【文章內容簡介】 ，從+5V～+15V均可正常工作，電流建立時間為1us，CMOS工藝，低功耗20mW，可雙緩沖、單緩沖或直接數字輸入。具有與微機接口簡便，轉換控制容易，使用靈活等優(yōu)點。DAC0832的內部結構如圖。由圖2可見，DAC0832主要由一個8位輸入鎖存器、一個8位DAC寄存器與一個8位D/A轉換器三個門電路組成。這種結構使輸入的數據能夠有兩次緩沖，因而在操作上十分方便與靈活。圖5 DAC0832內部結構圖DAC0832為20腳雙列直插塑封（見圖6），各引腳信號及說明如下：DIODI7：8位數據輸入線，TTL電平。ILE：數據鎖存允許信號線，高電平有效。：片選信號輸入線，低電平有效。：輸入寄存器的寫選通輸入線，低電平有效。該信號與ILE信號共同控制輸入寄存器是數據直通方式還是數據鎖存方式；當ILE=1和=0時，為輸入寄存器直通方式；當ILE=1和=1時，為輸入寄存器鎖存方式。：數據傳輸控制信號，低電平有效。：DAC寄存器寫選通輸入線，低電平有效。該信號與信號合在一起控制DAC寄存器是數據直通方式還是數據鎖存方式；當=0和=0時，為DAC寄存器直通方式；當=1和=0時，為DAC寄存器鎖存方式。OUT1：電流輸出線，當輸入全為“1”時，輸出電流最大。OUT2：電流輸出線，其值和OUT1值之和為一常數。RFB：反饋電阻。VCC：電源電壓線，范圍為+5V+15V。V：基準電壓輸入線，V范圍為10V+10V。AGND：模擬地，為模擬信號和基準電源的參考地。DGND：數字地，為工作電源地和數字邏輯地。圖6 DAC0832管腳DAC0832利用ILE、控制信號可以構成三種不同的工作方式。（1）直通方式——數據可以從輸入端經兩個寄存器直接進入D/A轉換器后輸出，無需控制使能端；（2）單緩沖方式——兩個寄存器之一始終處于直通，即=0或=0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。（3）雙緩沖方式——兩個寄存器均于受控狀態(tài)。這種工作方式適合于多模擬信號同時輸出的應用場合。本設計只用到1個DAC0832，也是只有一路的模擬信號輸出，采用直通方式可直接方便的實現，故本設計采用的是直通方式。DAC0832與單片機的相接的電路原理圖如圖7所示。 圖7 DAC0832直通方式LM358的原理及結構集成運放是一種高放大倍數、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合的放大電路。為抑制零點漂移，所以對溫度影響最大的第一級毫無例外的采用了差動放大電路。為提高放大倍數，中間級一般采用有源負載的共射放大電路。輸出級為功率放大電路，為提高此電路的帶負載能力，多采用互補對稱輸出級電路。LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。LM358的特性：內部頻率補償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)電源電壓范圍寬：單電源(3V—30V)；雙電源(177。 一177。15V)低功耗電流，適合于電池供電低輸入偏流低輸入失調電壓和失調電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地　差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍輸出電壓擺幅大(0 ) 圖8 LM358內部結構框圖 本設計用到1片LM358，為了使輸出電壓達到10V，采用12V的電源給LM358供電。 鍵盤電路模塊鍵盤的組織鍵盤與單片機的接口包括硬件與軟件兩部分。硬件是指鍵盤的組織，即鍵盤結構及其與主機的連接方式。軟件是指對按鍵操作的識別與分析，稱為鍵盤管理程序。智能儀器普遍使用由多個按鍵組合在一起而構成的鍵盤，鍵盤中的每一個按鍵都表示一個特定的功能或數字。鍵盤按其工作原理可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。編碼式鍵盤是由按鍵鍵盤和專用鍵盤兩部分組成。當按鍵中某一按鍵被按下時，鍵盤編碼器會自動產生相應的按鍵代碼，并輸出一選通脈沖信號與CPU進行信息聯(lián)絡。非編碼式鍵盤不含編碼器，當某鍵被按下時，鍵盤只能送出一個簡單的閉合信號，對應的按鍵代碼的確定必須借助于軟件來完成。顯然非編碼式鍵盤的軟件是比較復雜的，而且要占用較多的CPU時間，這是它的不足之處。但非編碼式鍵盤可以任意組合、成本低、使用靈活，因而本設計采用非編碼式鍵盤。鍵盤接口方法及原理本系統(tǒng)中按鍵需要只要用到3個按鍵，分別為：1個波形選擇按鍵、1個頻率減按鍵和1個頻率加按鍵。為了編程方便，軟件使用按鍵掃描法來實現。在系統(tǒng)中，鍵盤管理是由微處理器C80C51F340控制的，我們將按鍵接口直接與C80C51F340的Pl口相接，單片機不斷對P1口進行掃描，以判斷相應按鍵的狀態(tài)，這樣鍵盤就很為方便實現控制了。 顯示電路模塊顯示模塊由波形選擇顯示模塊和頻率顯示模塊組成。波形選擇顯示模塊電路設計波形選擇顯示模塊是由3個不同顏色的LED燈組成的，3個LED燈全不亮時代表沒有波形輸出，這時是在等待操作輸入；紅色LED燈亮時代表當前輸出的是正弦波；黃色LED燈亮時代表當前輸出的是三角波；藍色LED燈亮時代表當前輸出的是方波。 圖9 LED燈電路頻率顯示模塊電路設計頻率顯示模塊由1片74LS164和1片4位8段共陰極數碼管組成。74LS164作為數碼管的驅動器，直接與C8051F340的P2口相接。數碼管的顯示方法采用的是動態(tài)掃描的方法，由于C8051F340的I/O口輸出有多種的模式，在編程時一定要注意把數碼管的4個地端即P3_0、P3_P3_P3_3與單片機相連接的I/O口逃過交叉開關的控制。為了節(jié)省控制器的I/O接口線，本次設計采用了串口方式給74LS164發(fā)送數據，再由74LS164的并口輸出數據給數碼管，以實現數碼管的數字顯示。由單片機分別控制數碼管的4個地端的選通與否，以實現對四個數字的選通控制。74LS164為8位移位寄存器,當清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QA－QH）均為低電平。 串行數據輸入端（A，B）可控制數據。當 A、B任意一個為 低電平，則禁止新數據輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0 為低電平。當A、B 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數據，并在CLOCK 上升沿作用下決定Q0 的狀態(tài)。71LS164引腳圖及引腳功能：CLOCK ：時鐘輸入端CLEAR： 同步清除輸入端（低電平有效） A，B ：串行數據輸入端QA－QH： 輸出端 圖10 74LS164引腳圖74LS164內部有8位移位寄存器，在對其串口輸入數據后，它會所相應的數據鎖存到相應的寄存器中，并在并口中輸出相應的數據， 圖11 74LS164內部邏輯圖使用74LS164的作用就是要節(jié)省單片機的I/0口的使用，本次設計中，使用了1片的74LS164就可以控制4位的數碼管，加上數碼管的控制位也只使用了6個I/0口。顯示部分的電路圖如下圖： 圖12 頻率顯示部分電路圖4 系統(tǒng)軟件設計程序由人機交互模塊和波形產生模塊組成，二者如圖9所示。其中a圖是主流程圖，由系統(tǒng)初始化和人機交互程序模塊組成，b圖是定時器中斷程序流程圖，函數信號發(fā)生模塊作為中斷服務程序，作為中斷服務程序，實現系統(tǒng)的波形輸出。初始化數碼管顯示鍵盤輸入處理定時中斷判斷波形方波正弦波三角波中斷返回主程序ab圖13 主程序框圖 人機互換模塊 顯示子模塊顯示子模塊分為兩大部分，一部分是波形選擇顯示部分；一部分是頻率顯示部分。頻率顯示部分的思路是：首先系統(tǒng)上電后，數碼管顯示4個“0” ，這時等待鍵盤的輸入操作。其次選擇相應的波形，數碼管這時還是會顯示4個“0” ，當在“頻率加”和“頻率減”兩個按鍵上操作后，數碼管會顯示相應的頻率值。最后是復位單片機后，數碼管會從新從第一個步驟開始執(zhí)行。數碼管的顯示方法是：先掃描按鍵，根據鍵值裝載定時值，然后定時值計算出相應的頻率值，再采用查表方式形成每一位的顯示段碼，最后把相應的段碼由模擬串口送到74LS164去驅動數碼管。其流程圖如圖42所示。顯示初始化開始掃描P1口按鍵狀態(tài)計算頻率值查表，求段碼送74LS164驅動數碼管圖14 數碼管顯示模塊流程圖波形選擇部分是通過3個LED燈去顯示相應的波形類型的，其流程圖如下：等待波形選擇紅色LED燈、正弦波黃色LED燈、三角波藍色LED燈、方波開始圖15 波形選擇子模塊流程圖 鍵盤處理子模塊鍵盤子模塊分為頻率處理子模塊和波形選擇子模塊。頻率處理子模塊由兩個按鍵組成，1個頻率加按鍵和1個頻率減按鍵，其過程為：上電后，掃描波形選擇按鍵，若“波形選擇”按鍵沒按下，即沒選擇任何波形輸出時，再按下“頻率加”和“頻率減”按鍵時，數碼管的顯示不會改變，還是顯示4個“0”。在按下了“波形選擇”按鍵后，選擇相應的波形輸出，再不斷按下“頻率加”按鍵后，頻率會在“1HZ”、“10 HZ”、“50 HZ” 、“100 HZ”、“200 HZ”、“500 HZ”、“1000 HZ”之間不斷循環(huán)。同樣不斷的按下“頻率減”時，頻率會在上面的頻率中不斷的自減循環(huán)。在輸出某一頻率過程中，可按下“波形選擇”按鍵去改變輸出的信號類型，其過程是在“正弦波”、“三角波”、“方波”循環(huán)。鍵盤處理子模塊的流程圖如下：上電波形選擇送LED燈顯示頻率加頻率減送數碼管顯示送數碼管顯示圖16 鍵盤處理模塊流程圖 波形產生模塊波形產生的原理是將一個周期T的信號分成128個點（按X軸等份），兩點間的時間間隔△T由單片機的定時器產生，每個中斷會輸出一個點的信號給DAC0832，再由DAC0832把數據量轉換為模擬量輸出。波形產生模塊流程如圖13所示：掃描按鍵開始選擇波形和定時時間波形產生程序中斷返回圖17 中斷服務流程圖5 硬件電路制作及調試 硬件單元電路制作 電路原理圖及PCB板制作本次設計硬件電路中所使用到的電子元器件不是很多，單片機采用的是C8051F340的最小系統(tǒng)板，其它的一些元器件主要用到的是1個4位數碼管、1片74LS161片DAC0831個LM358和一些按鍵、電阻、LED燈等。所以原理圖和PCB圖畫起來不算難，只是和單片機相接的線比較多，還有所用到的元器件中有些元件的原理圖和封裝要自己去制作，所以有些問題還是要注意一下：首先，在畫PCB板之前，一定要對原理圖進行深刻的了解和仔細的檢查，因為原理圖是生成PCB圖的母圖，不能有錯。其次，要根據安裝PCB的模具大小來畫外型尺寸，尤其要對固定孔位的大小及位置加以注意。在模具設計及安裝時，有些插座是固定不變的。外框畫好后要對這些固定不變得元器件位置確定好，以免影響后邊布局。再次，因為所畫的PCB圖是由原理圖自動生成的，所以，在生成PCB圖之前，一定要將原理圖中的元器件封裝與PCB封裝庫中的一一對應，選擇好自己所需要的封裝。否則，無法生成。尤其是對一些管腳的名稱，順序注意。最后，PCB板自動生成后，要盡量用手工去布局，布線。PCB板的布局不僅講究美觀，還要仔細考慮每個元器件的性能和對其他元器件的影響，哪些元器件可以靠近些，哪些必須是避免靠近的，這都要考慮。布線要根據實際情況定電源線，信號線，地線的寬度，一般它們之間的關系是信號線小于電源線小于地線。還有，因為我們要手工去做板，所以一定要把PCB圖中的焊盤和走線圖得大一些，要不在做板過程中很容易把焊盤和線條弄丟。當然要把PCB板做還不只上面所要注意的問題，還有很多東西要去學、去操作。 硬件電路調試 把板做好后，就可以開始硬件的調試了，本次設計中硬件電路的調試方法主要的方法是：首先進行整個硬件電路的聯(lián)調，看有整個的硬件是否都正常運行，如果沒問題的話，就說明整個的硬件電路正?？尚?。如果發(fā)現有問題，系統(tǒng)不正常運行的話，就進行下一步的調試，即子模塊電路的調試。本次設計中，PCB板做好，連接好導線和上電后，發(fā)現數碼管的顯示和波形的輸出還有按鍵部分都不正常。所以要分別對按鍵子模塊、顯示子模塊和波形輸出子模塊分別進行調試。在對各子模塊進行調試前，要先仔細檢查電路，看是否有電氣連接上的錯誤。在確認沒有電氣連接上的錯誤后，就著手進行各子模塊的調試。 波形產生子模塊調試波形產生子模塊的問題有：輸出波形嚴重失真，一方面是波形的每個點的電壓都從相應波形電壓上升到VPP，另一方面是輸出的紋波太多干擾嚴重；輸出電壓不夠高，VPP只有2V左右。先對C8051F340輸出給DAC0832的I/O口P4口進行測試，發(fā)現P4口的輸出不正常，因為要給DAC0832取點輸出，在點和點之間，要求P4口要有鎖存的功能，可能就是這個編程上的原因而使得輸出的波形每個點都從相應的波形電壓拉到VPP，果然把C8051F340的P4口加鎖存和上拉之后，這個問題就解決了。下面一個問題就著手解決紋波太多和波形不穩(wěn)定的問題，因為DAC0832把單片機輸入的數據量轉換為相應的模擬量輸出后，會受到很多干擾，如基準電壓不穩(wěn)定、輸出給放大器放大后受到干擾等問題。先對DAC0832的基準電壓進行測試，發(fā)現的確設計中所選用的電源相對不夠穩(wěn)定，加了1個103的電容濾波后再供給DAC0832的基準電壓端口，發(fā)現效果果然好了一點，不過效果還是不夠理