【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)構(gòu)，大量不同的尋址方式（包含了 4中目的操作數(shù)尋址和 7種源操作數(shù)尋址）、多種模擬指令以及簡潔的 27條內(nèi)核指令；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器以及寄存器都能夠進(jìn)行多種運(yùn)算；還可以進(jìn)行高效的查表處理指令等功能。這些特點(diǎn)都確保了它的源程序可以高 效率的編制。 方案三：采用 51單片機(jī)作為主控芯片。 51單片機(jī)對于初學(xué)者來說較容易掌控。AT89S51單片機(jī)是高性能 的 8位單片微型計(jì)算機(jī)。它 的集成電路芯片包含了 計(jì)算機(jī)的中央處理器 CPU、存儲器、寄存器、 I/O接口，從而 形成比較 完整的計(jì)算機(jī)。原本我方案中的計(jì)劃是選擇 89C51來當(dāng)我的核心芯片。在制作 PCB板前，我又查閱了一些資料以及對店家的詢問了解到了 89S51。 89S51相對于 89C51來說功能更加強(qiáng)大，比如： ISP的在線編程功能得到了增強(qiáng)，改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離是這個(gè)功能的特點(diǎn) 。這是一個(gè)十分強(qiáng)大而且容易使用的功能。 89S51的最高工作頻率是 33MHz,而89C51的工作極限頻率是 24MHz，也就是說 89S51比 89C51有了更高的工作頻率，從而有了更快的運(yùn)算速度。此外，它的成本相對于 89C51來說更加的低廉。所以不管是從功能還是價(jià)格來說 89S51相對于 89C51來說更加的適合我的課題設(shè)計(jì)。 方案選擇：這是一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我只需要完成簡易低頻信號源的設(shè)計(jì)，因此 51單片機(jī)足以滿足我的所有需求，并且 51單片機(jī)的價(jià)格對于我們來說比較容易接受，性價(jià)比是最高的并且編程相對于來說比較容易，所以最 終我選擇了 89S51作為我的核心芯片。 按鍵選擇 方案一：矩陣式按鍵。矩陣式按鍵的按鍵點(diǎn)是在行、列母線構(gòu)成的矩陣電路交叉處。簡易低頻信號源設(shè)計(jì) 7 當(dāng)鍵盤上沒有按鍵閉合是，所有的行列線都會斷開，行線是高電平。當(dāng)某一個(gè)按鍵閉合會死，該按鍵所對應(yīng)的行列線會被短路。 方案二：獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵的軟硬件都相對簡單一些只是會占用一些 I/O端口。 方案選擇：我選擇獨(dú)立式按鍵，因?yàn)槲覀兊闹髦际且谱骱喴椎牡皖l信號源而我不需要那么多的按鍵所以矩陣式的按鍵數(shù)量太多完全沒有必要，編程也較為簡單，所以我采用了獨(dú)立式的按鍵。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）能夠顯示正弦波，三角波，方波以及鋸齒波 （ 2）能夠通過按鍵來選擇波形 （ 3）能夠通過按鍵來控制頻率 （ 4） LCD顯示波形名稱 系統(tǒng)模塊 按照畢設(shè)的設(shè)計(jì)要求，我把系統(tǒng)模塊分為以下部分：主控模塊， LCD顯示模塊，按鍵 處理 模塊，波形產(chǎn)生模塊以及波形顯示模塊。 主控模塊：以 AT89S51單片機(jī)作為主控制器 LCD顯示模塊：通過數(shù)碼管顯示波形名稱和相應(yīng)頻率 按鍵模塊：通過按鍵選擇波形以及頻率的大小 波形產(chǎn)生模塊：通過 D/A轉(zhuǎn)換以及運(yùn)算放大電路輸出波形 軟件系統(tǒng)方案 軟件系統(tǒng)根據(jù)不同的 功能分為不同的程序模塊：主程序模塊，、方波模塊、三角波模塊、鋸齒波模塊、正弦波模塊、按鍵控制模塊等。首先各模塊初始化，保證程序運(yùn)行不會出錯，然后按鍵選擇，處理程序，通過不同的按鍵來選擇波形和頻率大小，同時(shí)液晶屏顯示波形名稱和頻率大小，最后由示波器來顯示波形大小。 簡易低頻信號源設(shè)計(jì) 8 圖 2 2 軟件系統(tǒng)框圖 主程序 初始化程序 按鍵控制程序 波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序 LCD顯示程序 正弦波 三角波 鋸齒波 方波 簡易低頻信號源設(shè)計(jì) 9 3 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) AT89S51 是一 種 低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)， 單片機(jī)里有 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲器，它是 ATMEL公司 運(yùn)用 高密度、非易失性存儲技術(shù) 而 制造 的 ， 同時(shí) 兼容 了 標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元 也被集成在芯片中 ， AT89S51強(qiáng)大的功能 可 以提供高性價(jià)比的解決方案給 嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)。 AT89S51有以下幾種 特點(diǎn)： 芯片包含了 40個(gè)引腳， Flash片內(nèi)程序存儲 器是 4k 比特 ，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 是 128 比特 ， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出 端 口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 有 2個(gè) ,全雙工 的 串行通信 端 口 有 2個(gè) ，看門狗電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 另 外， AT89S51可以通過軟件設(shè)置為省電模式以此減少耗電量同時(shí) 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并。 在程序的 空閑模式下， CPU會 暫停工作，而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng) 仍然可以 繼續(xù)工作， 在 掉電模式 下 凍結(jié)振蕩器 從 而保存 RAM中 的數(shù)據(jù)，同時(shí) 停止芯片其它功能 運(yùn)行直到 外 部 中斷 被 激活或 者硬件復(fù)位。此外該芯片還 有 三種不同規(guī)格的封裝規(guī)格： PDIP、 TQFP和 PLCC，用來達(dá)到 不 同產(chǎn)品對芯片規(guī)格 的需求 圖 3 1 AT89S51實(shí)物引腳圖 芯片 特性： （ 1） 可編程 FLASH存儲器 是 4K字節(jié) （ 2） 全靜態(tài)工作 范圍 ： 0Hz24KHz （ 3） 三級程序存儲器保密鎖定 （ 4）內(nèi)部 RAM是 128*8位 （ 5）三十二 條可編程 的 I/O接 線 簡易低頻信號源設(shè)計(jì) 10 （ 6） 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 有兩個(gè) （ 7） 中斷源 六個(gè) （ 8） 可編程串行通道 （ 9） 低功耗的閑置和掉電模式 （ 10） 片內(nèi)振蕩器 （ 11） 時(shí)鐘電路 管腳說明： VCC： 提供電路 電壓。 GND：接地。 P0口： P0口 是 8位 的 漏級開路雙向 I/O端 口，每 個(gè)引 腳可 以 吸收 八個(gè) TTL門 的 電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 入 1時(shí) ，此時(shí)定義為 高阻輸入。外部程序數(shù)據(jù)存儲器 可以運(yùn)用 P0端口 ，數(shù)據(jù) /地址的第八位 可以定義為 P0端口 。 P0 端口 在 FIASH編程 中用于 原碼 的 輸入端 口， P0端口會 輸出原碼 在 FIASH校驗(yàn)的時(shí)候 ， 同時(shí) P0的 外部必須被拉高。 P1口： P1端 口的 8位雙向 I/O口 可以內(nèi)部提供上拉電阻 ， P1端 口 可以 接收輸出 4TTL門電流 通過緩沖器 。 P1端 口 可以當(dāng)作輸入在 管腳寫入 1后同時(shí) 被內(nèi)部上拉為高 電平 ， 因?yàn)閮?nèi)部上拉的原因， P1端 口 輸出電流 時(shí)， 外部 被下拉為低電平 。 P1端 口 用來作為 第八位地址 來 接收 數(shù)據(jù)，在 FLASH編程和校驗(yàn)的時(shí)候 。 P2口： P2端 口的 8位雙向 I/O口 是內(nèi)部上拉電阻 ， P2口可以接收數(shù)據(jù)通過緩沖器，同時(shí) 4個(gè) TTL門電流 輸出 ，當(dāng) P2端口輸入 1時(shí)，它的管腳被用于輸入而且內(nèi)部上拉電阻拉高。P2端口的管腳被外部拉低作為輸入，因?yàn)閮?nèi)部上拉的原因輸出電流。 P2端口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。 當(dāng) 地址 為“ 1”時(shí)， P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容是通過 內(nèi)部上拉優(yōu)勢 同時(shí) 對外部八位地址數(shù)據(jù) 對 存儲器進(jìn)行 讀寫。 P2端 口 接收高八位地址信號和控制信號是 在 FLASH編程和校驗(yàn) 的時(shí)候 。 P3口： P3端 口的雙向 I/O口 是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻 ，輸出 4個(gè) TTL門電流 可被接收。當(dāng)P3端 口 寫入 1后，它們的內(nèi)部被上拉為高電平，并當(dāng)作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故 。 表 3 1 AT89S51端口引腳功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外中斷 0） （外 中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） 簡易低頻信號源設(shè)計(jì) 11 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 讀端口和讀引腳讀端口在 I/O口的兩種工作方式中都被用作輸入口。實(shí)際情形中，數(shù)據(jù)并不從外部被導(dǎo)入，讀入到內(nèi)部總線的而是在端口鎖存器中的內(nèi)容，再寫回到端口鎖存器時(shí)，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面也只有在讀端口的時(shí)候。輸入緩沖器其實(shí)就是兩個(gè)在圖中表示的三角形。根據(jù)不同的指令，完成不同的操作可以根據(jù) CPU能夠分別發(fā)出的讀端口或讀引腳 信號。這并不怎么需要我們?nèi)ゲ傩?，因?yàn)楫吘惯@是由硬件自動完成的，之后就是操作對讀引腳的實(shí)行，不這樣的話，讀入的就可能有錯。對于上面的圖，一旦不對端口置 1，為什么一開始在端口鎖存器的狀態(tài)有為 0的可能，而場效應(yīng)管柵極的信號在加到 Q端為 0Q^為 1時(shí)為 1，導(dǎo)通了場效應(yīng)管。對地的低阻抗出現(xiàn) ,此時(shí)即使 1為引腳上輸入的信號，外加的 1信號讀入后也不一定是 1其原因是由于端口的低阻抗使得信號變低。置 1操作若先被執(zhí)行，場效應(yīng)管截止引腳信號則會被直接加到三態(tài)緩沖器中，讀入顯示正確。在進(jìn)行輸入操作時(shí)，因?yàn)檫€有一個(gè)準(zhǔn)備動作必須被附加，因 而，準(zhǔn)雙向口 89C51的 P0/P1/P2/P3口同是這類 I/O口，在輸入的時(shí)候，全部作為準(zhǔn)雙向口，接下來的另一個(gè)問題，從圖中可以看出，除了 P1口外，其實(shí)還有一個(gè)不同， P0P2P3口都還有另外的功能。 RST為復(fù)位輸入。 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間在振蕩器復(fù)位器件時(shí)要保持。ALE/PROG：地址鎖存允許的輸出電平在訪問外部存儲器時(shí)的作用就是對地址的地位字節(jié)的鎖存。此引腳在 FLASH編程期間主要用就是對編程脈沖的輸入。通常，不變的頻率在 ALE端，周期性的輸出正脈沖信號，振蕩器頻率的 1/6為此頻率。因此對外部 輸出的脈沖或用于定時(shí)便是它可用作的目的。值得注意，一個(gè) ALE脈沖再在被用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過?？稍?SFR8EH地址上置 0實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對 ALE的輸出的禁止。每當(dāng)這時(shí)， ALE起作用是在 ALE執(zhí)行 MOVX， MOVC指令的情形下，此時(shí)，還略微拉高該引腳。置位一旦是微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止時(shí)無效。 /PSEN是外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間， /PSEN兩次有效在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)。但這兩次有效的 /PSEN信號在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將不再出現(xiàn)。 /EA/VPP：在當(dāng) /EA保持低電平時(shí)的期間內(nèi) ，外部程序存儲器（ 0000HFFFFH）就不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 /EA加密方式 1時(shí)將在內(nèi)部鎖定為復(fù)位；內(nèi)部程序存儲器則是在 /EA端持續(xù)高電平時(shí)。此引腳在 FLASH編程期間內(nèi)也可用作 12V的編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89S51 的晶振以及連接方法： CPU 在工作中一個(gè)時(shí)鐘脈沖一定要有。在外部時(shí)鐘方式下，即通過外部電路來向簡易低頻信號源設(shè)計(jì) 12 89S51 提供始終脈沖，見圖 32(a)和在內(nèi)部時(shí)鐘方式下，即通過晶振來讓 89S51 內(nèi)部電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖是 89S51 提供了兩種時(shí)鐘脈沖的方法。通常情形下，第二種方法比較常用，圖 3(b)為其電路。 圖 32 89S51的時(shí)鐘脈沖 圖 32中： J通常都是石英晶體，它的頻率的大小通過系統(tǒng)的需要和器件決定，可以使用陶瓷濾波器如果頻率穩(wěn)定度要求不高。 C C2：使用石英晶體時(shí)， C1=C2=30（177。10） pF使用陶瓷濾波器時(shí)， C1=C2=40（177。 10） pF AT89S51 的復(fù)位： 給 CPU一個(gè)復(fù)位信號就是使 CPU開始工作的一種方法，收到復(fù)位信號后，規(guī)定值通過 CPU將內(nèi)部特殊功能 寄存器被設(shè)置，“ 0000H”為此時(shí)程序計(jì)數(shù)器設(shè)置的值。結(jié)束復(fù)位信號后，從程序存儲器的“ 0000H”處開始， CPU執(zhí)行程序。 89S51為高電平復(fù)位，一般有 3種復(fù)位方法。第一，上電復(fù)位。其次就是手動復(fù)位，即對一個(gè)復(fù)位按鈕進(jìn)行設(shè)置，一個(gè)復(fù)位信號在操作者按下按鈕時(shí)產(chǎn)生。最后就是自動復(fù)位，即設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，一個(gè)復(fù)位信號在系統(tǒng)滿足某一條件時(shí)自動產(chǎn)生。 圖 33為最簡單的上電復(fù)位和手動復(fù)位方法。 圖 33 89S51的復(fù)位電路 89S51 簡易低頻信號源設(shè)計(jì)