【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程?？v觀 30年來(lái)單片機(jī)的發(fā)展歷程， 單片機(jī)技術(shù)以微處理器技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閯?dòng)力，表現(xiàn)出極具個(gè)性的發(fā)展特點(diǎn)。主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 壽命長(zhǎng)、 8 位、 16位、 32 位共同發(fā)展、運(yùn)行速度越來(lái)越快、低電壓與低功耗、低噪聲與高可靠性技術(shù)、 OTP 技術(shù)、 MTP可多次編程。 （ 3） 單片機(jī)發(fā)展趨 回顧歷史，在 Intel 公司推出了 MCS51 不久便實(shí)施了最徹底的技術(shù)開(kāi)放政策 。 在眾多電器商、半導(dǎo)體商的積極參與下，將 MCS51發(fā)展成了眾多型號(hào)系列的 80C51 MCU(Micro Controller Unit，微控制器 )家族。 MCS51 經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)、極好的兼容性和 Intel 公司的開(kāi)放政策不僅使眾多廠家參與發(fā)展，也誘使半導(dǎo)體廠家對(duì) MCS51實(shí)行為所欲為的改造。從各種新型單片機(jī)的性能可以看出，單片機(jī)是向大容量、高性能化、外圍電路內(nèi)集成化幾方面發(fā)展。其中主要表現(xiàn)在以下及方面： CPU 功能的加強(qiáng)、 存儲(chǔ)器的發(fā)展、片內(nèi) I/O 的改進(jìn)、片內(nèi)資源的增加、調(diào)試方式的改進(jìn)等。 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)以其卓越的性能、小巧的體積、極高的性價(jià)比，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于單片機(jī)自身的一些特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中又 有著自己的應(yīng)用特性和應(yīng)用范圍。 （ 1） 應(yīng)用特點(diǎn) 基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)和其他一般的微型機(jī)相比，具有以下一些特點(diǎn)：小巧靈活、可靠性高、使用方便，容易擴(kuò)展、性價(jià)比高，容易產(chǎn)品化等等。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 （ 2） 應(yīng)用領(lǐng)域 智 能 化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè) 方面： 在智能儀器儀表上的應(yīng)用 、在工業(yè)控制中的應(yīng)用 、 在家用電器中的應(yīng)用 、 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 、 在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 等等。 此外，單片機(jī)在工商 、 金融 、 科研、教育 和 國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 AT89S52 單 片機(jī) （ 1） 功能特性描述 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 （ 2） 引腳功能 89S52單片機(jī)有 44個(gè)引腳 PLCC和 TQFP方形封裝形式， 40個(gè)引腳的雙列直插式封裝形式，最常用的 40個(gè)引腳封裝形式及其配置如圖 11所示，各個(gè)引腳功能說(shuō)明如下： 圖 11 89S52單片機(jī)的引腳 VCC：電源，接 +5V 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 GND：接地 P0口： P0口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P0端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1口： P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， 和 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ）。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P2口： P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口 寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口： P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口 ， P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST腳將持續(xù) 2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下 ，復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG ：地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8位地址的輸出脈沖。在 flash編程時(shí)，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激 活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。 EA /VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash編程期間， EA 也接收 12伏 VPP電壓。 XTAL1：振蕩器反相放 大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 3） AT89S52 的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) AT89S52 器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以 64KB 尋址。 程序存儲(chǔ)器：如果 EA 引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開(kāi)始。對(duì)于 89S52，如果 EA接 VCC，讀寫(xiě)程序先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為 0000H～ 1FFFH）開(kāi)始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2021H～ FFFFH。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89S52 有 256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說(shuō)高 128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開(kāi)的。當(dāng)一條指令訪問(wèn)高于 7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定 CPU 訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能寄存器（ SFR）。 （ 4） 定時(shí)器 ① MCS51 系列中 51 子系列有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0和定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1， 52 子系列有三個(gè)，還有一個(gè)定時(shí) /計(jì) 數(shù)器 T2。 ② 每個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器既可以對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，也可以對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，通過(guò)編程設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ③ 每個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器都有多種工作方式，其中 T0有四種工作方式； T1有三種工作方式， T2有三種工作方式。通過(guò)編程設(shè)置其方式寄存器 TMOD可設(shè)定定時(shí)器工作于某種方式。 ④ 每一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)時(shí)間到時(shí)產(chǎn)生溢出，使控制寄存器 TCON中相應(yīng)的溢出位置位，溢出可通過(guò)查詢或中斷方式處理。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 （ 5） 中斷 AT89S52 有 6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（ 0INT 和 1INT ），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器 0、 2）和一個(gè)串行中斷。每個(gè)中斷源都可以通過(guò)置位或清除特殊寄存器 IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無(wú)效。 信號(hào)發(fā)生器概述 目前，市場(chǎng)上的信號(hào)發(fā)生器多種多樣，一般按頻帶分為以下幾種： 超高頻：頻率范圍 1MHz 以上，可達(dá)幾十兆赫茲。 高頻：幾百 KHZ 到幾 MHZ。 低頻：頻率范圍為幾十 HZ 到幾百 KHZ。 超低頻：頻率范圍為零點(diǎn)幾赫茲到幾百赫茲。 超高頻信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生波形一般用 LC 振蕩電路。 高頻、低頻和超低頻信號(hào)發(fā)生器，大多使用文氏橋振蕩電路，即 RC 振蕩電路，通過(guò)改變電容和電阻值，改變頻率。 依據(jù)以上可以用單片機(jī) 89S52,加上一片 DAC0832,就可以做成一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)發(fā)生器，其頻率受單片機(jī)運(yùn)行的程序的控制。我們可以把產(chǎn)生各種波形的程序，寫(xiě)在 ROM 中，裝入本機(jī)，按用戶的選擇，運(yùn)行不同的程序，產(chǎn)生不同的波形。再在 DAC0832 輸出端加上一些電壓變換電路，就完成了一個(gè)頻率、幅值可調(diào)的多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。 本論文主要研究的內(nèi)容 本設(shè)計(jì)采用 89S52 及其外圍擴(kuò)展系統(tǒng)，軟件方面主要是應(yīng)用 C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序。系統(tǒng)以 89S52 單片機(jī)為核心，配置相應(yīng)的外設(shè)及接口電路，用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，組成一個(gè)多功能信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)。硬件電路設(shè)計(jì)具有典型性，電路設(shè)計(jì)具有實(shí)用性。 本設(shè)計(jì)將完成以下幾個(gè)方面的工作： （ 1） 選芯片，盡量滿足一般工業(yè)控制要求、以增強(qiáng)其實(shí)用性。 （ 2） 原理圖設(shè)計(jì)在保證正確的前提下，盡量采用典型的電路設(shè)計(jì)。 （ 3） 固化于單片機(jī)芯片中的軟件采用模塊設(shè)計(jì)，層次清楚，具有上電復(fù)位及初始化功能，具有很好的軟件開(kāi)發(fā)框架 。 （ 4） 掌握單片機(jī)仿真軟件 的使用。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 為此，論文包括以下內(nèi)容： ① 緒論。主要介紹單片機(jī)發(fā)展概況和信號(hào)發(fā)生器的概述，為以后幾章的介紹奠定基礎(chǔ)。 ② 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。本章主要考慮系統(tǒng)性能、功能和器件選擇。包括兩個(gè)主要內(nèi)容，系統(tǒng)分析和系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。 ③ 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。本章完成系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)，詳細(xì)說(shuō)明了設(shè)計(jì)思路。 ④ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。本章是系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)按功能模塊進(jìn)行介紹。以及系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果總結(jié)。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)分析 問(wèn)題定義 基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)，可為相關(guān)實(shí)驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用提供支持。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及 C 語(yǔ)言在基本控制中的應(yīng)用。此系統(tǒng)具有的功能如下： 硬件部分 （ 1） 單片機(jī)所需的平穩(wěn)電壓（電源設(shè)計(jì)177。 12V,5V） ； （ 2） LCD 液晶顯示； （ 3） 獨(dú)立鍵盤(pán)； （ 4） 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路； （ 5） 具有 8位精度的 D/A 轉(zhuǎn)換功能； （ 6） 波形產(chǎn)生與電壓變換功能； 軟件部分 （ 1） 系統(tǒng)復(fù)位初始化； （ 2） 鍵盤(pán)掃描與處理； （ 3）