【正文】 。頻率和幅值的調(diào)節(jié)可通過電位器改變輸入電壓來實現(xiàn)，需要有模擬量輸入， ADC0809 有 8路模擬輸入， 8位數(shù)鍵盤輸入模塊 幅值頻率調(diào)整模塊 數(shù)碼顯示模塊 D/A轉(zhuǎn)換模塊 單片機模塊 4 字量輸出，可滿足。顯示模塊采用 ZLG7289 芯片，該芯片是串行通訊，可節(jié)省I/O 口， 6 個數(shù)碼管可將幅值和頻率同時顯示。 各模塊的工作原理 整個系統(tǒng)由單片機控制模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼顯示模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、幅值頻率調(diào)整模塊 5部分組成。 鍵盤輸入模塊 鍵盤輸入模塊可控制波形 種類的選擇，電路非常簡單（如圖 ），一個按鍵直接接在單片機的 INT1 中斷接口上，通過中斷來控制波形的選擇 [2]。 圖 按鈕與單片機的接口 根據(jù)硬件設(shè)計，系統(tǒng)用按鈕切換波形，可考慮采用查詢或中斷方式進行，這兩種方式比較起來后者效率更高。若采用查詢方式檢測按鈕，則系統(tǒng)需要花費大量的時間去定期檢測 口管腳點位，這樣就增加了軟件開銷，降低了效率，因而采用中斷方式編程比較理想。其編程思想是安排 一個 存儲單元存放按鈕次數(shù)，初值設(shè)為 0，對應(yīng)于某種波形，每中斷一次數(shù)據(jù)加 1，以對應(yīng)另一種波形。因此中斷程序的 任務(wù)僅僅是通過改變按鈕次數(shù)來存放單元的數(shù)據(jù)而已，波形切換在主程序中進行。具體的按鈕次數(shù)和對應(yīng)波形如下： 表 按鈕次數(shù)對應(yīng)的波形 按鈕次數(shù) 波形 1次 正弦波 2次 三角波 3次 方波 5 數(shù)碼顯示模塊 這個模塊主要作用是將波形幅值和頻率在數(shù)碼管上顯示。 用于驅(qū)動數(shù)碼顯示的芯片是 ZLG7289,它與單片機的接口電路如圖 所示。 圖 ZLG7289與單片機接口電路 ZLG7289的片選端與單片機的 ，當(dāng) ，它被選中，芯片開始工作。 CLK 為同 步時鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效，因此與 CLK 連接的 在發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)時置為‘ 1’，在發(fā)送和讀取數(shù)據(jù)結(jié)束時置為‘ 0’。 DIO 端為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端，當(dāng)芯片接受指令時，此引腳為輸入端；當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳在‘讀’指令最后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆恕?KEY 為按鍵有效輸出端，平時為高電平，當(dāng)檢測到有效按鍵時，此引腳變?yōu)榈碗娖健? 本次設(shè)計中 ZLG7289 驅(qū)動了 6 個數(shù)碼管，前 2個用于顯示波形的幅值， 至 ，后 4位用于顯示波形的頻率。 ZLG7289采用串 行方式與微處理器通訊，串行數(shù)據(jù)從 DATA引腳送入芯片，并由 CLK端同步。當(dāng)片選信號變?yōu)榈碗娖胶螅?DATA引腳上的數(shù)據(jù)在 CLK引腳的上升沿被寫入 ZLG7289的緩沖寄存器。 上電后，所有的顯示均為空。所有顯示位的顯示屬性均為“顯示”及“不閃爍”。當(dāng)有鍵按下時， KEY引腳輸出低電平，此時如果接收到“讀鍵盤”指令， ZLG7289將輸出所按下鍵的代碼。如果在沒有按鍵的情況下收到“讀鍵盤”指令 ZLG7289將輸出 0FFH（ 255）。 注意：如果有 2個鍵同時按下， ZLG7289將只能給出其中一個鍵的代碼，因 6 此 ZLG7289不適于應(yīng)用在需要 2個或 2個以上鍵同時按下的場合。 D/A 轉(zhuǎn)換模塊 D/A轉(zhuǎn)換模塊主要用于將從 C51送來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓，產(chǎn)生波形。這里我選用了 DAC0832 芯片，該芯片具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器，是 8 位的 DAC，能直接與 MCS51 單片機相連接。 DAC0832 與單片機的接口電路在第三章第一節(jié)中會詳細(xì)介紹。 DAC0832 的 WR1 和 Xfer 都接地， CS 與單片機的 相連，所以地址為8000H，當(dāng) 給低電平時， 0832 開始工作，單片機將預(yù)先設(shè)定好的數(shù)字量通過 P0 口傳給 DAC0832。 DAC0832 經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，并以差分方式送給運算放大器 LM324，后者將其變?yōu)殡妷盒盘栞敵觥? 幅值頻率調(diào)整模塊 幅值和頻率的調(diào)整是通過電位器來調(diào)節(jié)的，電位器與 ADC0809 相連，將模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，運用在程序中，以達(dá)到調(diào)整的目的。 工作原理圖如下： 圖 幅值頻率調(diào)整模塊的工作原理框圖 為了方便敘述，調(diào)節(jié)頻率的電位器定為電位器 1，調(diào)節(jié)幅值的電位器定為電位器 2，電位器 1 接在 ADC0809 的 IN0 通道上，電位器 2接在 ADC0809 的 IN1通道上。 當(dāng)程序執(zhí)行 MOV @DPTR,7000H 時，產(chǎn)生一個啟動信號給 START 引腳送入脈沖，開始對通道 IN0 中的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。電位器 1連接在 IN0 通道，所以它 7 的模擬量電壓送入 ADC0809 開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，會發(fā)出一個結(jié)束信號，置EOC 腳為高電平， EOC 引腳與單片機的 INT0 中斷接口相連，用于中斷。當(dāng)讀允許信號到， OE 端有高電平，則可以讀出轉(zhuǎn)換數(shù)字量。利用 MOVX A,DPTR 把該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到 A累加器中。該數(shù)字量作為 2 次 D/A 轉(zhuǎn)換之間的延時基值去延時，這樣輸出波形的頻率就和模擬電壓聯(lián)系起來，只要調(diào)整電位器 1 的旋鈕就可以改 變輸入電壓模擬量，就可以改變波形的頻率。 幅值的調(diào)節(jié)是通過電位器 2調(diào)節(jié) DAC0832 的 Vref 端的輸入電壓基值來改變的。調(diào)節(jié)電位器 2可使的模擬量電壓在 0V至 5V 之間變換，此時， DAC0832輸入端的數(shù)字量 00H 到 FFH 轉(zhuǎn)換后所對應(yīng)的模擬量就會在 0V到 5V 之間變化，這樣就達(dá)到了調(diào)節(jié)幅值的目的。通過調(diào)節(jié)電位器 2，波形的幅值就會在 0V 到5V 之間變化，用戶可選擇需要的幅值。同時，調(diào)節(jié)電位器 2 得到的模擬電壓會送到 ADC0809 的 IN1 通道。當(dāng)程序執(zhí)行 MOV @DPTR,7020H 時， IN1 通道的模擬量就送入 ADC0809 開始轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送入單片機用于顯示。 8 第三章 硬件設(shè)計 整個硬件設(shè)計可分為： D/A 電路設(shè)計、 A/D 電路設(shè)計、單片機電路設(shè)計及鍵盤顯示電路的設(shè)計。本章將詳細(xì)講解這些電路的構(gòu)成。 D/A 電路設(shè)計 D/A 電路是把單片機送來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓，用來生成波形的電路。 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇 由于 D/A 轉(zhuǎn)換器與微機接口時，微機是靠指令輸出數(shù)字量供數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ DAC）轉(zhuǎn)換之用，而指令送出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上的時間是短暫的，所以 DAC和微機間，需有數(shù)據(jù)寄存器來保持微型計算機輸 出的數(shù)據(jù)，供 DAC 轉(zhuǎn)換用。目前生產(chǎn)的 DAC 芯片可分為兩類，一類內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器，不需外加電路就可直接與微機接口。另一類內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，不能直接與微機接口，須通過并行接口與微機接口。 DAC0832芯片內(nèi)部有輸入寄存器和 DAC 寄存器，所以它不需要外加其他電路便可以與微機的數(shù)據(jù)總線直接相連。 DAC0832 芯片介紹 (1)DAC0832 的特性 美國國家半導(dǎo)體公司的 DAC0832 芯片是具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位DAC，它能直接與 MCS51單片機相連接，其 主要特性如下： ① 分辨率 8位； ② 電流輸出，穩(wěn)定時間為 1us； ③ 可雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入； ④ 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 9 ⑤ 單一電源供電（ +5~+15V）； ⑥ 低功耗， 20mW[3]。 (2)DAC0832 的引腳及邏輯結(jié)構(gòu) DAC0832 的引腳如圖 所示。 圖 DAC0832引腳圖 各引腳功能如下： DI0~DI7 為 8 位數(shù)字信號輸入端，與 CPU 數(shù)據(jù)總線相連，用于輸入 CPU 送來的待轉(zhuǎn)換數(shù)字量， DI7 為最高位。 CS：片選端，當(dāng) CS 為低電平時，本芯片被選中工作。 ILE：數(shù)據(jù) 鎖存允許控制端，高電平有效。 WR1:第一級輸入寄存器寫選通控制，低電平有效，當(dāng) CS=0、 ILE= WR1=0時，數(shù)據(jù)信號被鎖存到第一級 8位輸入寄存器中。 XFER:數(shù)據(jù)傳送控制，低電平有效。 WR2： DAC 寄存器寫選通控制端，低電平有效，當(dāng) XFER=0、 WR1=0 時，輸入寄存器狀態(tài)傳入 8位 DAC 寄存器中。 Iout1： D/A 轉(zhuǎn)換器電流輸出 1 端，輸入數(shù)字量全“ 1”時， Iout1 最大，輸入數(shù)字量全“ 0”時， Iout1 最小。 Iout2：電流輸出 2端， Iout2+Iout1=常熟。 Rfb：外部反饋信號輸入端 ，內(nèi)部已有反饋電阻，根據(jù)需要也可外接反饋電阻。 Vref：參考電壓（也稱基準(zhǔn)電壓）輸入端，電壓范圍（ 10~+10） V 之間。 DGND:數(shù)字信號接地端。 10 AGND：模擬信號接地端，最好與參考電壓共地。 DAC0832 的邏輯結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 DAC0832原理框圖 DAC0832 內(nèi)部由三部分電路組成，如圖 所示。“ 8位輸入寄存器”用于存放 CPU 送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由 LE1 加以控制?！?8位 DAC 寄存器”用于存放待轉(zhuǎn)換數(shù)字量，由 LE2 控制， T型電阻網(wǎng)絡(luò)能輸出和數(shù)字量成正 比的模擬電流。因此， DAC0832 通常需要外接運算放大器才能得到模擬輸出電壓。 DAC 的應(yīng)用 按照輸入數(shù)字量位數(shù)， DAC 常可分為 8 位、 10 位和 12 位三種。 MCS51 與它的接口常和 DAC 的應(yīng)用有關(guān)，因此這里線討論 DAC 的應(yīng)用問題，然后介紹它與單片機的接口。 DAC 用途很廣，現(xiàn)以 DAC0832 為例介紹它在如下三方面的應(yīng)用 [4]。 （ 1） DAC 用做單極性電壓輸出 在需要單極性模擬電壓環(huán)境下，我們采用圖 所示接線。由于 DAC0832是 8位的 D/A 轉(zhuǎn)換器，故可得輸出電壓對輸入數(shù)字量的關(guān)系為 Vout=（ B*Vref） /255 11 式中， B為輸入的數(shù)字量，范圍是 0～ 255； Vref/255 為一常數(shù)。 很顯然， Vout 和 B成正比的關(guān)系。當(dāng)輸入數(shù)字量 B 為 0時， Vout 也為 0，輸入數(shù)字量為 255 時， Vout 為最大值，輸出電壓為單極性。 （ 2） DAC 用作雙極性電壓輸出 在需要用到雙極性電壓的場合下，可以采用圖 所示接線。 圖 雙極性 DAC的接法 圖中， DAC0832 的數(shù)字量由 CPU 送來， OA1 和 OA2 均為運算放大器， Vout通過 2R 電阻反饋到運算放大器 OA2 輸入端，其他如圖所示。 G 電為虛擬地，故由基 爾霍夫定律列出方程組，并解得： Vout=（ B128） *Vref/128 由上式可知，在選用 +Vref 時，若輸入數(shù)字量最高位 b7 為“ 1”，則輸出模擬電壓 Vout 為正；若輸入數(shù)字量最高位為“ 0”，輸出模擬電壓 Vout 為負(fù)。選用Vref 時， Vout 輸出值正好和選用 +Vref 時極性相反。 （ 3） DAC 用作程控放大器 DAC 還可以用作程控放大器，其電壓放大倍數(shù)可由 CPU 通過程序設(shè)定。圖 為用作電壓放大器的 DAC 接線。 由圖可見，需要放大的電壓 Vin 和反饋輸入端 Rfb 相接，運算放大器輸出Vout 還作為 DAC 的 基準(zhǔn)電壓 Vref，數(shù)字量由 CPU 送來，其余如圖所示。 DAC0832內(nèi)部 Iout 一邊和 T型電阻網(wǎng)絡(luò)相連，另一邊又通過反饋電阻 Rfb 和 Vin 相通。 由圖可得出，當(dāng)選 R=Rfb 時， Vout=（ 256/B） *Vin 式中 256/B 看做放大倍數(shù)。但數(shù)字量 B 不得為“ 0”，否則放大倍數(shù)為無限大，放大器因此而處于飽和狀態(tài)。 12 圖 DAC0832用作程控放大器 DAC 與單片機的連接 MCS51 與 DAC0832 接口時，可以有三種連接方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 本設(shè)計中采用的單緩沖方式 [5]。 圖 單緩沖方式下的 DAC0832 單緩沖方式是指 DAC0832 內(nèi)部的兩個數(shù)據(jù)緩沖器有一個處于直通方式，另一個處于受 MCS51 控制的鎖存方式。在實際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸 13 出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求多路輸出同步的情況下，就可采用單緩沖方式。 單緩沖方式的接口電路如圖 所示 . 由圖可見， WR2 和 XFER 接地，故 DAC0832 的“ 8 位 DAC 寄存器”（見圖 ）工作于直通方式。 8 位輸入寄存器受 CS 和 WR1 端信號控制，而且 CS 由 端信號控制。因此， 單片機執(zhí)行以下兩條指令時，就可以使 DAC0832 工作。 MOV DPTR,8000H MOVX @DPTR,A LM324 芯片介紹 LM324是四運放集成電路，它采用 14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。 每一組運算放大器可用圖 ，它有 5個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該 輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運放輸出端