【文章內(nèi)容簡介】 計 時鐘電路單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1 和XTAL2 外接晶體振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩，并產(chǎn)生振動時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ、24MHZ。本設(shè)計中時鐘電路圖如圖43，選擇了12MHZ和晶振分別接引腳XTAL1 和XTAL2，電容C1，C2 均選擇為30pF，對振蕩器的頻率有穩(wěn)定作用，當(dāng)頻率較大時，正弦波、方波、三角波及鋸齒波中每一點的延時時間為幾微妙，故延時時間還加上指令時間才能獲得較大的頻率波形[12]。43 時鐘電路設(shè)計 鍵盤電路 通常單片機外部擴展鍵盤的方式有獨立式鍵盤，矩陣鍵盤以及專門的鍵盤電路。獨立式鍵盤就是一個I/O口擴展一個開關(guān)，這種方式程序編寫比較容易，只需要檢測單片機I/O某一時刻是否為低電平就能檢測出其的按鍵輸入情況，而且按鍵和I/O口一一對應(yīng)，所以能夠輕松識別按鍵的值，如圖43所示為獨立按鍵接口電路。本設(shè)計中采用的是3個獨立的功能按鍵。S1用來切換現(xiàn)在產(chǎn)生的波形。當(dāng)沒有按下S1時信號發(fā)生器產(chǎn)生方波信號。第一次按下S1時，將切換成三角波信號。第二次按下S1時，將切換產(chǎn)生正弦波信號。第三次按下S1時，又產(chǎn)生方波信號。這樣一直循環(huán)。S2用來調(diào)節(jié)輸出的函數(shù)信號的頻率。當(dāng)沒有按下S2時，產(chǎn)生的函數(shù)信號最高。當(dāng)按下S2時，波形頻率降低，同時還要對應(yīng)向LED顯示緩沖區(qū)給定一個頻率值提供當(dāng)前頻率顯示所需要的數(shù)據(jù)。S2按7次一個循環(huán)。當(dāng)?shù)?次按下時恢復(fù)到最高頻率輸出。S3用來啟動對輸出的函數(shù)信號電壓值測量。當(dāng)S3沒有按下時，單片機只向DAC0832送波形數(shù)據(jù)表和顯示當(dāng)前波形的頻率。按下S3后，單片機除了向DAC0832送波形數(shù)據(jù)表外，還要每隔一小段時間對讀取ADC0809轉(zhuǎn)換電壓值，并且換算出來，送給LED顯示當(dāng)前電壓。此時不再顯示當(dāng)前波形頻率[13]。44 獨立式鍵盤 矩陣鍵盤相比獨立式鍵盤其擴充的量大大增加，例如常見的4*4矩陣鍵盤占用的I/O口為4+4=8個，當(dāng)需要擴充為20鍵輸入時只需要4+5=9個I/O口，而采用獨立式鍵盤的時候要分別用掉16個I/O口和20個I/O口，由于單片機的I/O口數(shù)量有限，很難將大量的I/O口用于，顯然矩陣鍵盤能夠大大的減少系統(tǒng)I/O口的使用，矩陣鍵盤的缺點是編寫程序比較麻煩，需要上拉電阻系統(tǒng)的連線和元器件都增加。當(dāng)采用行掃描方式讀取鍵值時，需要4個上拉電阻，提供需要的高電平，當(dāng)采用線反轉(zhuǎn)法式需要采用8個上拉電阻，顯然整個電路的接線都將變得更加復(fù)雜。矩陣式按鍵鍵盤中，分為行線和列線兩種，行線和列線與矩陣按鍵開關(guān)的兩端相連接，其中行線是連接到＋5V電源上。當(dāng)沒有按鍵按下時，行線會處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有按鍵動作時，行線和列線將導(dǎo)通。這是矩陣式按鍵來識別按鍵是否按下的關(guān)鍵策略[14]。45 矩陣式鍵盤 D/A轉(zhuǎn)換模塊 DAC0832轉(zhuǎn)換器簡介DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為1μs，滿量程誤差為177。1LSB，參考電壓為(+10～10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。，在DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號XFER。圖46 DAC0832引腳圖圖46中，當(dāng)ILE為高電平，片選信號CS 和寫信號WR1為低電平時，輸入寄存器控制信號為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng)WR1由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)DB的變化而變化。對第二級鎖存來說，傳送控制信號XFER 和寫信號WR2同時為低電平時，二級鎖存控制信號為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng)WR2由低電平變高時，控制信號變?yōu)榈碗娖剑谑菍⑤斎爰拇嫫鞯男畔㈡i存到DAC寄存器中。 DAC0832各引腳編號及其作用： ：片選信號輸入線，低電平有效； ：為輸入寄存器的寫選通信號； ：模擬地，模擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地； ，1316號D0D7引腳：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平； ref引腳：基準(zhǔn)電壓輸入（10V～+10V）； ：反饋信號輸入線，芯片內(nèi)部有反饋電阻； ：數(shù)字地； ：電流輸出線，當(dāng)輸入全為1時，IOUT1最大； ：電流輸出線，其值與IOUT1為一常數(shù)； ：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效； ：為DAC寄存器寫選通輸入線； ：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； cc引腳：電源輸入線（+5V～+15V）Vref。本次設(shè)計選擇的D/A轉(zhuǎn)化器是DAC0832,是一款8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。AT89C51單片機控制兩片DAC0832的原理如圖47所示。47 單片機控制DAC0832的D/A轉(zhuǎn)換因為AT89C51單片機自身便有一個64K的程序存儲器，所以不用擴展外加程序存儲器。由單片機編程即可由單片機輸出所需要信號的數(shù)字量，再由D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬電流輸出，通過運放轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出。D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準(zhǔn)電壓來控制的，所以只要能控制D/A的基準(zhǔn)電壓便可以控制輸出幅度，實現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計用兩片DAC0832來輸出信號，第一片D/A用來輸出信號，第二片D/A用來控制壓。其中用P0口作為兩片D/A的數(shù)據(jù)總線，[15]。本文選用價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。DAC0832。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)，而是以其絕對分辨率為單位增減，是準(zhǔn)模擬量的輸出。DAC0832是電流型輸出，在應(yīng)用時外接運放使之成為電壓型輸出。 顯示電路設(shè)計顯示電路是用來顯示波形信號的頻率，使得整個系統(tǒng)更加合理，從經(jīng)濟的角度出發(fā)，所以顯示器件采用LED數(shù)碼管顯示器。而且LED數(shù)碼管是采用共陽極接法，當(dāng)主控端口輸出一個低電平后，與其相對應(yīng)的數(shù)碼管即變亮，顯示所需數(shù)據(jù)。 本次設(shè)計要求對輸出波形的頻率，幅值和波形進行輸出，所以要擴展顯示模塊，常用的顯示模塊LCD有7端數(shù)碼管，LCD1602和12864等液晶顯示屏。為了降低設(shè)計的成本和擴展的難度，本次設(shè)計選擇使用7段數(shù)碼管。LED顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。 動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的[16]。圖48 顯示器第4章 軟件設(shè)計 設(shè)計構(gòu)思 幅度控制：由于D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準(zhǔn)電壓來控制，所以控制第二片D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號幅度。因此，送入第二片的值是幾個固定的值。由于DAC0832內(nèi)部具有鎖存器，所以只需向第二片D/A送值一次，直到下一次改變信號幅度。 　頻率控制：單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0、1之分，所產(chǎn)生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機產(chǎn)生所需信號。在本設(shè)計中，對信號的四分之一周期采樣19個幅度值，通過反復(fù)查表來輸出幅度值，而整個信號是通過正查表和逆向查表來實現(xiàn)的。采樣的點越密，信號失真度也就越小。兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數(shù)器來控制的，因此，通過控制不同的計數(shù)初值就可以控制整個信號的頻率。計數(shù)時間=信號周期/72。計數(shù)次數(shù)=計數(shù)時間/機器周期。對應(yīng)的，計數(shù)初值=65536－計數(shù)次數(shù)。單片機只能產(chǎn)生離散頻率的信號，所以所得到的信號頻率不是連續(xù)的，而是離散的頻率點。由于這部分計算位數(shù)較多，不