【正文】 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(jī)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。本文介紹的是利用 AT89C51 單片機(jī)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(jī)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)。 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。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。積分電路具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)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。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。4 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 計 方 案圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖 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(jī)、波形產(chǎn)生電路、鍵盤電路、LED 顯示電路、積分電路。1. 電壓放大電路DAC0832 的輸出電壓比較小。因此，要將該電壓信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。2. 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路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。3. 單片機(jī)單片機(jī)作為一個接收、處理、輸出信號的儀器裝置，將單片機(jī)與 LED 顯示連接成一個有機(jī)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。4. LED 顯示電路根據(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。5. 復(fù)位電路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 地址單元開單片機(jī)74HC595 LEDDAC0832 LM741復(fù)位電路鍵盤 積分電路5始執(zhí)行程序。在 89C51 工作后，只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)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。 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計 方 案如果硬件是整個設(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 所示。 開始初始化波形產(chǎn)生子程序鍵盤處理子程序LED 顯示子程序結(jié)束圖 軟件原理流程框圖1. 鍵盤處理子程序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。2. 波形產(chǎn)生子程序主要是通過調(diào)用單片機(jī)內(nèi)的方波子程序，同時通過程序?qū)?DAC0832 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。3. LED 顯示子程序6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(jī)對話的組成部分之一。 單 片 機(jī) 的 選 擇現(xiàn)在市場上的單片機(jī)種類繁多，功能各異。我們通過比較和分析，采用 51系列單片機(jī)中的 AT89C51 單片機(jī)，該單片機(jī)功能強(qiáng)大，滿足設(shè)計者的需求。 單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計作為本系統(tǒng)的核心組件，選擇哪一型號的 MCS51 系列單片機(jī)是關(guān)鍵的問題。8031 單片機(jī)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，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。8051 單片機(jī)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。8751 單片機(jī)與 8051 單片機(jī)基本一樣，但 8751 單片機(jī)片內(nèi)有 4K 的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)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。89C51 單片機(jī)為 EPROM 型，在實際電路中可以直接互換 8051 單片機(jī)或8751 單片機(jī)，不但和 8051 單片機(jī)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。 89C51 是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計，由美國公司生產(chǎn)八位單片機(jī) 。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(jī)。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(jī)指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。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(jī)， 89C51 本身帶有 4K 的內(nèi)存儲器，其管腳如圖 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（3239）：雙向 I/O 口，既可作低 8 位地址和 8 位7數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通 I/O 口；P1 口（18）：準(zhǔn)雙向通用 I/O 口；P2 口（2128 ）：既可作高 8 位地址總線，也可作普通 I/O 口；P3 口（1017）：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（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。圖 89C51 管腳圖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。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)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(bǔ)、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(qiáng)的位操作是一般微型計算機(jī)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(bǔ)、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與” ， “或