【正文】 ................................................................31 附錄 2 源程序 .....................................................................................................................31 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 信號發(fā)生器現(xiàn)狀 信號發(fā)生器作為一種常見的應(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)。所產(chǎn)生的波形的頻率在 0Hz ~ 99Hz范圍可調(diào) ,幅值在 ~ 范圍可調(diào)，波形準(zhǔn)確并且平滑。函數(shù)信號發(fā)生器，它具有價(jià)格低、性能高和在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等特點(diǎn)。 智能儀器的出現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用范圍。在這種情況下，單片機(jī)以它優(yōu)越的控制功能、輕巧的體積，高可靠性和高性價(jià)比在智能化儀表系統(tǒng)、工控領(lǐng)域等日益顯示出強(qiáng)大的生命力，使傳統(tǒng)的電子技術(shù)產(chǎn)生了一場巨變，成為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一個(gè)新 的里程碑。電路采用 AT89S51 單片機(jī)和兩片 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。 通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等，同時(shí)用 LED 顯示燈顯示對應(yīng)波形的的頻率和幅值。硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的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)。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)和辦公自動化等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響汽車，處處可見其應(yīng)用。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。為了滿足工業(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。同時(shí)，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。具有線路相對簡單，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，使其滿足系統(tǒng)的要求。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案的比較 選題論證 制作信號發(fā)生器可以用兩片 DAC0832 來實(shí)現(xiàn)，它可以分為單極性和雙極性。 方案二： AT89S51 芯片中只 有一路模擬輸出或幾路模擬信號非同步輸出，這種情況下 CPU對 DAC0832 執(zhí)行一次寫操作，則把一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫入 DAC 寄存器， DAC0832 的輸出模擬信號隨之對應(yīng)變化。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器 CPU、存儲器、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)。 UART 串行通道。 方案二： C8051F005 單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與 AT89S51 兼容的微控制器的內(nèi)核，與 MCS51指令集完全兼容。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)原理 信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由單片機(jī)、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、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，為了滿足功能和指標(biāo)的要求，資源分配如下： 12MHZ； P2 口與第一片 DAC0832 的 DI0DI7 數(shù)據(jù)輸入端相連 。 單片機(jī)的選擇 通過比較， AT89S51 在價(jià)格和性能方面比較合適，因此，選擇了 AT89S51 作為本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理器。 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和 配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 圖 31 AT89S51 的引腳圖和實(shí)物圖 芯片主要特性 8031 CPU 與 MCS51 兼容 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) )。 條可編程 I/O 線。 。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉 電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 其端口引腳功能見表 31。 RST：復(fù)位輸入。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周 期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令時(shí) ALE 才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。有兩種方式可以向 89S51 提供時(shí)鐘脈沖：一是外部時(shí)鐘方式，即使用外部電路向 89S51 提供時(shí)鐘脈沖，見圖 33(a)；二是內(nèi)部時(shí)鐘方式，即使用晶振由 89S51 內(nèi)部電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。 10） pF 使用陶瓷濾波器時(shí)， C1=C2=40（177。 。 。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會損壞。 220V 電壓初始經(jīng)變壓器變?yōu)?18V，即在 IN 處提供 18V 交徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 流電壓，然后經(jīng)過 3片穩(wěn)壓芯片和電容的作用最終輸出 5Ｖ直流電壓。 (3) IOUT2：模擬電流輸出端 2，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為 0時(shí)，輸出電流為 0， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個(gè)常數(shù)，即 IOUT1＋ IOUT2＝常數(shù)。 (6) Vcc：芯片供電電壓，范圍為 5~ 15 V。 一般情況下為了簡化接口電路，可以把 GND（ 3腳）和 GND（ 10 腳）直接接地，使第二級8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。而雙緩沖方式適用于在需要同時(shí)輸出幾路模擬信號的場合，每一路模擬量輸出需一片 DAC0832 芯片，構(gòu)成多個(gè) DAC0832 同步輸出電路，程序簡單化，但是電路線路連接比較復(fù)雜。 DAC0832 與反相比例放大器相連，實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，因此輸出模擬信號的極性與參考電壓的極性相反，數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 Vout1=Vref（數(shù)字碼 /256） 若 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出為雙極性，如圖 37所 示。 OP07 芯片原理 功能介紹 OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。 ： 圖 38 OP07 管腳功能圖 （ 1） 1 和 8為偏置平衡 (調(diào)零端 ) （ 2） 2 為反向輸入端 （ 3） 3 為正向輸入端 （ 4） 4 端 口為 接地 端 （ 5） 5 端口為 空腳 端 （ 6） 6端口 為輸出 端 （ 7） 7 端口為 接電源 端。 超穩(wěn)定時(shí)間： 2μV/month 最大 高電源電壓范圍： 177。 運(yùn)算放大器 U9的 反向輸入端 接收 DA轉(zhuǎn)換器 U8 的模擬電流輸出端 2 輸出的模擬電流，通過 輸 出 端 6端口反饋到 D/A 轉(zhuǎn)換器 U8 的反饋電阻引出端，從而實(shí)現(xiàn)電流和電壓的轉(zhuǎn)換。 顯示電路的設(shè)計(jì) 74HC573 芯片原理 ： SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣。 輸出能直接接到 CMOS， NMOS 和 TTL 接口上 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 操作電壓范圍： ～ 低輸入電流： CMOS 器件的高噪聲抵抗特性 2. 管腳功能圖： 圖 311 74HC573 管腳功能圖 功能表 ： 表 32 74HC573 功能表 輸入 輸出 輸出使能 鎖存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不變 H X X Z 注： X=不用關(guān)心 ,Z=高阻抗 數(shù)碼管的分類 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管 （如 圖 313 所示 ）， 八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè) “8” 可分為 1位、 2 位、 4位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 共陰 極 數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。 表 33 共陽顯示數(shù)字 0~9 對應(yīng)的二進(jìn)制電平信號 顯示數(shù)字 a b C d e f g 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 2 0 0 1 0 0 1 0 3 0 0 0 0 1 1 0 4 1 0 0 1 1 0 0 5 0 1 0 0 1 0 0 6 1 1 0 0 0 0 0 7 0 0 0 1 1 1 1 8 0 0 0 0 0 0 0 9 1 1 1 0 0 1 0 在 實(shí)際使用中，處理器很少直接輸出 8 位二進(jìn)制碼來控制數(shù)碼管的顯示，一般都采用譯碼器和數(shù)碼管連接的方式。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動 。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。頻率和幅值顯示電路見圖 313。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 4 軟件設(shè)計(jì) 如果把硬件比喻為系統(tǒng)的軀體的話，那么軟件就是系統(tǒng)的靈魂。由于 C語言較之其他編程語言具有語法簡單、結(jié)構(gòu)鮮明、運(yùn)行流暢等特點(diǎn)，故本次采用 C語言設(shè)計(jì)各部分的程序。按鍵 KEY5 是確定鍵。 Flak 的默認(rèn)初始值為 0，其中 0,1,2,3 分別對應(yīng)正弦波，方波，三角波和鋸齒波。 sin_p=sin(pai)*127。 if(pai=2)pai=0。 if(pai=)pai=0。 if(pai=)pai=0。同理 fa 為 2 時(shí)只能調(diào)節(jié)信號的幅度且實(shí)現(xiàn)對信號幅度的閃爍顯示。 displaydata[2]=frequency%10。 displaydata[2]=frequency%10。 displaydata[2]=12。 } else if(fa==2) { displaydata[1]=frequency/10。 } if(tt200amp。 } else if(tt400)tt=0。 //空格 displaydata[7]=flak。 if(i==4)DataPort=DuanMa[displaydata[i]]amp。 //段鎖存 LATCH1=0。 if(boxing==0) //波形切換 { delay(1000)。 } } if(f_a==0) //頻率和幅度切換鍵 { delay(1000)。 } } 加減鍵和確定鍵的實(shí)現(xiàn) 通過加鍵和減鍵實(shí)現(xiàn)對信號的頻率和幅值的增加或減小，本程序中設(shè)置信號頻率的范圍為： 0Hz～ 99Hz,幅值的范圍為： ～ 。 if(fa==1) { frequency++。 if(amplitude50)amplitude=0。 ff=*frequency。 fa=0。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、性能優(yōu)良，具有一定的實(shí)用性。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 三角波： 圖 52 三角波效果圖 注：按鍵設(shè)置頻率為 40Hz，幅值為 。但是其中不免有考慮不完善的地方。 雖然此次畢業(yè)設(shè)計(jì)不是很繁瑣，但是對于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的安全等問題的處理都是需要以扎實(shí)的專業(yè)知識為基礎(chǔ)的，所以由設(shè)計(jì)開始就是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)、不斷改進(jìn)和不斷求教的過程。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成和論文的完成要感謝很多人。陳老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵。經(jīng)過近半年的鍛煉和學(xué)習(xí) ,我學(xué)到了許多書本上沒有的知識 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