【文章內(nèi)容簡介】 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。 LM324 的引腳排列見圖 。 圖 運算放大器符號 圖 由于 LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 本設(shè)計中， DAC0832轉(zhuǎn)換得到的模擬量，經(jīng)過 LM324后輸出。電路圖如圖 所示，經(jīng) DAC0832轉(zhuǎn)換得到的電流信號以差分方式送給運算放大器 LM324,LM324將 此信號變?yōu)殡妷盒盘栞敵?，就可得到波?[6]。 14 圖 DAC0832與 LM324的接口電路 A/D 電路設(shè)計 A/D 芯片的選擇 本次設(shè)計中，頻率和幅值的調(diào)節(jié)都是通過電位器改變輸入電壓來實現(xiàn)的，所以需要有兩個模擬量輸入。所以就要用到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。各型號的 ADC 芯片都具有如下的信號線：數(shù)據(jù)輸出線 D7～ D0（ 8 位 ADC），啟動 A/D 轉(zhuǎn)換信號 SC與轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC。首先單片機啟動 A/D 轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADC 送出 EOC信號通知單片機；單片機用輸入指令從 ADC 的數(shù)據(jù)輸出線 D7～ D0 讀取 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 ADC 與單片機的接口就是要正確處理上述三種信號與單片機的連接問題。ADC 的數(shù)據(jù)輸出端的連接要視其內(nèi)部 是鎖存器還是 三態(tài)輸出鎖存器。若是后者，則可直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連；若是前者，則應(yīng)將其數(shù)據(jù)輸出端通過三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連。 ADC0809 芯片有 8 路模擬信號輸入端，片內(nèi)由三臺輸出鎖存器，可直接與單片機數(shù)據(jù)總線相連，滿足要求，所以采用 ADC0809 芯片來實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。下面將對 ADC0809 芯片機器接口電路作詳細的介紹。 ADC0809 引腳及功能 ADC0809 是一種主次逼近式 8 路模 擬輸入、 8位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 15 其引腳如圖 所示 [7]。 由引腳圖可見， ADC0809 共有 28 引腳，采用雙列直插式封裝。其主要引腳功能如下： ① IN0~IN7 是 8路模擬信號輸入端。 ② D0~D7 是 8 位數(shù)字量輸出端。 ③ A、 B、 C與 ALE 控制 8 路模擬通道的切換， A、 B、 C 分別與三根地址線或數(shù)據(jù)線相連，三者編碼對應(yīng) 8 個通道地址口。 C、 B、 A=000~111 分別對應(yīng)IN0~IN7 通道地址。 強調(diào)說明一點： ADC0809雖然有 8路模擬通道可以同時輸入 8路模擬信號，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切 換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。 ④ OE、 START、 CLK 為控制信號端， OE 為輸出允許端， START 為啟動信號輸入端， CLK 為時鐘信號輸入端。 ⑤ Vr（ +）和 Vr（ ）為參考電壓輸入端。 圖 ADC0809引腳圖 ADC0809 結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 0809是采用主次逼近的方法完成 A/D轉(zhuǎn)換的。由單一的 +5V 電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的 8路選 1的模擬開關(guān)，由 C、 B、 A 的編碼來決定所選的通道。 0809 完成一次轉(zhuǎn)換需 100us 左右。輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存 緩沖器，可直接連到 MCS51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)? 16 外接電路， 0809 可對 0~5V 的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。 ADC0809 工作過程如下：首先用指令選擇 ADC0809 的一個模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行 MOVX @DPTR,A 時，產(chǎn)生一個啟動信號給 START 引腳送入脈沖，開始對選中通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后發(fā)出結(jié)束信號，置 EOC 腳為高電平，該信號可作為中斷申請信號；當(dāng)讀允許信號到， OE 端有高電平，則可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。利用 MOVX A,@DPTR 把該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到 A累加器中。 圖 ADC0809結(jié)構(gòu)圖 ADC0809 與單片機的接口 在討論 MCS051 與 0809 的接口設(shè)計之前，先來討論單片機如何控制 ADC的問題 [8]。 用單片機控制 ADC 時，多數(shù)采用查詢和中斷控制兩種方法。查詢法 是 在單片機把啟動命令送到 ADC 之后，執(zhí)行別的程序，同時對 ADC 的狀態(tài)進行查詢，以檢查 ADC 變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。 中斷控制法是在啟動信號送到 ADC 之后，單片機執(zhí)行別的程序。當(dāng) ADC變換結(jié)束并向單片機發(fā)出中斷請求信號時，單片機相應(yīng)此中斷請求，進入中斷服務(wù)子程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進行必要的數(shù)據(jù) 處理，然后返回到原程序。這種方法單片機無需進行轉(zhuǎn)換時間的管理， CPU 效率高，所以特別適合于變換時間較長的 ADC。 17 如果對轉(zhuǎn)換速度要求高，采用上述兩種 ADC 控制方式往往不能滿足要求，可采用 DMA（直接存儲器存?。┑姆椒?，這時可在 ADC 與單片機之間插入一個DMA 接口（例如 Intel 公司的 8237DMA 控制器）。傳輸已開始， AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就可以從輸出寄存器經(jīng)過 DMA 中的數(shù)據(jù)寄存器直接傳輸?shù)街鞔鎯ζ?，因而不必受程序的限制? 在 ADC0809 與單片機的接口電路中，中斷方式與軟件延時方式的不同之處在于：中斷方式是將 ADC0809 的 EOC 腳經(jīng)過與非門接在 AT89C51 的 INT0 腳，而軟件延時方式不需要經(jīng)過，直接接在 INT0 腳，只需查詢 腳是否為高電平，當(dāng)為高電平時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。本設(shè)計中，在 AD 轉(zhuǎn)換時，不需要執(zhí)行其他的程序，所以可用軟件延時的方式連接電路。 軟件延時方式： ADC0809 與單片機的接口如圖 所示。 圖 ADC0809與單片機的接口電路 由于 ADC0809 片內(nèi)無時鐘，可利用 AT89C51 提供的地址鎖存允許信號 ALE經(jīng)過 74LS74芯片四分頻后獲得， ALE腳的頻率 是 AT89C51單片機時 鐘頻率的 18 6（但要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將少一個 ALE 脈沖）。單片機的時鐘頻率采用的是 12MHz，則 ALE 腳的輸出頻率為 2MHz，再經(jīng)過 74LS74 四分頻后為 500kHz，恰好符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，其 8 位地址譯碼引腳 A、 B、 C 分別與 、 和 相連，以選通 IN0~IN7 中的一個通道。將 （地址總線 A15）作為片選信號，在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號和 控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存通道地址的同時，啟動并進行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用低電平的讀信號和 腳經(jīng)一級或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為 OE信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 由以上分析可知：在軟件編寫時，應(yīng)令 =A15=0； 、 、 給出被選擇的模擬通道的地址；執(zhí)行一條輸出指令，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 AT89C51 單片機的介紹 AT89C51 芯片介紹 CPU 為本設(shè)計的核心部分，它是進行數(shù)據(jù)運算和處理的核心。 考慮到功耗及整機的精度和價 格等問題 我采用 MCS51 系列的單片機 , MCS51系列單片機還有集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)擴展方便，可靠性高，處理功能強、速度高等特點。 本設(shè)計中采用的是 AT89C51 芯片。 AT89C51 是 美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含有 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功 能強大的 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 功能特性概述 [9]： AT89C51提供以下標準功能： 4k字節(jié) Flash閃速存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 各 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全 19 雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁 止其他所以部件工作知道下一個硬件復(fù)位。 AT89C51 引腳功能介紹 ? Vcc：電源電壓 ? GND：地 ? P0 口 ： P0 口 是 一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，檢驗時，需要外接上拉電阻。 ? P1 口 ： P1 是一個 帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 Flash 編程和程序校驗期間， P1接收低 8 位地址。 ? P2 口 ： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上 拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX @RI 指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其他控制信號。 ? P3 口 ： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出 20 緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。對 P3口寫入 “ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 P3口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選 通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和暢銷校驗的控制信號。 ? RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 ? ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 ? PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN 信號不出現(xiàn)。 ? EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器（地址位 0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 21 如 EA 端位高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 ? XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的 輸入端。 ? XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端 [10]。 AT89C51 最小系統(tǒng)電路設(shè)計 最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指能維持單片機運行的最簡單配置的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，常用來構(gòu)成簡單的控制系統(tǒng)。單片機應(yīng)該是一個最小應(yīng)用系統(tǒng)，但由于應(yīng)用系統(tǒng)中有一些功能器件無法集成到芯片內(nèi)部，如晶振、復(fù)位電路等，需要在片外加接相應(yīng)的電路。對于片內(nèi)無程序存儲器的單片機，還應(yīng)該配置片外程序存儲器。 AT89C51 是片內(nèi)有程序存儲器的單片機，構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時只要將單片機接上外部的晶振電路和復(fù)位電路即可 [11]，如圖 所示。 圖 AT89C51最小系統(tǒng) 這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠，其特點是沒有外部擴展，有可供用戶使用的大量 I/O 線。 鍵盤顯示電路的設(shè)計