【正文】 ital. As a result of the LM324 operational amplifier to the circuit more stable high performance, high performance ratio. This circuit is clear, easy to find failure error, simple and convenient. This design can produce square wave, sawtooth wave, sine wave, and produces waveform in a certain amplitude and frequency range is adjustable, waveform also accurate and smooth. The system is designed to be simple, excellent performance, with a certain degree of practicality. Key words: AT89S51。 The lowfrequency signals。 Generator。 Opamp device 2 正 文 1 緒 論 信號發(fā)生器現(xiàn)狀 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，如采用 555 振 蕩電 路 發(fā) 生正弦波、三角波和方波的 電 路便是可取的路 徑 之一，不用依靠 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)過 程控制，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 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。 單片機在低頻信號發(fā)生器中的應(yīng)用 當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會，電子技術(shù)的進(jìn)步，給人們帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革新。單片機構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機、微波爐到音響汽車，處處可見其應(yīng)用。因此，單片機技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家 工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。 一塊單片機芯片就是一臺計算機。由于單片機 這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔(dān)了大中型計算機和通用微型計算機無法完成的一些工作。使其具有很多顯著的優(yōu)點和特點，因此在各個領(lǐng)域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片機的特點歸納起來有以下幾個方面。 (1) 具有優(yōu)異的性能價格比 單片機盡可能地把應(yīng)用所需的存儲器 ,各種功能的 I/O 接口集成在一塊芯片內(nèi) ,因而其性能很高 ,而價格卻相對較低廉 ,即性能價格比很高。 (2) 控制功能強 3 單片機體積雖小，但 “五臟俱全 ”，它非常適用于專門的控制用途。為了滿足 工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令， I/O 口的邏輯操作指令以及位操作指令。其邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 (3) 集成度高、體積小、可靠性高 單片機把各種功能部件集成在一塊芯片上，因而集成度高，均為大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路。又內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片之間的連線，這大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。同時，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。 (4) 低電壓、低功耗 單片機大量用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費類產(chǎn)品，低電壓和低功耗尤為重要。目前， 許多單片機已可在 電壓下運行 ,有的已能在 或 下工作，功耗降至 μA級 ,一粒鈕扣電 池就可長期使用。 利用單片機采用程序設(shè)計方法來產(chǎn)生低頻信號，其下限頻率很低。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。 本文 采用 AT89S51 單片機和一片 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信號發(fā)生器，它的特點是價格低、性能高，在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小 、耗電少等。 信號發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點： ① 較分立元件信號發(fā)生器而言，具有頻率高，工作穩(wěn)定，容易調(diào)試等特性； ② 較專用 DDS 芯片的信號發(fā)生器而言，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等特性。 2 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)方案的比較 選題論證 制作低頻信號發(fā)生器可以用一片 DAC0832 來實現(xiàn)，它可以分為單極性和雙極性。而本項目選擇了單片雙極性。之所以選單片雙極性是因為其精度高，濾波好，抗干擾效果好 。 4 方案選擇 方案一： AT89S51 芯片中每一路模擬輸出與 DAC0832 芯片相連，構(gòu)成多個 DAC0832同步輸出電路，輸出波形穩(wěn)定，精度高，但是第二級 DAC0832 輸出，發(fā)生錯誤并且電路連接復(fù)雜。 方案二： AT89S51 芯片中只有一路模擬輸出或幾路模擬信號非同步輸出，這種情況下CPU 對 DAC0832 執(zhí)行一次寫操作，則把一個數(shù)據(jù)直接寫入 DAC 寄存器， DAC0832 的輸出模擬信號隨之對應(yīng)變化。輸出波形穩(wěn)定，精度高，濾波好，抗干擾效果好，連接簡單，性價比高。因此我們設(shè)計中采用方案二。 芯片選擇模塊 方案一： AT89S51 單片機是一種高性能 8 位單片微型計算機。它把構(gòu)成計算機的中央處理器 CPU、存儲器、 寄存器、 I/O 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計算機。同時，為什么選 AT89S51 而不選用 AT89C51，那是因為 AT89S51 相對于 AT89C51更強大， AT89S51 增加的新功能包括： ⑴ 性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比 89C51 更低。 ⑵ ISP 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 ⑶ 最高工作頻率為 33MHz，大家都知道 89C51 的極限工作頻率是 24M，就是說 89S51 具有更高 的 工作頻率，從而具有了更快的 計算速度。 ⑷ 具有雙工串行通道。 ⑸ 內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計時器單元電路。 ⑹ 雙數(shù)據(jù)指示器。 ⑺ 電源關(guān)閉標(biāo)識。 ⑻ 全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 ⑼ 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部子 系列產(chǎn)品。比如 805 89C51 等等早期 MCS51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是 80589C51 還是 MCS51），在 89S51 上一樣可以照常運行， 這就是所謂的向下兼容。 方案二： C8051F005 單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與 AT89S51 兼容 5 的微控制器的內(nèi)核，與 MCS51 指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn) AT89S51 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。 方案選擇： 方案二中 C8051F005 芯片系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易控制，芯片成本高，對于本系統(tǒng)而言利用率低， AT89S51 芯片簡單易控制，成本低，性能穩(wěn)定 ,因此采用方案一。 3 硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)框圖 圖 低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖 低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由 CPU、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓電路、電流 /電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和波形指示電路、電源等電路組成。 資源分配 軟、硬件設(shè)計是設(shè)計中不可缺少的，為了滿足功能和指標(biāo)的要求，資源分配如下 (1) 晶振采用 12MHZ； (2) 內(nèi)存分配 。 P2 口與 DAC0832 的 DI0DI7 數(shù)據(jù)輸入端相連 。 P2 口用來控制 DAC0832 的輸入寄存器選擇信號 CS、輸入寄存器寫選通信號 WR1 及DAC 寄存器寫選通信 號 WR2 和數(shù)據(jù)傳送信 號 XFER。 波形指示 鍵 盤 AT89S51 A/D 轉(zhuǎn)換 電流、電壓轉(zhuǎn)換 輸 出 電 源 基準(zhǔn)電壓 6 最小單片機系統(tǒng)設(shè)計 (1) AT89S51 功能特性概述 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz，即零頻率的靜態(tài)邏輯操作， 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù) ，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 （ 2） AT89S51 的引腳圖 和 實物圖 如 下 圖 ： 圖 AT89S51 的引腳圖 和 實物圖 ① 主要特性 ： 7 ⑴ 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) )； ⑵ 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz； ⑶ 三級程序存儲器保密鎖定 ； ⑷ 128*8 位內(nèi)部 RAM； ⑸ 32 條可編程 I/O 線 ； ⑹ 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ； ⑺ 6 個中 斷源 ； ⑻ 可編程串行通道 ； ⑼ 低功耗的閑置和掉電模式 ； ⑽ 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ； ② 管腳說明 ： ※ VCC：供電電壓。 ※ GND：接地。 ※ P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路的雙向 I/O 口， 可接收輸出 8 個 TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 ※ P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4 個 TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 ※ P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位 準(zhǔn) 雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，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， 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 ※ P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的 準(zhǔn) 雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入 “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 。 P3 除了作為普通 I/O 口，還有 8 第二功能 如下表 ： 表 31 端口引腳 圖 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部