【文章內(nèi)容簡介】 LSB 1 1 1 1 1 1 1 1 +（ 127/128） Vref 1 0 0 0 0 0 0 1 +（ 1/128） Vref 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 （ 1/128） Vref 0 0 0 0 0 0 0 1 （ 127/128） Vref 0 0 0 0 0 0 0 0 （ 128/128） Vref 另一片 DAC0832（ IC3）的參考電壓接到 +5V 電源上，它和兩個(gè)單運(yùn)算放大器（ IC5 和 IC6）組成的單極 性 D／Ａ轉(zhuǎn)換電路，其輸出電壓加到前一片 DAC0832的參考電壓端 Vref。當(dāng)此片 DAC0832 輸入 0~255 數(shù)字時(shí)，輸出為 0~+5V，從而調(diào)節(jié)前一片 DAV0832 的輸出電壓為 — 5~+5V,達(dá)到改變輸出波形幅值的目的。這兩片DAC0832 都結(jié)成單緩沖器輸入方式。 3． 5 電源部分的設(shè)計(jì) 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四個(gè)部分組成。電源變壓器是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變?yōu)樗枰碾妷褐邓腿胝麟娐?，整流電路再將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波 電路加以濾除。濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓的紋波濾除后得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，能維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 本課題通過 780 781 7912 穩(wěn)壓器將直流電壓分別轉(zhuǎn)換為 +5V、 +12V、 12V直流電壓，然后直接和電路系統(tǒng)的電源接口相接。其電路圖 7所示 第 16 頁 共 48 頁 圖 5 7805 穩(wěn)壓電源器的接口電路 圖 6 7812 穩(wěn)壓電源器的接口電路 圖 7 7912 穩(wěn)壓電源器的接口電路 3． 6 晶振電路的設(shè)計(jì) 為什么要用晶振電路？ 單片機(jī)工作，是一條一條的從 ROM 中取指 令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機(jī)訪問一次存儲器的時(shí)間，稱之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。一個(gè)機(jī)器周期包括 12個(gè)時(shí)鐘周期。 第 17 頁 共 48 頁 因?yàn)闆]有晶振，就沒有時(shí)鐘周期，沒有時(shí)鐘周期，就沒有機(jī)器周期，沒有機(jī)器周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無法工作。 由此可見，若想單片機(jī)正常工作，必須得有晶振電路。 單片機(jī)的晶振電路是一種典型電路，晶振頻率一般選擇在 4MHz— 12MHz 之間，外接兩個(gè)晶振電容，該電容的典型值為 30pf。其圖 8所示 。 圖 8 單片機(jī)的晶振電路 3． 7 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的復(fù)位電路就和計(jì)算機(jī)的重啟是一 樣的概念。一般的復(fù)位只需要 8us的時(shí)間。如何進(jìn)行復(fù)位？電路圖 9 所示 第 18 頁 共 48 頁 圖 9 復(fù)位電路 只需要在單片機(jī)的 RST 引腳上加上高電平，時(shí)間不少于 8us 就可以了。復(fù)位電路也是單片機(jī)系統(tǒng)的典型外圍電路，如上圖所示。 3． 8 輸入電路鍵盤的接口設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)人對系統(tǒng)的操縱控制及向系統(tǒng)輸入?yún)?shù)，都需要為系統(tǒng)設(shè)置按鍵或鍵盤，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)會話。鍵盤是一組（通常多于 8個(gè)）按鍵的集合。鍵盤所使用的按鍵一般都是具有一對常開觸點(diǎn)的按鍵開關(guān)，平時(shí)不按鍵時(shí)，觸點(diǎn)處于斷開（開路）狀態(tài)，當(dāng)按下按鍵時(shí)，觸點(diǎn)才處于閉合 （短路）狀態(tài)，而當(dāng)按鍵被松開后，觸點(diǎn)又處于斷開狀態(tài)。 第 19 頁 共 48 頁 根據(jù)鍵盤上閉合鍵的識別方法不同，鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。非編碼鍵盤上，閉合鍵的識別采用軟件實(shí)現(xiàn)；編碼鍵盤上，閉合鍵的識別則由專門的硬件譯碼器產(chǎn)生按鍵的編號（即鍵碼），并產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，以通知CPU 接受鍵碼。編碼鍵盤使用較為方便，易于編程，但硬件電路較為復(fù)雜，因此在單片機(jī)的控制系統(tǒng)中應(yīng)用較少。而非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路，因此在實(shí)際單片機(jī)控制系統(tǒng)中較多采用。 從鍵盤的結(jié)構(gòu)來分，鍵盤可分為獨(dú)立式和矩陣式兩類。當(dāng)系統(tǒng)操作比較簡單，所需鍵 盤較少時(shí)，可采用獨(dú)立式非編碼鍵盤；而當(dāng)系統(tǒng)操作比較復(fù)雜，需要數(shù)量較多的按鍵時(shí)，可采用矩陣式非編碼鍵盤。 在本課題設(shè)計(jì)中，采用的是獨(dú)立式鍵盤。其電路圖 10所示 。 圖 10 鍵盤與單片機(jī)接口電路 輸出波形種類、幅值和頻率的設(shè)定由鍵盤輸入。由于單片機(jī)的 PI 口不作它用，可用它擴(kuò)展一個(gè) 4 行 *4 列鍵盤。鍵盤的 4 根行線接到單片機(jī)的 ~口線， 4 根列線接 ~ 口線。 16 個(gè)按鍵分別定義為數(shù)字 0~9 和功能鍵Enter(確認(rèn)鍵 )、 Clear(清除鍵 )、 Wave(波形選擇鍵 )、 Frequenency(改 變頻率鍵 )、Amplitude(改變幅值鍵 )和（小數(shù)點(diǎn)鍵）。 3． 9 顯示電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)前輸出波形的種類、幅值和頻率需要顯示出來。由于單片機(jī)的串行不作它用，可用它接 8 片串入并出移位寄存器來擴(kuò)展 8 位 7 段 LED 顯示器， L1~L4 用于第 20 頁 共 48 頁 顯示輸出波形的頻率； L5~L7 用于顯示輸出波形的幅值， L6 的小數(shù)點(diǎn)接 +5V，常亮，則可顯示 到 ； L8用于顯示波形的種類， 1表示正弦波， 2表示方波， 3表示三角波， 4表示鋸齒波，見下圖。 圖 11 顯示電路 3． 10 運(yùn)算放大器電路的設(shè)計(jì) 將得到的模擬信號量分別進(jìn) 行放大，以利于對系統(tǒng)的信號量進(jìn)行觀察、讀取等研究。由于信號從 D/A 轉(zhuǎn)換器出來的模擬信號量是比較微弱的，因而需要對所得到的信號量進(jìn)行放大 3． 11 單元電路調(diào)試 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過方案論證、硬件設(shè)計(jì)、印刷版的布局、加工和焊接包括軟件的編制，通常不可能一次成功，不可避免地要出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這就要靠調(diào)試來解決。調(diào)試的次序一般是先易后難，后面的調(diào)試應(yīng)盡可能采用以前已調(diào)好的電路，各單元電路（或稱作單元模塊）都調(diào)好以后，再進(jìn)行系統(tǒng)總調(diào)。 對于本波形發(fā)生器，其硬件電路的調(diào)試可以按如下步驟進(jìn)行。 1）硬件電路的總體檢查 在一塊電路試驗(yàn)板上，焊接好電路，按實(shí)際電路圖插好元器件，連好線。在接上電源之前，用萬用表粗略檢查電路的正確性，尤其是要檢查電源和地之間的電阻。對于本波形發(fā)生器來講，電源和地之間的電阻應(yīng)為 1k 歐以上，若太小，應(yīng)檢查電源和地之間是否有短路現(xiàn)象或電源接錯(cuò)現(xiàn)象或有不良元器件。確保電源和地?zé)o故障之后，再通電，然后檢查各電源 +5V、 +12V 和 — 12V 電壓數(shù)值的正確性。排除可能出現(xiàn)的故障后，再進(jìn)行各單元電路調(diào)試。 2）單元電路調(diào)試 ①單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試 第 21 頁 共 48 頁 按照前面設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)和電源，焊接并插上相應(yīng)的元器件，連好線 ，檢查正確無誤后，接上電源，用示波器測試單片機(jī)的時(shí)鐘波形。若時(shí)鐘波形和頻率正確，則進(jìn)行下一步檢查。 切斷電源，空出單片機(jī) AT89C51 的位置，并在此位置上插入仿真器的 40 芯仿真頭。連好相應(yīng)線，檢查正確無誤后，接上電源，然后啟動(dòng)仿真器，檢查地址鎖存等電路的正確性。 ②波形輸出電路調(diào)試 按附圖 1電路接線方法，我們可以知道 D／ A 轉(zhuǎn)換器 IC3 和 IC4 的地址分別為 0FDH 和 0FEH，向著兩個(gè)地址分別寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，若電路正確就啟動(dòng)了它們的 D／ A轉(zhuǎn)換，若這時(shí)運(yùn)放 IC6 和 IC8 輸出的電壓值和表 1相符，則說明波形輸出電路 正確。 ③鍵盤擴(kuò)展電路調(diào)試 斷開電源，焊接好鍵盤，并將鍵盤接到 P1 口，然后接通電源，用仿真器是使 AT89C51 的 P1 口輸出為 0F0H，即將鍵盤的 4根行線接 ~ 置為低電平，4根列線接 ~ 口線置為高電平。接下來，依次按下各鍵，并用萬用表測量對應(yīng) P1口的 ~ 口線，若所測的相應(yīng)口線為低電平，則表示該鍵有效。例如，按下 0，則應(yīng)測的口線 為為低電平，說明鍵 0 有效。測試所有 16個(gè)鍵都有效，則說明該鍵盤擴(kuò)展電路正確。 ④顯示電路調(diào)試 斷開電源，焊接好相應(yīng)電路，并插上器件 IC9~IC16 和 L1~L8，然后再接上電源。用仿真器編寫一段測試程序（參見后面顯示模塊軟件）讓 8 個(gè) 7 段 LED（ L1~L8）分別顯示數(shù)字 8。再在仿真器上匯編該程序，并執(zhí)行，若顯示的結(jié)果一致。則說明顯示電路是正確的。 第 22 頁 共 48 頁 4 基于單片機(jī)的波形發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì) 4． 1 軟件的功能定義 功能定義的作用是要明確所設(shè)計(jì)的軟件需要完成的任務(wù)，確定輸入和輸出的形式，需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行何種處理以及判斷處理結(jié)果等等。 [12] 在此系統(tǒng)中，要求軟件實(shí)現(xiàn)的功能是：通過單片機(jī) AT89C51 的 口輸出方波，而方波的輸出周期通過控制小鍵盤來實(shí)現(xiàn)，與單片機(jī)相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊DAC0832，它通過連一個(gè) I/V 轉(zhuǎn)換電路后輸出正弦波和鋸齒波，其波形的周期也是通過控制小鍵盤來實(shí)現(xiàn)的。在該系統(tǒng)中，應(yīng)有高可靠性、抗干擾性，在斷電或出現(xiàn)故障時(shí)有保護(hù)、數(shù)據(jù)存儲和復(fù)位功能。 4． 2 編程語言的選擇 作者選擇的是匯編語言，用助記符和標(biāo)號地址編寫的程序稱為匯編語言源程序，其作用相當(dāng)于人們直接用指令的機(jī)器碼以及指令地址編寫程序。只是采用助記符和地址標(biāo)號地址為程序的編寫提供了方便，即不必記憶指令的機(jī)器碼，也不必在編寫程 序時(shí)進(jìn)行地址的計(jì)算。而將助記符翻譯成機(jī)器碼以及將標(biāo)號地址換算成實(shí)際地址的工作都由計(jì)算機(jī)通過一種稱為匯編程序的軟件完成，這種翻譯和換算的過程一般就稱為匯編。 4． 3 各軟件模塊設(shè)計(jì) 按照波形發(fā)生器的功能，其應(yīng)用程序必須有初始化、波形產(chǎn)生、鍵盤管理和顯示等幾部分，現(xiàn)將各主要軟件模塊介紹如下 。 初始化模塊 初始化程序模塊主要進(jìn)行設(shè)置定時(shí)器、串行口的工作方式，設(shè)置波形的類型、幅值和頻率，并在顯示器上顯示提示字符 12345678 等工作。這部分程序如下： MOV TMOD， 02H ；設(shè)置定時(shí)器 0 為方式 2工作 MOV TL0， 7FH ；置初值 MOV TH0， 7FH CLR TR0 ；不啟動(dòng) MOV SCON， 00H ；將串行口初始化為方式 0 第 23 頁 共 48 頁 MOV DPTR， 0FFFDH ； IC3 的地址送 DPTR MOV A， 0FFH MOVX @DPTR， A ；輸出波形的幅值初始化為 10V MOV DPTR， 0FFFEH ； IC4 的地址送 DPTR MOV A， 80H MOVX @DPTR， A ；輸出設(shè)定為 0 MOV WAVKD， 01H ；波形類型初始化為 1，即正弦波 波形產(chǎn)生模塊 前面講過，采用定點(diǎn)法產(chǎn)生波形，將所要輸出的波形按一個(gè)周期分成若干點(diǎn)，正弦波和三角波各 72 點(diǎn)。按所需頻率計(jì)算出兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔，用定時(shí)器 0 工作于方式 0 來定時(shí)該時(shí)間間隔。每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，查表輸出下一個(gè)波形數(shù)據(jù)，如此循環(huán)執(zhí)行即可。鋸齒波的產(chǎn)生，只要從 00H 開始，每隔一定時(shí)間加 1開始 ，在歷史上 00H 到 0FFH 之間循環(huán)輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器 IC4 即可。方波識要每隔每半個(gè)周期交替輸出 00H 和 0FFH 即可。 ①正弦波產(chǎn)生程序 由于正弦波的對稱性，可將其分為四個(gè)相同部分，在這里稱為四個(gè)象限。只要做第一個(gè)象限的數(shù)據(jù)即可，第二象限的數(shù)據(jù)表與第一個(gè)象限相同，但輸出時(shí)要反向查表；第三、四象限輸出只要將第一象了限和第二象限查表得的數(shù)據(jù)取反即可。產(chǎn)生正弦波的程序流程圖見圖 12 所示 第 24 頁 共 48 頁 圖 12 正弦波產(chǎn)生程序流程圖 其程序清單如下： SETB TRO SINWAV： MOV RO， 00H ；查表指針初始化為 0 SINLP1： MOV DPTR， SINTAB ；正弦波函數(shù)表地址送 DPTR MOV A， R0 MOVC A， @A+DPTR ；查表 MOV DPTR， 0FFFEH ； IC4 地址送 DPTR MOVX @ DPTR， A ；輸出數(shù)據(jù)給 D/A SINLP2： JNB TFO， SINLP2 ；由定時(shí)器控制頻率 CLR TFO 第 25 頁 共 48 頁 INC RO CJNE RO， 13H， SINTAB ；第一象限輸出完了嗎？ SINLP3： MOV DPTR， SINTAB ；正弦波函數(shù)表表地址送 DPTR MOV A， RO MOVC A， @ A， RO MOVC A， @ A+DPTR ；查表 MOV DPTR， FFFEH ； IC4F 地址送 DPTR MOVX @DPTR， A SINLP4： JNB TFO ， DINLP4 ；由定時(shí)器控制頻率 CLR TFO DEC RO CJNE RO， OOH， SINLP3 ；第二象限輸出完了