【正文】 ................................431基于 AT89S51 低頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要本信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)采用 AT89S51 單片機(jī)作為控制核心，外圍采用數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832） 、運(yùn)放電路（LM324） 、按鍵和 LED 顯示燈電路。由 AT89S51 單片機(jī)和一片 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器。由于采用了 LM324 運(yùn)算放大器，使其電路更加具有較高的穩(wěn)定性能，性能比高。此電路清晰，出現(xiàn)故障容易查找，操作簡(jiǎn)單、方便。本設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生方波、鋸齒波、正弦波，并且所產(chǎn)生的波形在一定的幅頻范圍內(nèi)可調(diào),波形準(zhǔn)確并且平滑。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良，具有一定的實(shí)用性。 關(guān)鍵詞：AT89S51；低頻信號(hào)；發(fā)生器；運(yùn)放器ABSTRACTThis signal generator is designed using AT89S51 as control core and periphery using digital/analog converter circuit (DAC0832), operational amplifier circuits (LM324), button and LED indicator light circuit. AT89S51 and a DAC0832 digitaltoanalog converter ponent of lowfrequency signal generator consisting digital. 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 device2正 文1 緒 論 信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)狀信號(hào)發(fā)生器作為一種常見(jiàn)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(jī)。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(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過(guò)程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿(mǎn)意，而且由于低頻信號(hào)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(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會(huì)大大增加。 單片機(jī)在低頻信號(hào)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(huì)，電子技術(shù)的進(jìn)步，給人們帶來(lái)了根本性的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機(jī)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(cè)技術(shù)的日益革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)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(jī)、微波爐到音響汽車(chē)，處處可見(jiàn)其應(yīng)用。因此，單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)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(jì)算機(jī)和通用微型計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的一些工作。使其具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，因此在各個(gè)領(lǐng)域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)的特點(diǎn)歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面。(1) 具有優(yōu)異的性能價(jià)格比單片機(jī)盡可能地把應(yīng)用所需的存儲(chǔ)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(jià)格卻相對(duì)較低廉,即性能價(jià)格比很高。3(2) 控制功能強(qiáng)單片機(jī)體積雖小，但“ 五臟俱全 ”，它非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制用途。為了滿(mǎn)足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)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(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。(3) 集成度高、體積小、可靠性高單片機(jī)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)模或超大規(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(jī)的可靠性與抗干擾能力。同時(shí)，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)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(jī)大量用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，低電壓和低功耗尤為重要。目前，許多單片機(jī)已可在 電壓下運(yùn)行,有的已能在 或 下工作，功耗降至 μA 級(jí),一粒鈕扣電池就可長(zhǎng)期使用。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生低頻信號(hào)，其下限頻率很低。具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。本文采用 AT89S51 單片機(jī)和一片 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器，它的特點(diǎn)是價(jià)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(hào)發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點(diǎn)：①較分立元件信號(hào)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(zhuān)用 DDS 芯片的信號(hào)發(fā)生器而言，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等特性。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案的比較 選題論證制作低頻信號(hào)發(fā)生器可以用一片 DAC0832 來(lái)實(shí)現(xiàn)，它可以分為單極性和雙極性。而本項(xiàng)目選擇了單片雙極性。之所以選單片雙極性是因?yàn)槠渚雀?，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(gè)DAC0832 同步輸出電路，輸出波形穩(wěn)定，精度高，但是第二級(jí) DAC0832 輸出，發(fā)生錯(cuò)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(hào)非同步輸出，這種情況下 CPU 對(duì) DAC0832 執(zhí)行一次寫(xiě)操作，則把一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入 DAC 寄存器，DAC0832 的輸出模擬信號(hào)隨之對(duì)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(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高。因此我們?cè)O(shè)計(jì)中采用方案二。 芯片選擇模塊方案一：AT89S51 單片機(jī)是一種高性能 8 位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器 CPU、存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)。同時(shí)，為什么選 AT89S51 而不選用 AT89C51，那是因?yàn)?AT89S51 相對(duì)于AT89C51 更強(qiáng)大，AT89S51 增加的新功能包括： ⑴性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比 89C51 更低。 ⑵ISP 在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)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(shuō) 89S51具有更高的工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。 ⑷具有雙工串行通道。 ⑸內(nèi)部集成看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，不再需要像 89C51 那樣外接看門(mén)狗計(jì)時(shí)器單元電路。 ⑹雙數(shù)據(jù)指示器。 ⑺電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。 ⑻全新的加密算法，這使得對(duì)于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)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 80589C51 等等早期 MCS51兼容產(chǎn)品。也就是說(shuō)所有教科書(shū)、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書(shū)上采用的單片機(jī)是80589C51 還是 MCS51），在 89S51 上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。 方案二：C8051F005 單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)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(duì)于本系統(tǒng)而言利用率低，AT89S51 芯片簡(jiǎn)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(jì) 系統(tǒng)框圖波形指示鍵 盤(pán) AT89S51 A/D 轉(zhuǎn)換 電流、電壓轉(zhuǎn)換 輸 出電 源 基準(zhǔn)電壓圖 低頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)框圖低頻信號(hào)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(jì)是設(shè)計(jì)中不可缺少的，為了滿(mǎn)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(lái)控制 DAC0832 的輸入寄存器選擇信號(hào) CS、輸入寄存器寫(xiě)選通信號(hào) WR1 及DAC 寄存器寫(xiě)選通信號(hào) WR2 和數(shù)據(jù)傳送信號(hào) XFER。6 最小單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1) AT89S51 功能特性概述AT89S51 是 一 個(gè) 低 功 耗 ， 高 性 能 CMOS 8 位 單 片 機(jī) ， 片 內(nèi) 含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的 可 反 復(fù) 擦 寫(xiě) 1000 次 的 Flash 只 讀 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 器 件 采 用ATMEL 公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 儲(chǔ) 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(chǔ) 單 元 ， 功 能 強(qiáng)大 的 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 AT89S51 可 為 許 多 嵌 入 式 控 制 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 提 供 高 性 價(jià) 比 的 解 決 方 案 。AT89S51 具 有 如 下 特 點(diǎn) ： 40 個(gè) 引 腳 ， 4k Bytes Flash 片 內(nèi) 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 128 bytes的 隨 機(jī) 存 取 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 （ RAM） ， 32 個(gè) 外 部 雙 向 輸 入 /輸 出 （ I/O） 口 ， 5 個(gè) 中 斷 優(yōu) 先級(jí) 2 層 中 斷 嵌 套 中 斷 ， 2 個(gè) 16 位 可 編 程 定 時(shí) 計(jì) 數(shù) 器 ,2 個(gè) 全 雙 工 串 行 通 信 口 ， 看 門(mén) 狗（ WDT） 電 路 ， 片 內(nèi) 時(shí) 鐘 振 蕩 器 。此 外 ， AT89S51 設(shè) 計(jì) 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(guò) 軟 件 設(shè) 置 省 電 模 式 。 空 閑 模 式 下 ， CPU 暫 停 工 作 ， 而 RAM 定 時(shí) 計(jì) 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(shí) 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(shí)物圖如下圖： 圖 AT89S51 的引腳圖和實(shí)物圖① 主要特性：?、?K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器(壽命：1000 寫(xiě)/擦循環(huán))；⑵全靜態(tài)工作：0Hz24KHz；?、侨?jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；　⑷128*8 位內(nèi)部 RAM；7　⑸32 條可編程 I/O 線；?、蕛蓚€(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；?、? 個(gè)中斷源；?、炭删幊檀型ǖ?；?、偷凸牡拈e置和掉電模式；?、纹瑑?nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；② 管腳說(shuō)明：※ VCC：供電電壓。※ GND：接地?！?P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路的雙向 I/O 口，可接收輸出 8 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高?！　?P1 口：P1 口是一個(gè)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(gè) TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。※ P2 口：P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“1”