【文章內(nèi)容簡介】 高次諧波分量，生成的波形比較純凈。它的特點是線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越，在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。經(jīng)反復論證及應實際要求，最終選擇方案2。 設(shè)計思路本設(shè)計以89C51單片機為核心，通過單片機控制各種外圍芯片及電路。波形的產(chǎn)生是通過89C51執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，在其數(shù)據(jù)線上送出一系列按一定規(guī)律變化的數(shù)據(jù)信息，通過D/A轉(zhuǎn)換器和運算放大器轉(zhuǎn)化為電壓信號。這次設(shè)計主要要完成的波形是正弦波、三角波、鋸齒波和方波，通過在函數(shù)中對一個數(shù)組附值，經(jīng)過DAC0832輸出，在示波器上就會觀察到不同函數(shù)值的波形。通過函數(shù)對數(shù)組中的數(shù)附值之后不是一次就輸出顯示出來的，這要對51單片機編寫控制字，使其開中斷，再用計數(shù)器計數(shù)，當計數(shù)器溢出時便提出中斷請求，這時調(diào)用中斷函數(shù)，將數(shù)組中一個值送到DAC0832中，這樣連續(xù)不斷的進行送值，輸出的就是一完整波形。 總體設(shè)計框圖高精度波形發(fā)生器分為上層應用軟件和下層軟硬件兩大部分。其中上層軟件提供人機交互界面即操作員控制臺，用于選擇波形，生成波形數(shù)據(jù),以及串口通訊控制和人機通訊；下層硬件為I/O控制器，由CPU，DAC，計數(shù)器，定時器等模塊組成，主要是用于對上層波形數(shù)據(jù)的接收，存儲，同時可以單獨使用，通過CPU向DAC發(fā)送所需波形數(shù)據(jù)。本設(shè)計主要做下位機部分，即基于單片機的波形發(fā)生器的波形生成部分。該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波?？傮w設(shè)計方框圖如下： 總體設(shè)計方框圖 硬件設(shè)計 總體電路設(shè)計波形發(fā)生器的原理是通過89C51單片機執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，在其數(shù)據(jù)線上送出一系列按一定規(guī)律變化的數(shù)據(jù)信息，通過D/A轉(zhuǎn)換器和運算放大器轉(zhuǎn)化為電壓信號。單片機P0口外接鍵盤電路，可通過鍵盤選擇波形類型和設(shè)定所需要的波形頻率及振幅。：單片機電路功能：形成掃描碼、鍵值識別、鍵處理、參數(shù)設(shè)置；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到D\A轉(zhuǎn)換電路。89C51的P0口作為擴展I\O口，與DAC0832相連接。P0（分時復用）提供16位地址線。P1口接16鍵的矩陣鍵盤。D/A轉(zhuǎn)換電路功能：將波形樣值的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。D/A轉(zhuǎn)換電路采用雙極性電壓輸出，由DAC0832和兩塊uA741運放組成，單片機向0832送數(shù)字編碼，產(chǎn)生不同的輸出。0832輸出波形信號時，其幅度是可調(diào)的。生成波形樣值編碼，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到波形的模擬樣值點。假如N個點構(gòu)成波形的一個周期，則0832輸出N個樣值點后，樣值點形成運動軌跡，即一個周期。重復輸出N個點，成為第二個周期。 AT89C51單片機簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行口通信及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。AT89C51單片機的引腳結(jié)構(gòu)圖有雙列直插封裝方式和方形封裝方式。，有些引腳具有兩種功能。引腳功能說明：Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。Flash變成和程序校驗期間，P1口接收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的是它的第二功能，：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩器頻率的輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。更要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROM）。：程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取命令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器的反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器：AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，： 振蕩電路外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容CC2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容CC2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF10pF。復位電路：89C51的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的，： 復位電路 行列式鍵盤與單片機的接口鍵盤與單片機的接口有查詢方式和中斷方式，查詢方式比較簡單、可靠性比較高。行列式鍵盤比獨立式鍵盤復雜，但其與單片機的接口同樣可以用查詢以及中斷的方式實現(xiàn)連接。行列式鍵盤可以用查詢的方式和單片機相連，單片機的P1口接鍵盤，~，~。 行列式鍵盤接口單片機通過定時器定時的形式查詢按鍵狀態(tài)，也可以在程序中隨機查詢，或者當CPU空閑的時候查詢鍵盤狀態(tài)來響應用戶的鍵盤輸入。 D/A轉(zhuǎn)換器DAC08321. D/A轉(zhuǎn)換器的主要特性（1） 輸入數(shù)據(jù)位數(shù)經(jīng)常用的DAC芯片有8位、10位、12位、16位，在與單片機接口時，將分為8位和大于8位的DAC兩種情況考慮。（2） 接口電平由于單片機的接口電平與74系列邏輯電路的電平均為TTL電平，因此應用DAC芯片時，應選用TTL接口電平的芯片。（3） 輸出電壓范圍DAC的輸出有電流輸出和電壓輸出之分，對于電流輸出的DAC，則需外加電流電壓轉(zhuǎn)換器電路（運算放大器），這時電壓的輸出范圍不僅與DAC的VREF有關(guān)，也與電流電壓轉(zhuǎn)換器有關(guān)。輸出電壓范圍為0～5V、0～10VV、V等。（4） 輸出電壓極性輸出電壓極性有單極性和雙極性之分，如0～5V、0～10V為單極性輸出，而V、V為雙極性輸出。2. DAC0832結(jié)構(gòu)及原理DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部，具有兩級輸入數(shù)據(jù)緩沖器和一個R2R T型電阻網(wǎng)絡(luò)。 DAC0832原理框圖，為寄存器命令。當=1時，寄存器的輸出隨輸入而變化；=0時，數(shù)據(jù)被所存在寄存器中，不受輸入量變化影響。其邏輯表達式為=ILE**由此可見，當ILE=1，==0時，=1，允許數(shù)據(jù)輸入；當=1時，=0，數(shù)據(jù)被鎖存。能否進行D/A轉(zhuǎn)換，除了取決于外，還依賴于。由圖可知，當和均為低電平時，=1，此時，允許D/A轉(zhuǎn)換。否則，=0，停止D/A轉(zhuǎn)換。在使用時，可以通過對控制管腳的的不同設(shè)置而決定是采用雙緩沖方式（兩級輸入鎖存），還是單緩沖方式（只用一級輸入鎖存，另一級始終直通），或者接成完全直通的形式。3. DAC0832的引腳功能D/A轉(zhuǎn)化電路是一個R—2R T型電阻網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)8位數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，： DAC0832引腳圖(1) DI7～DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。(2) ：片選信號（輸入），低電平有效。(3) ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效。(4) ：第1寫信號（輸入），低電平有效，它和ILE兩個信號控制輸入寄存器的控制方式。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。(5) ：第2寫信號（輸入），低電平有效。(6) ：數(shù)據(jù)傳送控制信號（輸入），低電平有效。和兩個信號控制DAC寄存器工作方式。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。(7) Iout1：電流輸出極1。(8) Iout2：電路輸出極2，Iout1+Iout2為常數(shù)。(9) Rfb：反饋電阻端。0832是電流輸出，為了取得電壓輸出，需在電壓輸出端接運算放大器，Rfb即為運算放大器的反饋電阻端。(10) Vref：基準電壓，其電壓可正可負，范圍10V～+10V。(11) DGND：數(shù)字地。(12) AGND：模擬地。4. DAC0832工作時序D/： DAC0832工作時序(1) =0、=0、ILE=1，使輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器。(2) =0、=0，數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器并開始轉(zhuǎn)換。5. DAC0832的工作方式DAC0832與單片機連接情況下有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。直通方式：==1，輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)直接進入D/A轉(zhuǎn)換器。單緩沖方式：=1，或者=1，在單緩沖工作方式下，DAC0832的兩個8位寄存