【正文】 TRIG：當(dāng)此引腳電壓降至 1/3Vcc 時(shí)輸出端給出高電平。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 其中 A、 B、 C 口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入或輸出。 WR ：為內(nèi)部寄存器的寫選通信號(hào)。它是一河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 片使用單一 +5V電源的 40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。其值與 Iout1 之和為一常數(shù)。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。 DAC0832 采用 R2RT 型電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由二級(jí)緩沖寄存器（實(shí)為鎖存器）和 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路組成 [16]。各位定義如表36。當(dāng) GATE=0 時(shí)， A 點(diǎn)為高電平，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng) /停止由 TRx 決定。 （ 1） 方式寄存器 TMOD 方式寄存器 TMOD 是一個(gè)逐位定義的 8 位寄存器，字節(jié)地址為 89H，其格式如下： 位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位功能 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 其中低 4 為定義 T0，高 4 位定義 T1,各位的意義如 表 31 所示 。 PSEN ： 片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。 EA /VPP： 片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。 INT0 ,外部中斷 0,輸入。在編程 /校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。 當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ RAM 或 RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。 89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。以上這些器件在市場(chǎng)上都很普及，價(jià)格低廉，容易獲得，因此器件的選擇經(jīng)濟(jì)可行。 電 源 供 電 模 塊晶 振 電 路復(fù) 位 電 路鍵 盤 電 路89C51單片機(jī)8255AD A C 0 8 3 2L E D 顯 示 模 塊D A C 0 8 3 2V o u tV r e f 圖 22 程控波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖 在使用過(guò) 程中用戶首先通過(guò)鍵盤輸入波形的類型、頻率和幅值，單片機(jī)通過(guò)按鍵輸入動(dòng)作計(jì)算頻率和幅值，然后執(zhí)行程序驅(qū)動(dòng) LED 顯示器顯示當(dāng)前波形的類型、頻率和幅值信息，同時(shí)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)送于 D/A 轉(zhuǎn)換器并通過(guò)放大器輸出波形?；谶@種考慮首先想到的是使用雙口 RAM IDT7132 解決這一問(wèn)題，因?yàn)?7132 芯片有兩組數(shù)據(jù)端口可以分別用于輸入和輸出。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 方案一轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換上限頻率 fMAX 至少為： 1 4025 6 AXf K Hzs???? (212) 方案二中選用的 DAC0832 為中速轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度為 1us，所以其轉(zhuǎn)換的上限頻率 fMAX 為： 1 425 6 1MAXf K Hzs???? (213) 可見使用 DAC0832 產(chǎn)生的波形由于硬件的限值上限頻率只有 4KHz 左右。 綜合考慮， 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 并不需要 顯示 復(fù)雜的信息，所以選擇方案一。 由于我們需求的按鍵數(shù)目較少，功能比較簡(jiǎn)單且對(duì)執(zhí)行效率的要求較高，所以采用獨(dú)立按鍵。 方案一和方案二相比，方案二在改變輸出電壓的過(guò)程中，實(shí)際的電壓與預(yù)期的電壓會(huì)有一個(gè)紋波的差別，所以方案一更好。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 如 節(jié)所述， 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 選擇方案一， 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)選擇方案二。當(dāng) 8 位累加器 A 的內(nèi)容達(dá)到最大的計(jì)數(shù)值 255 時(shí)在自增一次就變成最小值零，然后可以繼續(xù)增加。方案一中 51 單片機(jī)使用靈活，軟件起點(diǎn)低，功耗低，價(jià)格低廉，但是必須配合一定的外圍硬件電路才能實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的功能（其實(shí)外圍電路并不復(fù)雜）。 控制器的選擇 本次設(shè)計(jì)中提供了三種控制器方案，具體闡述如下： 方案一：選用 89C51 單片機(jī)作為控制器。并且本方案中單片機(jī)在后期處于閑置狀態(tài)，這時(shí)單片機(jī)作為控制器可以去完成更多的功能，如時(shí)鐘顯示功能，可見此種方案具有很好的可擴(kuò)展性。但是此種方案所生成的波形完全由程序?qū)崿F(xiàn)，所以 峰峰值 和頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，而且可以添加鍵盤和顯示功能模塊來(lái)提高人機(jī)交互性，這使得此種方案設(shè)計(jì)更接近于一個(gè)完整的系統(tǒng)。 方案五：對(duì) 51 單片機(jī)進(jìn)行編程，在生成波形之前單片機(jī)將各波形的離散數(shù)據(jù)寫入 SRAM 中，隨后由外部時(shí)鐘控制 SRAM 將波形數(shù)據(jù)輸送給 D/A轉(zhuǎn)換器從而生成波形。 U0 輸出為正弦波、U1 輸出為方波、 U2 輸出為三角波，三種波形輸出頻率相同。 第二章對(duì)設(shè)計(jì)前的系統(tǒng)方案以及各模塊的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行比對(duì)和選擇，從而確定出最終的兩種設(shè)計(jì)方案，即程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案和硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的基本功能如下： （ 1） 能夠產(chǎn)生正 弦波、三角波、鋸齒波和方波四種波形。國(guó)產(chǎn) SG1060 數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器可以雙通道同時(shí)輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，其頻率覆蓋范圍為 1μHz60MHz。隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的需求的不斷發(fā)展，對(duì)波形種類的需求也 呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。 70 年代隨著微處理器的出現(xiàn)，波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)開始往數(shù)字電子技術(shù)方面進(jìn)軍。 167。 本文著重介紹了在設(shè)計(jì)過(guò)程中的方案選擇以及兩種硬件和軟件電路的設(shè)計(jì)，也對(duì)設(shè)計(jì)所使用的芯片及功能進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行誤差和經(jīng)濟(jì)性分析說(shuō)明系統(tǒng)的可行性。但是我國(guó)對(duì)波形發(fā)生器的研究起步較晚，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上波形發(fā)生器種類匱乏，價(jià)格昂貴，且多用于航天軍事等領(lǐng)域。 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................50 167。 顯示子程序 ..................................................................... 41 167。 調(diào)頻模塊 ......................................................................... 35 167。 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)硬件電路 ............................................ 29 167。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 ....................................................21 167。 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇 ..........................................................11 167。 章節(jié)安排 .................................................................................. 4 第 2 章 波形發(fā)生器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及選擇 ......................................... 5 167。 本次設(shè)計(jì)運(yùn)用 Keil c 軟件采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使用仿真軟件Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)功能校驗(yàn)，并使用 Protel 軟件制作印刷電路板（ PCB）。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 51 單片機(jī)的波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 摘 要 波形發(fā)生器作為信號(hào)源廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。 本次設(shè)計(jì)的兩種波形發(fā) 生器具有精度高、誤差小、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸速度快、可靠性高等特點(diǎn)，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性，具有一定的開發(fā)價(jià)值。 總體方案選擇 .......................................................................... 5 167。 靜態(tài) RAM 的選擇 ..........................................................12 167。 可編程并行接口電路 8255A..........................................23 167。 單片機(jī)最小系統(tǒng)及 I/O 擴(kuò)展模塊 .................................. 29 167。 SRAM 模塊 ...................................................................... 36 167。 波形子程序 ..................................................................... 42 167。 程控波形發(fā)生器仿真結(jié)果 .............................................50 167。在這種情況下，在實(shí)際工業(yè) 應(yīng)用中往往需要設(shè)計(jì)人員自行設(shè)計(jì)出所需的波形發(fā)生器，帶來(lái)不必要的工程開銷。另外在文章中，還分散對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案的原理、特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方式、性能比對(duì)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行說(shuō)明。 波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r 早在上世紀(jì) 20 年代就出現(xiàn)了作為測(cè)量?jī)x器的波形發(fā)生器 [1]。這時(shí)的波形發(fā)生器主要運(yùn)用軟硬件結(jié)合的方法從而可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能。如電子設(shè)備的性能指針測(cè)試中就需要能提供一些非常規(guī)的測(cè)試信號(hào)的信號(hào)源，即能產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)所需要波形的任意波形發(fā)生器 (Arbitrary Waveform Generator, AWG)。國(guó)產(chǎn) S1000 數(shù)字合成掃頻信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍為 1MHz1024MHz，可應(yīng)用于超高頻領(lǐng)域。 （ 2） 擴(kuò)展有鍵盤模塊用于對(duì)對(duì)波形類型、頻率和 峰峰值 進(jìn)行設(shè)定。第三章對(duì)本次設(shè)計(jì)所使用的主要芯片如 89C51 單片機(jī)、 8255A[3]、DAC0832 等進(jìn)行了介紹，并且對(duì)這些芯片在系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用的功能給予簡(jiǎn)要說(shuō)明，在本章最后對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用的開發(fā)軟件予以介紹。通過(guò)調(diào)節(jié)第一級(jí)運(yùn)放的 RC 參數(shù)，可以改變頻率。我將此種方法稱作 ―硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) ‖ [7]?；谶@些考慮，此種設(shè)計(jì)產(chǎn)品仍有很大的應(yīng)用前途，例如，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信號(hào)源或低頻段的工業(yè)設(shè)計(jì)?；谶@些考慮，本方案的設(shè)計(jì)適于作為一個(gè)大系統(tǒng)中的波形發(fā)生器子系統(tǒng)，如雷達(dá)系統(tǒng)的波形發(fā)生器。 方案二：選用 FPGA、 CPLD 等可編程器件組 合構(gòu)成控制模塊 [10]。 從電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和成本角度及綜合性價(jià)比考慮，確定選擇方案一。如此，周而復(fù)始就可以從 DAC 得到要求的波形輸出。 167。方案一與方案三相比，雖然方案三增加了額外的硬件和軟件的開銷，但是可以通過(guò)按鍵對(duì)程序參數(shù)進(jìn)行設(shè)定來(lái)改變輸出幅值，不需要對(duì)硬件滑動(dòng)變阻器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，具有優(yōu)越的人機(jī)交互性。 167。 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 不準(zhǔn)備加入顯示模塊，主要是因?yàn)榇朔N方案適用于生成特定波形的系統(tǒng)中，使用人員并不需要經(jīng)常對(duì)波形的頻率和幅值進(jìn)行更改，所以顯示模塊在此種方案中顯得冗余。但是在隨后使用的仿真軟件 Proteus 的元件庫(kù)所提供的 D/A 轉(zhuǎn)換器只有DAC0832 這類中速轉(zhuǎn)換器，所以在后面的仿真介紹中我們選用 DAC0832 芯片作為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器去仿真低頻波形，而在制作 PCB 板時(shí)我們選用轉(zhuǎn)換速度更高的 DAC908 芯片作為轉(zhuǎn)換器以滿足高頻要求。但是考慮到 IDT7132 芯片的價(jià)格昂貴，且 Proteus 仿真軟件也沒(méi)有提供此類軟件，所以我選擇用普通的 6116RAM 解決問(wèn)題。 167。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3章 主要芯片及設(shè)計(jì)軟件介紹 167。 1. 主要特性 ? 與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ? 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ? 1288 位內(nèi)部 RAM ? 32 可編程 I/O 線 ? 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 5 個(gè)中斷源 ? 可編程串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2. 管腳說(shuō)明 圖 31 89C51 單片機(jī)引腳說(shuō)明圖 （ 1） 電源和晶振 VCC： 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V 電壓。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（這時(shí)需要加外部上拉電阻） 。 P2 口 可以 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 INT1 ， 外部中斷 1，輸入。在編程時(shí)，其上施加 12V 的編程電壓。從片外程序存儲(chǔ)器取指令期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng) PSEN 有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上P0 口（數(shù)據(jù)總線）。 表 31 方式寄存 器 —TMOD 各位功能 位 名稱 功能 D7 GATE 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 門控位 D6 C/T 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 功能選擇位： C/T =1 為計(jì)數(shù)器， C/T =0 為定時(shí)器 D5 M1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 方式選擇位 D4 M0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 方式選擇位 D3 GATE 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 門控位 D2 C/T 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 功能選擇位： C/T =1 為計(jì)數(shù)器， C/T =0 為定時(shí)器 D1 M1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 方式選擇位 D0 M0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 方式選擇位 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）