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多功能信號(hào)發(fā)生器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2025-07-15 12:53 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 穩(wěn)壓電源是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分,它不僅為測(cè)控系統(tǒng)提供多路電源電壓,還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。 本機(jī)使用三種共地電源:+12V,-12V,+5V,硬件設(shè)計(jì)中采用自帶穩(wěn)壓電源方式,此電源穩(wěn)壓主要采用穩(wěn)壓塊7817912和7805,使用這些穩(wěn)壓塊,穩(wěn)壓效果比較好,使用較方便。圖31 穩(wěn)壓電源模塊電路圖42 復(fù)位與時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) (1 ) 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路實(shí)現(xiàn)的,在時(shí)鐘電路工作后,只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖(2個(gè)機(jī)器周期)以上的高電平,單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位,通常是RST引腳保持10ms以上的高電平。復(fù)位電路連接如圖34所示。此電路僅用一個(gè)電容及一個(gè)電阻。系統(tǒng)上電時(shí),在RC電路充電過程中,由于電容兩端電壓不能跳變,故使RESET端電平呈高電位,系統(tǒng)復(fù)位。經(jīng)過一段時(shí)間,電容充電,使RESET端呈低電位,復(fù)位結(jié)束。89S522+5VC1R1 圖32 復(fù)位電路 (2) 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 8051系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部震蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振),就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器,當(dāng)外接晶振后,就構(gòu)成了自激振蕩器,并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ或24MHZ。內(nèi)部振蕩方式如圖35所示。圖中電容CC2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般5~30pF。內(nèi)部振蕩方式所得時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定,實(shí)用電路中使用較多。 圖33 內(nèi)部振蕩 (1) 人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì) 所謂人機(jī)交互接口,是指人與計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系、交互信息的輸入/輸出設(shè)備的接口。這些輸入/輸出設(shè)備主要有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等。是控制系統(tǒng)與操作人員之間的交互窗口。鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種:獨(dú)立式鍵盤與矩陣式鍵盤。本次主要介紹設(shè)計(jì)所用的獨(dú)立鍵盤的工作方式。 (2) 鍵盤設(shè)計(jì)需要解決的幾個(gè)問題 ① 按鍵的確認(rèn)鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合,其中每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開關(guān)量輸入裝置。鍵的閉合與否,取決于機(jī)械彈性開關(guān)的通、斷狀態(tài)。反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平,若高電平表示斷開,那么低電平鍵閉合。所以,通過電平狀態(tài)(高或低)的檢測(cè),便可確定相應(yīng)按鍵是否已被按下。 ② 重鍵與連擊的處理 實(shí)際按鍵操作中,若無意中同時(shí)或先后按下兩個(gè)以上的鍵,系統(tǒng)確定哪個(gè)鍵操作是有效的,完全取決設(shè)計(jì)者的意圖。如視按下時(shí)間最長(zhǎng)者為有效鍵,或認(rèn)為最先按下的鍵為當(dāng)前的按鍵,也可以將最后釋放的鍵看成是輸入鍵。不過單片機(jī)控制系統(tǒng)的資源有限,交互能力不強(qiáng),通??偸遣捎脝捂I按下有效,多鍵同時(shí)按下無效的原則。 有時(shí),由于操作人員按鍵動(dòng)作不夠熟練,會(huì)使一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果,及重鍵的情形。為消除重鍵的影響,編制程序時(shí)可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能程序,以防止一次擊鍵多次執(zhí)行的錯(cuò)誤發(fā)生。 ③ 按鍵防抖動(dòng)技術(shù) 鍵盤作為向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令的接口,以其特定的按鍵代表著各種確定操作命令。所以準(zhǔn)確無誤地辨認(rèn)每個(gè)鍵的動(dòng)作及其所處的狀態(tài),是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。 多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。一個(gè)電信號(hào)通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程,完成高、低電平的切換。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用,一個(gè)按鍵開關(guān)閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動(dòng)。消除按鍵盤抖動(dòng)通常有兩種方法:硬件消抖和軟件消抖。通過硬件電路消除按鍵過程中抖動(dòng)的影響是一種廣為采用的措施。這種做法,工作可靠,且節(jié)省機(jī)時(shí)。 硬件消抖是通過在按鍵輸出電路上加一定的硬件線路來消除抖動(dòng),一般采用R—S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路。 獨(dú)立式鍵盤就是各按鍵相互獨(dú)立,每個(gè)按鍵各接一根I/O口線,每根I/O口線上的按鍵都不會(huì)影響其它的I/O口線,示例如圖36所示。矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu),鍵位設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如44的行、列結(jié)構(gòu)可組成16個(gè)鍵的鍵盤,比一個(gè)鍵位用一根I/O口線的獨(dú)立式鍵盤少了一半的I/O口線。對(duì)矩陣鍵盤的工作過程可分兩步:第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤上是否有鍵按下;第二步是再識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下。圖34 獨(dú)立式鍵盤 D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) DAC0832是CMOS工藝制造的8位D/A轉(zhuǎn)換器,屬于8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us,片內(nèi)帶輸入數(shù)字鎖存器。DAC0832與單片機(jī)接成數(shù)據(jù)直接寫入方式,當(dāng)單片機(jī)把一個(gè)數(shù)據(jù)寫入DAC寄存器時(shí),DAC0832的輸出模擬電壓信號(hào)隨之對(duì)應(yīng)變化。利用D/A轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生各種波形,如方波、三角波、正弦波、鋸齒波等以及它們組合產(chǎn)生的復(fù)合波形和不規(guī)則波形。 (1) DAC0832主要性能 輸入的數(shù)字量為8位; 采用CMOS工藝,所有引腳的邏輯電平與TTL兼容; 數(shù)據(jù)輸入可以采用雙緩沖、單緩沖和直通方式; 轉(zhuǎn)換時(shí)間:1us; 分辨率:8位; 單一電源:5—15V,功耗20mw; 參考電壓:12— +12V; (2) DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料 芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器,使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式,以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào),可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻,還可以外接。 該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍,可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接,下面是芯片電路原理圖37。圖35 DAC0832電路原理圖 待轉(zhuǎn)換的8位數(shù)字量由芯片的8位數(shù)據(jù)輸入線D0~D7輸入,經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后,通過2個(gè)電流輸出端IOUT1和IOUT2輸出,IOUT1是邏輯電平為1的各位輸出電流之和,IOUT2是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。另外,ILE、和是控制轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)。 DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。輸入寄存器和DAC寄存器作為雙緩沖,因?yàn)樵贑PU數(shù)據(jù)線直接接到DAC0832的輸入端時(shí),數(shù)據(jù)在輸入端保持的時(shí)間僅僅是在CPU執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi),輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。有時(shí),微機(jī)控制系統(tǒng)要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量參數(shù),此時(shí)對(duì)應(yīng)于每一種參數(shù)需要一片DAC0832,每片DAC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間相同,就可采用DAC寄存器對(duì)CPU分時(shí)輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時(shí)刻開始鎖存,進(jìn)而同時(shí)產(chǎn)生各模擬信號(hào)。 DAC0832的數(shù)據(jù)輸出方式在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,通常使用的是電壓信號(hào),而DAC0832輸出的是電流信號(hào),這就需要由運(yùn)算放大器組成的電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。其中有輸出電壓各自極性固定的單極性輸出和隨系統(tǒng)變化輸出電壓有正負(fù)極性的雙極性輸出兩種輸出方式。 (3) DAC0832芯片原理 ILE是輸入數(shù)據(jù)鎖存信號(hào),高電平有效。 是片選信號(hào),低電平有效。 是讀信號(hào),低電平有效。 當(dāng)ILE 、 、 同時(shí)有效時(shí)LE=1輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。 由低到高跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器。 是轉(zhuǎn)移控制信號(hào),低電平有效。 是寫信號(hào),低電平有效。 當(dāng) 、同時(shí)有效時(shí),LE2=1,DAC寄存器輸出隨輸入而變化。 出現(xiàn)由低到高電平上跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器,數(shù)據(jù)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器開始D/A轉(zhuǎn)換。 IOUT1模擬電流輸出端1 當(dāng)輸入數(shù)字全“1”是,輸出電流最大約為,,全是“0”是輸出電流為零。 IOUT2模擬電流輸出端2,IOUT1+IOUT2=常數(shù)。 制作低頻信號(hào)發(fā)生器有許多方案:主要有單緩沖方式,雙緩沖方式和直通方式。單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號(hào)輸出或幾路模擬信號(hào)非同步輸出的情形的優(yōu)點(diǎn),但是電路線路連接比較簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)主要用單緩沖方式。主要介紹單緩沖工作方式,單緩沖工作方式DAC寄存器工作處于直通狀態(tài),輸入寄存器工作于受控鎖存器狀態(tài),此時(shí)需要一次寫操作就開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換一個(gè)數(shù)據(jù)的主要過程,首先去數(shù)字量,而后依次打開第一級(jí)鎖存和第二級(jí)鎖存。 D/A轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單說就是應(yīng)用電阻解碼網(wǎng)絡(luò),將N位數(shù)字量逐位轉(zhuǎn)化為模擬量并求和,從而實(shí)現(xiàn)將N位數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量(簡(jiǎn)單的說就是加權(quán),比如十進(jìn)制的1101=1*10^3+1*10^2+0*10^1+1*10^0,只是在這里應(yīng)用的是二進(jìn)制算法) (4) DAC0832同CPU的連接 微處理器與DAC0832之間可以不加鎖存器,而是利用DAC0832內(nèi)部鎖存器,將CPU通過數(shù)據(jù)總線直接向DAC0832輸出的停留時(shí)間很短的數(shù)據(jù)保存,直至轉(zhuǎn)換結(jié)束。 DAC0832同CPU的接口如圖38所示。DAC0832作為微處理器的一個(gè)端口,用地址92H的選通作為和的控制信號(hào),微處理器的寫信號(hào)直接來控制和。圖36 D/A轉(zhuǎn)換電路圖 I/V轉(zhuǎn)換波形輸出電路 DAC0832為電流輸出型轉(zhuǎn)換器,一般要求輸出是電壓,所以還必須經(jīng)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。如圖39所示為一種用兩級(jí)運(yùn)算放大器組成的模擬電壓輸出電路。從第一個(gè)運(yùn)放輸出為單極性模擬電壓,從第二個(gè)運(yùn)放輸出為雙極性模擬電壓。如果參考電壓為+5V,則點(diǎn)a輸出電壓為0~5V,點(diǎn)b輸出電壓為177。5V。 圖37 I/V轉(zhuǎn)換波形發(fā)生電路 (1) LM324簡(jiǎn)介 LM324是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器,除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“V+”、“V”為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi()為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反;Vi+(+)為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見310中圖2。由于LM324四運(yùn)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(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 圖38 LM423外部與內(nèi)部結(jié)構(gòu) (2) 雙極性輸出的實(shí)現(xiàn) 若D/A轉(zhuǎn)換器輸出為雙極性,則設(shè)計(jì)如圖311所示。圖39 D/A轉(zhuǎn)換器雙極性輸出電路 圖311中,運(yùn)算放大器A2的作用是把運(yùn)算放大器A1的單向輸出電壓轉(zhuǎn)換成雙向輸出電壓。其原理是將A2的輸入端Σ通過電阻R1與參考電壓VREF相連,VREF經(jīng)R1向A2提供一個(gè)偏流I1,其電流方向與I2相反,因此運(yùn)算放大器A2的輸入電流為II2之代數(shù)和。則D/A轉(zhuǎn)換器的總輸出電壓為: (31) (32) 為DAC0832提供的參考電壓,輸入的波形數(shù)據(jù)。由上式31和32可得: (33) 取,當(dāng)時(shí),;時(shí),;時(shí), 。由上述分析可看出,取不同數(shù)據(jù)時(shí)(0~255),可得對(duì)稱的雙極性波形輸出。再取,則式(31)可表示為: 由上式可知,輸出信號(hào)的幅度受的改變而改變。第四章 軟件設(shè)計(jì)及測(cè)試 應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計(jì)的,能可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。一個(gè)優(yōu)秀的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)具有下列特點(diǎn): (1) 根據(jù)軟件功能要求,將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)獨(dú)立的部分。設(shè)計(jì)出軟件的總體結(jié)構(gòu),使其結(jié)構(gòu)清晰、流程合理。 (2) 要樹立結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)風(fēng)格,各功能程序模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接,又便于移植、修改。 (3) 建立正確的數(shù)學(xué)模型。即根據(jù)功能要求,描述各個(gè)輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,它是關(guān)系到系統(tǒng)好壞的重要因素。 (4) 為提高軟件設(shè)計(jì)的總體效率,以簡(jiǎn)明、直觀法對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述,在編寫應(yīng)用軟件之前,應(yīng)繪制出程序流程圖。 (5) 要合理分配系統(tǒng)資源,包括ROM、RAM、定時(shí)數(shù)器、中斷資源等。 (6) 注意在程序的有關(guān)位置處寫上功能注釋,提高程序的可讀性。 (7) 加強(qiáng)軟件抗干擾設(shè)計(jì),它是提高系統(tǒng)應(yīng)用可靠性的有利措施。 本系統(tǒng)的軟件包括以下幾個(gè)程序模塊:
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