【文章內(nèi)容簡介】 ，當需要顯示某字符時，只需要將共陽極端接高電平， ah中某些位接低電平即可。共陰極顯示器是發(fā)光二極管的 8 陰極連接在一起，當需要顯示某字符時，只需要將共陰極端接低電平， ah 中某些位接高電平即可。 顯示器的工作方式 顯示器的工作方式分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。 靜態(tài)顯示方式就是顯示器在顯示一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止，例如 a、 b、 c、 e、 f導通， g截 止時顯示“ 0”，這種使顯示器顯示字符的字形數(shù)據(jù)常稱為段數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示方式的每一個七段顯示器，需要由一個 8位并行口控制。優(yōu)點是顯 示穩(wěn)定，提高了工作效率，缺點是位數(shù)較多時顯示口隨之增加。動態(tài)顯示方式是一位一位的輪流點亮各位顯示器，對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調(diào)整電流和時間參數(shù)可以實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示，如顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極的電位只需要一個 8位口（位數(shù)據(jù)口），控制字形也需要一個 8 位口（段數(shù)據(jù)據(jù)口） 。 第四 章單元電路的硬件設計 硬件原理硬件電路的設計決定一個系統(tǒng)的的功能，是設計的基礎所在，而一般設計的目標：可靠，簡潔，高效，優(yōu)化，好的硬件電路可以給程序的編寫帶來極大的優(yōu)勢，同時使可以很好的提高該信號設計的精度和靈敏度，使整個系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)有序。 硬件原理框圖 9 對于該低頻信號發(fā)生器的設計，我們采用了以 AT89C51 單片機芯片作為核心處理器，編程實現(xiàn)各種不同類型信號的產(chǎn)生，最后通過 DA 轉換輸出到示波器。結構簡單，思路僅僅有條，而根據(jù)設計的基本要求，我們又把其細分為不同的功能模塊，各個功能模塊相互聯(lián)系，相互協(xié) 調(diào)，通過單片機程序構成一個統(tǒng)一的整體，其整體電路原理框圖如圖 所 示 ： 圖 硬件原理框圖 單片機 AT89C51 系統(tǒng)的設計 89C51 單片機是該信號發(fā)生器的核心，具有 2 個定時器， 32 個并行 I/O 口， 1個串行 I/O口， 5個中斷源。由于本設計功能簡單，數(shù)據(jù)處理容易，數(shù)據(jù)存儲空間也足夠，因為我們 采用了片選法選擇芯片，進行芯片的選擇和地址的譯碼。在單片機最小最小系統(tǒng)中，單片機從 P1 口接收來自鍵盤的信號，并通過 P0 口輸出控制信號，通過 DA轉換芯片最終由示波器顯示輸出波形， P2控制顯示器段選碼， P3 口 通過 74LS138 譯碼器控制位選碼，輸出顯示信息。如果有鍵盤按下，則在控制器端產(chǎn)生一個讀信號，使單片機讀入信號，如果有信號輸出，則在寫控制端產(chǎn)生一個寫信號，并通過示波器和顯示器顯示相應的信息。 單片機引腳分配如下： ?XTAL1， XTAL2：外接晶振，產(chǎn)生時鐘信號； ?RST：復位電路； ?P0 口：鍵盤輸出信號。具體為： 、 波形選擇； 、 、 頻率個 位，十位，百位調(diào)節(jié)； 頻率加減控制； 跳出循環(huán)。 ?P1 口： 8位數(shù)字信號輸出輸出，外接 DAC0832。 ?P2 口： LED 顯示器段選碼； 10 ?P3 口： 鎖存器 74HC573 片選信號； 中斷控制； 為 74LS138 輸入 信號，譯碼控制 LED 顯示器位選。 為 74LS138 片選碼。 時鐘電路 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。在引腳 XTAL1和 XTAL2 外接晶體振蕩器，構成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩，并產(chǎn)生振動時鐘脈沖。晶振通常選用 6MHZ、12MHZ、 24MHZ。 本設計中時 鐘電路圖如圖 ，我們選擇了 12MHZ 和晶振分別接引腳 XTAL1 和 XTAL2，電容 C1， C2 均選擇為 30pF，對振蕩器的頻率有穩(wěn)定作用，當頻率較大時，正弦波、方波、三角波及鋸齒波中每一點的延時時間為幾微妙，故延時時間還要加上指令時間才能獲得較大的頻率波形。 圖 時鐘電路圖 復位電路 復位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。復位電路通常采用上電自動復位和 按鈕復位兩種方式。本設計選擇了按鍵復位如圖 ,在系統(tǒng)運行時，按一下開關，就在 RST 斷出現(xiàn)一段高電平，使器件復位。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P4 輸出高電平， RST 上輸入返回低電平以后，變退出復位狀態(tài)開始工作。 11 圖 按鍵復位 鍵盤接口電路 常用的鍵盤電路一般為矩陣式，但是對于此設計，為了方便程序的簡單化，我們采用了一般的鍵盤接口，鍵盤輸出信號。具體為： 、 波形選擇，其中當 =0， =0輸出正弦波，當 =0， =1 輸出三角波，當 =1， =0 輸出鋸齒波；當 =1，=1 輸出方波。； 、 、 頻率個位，十位，百位調(diào)節(jié)； 頻率加減控制； 跳出循環(huán)。 顯示電路 本設計選擇了 8位共陰極數(shù)碼管如圖 ，它的 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管正 端）連接在一起，通常公共陰極接低電平電平，其它管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通 電流來確定相應的限流電阻。 顯示電路用于顯示信號的波形種類和信號的頻率，并且使系統(tǒng)能根據(jù)按鍵實時顯示先關信息。該系統(tǒng)中添加 74LHC573 鎖存器，用于驅動數(shù)碼顯示管，使其更易于控制，增加顯示的準確性。使用 74LS138 譯碼器，利用 控制數(shù)碼管的位選。 12 數(shù)、模轉換及放大電路 由于單片機輸出的是數(shù)字信號，因為要得到模擬信號的波形就必須對其進行數(shù)模轉換。我們采用了 DAC0832 數(shù)模轉換器，該芯片具由 8位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A轉換器及轉換控制電路四部分構成。由于其輸出為電 流輸出，因為外加運算放大器 OP07使之裝換為電壓輸出。最后通過示波器顯示輸出的波形。 數(shù)、模轉換及放大電路 由于單片機輸出的是數(shù)字信號，因為要得到模擬信號的波形就必須對其進行數(shù)模轉換。我們采用了 DAC0832 數(shù)模轉換器，該芯片具由 8位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A轉換器及轉換控制電路四部分構成。由于其輸出為電流輸出，因為外加運算放大器 OP07使之裝換為電壓輸出。最后通過示波器顯示輸出的波形。 數(shù)、模轉換及放大電路 由于單片機輸出的是數(shù)字信號，因為要得到模擬信號的波形就必須對其進行數(shù)模轉 換。我們采用了 DAC0832 數(shù)模轉換器，該芯片具由 8位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A轉換器及轉換控制電路四部分構成。由于其輸出為電流輸出，因為外加運算放大器 OP07 13 使之裝換為電壓輸出。最后通過示波器顯示輸出的波形。 第五章 系統(tǒng)軟件設計 開始 顯示 COE36385 秒 系統(tǒng)初始化 按鍵是否按下 計算相關參數(shù) 定時中斷 查詢選擇波形 LED 顯示 送顯示端口 波形輸出 14 整體簡介 首先對程序初始化，先靜態(tài)顯示學號約 5 秒。再判斷若有按鍵按下，則計算相關參數(shù)，一方便利用中斷定時和查詢查表輸出波形，另一方便送段選口和位 選口數(shù)據(jù)使 LED 顯示相關波形類型和頻率，最后反饋回去構成循環(huán)，判斷按鍵相關信息。 信號頻率數(shù)據(jù)采集程序 本設計將各種波形的數(shù)據(jù)通過 口和 口選擇，送往在單片機的程序儲存器里，通過改變信號的頻率的個位，十位，百位來改變這個頻率，然后計算其技術初值，開啟中斷，通過改變 D/A 轉換器輸出波形。電路較為簡單，成本較低。 正弦波產(chǎn)生 （ 1） 輸出波形 （ 2）程序如下： if(P1_0==0amp。amp。P1_1==0)//正弦 { s1++。 ss1=tosin[s1]。 P0=ss1。 tp=0。 } 第六章設計總結 制作函數(shù)信號發(fā)生器隨設計思想不同 ,具有多種方法 ,本文只是一種可能實現(xiàn)的方法。此法的頻率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高 ,整機自動化程度高 ,性能優(yōu)良 ,具有很高的實用價值。 該信號發(fā)生器在調(diào)試時，總是出現(xiàn)許多的錯誤，軟件上除了許多的問題，之后糾正和向老師、同學請教慢慢的改了過來?？墒窃诜抡鏁r依然存在很多的問題，開始的時候是仿真出不了波形，之后改了改電路的一根線，出現(xiàn)了。在頻率的調(diào)節(jié)問題更多，而使頻率無法調(diào)節(jié)，同時信號的頻率無法在 LED 顯示，鑒于此，我認為應該是輸出中斷除了問題，造成所定義的頻率的個位，十位，百位都沒有跟隨鍵盤的輸入而賦值，使其值時鐘為初始設定值。 15 同時該信號源設計尚存在的不足之處，主要有兩個方面，第一為缺乏頻率準確顯示的手段，可以配備相應的數(shù)字頻率計模塊，但如何將顯示的精度與信號源的頻段配合有待討論研究；第二為 D/A 轉換時可以加一個鎖存器，并且放大電路有待進一步改進使其具有更強的輸出能力 16 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 本次設計的核心芯 片采用的是單片機 C8051F340， 編程語言是用 C語言來進行實現(xiàn)。設計的大體思路是：通過單片機 C8051F340 形成掃描碼，鍵值識別、鍵處理；形成顯示段碼；產(chǎn)生定時中斷；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到 D/A 接口電路。其中，在 D/A 轉換部分用到了 1片 DAC0832 和 1 塊 LM358 運放， DAC0832 輸出電壓輸給 LM358，由 LM358來把幅值電壓放大，再由可調(diào)電阻去控制最終輸出的幅值電壓，頻率的變化可按“頻率加”和“頻率減”來實現(xiàn)。也就是說本函數(shù)信號發(fā)生器的幅值電壓是可調(diào)的。 主電路設計及原理 單片機電路模塊 C8051F340 介紹 C8051F340/1/2/3/4/5/6/7 器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU，下面列出了一些主要特性： 高速、流水線結構的 8051 兼容的微控制器內(nèi)核（可達 48MIPS） 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 17 通用串行總線（ USB）功能控制器，有 8 個靈活的端點管道，集成收發(fā)器和 1K FIFO RAM 電源穩(wěn)壓器 真正 10 位 200ksps 的單端 /差分 ADC，帶模擬多路器 片內(nèi)電壓基準和和溫度傳感器 片內(nèi)電壓比較器（兩 個） 精確校準的 12MHz 內(nèi)部振蕩器和 4 倍時鐘乘法器 多達 64KB 的片內(nèi) FLASH 存儲器 多達 4352 字節(jié)片內(nèi) RAM（ 256+4KB） 硬件實現(xiàn)的 SMBus/ I178。C、增強型 UART（最多兩個）和增強型 SPI串行接口 4 個通用 16 位定時器 具有 5 個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器 /定時器陣列 （ PCA） 片內(nèi)上電復位、 VDD 監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器 多達 40 個端口 I/O（容許 5V 輸入） 具有片內(nèi)上電復位、 VDD 監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F340/1/2/3/4/5/6/7 器件是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。用戶軟件對所有外設具有完全的控制，可以關斷任何一個或所有外設以節(jié)省功耗。 片內(nèi) Silicon Labs 二線（ C2）開發(fā)接口允許使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、單步、運行和停機命令。在使用 C2 進行調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設都 可全功能運行。兩個 C2 接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃到 +85℃）內(nèi)用 的電壓工作。電源電壓大于 時，必須使用內(nèi)部穩(wěn)壓器。對于 USB 通信，電源電壓最小值為 。端口 I/O和 /RST引腳都容許 5V的輸入信號電壓。 C8051F340/1 /2/3/4/5/6/7 采用 48 腳 TQFP 封裝或 32 腳 LQFP 封裝。 18 圖 2 C8051F340結構框圖 圖 3 C8051F340 系統(tǒng)框圖 19 C8051F340 的最小系統(tǒng)圖