【文章內(nèi)容簡介】 8．強大而完善的輸出功能 印制電路板設(shè)計環(huán)境 1．豐富的設(shè)計規(guī)則 2．易用的編輯環(huán)境 3．智能化的交互式手工布線 4．豐富的封裝元件庫及便簡的元件庫編輯和組織操作 5．智能化的基于形狀的自動布線功能 6．可靠的設(shè)計校驗 四、電路板設(shè)計 一般而言，設(shè)計電路板最基本的過程可以分為以下 3 大步驟。 1．電路原理圖的設(shè)計 電路原理圖的設(shè)計主要是用 Protel 99 SE 的原理圖設(shè)計系統(tǒng)來繪制電路原理圖。 2．產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)報表 網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得，同時 Protel 99 SE 也提供了從電路板中提取網(wǎng)絡(luò)表的功能。 3．印制電路板的設(shè)計 印制電路板的設(shè)計主要是利用 Protel 99 SE 的 PCB 設(shè)計系統(tǒng)來完成印制電路板圖的繪制 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機及其外圍電路 單片機介紹 89S52單片機有 44個引腳 PLCC和 TQFP方形封裝形式， 40個引腳的雙列直插式封裝形式，最常用的 40個引腳封裝形式及其配置如圖 31所示，各個引腳功能說明如下： 圖 31 單片機 GND：接地 P0口： P0口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個TTL邏輯電平。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， 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， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1口： P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使 用。作為輸入使用時，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， /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體如表 11所示。在 flash編程和校驗時， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P2口： P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出 電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 flash編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3口： P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使 用時，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（第二功能）使用，如表 12所示。在 flash編程和校驗時， P3口也接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。晶振工作時， RST腳將持續(xù) 2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96個晶振周期的高電平。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（ ALE） 是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在 flash編程時，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1”， ALE操作將無效。這一位置 “ 1”， ALE僅在執(zhí)行 MOVX或 MOVC指令時有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個 ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN ：外部程序存儲器選通信號（ PSEN ）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 EA /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， 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)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 單片機 晶振電路 對于 MSC51 一般的晶振頻率可以在 — 12MHz 之間選擇，這是電容 C 可以對應(yīng)的選擇 10pF— 30pF。當(dāng)使用 89C55 時晶振頻率可以提高到 24MHZ。對于本設(shè)計的電容 C 用 30pF，晶振選用 。晶振電路解法圖 32，一條引腳接在 XTAL1，另一條接在 XTAL2。 圖 32 晶振電路 單片機 的復(fù)位電路 為了防止程序執(zhí)行過程中失步或運行紊亂，此處我們采用了上電復(fù)位及手動復(fù)位電路，電路圖如圖 33所示： 10uFC1C A P10KR1R e s 2V C C500R?R e s 2S?S W P BR S T 圖 33 單片機復(fù)位電路 輔助性電路 （ 1）為了防止各種元器件之間的相互干擾，因此在設(shè)計電路時加上一組電容解法如下如 34。 圖 34 防干擾電路 UA741AD 312 圖 312 由圖可知到 U5 的輸出將作為 ADC0832(2)的基準(zhǔn)電壓。 假設(shè)運放 U6 的輸入為 1V ； ADC0832(2)的內(nèi)部的電阻為 1R 。設(shè) U5 的輸入電壓為 2V ； ADC0832(2)的內(nèi)部的電阻為 2R 。下面進(jìn)行討論計算： （ 1） U6 為一個反相比例器： ou t 1 281ou t 1 11 28 1URV UR R R V? ? ? ?， （ 2） U5 也為一個反相比例器： ou t2 262ou t 2 22 26 2URV UR R R V? ? ? ?， 這是 U4 的輸入為（ out1 out 2U + U ），記為 V 由于 25 14RR? ，這是 U4 實際上為為一個反響跟隨器，即： o u t 3 o u t 1 o u t 2U V = U + U?? 所以： 28 26 28 26ou t 3 1 21 2 1 2R R R RU R R R RVV? ? ? ? ?（ ） = 2．本設(shè)計中的運放的連接的第二部分如圖 313 圖 313 如圖 313 中的 U2 輸入中的 out3U 為圖 312 中 U4 的輸出。 對于本運放組成的電路分析采用疊加法： 設(shè) U2 的輸出為 out4U 。 1當(dāng) 12? 電源全部接地時，有如下 ： 此時的運放實際為一個反相比例器： 1 1 1 1 61 2 1 2( ) / / ( )R R R R R? ? ?右 左 1 13 ou t 31 13 14 114 9U U UURRR R RRR??? ?? 9 1 131 ou t 314 1 13 14()UU()R R RR R R R????? 2當(dāng) 12V 和 out3U 接地時 : 2 1 6 1 312( ) / /R R R R?? 右 22 11 12 213 9U 1 2 UURR R RRR?? ??左 9 2213 2 11 12U 12 R RR R R R?? ??左 3當(dāng) 12V 和 out3U 接地時 : 3 1 1 1 312( ) / /R R R R?? 左 33 1 6 12 31 3 9U + 12 UURR R RRR?? ??右 93313 3 11 12U 12 RRR R R R? ??左 所以綜上所述： out4U 為 1U ， 2U ， 3U 三者之和。 o u t4 1 2 3U U + U + U? 即： 9 1 13 9 9 32out4 out 3 314 1 13 14 13 2 11 13 3 1112 129 1 13 9 32out 314 1 13 14 13 2 11 3 1112 12()U U 12 U 12()() U 12()R R R R R RRR R R R R R R R R R R RR R R R RRR R R R R R R R R R R?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ?左 左左 左（ ）下面對 out4U 的結(jié)果作一些輔助說明： 特例：當(dāng) 23RR? 時 9 1 13ou t4 1 ou t 314 1 13 14()U U U()R R RR R R R?? ? ? ?? 以下進(jìn)行代入數(shù)據(jù)的具體的分析： 于是對于將圖 312 與圖 313 及連在一起時，這時系統(tǒng)的的框圖如圖 314 圖 314 對于如圖 DAC 轉(zhuǎn)換部分電路圖如圖所示 當(dāng)單片機分別向 DAC0832（ 1）和 DAC0832（ 2）輸入數(shù)據(jù) 1D 和 2D 時 0 2 2 2U = D V R = 1 2 D / 2 5 6?? （ 1） 0 1 1 0 2 1U = D V R = U D / 2 5 6?? （ 2） 0 3 1 0 1 0 2 3 1U = R / R U U R / R?? （ 3） 其中 13R =R =10k?， 2R =20k? ，代入以上各式，得 0 0 2 1U = U (D /1 2 8 1 )/2? （ 4） 或著： 1 0 0 2D = 1 2 8 (U /U + 1 )? （ 5） 由 （ 4） 式可知，當(dāng) 1D 在 0～ 255 之間變化時， 0U 可在 02U2? ～ 02U+2 之間 變化，即輸出信號的峰峰值可由 02U 控制。 該電路由 102 電位器串接 2 個 1k? 電阻實現(xiàn)調(diào)節(jié)直流偏移，電位器觸頭在最右端和最左端時，電位器輸出的電壓分別為 4v和 +4v，電位器的電壓與 0U 通過一個加法器后，實現(xiàn)直流偏移的調(diào)節(jié)。 2．電路性能指標(biāo)分析 用于調(diào)壓的 DAC0832 的參考電壓是 12V，所以，峰峰值可以調(diào)節(jié)到的最大值為 12V，由于運放的電源均為 ? 12V，故均未達(dá)到飽和。 通過 1k? 電位器與兩個 1k? 的電阻進(jìn)行直流偏移的調(diào)節(jié)。當(dāng)電位器的滑動觸頭分別位于最右端與最左端時，輸出電壓分別為 4v 和 +4v，電位器的電壓與輸出的電壓通過一個加法器實現(xiàn)直流偏移的調(diào)節(jié)。 由于 DAC0832 存在的非線性，輸出信號的幅值存在一定的誤差。 由上述計 算可知，該電路產(chǎn)生波形的峰峰值和直流偏移調(diào)節(jié)的范圍達(dá)到并超過了題目要求的范圍。 波形產(chǎn)生模塊設(shè)計 一般波形模塊的設(shè)計方案可以有以下幾種。 方案一：用差分放大電路實現(xiàn)三角波到正弦波以及集成運放組成的電路實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器 見圖 315 圖 315 方案二：用二極管折線近似電路以及集成運放組成的電路實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器 根據(jù)二極管折線近似電路實現(xiàn)三角波 —— 正弦波的變換的原理圖，頻率調(diào)節(jié)部分設(shè)計時，可先按三個頻率段給定三個電容值： 1000pF、 f、 F 然后再計算 R 的大小。手控與壓控部分線路要求更換方便。為滿足對方波前后沿時間的要求，以及正弦波最高工作頻率（ 10kHz）的要求，在積分器、比較器、正弦波轉(zhuǎn)換器和輸出級中應(yīng)選用 Sr 值較大的運放（如 LF353）。為保證正弦波有較小的失真度，應(yīng)正確計算二極管網(wǎng)絡(luò)的電阻參數(shù)，并注意調(diào)節(jié)輸出三角波的幅度和對稱度。輸入波形中不能含有直流成分 。 圖 316 是由μ A741 和 5G8038 組成的精密壓控震蕩器，當(dāng) 8 腳與一連續(xù)可調(diào)的直流電壓相連時，輸出頻率亦連續(xù)可調(diào)。當(dāng)此電壓為最小值（近似為 0）時。輸出頻率最低，當(dāng)電壓為最大值時，