【文章內(nèi)容簡介】 信號(hào)發(fā)生器原理框圖本方案其主要模塊包括鍵盤輸入、單片機(jī)模塊、D/A 轉(zhuǎn)化、LCD顯示及運(yùn)算放大器模塊。鍵盤輸入主要控制頻率和波形的選擇，然后通過AT89C52單片機(jī)外圍電路，DAC0832數(shù)、模轉(zhuǎn)換，再通過運(yùn)算放大器放大，最后在LCD顯示屏上顯示。 設(shè)計(jì)功能 當(dāng)程序下進(jìn)去時(shí)經(jīng)過初始化，液晶屏的上只顯示“wave：” 和“f：“，當(dāng)開關(guān)三按一下是此時(shí)輸出波形為正弦波，按兩下時(shí)輸出為方波，按三下時(shí)輸出為三角波。另外兩個(gè)開關(guān)可以調(diào)節(jié)頻率，三種波形的頻率可調(diào)范圍不同，分別如下： 正弦波：1——280HZ 方 波：1—— 三角波：1——280HZ根據(jù)示波器的波形頻率的顯示計(jì)算出三種波形的頻率計(jì)算公式如下：正弦波：f=(1000/(9+3*ys))方 波：f=(100000/(3*ys))三角波：f=(1000/(15+3*ys)其中ys為延時(shí)的變量。第三章 硬件設(shè)計(jì) 主要元器件介紹 AT89C52 單片機(jī)AT89C52是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該芯片具有優(yōu)異的性價(jià)比，集成度高，體積小，可靠性強(qiáng)，控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 AT89C52 引腳圖 主要特性：1. 兼容性能強(qiáng)2. 4K 字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器3. 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz4. 1288位內(nèi)部 RAM5. 32 可編程I/O線6. 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器7. 5個(gè)中斷源 8. 可編程串行通道9. 低功耗的閑置和掉電模式 管腳功能說明：1. VCC：供電電壓 4~6V（典型值5V） ；2. GND：接地；3. REST：復(fù)位引腳輸入高電平使89C52復(fù)位，返回低電平退出復(fù)位；4. EA/Vpp：運(yùn)行方式時(shí)，EA為程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)，EA接地時(shí)CPU總是從外部存儲(chǔ)器中取指令，EA 接高電平時(shí)CPU 可以從內(nèi)部或外部取指令；FLASH 編程方式時(shí)，該引腳為編程電源輸入端Vpp（=5V 或12V） ； PSEN :外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，CPU從外部儲(chǔ)存器取指令時(shí)，從PSEN 引腳輸出讀選通信號(hào)（負(fù)脈沖）ALE /PROG :運(yùn)行方式時(shí)，ALE 為外部儲(chǔ)存器低 8位地址鎖存信號(hào)， FLASH編程方式時(shí)，該引腳為負(fù)脈沖輸入端；5. XTAL1， XTAL2為內(nèi)部振蕩器電路 (反相放大器 )的輸入端和輸出端，外接晶振電路 [4]；6. P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向 I/O口，每腳可吸收8TTL 門電流。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0 外部必須被拉高；7. P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收；8. P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)；9. P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL 門電流。當(dāng)P3口寫入“1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C52 的一些特殊功能口如下： （串行輸入口） （記時(shí)器0外部輸入） （串行輸出口） （記時(shí)器1外部輸入） （外部中斷0） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） （外部中斷1） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） DAC0832 DAC0832（）是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A 轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換控制電路四部分構(gòu)成。8位輸入鎖存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字得到緩沖和鎖存，并加以控制；8位DAC 寄存器用于存放存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，并加以控制；8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流，由與門、與非門組成的輸入控制的輸入電路來控制2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。 WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，8位DAC 寄存器端為高電平“1”，此時(shí)DAC 寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是出入寄存器Q端得電平變化，反之，當(dāng)端為低電平“0”時(shí)，第一級(jí)8位輸入寄存器Q端得狀態(tài)則鎖存到第二級(jí)8位 DAC寄存器中，以便第三極8位DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換 [5]。 DAC0832 的主要特性參數(shù)：1. 分辨率為8位；電流穩(wěn)定時(shí)間1us；2. 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；3. 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；4. 單一電源供電（+5V～ +15V） ；5. 低功耗，20mW。 DAC0832 引腳功能簡介：1. D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL 電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns( 否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；2. ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；3. CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器） ，低電平有效；4. WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns ）有效。由ILE5. CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；6. XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；7. WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns ）有效；8. IOUT1：電流輸出端1 ，其值隨DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化；9. IOUT2：電流輸出端2 ，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；10. Rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；11. Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V ～+15V；12. VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為10V～+10V；13. AGND：模擬信號(hào)地；14. DGND：數(shù)字信號(hào)地。 DAC0832引腳圖 LCD 液晶屏： 引腳功能簡介，如圖 。1. VSS 為電源地；2. VDD 接 5V 電源；3. VO 需要與地短接顯示屏工作；4. RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器；5. RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 1 時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 0 時(shí)進(jìn)行寫操作；6. E 端是液晶的使能端；7. D0~D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端；8. VCC 電源；9. GND 地。 LCD1602 硬件原理框圖 對(duì)于該低頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我們采用了以AT89C52單片機(jī)芯片作為核心處理器，編程實(shí)現(xiàn)各種不同類型信號(hào)的產(chǎn)生，最后通過DA 轉(zhuǎn)換輸出到示波器。結(jié)構(gòu)簡單，思路僅僅有條，而根據(jù)設(shè)計(jì)的基本要求，我們又把其細(xì)分為不同的功能模塊，各個(gè)功能模塊相互聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)，通過單片機(jī)程序構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，其整體電路原理： 硬件原理框圖 單片機(jī) AT89C52 外圍電路的設(shè)計(jì)89C52單片機(jī)是該信號(hào)發(fā)生器的核心，具有2個(gè)定時(shí)器，32個(gè)并行I/O 口，1個(gè)串行I/O 口，5個(gè)中斷源。由于本設(shè)計(jì)功能簡單，數(shù)據(jù)處理容易，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間也足夠，因?yàn)槲覀儾捎昧似x法選擇芯片，進(jìn)行芯片的選擇和地址的譯碼。在單片機(jī)最小最小系統(tǒng)中，單片機(jī)從P1口接收來自鍵盤的信號(hào)，并通過P0 口輸出控制信號(hào)，通過DA轉(zhuǎn)換芯片最終由示波器顯示輸出波形，P2控制顯示器段選碼，P3 口 譯碼器控制位選碼，輸出顯示信息。如果有鍵盤按下，則在控制器端產(chǎn)生一個(gè)讀信號(hào)，使單片機(jī)讀入信號(hào)，如果有信號(hào)輸出，則在寫控制端產(chǎn)生一個(gè)寫信號(hào)，并通過示波器和顯示器顯示相應(yīng)的信息。 單片機(jī)引腳分配如下：1. XTAL1， XTAL2：外接晶振，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；2. RST：復(fù)位電路；3. P0 口：鍵盤輸出信號(hào)。具體為： 、 波形選擇；、 、 頻率個(gè)位，十位，百位調(diào)節(jié)；； 。4. P1 口：8 位數(shù)字信號(hào)輸出輸出，外接 DAC0832。5. P2 口：LED顯示器段選碼；6. P3 口：；； 74LS138 輸入信號(hào)，譯碼控制LED 顯示器位選。 。鍵盤輸入時(shí)鐘復(fù)位 單片機(jī) AT89C52LCD顯示D/A轉(zhuǎn)換放大電路波形顯示 時(shí)鐘電路時(shí)鐘信號(hào)是產(chǎn)生單片機(jī)工作的時(shí)鐘信號(hào)，控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，可以通過提高時(shí)鐘頻率來提高CPU的速度。89C52 內(nèi)部有一個(gè)可控的反相放大器，引腳XTALXTAL2為反相放大器輸入端和輸出端，在XTALXTAL2 上外接12MHZ 晶振和30pF電容便組成振蕩器。時(shí)鐘信號(hào)常用于CPU 定時(shí)和計(jì)數(shù)。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(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(dòng)時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ、24MHZ。 時(shí)鐘電路 ，我們選擇了12MHZ 和晶振分別接引腳XTAL1 和XTAL2，電容 C1，C2 均選擇為30pF，對(duì)振蕩器的頻率有穩(wěn)定作用，當(dāng)頻率較大時(shí)，正弦波、方波、三角波及鋸齒波中每一點(diǎn)的延時(shí)時(shí)間為幾微妙，故延時(shí)時(shí)間還要加上指令時(shí)間才能獲得較大的頻率波形。 復(fù)位電路復(fù)位電路是為單片機(jī)復(fù)位使用，使單片機(jī)接口初始化；89C52等CMOS52系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RET 是施密特觸發(fā)輸入腳，內(nèi)部有一個(gè)上拉低電阻，當(dāng)振蕩器起振以后，在RST 引腳上輸出 2個(gè)機(jī)械周期以上的高電平，器件變進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)開始，此時(shí)ALE、PSEN、P0 、P1 、PP4輸出高電平，RST上輸入返回低電平以后，變退出復(fù)位狀態(tài)開始工作。該方案采用的是人工開關(guān)復(fù)位，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按一下開關(guān)，就在RST斷出現(xiàn)一段高電平，使器件復(fù)位。復(fù)位引腳RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2 ，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)。 復(fù)位電路復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。, 在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按一下開關(guān)，就在RST 斷出現(xiàn)一段高電平。此時(shí)ALE、PSEN、P0 、P1 、PP4 輸出高電平，RST上輸入返回低電平以后，位電路,退出復(fù)位狀態(tài)開始工作。 鍵盤接口電路 鍵盤模塊是是用于控制信號(hào)輸入的類型，當(dāng)按鍵按下時(shí)，可以通過單片機(jī)編程讀取閉合的鍵號(hào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)輸出。其步驟主要是 a、判斷是否有鍵按下；b、去抖動(dòng)，延時(shí) 20ms 左右；c、識(shí)別被按下的鍵號(hào)；d、處理，實(shí)現(xiàn)功能。如圖 所示，常用的鍵盤電路一般為矩陣式，但是對(duì)于此設(shè)計(jì)，為了方便程序的簡單化，我們采用了一般的鍵盤接口，鍵盤輸出信號(hào)。具體為：、 波形選擇，其中當(dāng) =0，=0 輸出正弦波，當(dāng) =0，=1 輸出三角波，當(dāng)=1，=0 輸出鋸齒波；當(dāng) =1，=1 輸出方波。 ；、 、 頻率個(gè)位，十位，百位調(diào)節(jié)； 頻率加減控制； 跳出循環(huán)。圖 鍵盤接口電路 LCD 顯示電路 ，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P1口，其三個(gè)使能端RS 、RW 、E分別 —。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。 顯示電路 數(shù)/模轉(zhuǎn)換及放大電路D/A轉(zhuǎn)換也稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換，是把數(shù)字量變換成模擬量的線性電路。單片機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)通過DAC0832轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，輸出相應(yīng)的電流值，通過OP07集成運(yùn)算放大器可以取出模擬量得電壓值，最后利用示波器獲得輸出的模擬信號(hào)的波形；衡量數(shù)模轉(zhuǎn)