【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(shí)驗(yàn)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(jì)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(hào)的低頻信號(hào)源，其信號(hào)幅度和頻率都是可以按要求控制的。文中簡(jiǎn)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(jì)電路有關(guān)的各種芯片。根據(jù)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(hào)的硬件電路和軟件編程。信號(hào)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(guò)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(jì)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(lái)完成。積分電路具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是當(dāng)采用直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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(guò)鍵盤(pán)可以進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)，對(duì)頻率能夠進(jìn)行增大和減小的設(shè)置。本設(shè)計(jì)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(jì) 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(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、波形產(chǎn)生電路、鍵盤(pán)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(hào)在示波器中顯示出來(lái)，需要有一個(gè)放大器將此電信號(hào)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(yùn)用運(yùn)算放大電路能將電壓信號(hào)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(guò)儀器進(jìn)行觀察，所以通過(guò)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(jì)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(gè)接收、處理、輸出信號(hào)的儀器裝置，將單片機(jī)與 LED 顯示連接成一個(gè)有機(jī)的整體。其主要是完成數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)與之有關(guān)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的編程使顯示值與稱(chēng)重值對(duì)應(yīng)。因此，此部分是整個(gè)設(shè)計(jì)最重要的組成部分。4. LED 顯示電路根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，需要使波形的頻率通過(guò) LED 進(jìn)行顯示。如果波形頻率在設(shè)定范圍內(nèi)，則通過(guò) 4 位 LED 來(lái)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(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的 0000H 地址單元開(kāi)單片機(jī)74HC595 LEDDAC0832 LM741復(fù)位電路鍵盤(pán) 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(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，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(kāi)始執(zhí)行程序。 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì) 方 案如果硬件是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，那軟件就是整個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在，它可以使儀器的主要功能得以實(shí)現(xiàn)。而在軟件設(shè)計(jì)方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是使用最廣泛的，用模塊化設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。根據(jù)這一原則和畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，本課題的軟件主要包括：波形產(chǎn)生子程序，鍵盤(pán)處理子程序，LED 顯示子程序幾大部分。各程序以模塊形式，獨(dú)立成章，運(yùn)行過(guò)程中可以調(diào)用執(zhí)行，整個(gè)波形發(fā)生器的軟件流程圖如圖 所示。 開(kāi)始初始化波形產(chǎn)生子程序鍵盤(pán)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(pán)處理子程序鍵盤(pán)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(guò)延時(shí)子程序?qū)Π存I的抖動(dòng)進(jìn)行消除。2. 波形產(chǎn)生子程序主要是通過(guò)調(diào)用單片機(jī)內(nèi)的方波子程序，同時(shí)通過(guò)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(cè)量結(jié)果送顯示器顯示，通過(guò)對(duì) LED 顯示子程序的編譯、鏈接、調(diào)試等操作實(shí)現(xiàn)對(duì)所測(cè)得的物體質(zhì)量進(jìn)行顯示，它是人—機(jī)對(duì)話的組成部分之一。 單 片 機(jī) 的 選 擇現(xiàn)在市場(chǎng)上的單片機(jī)種類(lèi)繁多，功能各異。我們通過(guò)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(jì)者的需求。 單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)作為本系統(tǒng)的核心組件，選擇哪一型號(hào)的 MCS51 系列單片機(jī)是關(guān)鍵的問(wèn)題。8031 單片機(jī)片內(nèi)不帶程序內(nèi)存 ROM，使用時(shí)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(hù)若想對(duì)寫(xiě)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(xiě)入。寫(xiě)入到外接程序內(nèi)存的程序代碼沒(méi)什么保密性可言。8051 單片機(jī)片內(nèi)有 4KROM，無(wú)須外接內(nèi)存和 74LS373，更能體現(xiàn)“單片”的簡(jiǎn)練。但是編的程序無(wú)法燒寫(xiě)到其 ROM 中，只有將程序交芯片廠代為改寫(xiě)，并是一次性的，今后都不能改寫(xiě)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(hù)可以將自己編寫(xiě)的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的 EPROM 中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，EPROM 的改寫(xiě)同樣需要用紫外線照射一定時(shí)間擦除后再捎寫(xiě)。89C51 單片機(jī)為 EPROM 型，在實(shí)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(jì)，由美國(guó)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(chǔ)技術(shù)制造并且與國(guó)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(jiǎn)化電路以及其性?xún)r(jià)比等角度來(lái)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(chǔ)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(hào)輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號(hào)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(yùn)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(yùn)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(yùn)算。它不但對(duì) 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(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn) ALU 所不具備的，它可以對(duì)位變量進(jìn)行置位、清零、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與” ， “或