(zhuǎn)換波形發(fā)生電路</p><p><b>　　一、LM324簡(jiǎn)介</b></p><p>　　LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。

73、每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖2。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各

74、種電路中。</p><p>　　)LM324工作原理</p><p>　　（管腳功能如圖9所示） </p><p>　　圖9 LM324管腳圖</p><p>　　在此項(xiàng)目中用了LM324的三組運(yùn)放，分別置于第一級(jí)輸出，第一、二級(jí)之間，第二級(jí)輸出。</p><p><b>　　原理圖</b>&l

75、t;/p><p>　　電壓變換原理圖如圖3-27所示</p><p>　　圖3-27 系統(tǒng)信號(hào)變換</p><p><b>　　雙極性輸出實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　若D/A轉(zhuǎn)換器輸出為雙極性，如圖4所示。</p><p>　　圖7 D/A轉(zhuǎn)換器雙極性輸出電路</p><

76、p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990</p><p>　　[2]穆蘭.單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995</p><p>　　[3]張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1990&

77、lt;/p><p>　　[4]蔣智勇. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù).沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版設(shè),1992</p><p>　　[5]韓全立，王建明.單片機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[6]徐仁貴. 微型計(jì)算機(jī)借口技術(shù)及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[7]房小翠，王金鳳.單片機(jī)使用