【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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(fèi)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(jìn)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(jī)的接口電路如圖 所示。 圖 ZLG7289與單片機(jī)接口電路 ZLG7289的片選端與單片機(jī)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(jī)相連接。 DAC0832 與單片機(jī)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(jī)的 相連，所以地址為8000H，當(dāng) 給低電平時， 0832 開始工作，單片機(jī)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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)接口時，微機(jī)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(jī)間，需有數(shù)據(jù)寄存器來保持微型計算機(jī)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(jī)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(jī)接口，須通過并行接口與微機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)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 ?？煞譃?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(jī)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(yùn)算放大器， Vout通過 2R 電阻反饋到運(yùn)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(yùn)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(jī)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(jī)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(yùn)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(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨立。 每一組運(yùn)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(yùn)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(yùn)放輸出端