【文章內(nèi)容簡介】 8 位輸入寄存器 Q 端得狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位 DAC 寄存器中，以便第三極 8 位 DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。 DAC0832 簡介 分辨率為 8 位； 電流穩(wěn)定時間 1us； 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 單一電源供電（ +5V～ +15V）； 低功耗， 20mW。 引腳功能： D0～ D7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯 )； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 ILE CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當(dāng) LE1 為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存； XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效； WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 7 IOUT1：電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化； IOUT2：電流輸出端 2，其值與 IOUT1 值之和為一常數(shù)； Rfb：反饋信號輸入線，改變 Rfb 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V～ +15V； VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線， VREF 的范圍為 10V～ +10V； AGND：模擬信號地 DGND：數(shù)字信號地 根據(jù)對 DAC0832 的數(shù)據(jù)鎖存器和 DAC 寄存器的不同的控制方式， DAC0832 有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和 雙緩沖 方式。其引腳圖如圖 33 所示。 圖 33 DAC0832 引腳圖 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實現(xiàn) [18] 。運(yùn)放的反饋電阻可通過 RFB 端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。 DAC0832 邏輯輸入滿足 TTL 電平，可直接與 TTL 電路或微機(jī)電路連接，它其 以價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用 [19] 。 第四章 硬件實現(xiàn)和單元電路設(shè)計 硬件原理框圖 硬件原理方框圖如圖 所示。 單 片 機(jī) 顯示 電路 鍵盤 電路 復(fù)位 電路 數(shù) /模轉(zhuǎn) 換電路 放大 電路 波形 輸出 7 圖 硬件原理框圖 復(fù)位電路 復(fù)位電路中，單片機(jī)是利用電容充電來實現(xiàn)復(fù)位的。在電源接通瞬間，電容兩端相當(dāng)于短路，于是 RST 引腳上的電位是高電平，電源接通后對電容進(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)行， RST 引腳上的電位也會逐漸下降為低電平。只要保證 RST 端電壓下降，降到一定程度，即為低 電平，且其引腳上高電平出現(xiàn)的時間大雨兩個機(jī)器周期，便可以實現(xiàn)正常復(fù)位，單片機(jī)開始工作。 按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒有按下時，電路同上電復(fù)位電路。如果在單片機(jī)運(yùn)行過程中，按下 RESET 鍵，已經(jīng)充好電的電容會快速通過所接電阻的回路放電，從而使得 RST 引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖?，此高電平會維持到按鍵釋放，從而滿足單片機(jī)復(fù)位的條件實現(xiàn)按鍵復(fù)位。 單片機(jī)的初始化工作就是復(fù)位，復(fù)位后中央處理器 CPU 和單片機(jī)內(nèi)的其它功能部件都處在一定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。為了防止程序執(zhí)行過程中失步或運(yùn)行紊亂，在 本次設(shè)計中我們采用了上電復(fù)位及手動復(fù)位電路，電路圖如圖 42 所示。 11 圖 復(fù)位電路圖 D/A 轉(zhuǎn)換電路 由于單片機(jī)產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，所以本次設(shè)計選用價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有 8 位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832。 DAC0832 是一個具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位 DAC。目前生產(chǎn)的 DAC 芯片分為兩類，一類芯片內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器，不需要外加電路就可以直接與微型計算機(jī)接口。另一類芯片內(nèi) 部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，因此不能直接與微型計算機(jī)接口，必須通過并行接口與微型計算機(jī)接口。 DAC0832是具有 20 條引線的雙列直插式 CMOS 器件，它內(nèi)部具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成 8 位電流 D/A 轉(zhuǎn)換，故不需要外加電路。 單片機(jī) 通過 P0 口 向 0832 發(fā)送數(shù)字編碼，產(chǎn)生不同的輸出。先利用采樣定理對各波形進(jìn)行抽樣，然后把各采樣值進(jìn)行編碼， 得 到的數(shù)字量存入各個波形表，執(zhí)行程序時通過查表方法依次取出，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后輸出就可以得到波形。假如 N 個點構(gòu)成波形的一個周期，則 0832 輸出 N 個樣值點后 ，樣值點形成運(yùn)動軌跡，即一個周期。重復(fù)輸出 N 個點，成為第二個周期。利用單片機(jī)的晶振控制輸出周期的速度，也就是控制了輸出的波形的頻率。這樣就控制了輸出的波形及其頻率 。其數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖 43所示。 12 圖 43 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 這樣，通過對系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計，我們就可以從單片機(jī)直接得到所需的方波，從 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到符合要求的正弦波和三角波，并且完成其輸出轉(zhuǎn)換。 按鍵接口電路 在本次設(shè)計中，控制系統(tǒng)設(shè)定為最小化工作模式， ~ 口作為輸入口接三個按鍵，其中 T1 為頻率增 加鍵， T2 為頻率減小鍵， T3 為正弦波與三角波選擇按鍵。當(dāng)其中一個按鍵按下時，就會執(zhí)行相應(yīng)的功能。其電路接法如圖 44 所示。 圖 按鍵接口 時鐘模塊設(shè)計 單片機(jī)工作時，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時鐘信號控制下才能有序 13 地進(jìn)行，時鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時鐘的。單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 內(nèi)部時鐘方式實在單片機(jī) XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 晶振的取值范圍 一般為0~24MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 MHz、 24 MHz 等。一些新型的單片機(jī)還可以選擇更高的頻率。外界電容的作用是對振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號預(yù)晶振頻率一致，同時祈禱穩(wěn)定頻率的作用，一般選用 2030pF 的瓷片電容。 外部使時鐘方式則是在單片機(jī) XTAL1 引腳上外接一個穩(wěn)定的時鐘信號源，它一般適用于多片單片機(jī)同時工作的情況，用同一時鐘信號可以保證單片機(jī)的工作同步。 對于 AT89C51 單片機(jī)，一般的晶振可以在 ~12MHZ 之間選擇 [20]，此時電容可 以選擇的范圍是 10pf~30pf。在本次設(shè)計中，因為只需使用一片 AT89C52 芯片，所以采用內(nèi)部時鐘方式，所用電容是 30pf，晶振選擇 12MHZ。此時對應(yīng)的時鐘電路如圖 31 所示，其一條引腳接 XTAL1，另一條接 XTAL2。 圖 時鐘電路 顯示模塊設(shè)計 顯示電路是用來顯示波形信號的頻率，使得整個系統(tǒng)更加合理，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，所以顯示器件采用 LED 數(shù)碼管顯示器。而且 LED 數(shù)碼管是采用共陽極接法，當(dāng)主控端口輸出一個低電平后，與其相對應(yīng)的數(shù)碼管即變亮，顯示所需數(shù)據(jù)。其器件模型如圖 所示。 圖 LED 顯示電路 這樣，通過對系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計，我們就可以從單片機(jī)直接得到所需的方波，從 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到符合要求的正弦波和三角波，并且完成其輸出轉(zhuǎn)換。 14 第五章 軟件設(shè)計 程序流程圖 本文中 子程序的調(diào)用是通過按鍵的選擇來實現(xiàn)，在取得按鍵相應(yīng)的鍵值后，啟動計時器和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，再直接查詢程序中預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)值，通過轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的電壓，從而形成所需的各種波形。 主程序的流程圖如圖 所示，在程序開始運(yùn)行之后，首先是對 8155 進(jìn)行初始化，之后 判斷信號頻率值，如符合所需的頻率，則重置時間常數(shù)，并通過顯示器顯示出來，不符則返回。在中斷結(jié)束后，還要來判斷波形是否符合，如符合，則顯示其頻率，不符則返回，重新判斷。 主程序流程圖 圖 為各波形子 程序的流程圖。如圖所示，在中斷服務(wù)子 程序開始后，通過判斷來確定各種波形的 輸出，當(dāng)判斷選擇的不是方波后，則轉(zhuǎn)向 對正弦波的判斷，如此反復(fù)。如果選擇的 是方波，則用查表的方法求出相應(yīng)的數(shù) 據(jù)，并通過 D/A 轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬 信號，形成所需波形信號。 15 圖 子程序流程圖 初始化程序 初始化子函數(shù)的主要是設(shè)置定時器的工作模式、初值預(yù)置、開中斷和打開定時器等。在這里，定時器 T1 工作于 16 位定時模式，單片機(jī)按定時時間重復(fù)的把波形送到DAC0832 的寄存器。其程序流程圖如圖 53 所示 53 初始化程序流程圖 鍵掃描程序 開 始 T1 置初值，設(shè)為 16 位定時模式 T1 中斷允許，開定時器，開總中斷 結(jié) 束 16 對于鍵掃描程序，其主要目的是對三個按鍵進(jìn)行檢測，當(dāng)其中有一個按鍵按下時，就執(zhí)行對應(yīng)的功能。在三個按鍵中，兩個分別用于增加頻率和減小頻率，另外一個是執(zhí)行正弦波和三角波的選擇功能。鍵掃描程序流程圖如圖 54 所示。 N Y 圖 54 鍵掃描流程圖 波形產(chǎn)生程序 定時器 T1 的中斷程序就是波形產(chǎn)生程序。若定時器計數(shù)溢出時，就會產(chǎn)生一次中斷。在中斷發(fā)生后，單片機(jī)將按次序?qū)?shù)據(jù)表中的波形數(shù)據(jù)依次送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832， DAC8032 根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)大小輸出對應(yīng)電壓。波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生函數(shù)流程圖如圖 55 所示。 開 始 有鍵按下否？ 檢查鍵號，執(zhí)行相應(yīng)功能 波 形 選 擇 頻 率 增 加 頻 率 減 小 結(jié) 束 關(guān)中斷，關(guān)定 17 N Y 圖 55 波形產(chǎn)生流程圖 波形仿真 通過前面的軟 、 硬件設(shè)計，整個電路的設(shè)計已基本完成，下面將進(jìn)行正弦波 、方波、三角波等波形的仿真與測試。本文中波形信號的仿真是以 Proteus 這一款軟件為平臺，裝入波形發(fā)生程序，驗證硬件電路和程序的正確性。