【文章內容簡介】 入相位信息，經(jīng) DAC 轉換后輸出到芯片 AD9850， 最后 輸出 所需 波形。鍵盤輸入的數(shù)字信息經(jīng) 過 AT89S52 控制的 LCD1602 來 顯示。 總體設計框圖 系統(tǒng)構成如下圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)框圖 鍵盤 LCD1602 單片機 AD9850 低通濾波器 信號輸出 浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 8 第 4 章 系統(tǒng) 各模塊組成 單片機控制模塊 在本設計的主控制 電路中， 是 以單片機 AT98S52[5]為主體， 再通過鍵盤 掃描讀入 輸入相應的 控制字 ，對 AD9850 寫入相應的控制字 ，把整個系統(tǒng)連接起來，使得體統(tǒng)正常工作 輸出各種所需的波形 。單片機 是在一塊硅片上集成了 中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器以及多種 I/O 接口電路 等多種部件的微型計算機 。 AT89S52 單片機介紹 單片機 AT89S52 是 Atmel 公司推出的一款在系統(tǒng)可編程的微型計算機，用戶可以對單片機 Flash程序存儲器中的代碼進行編寫修改，從而讓單片機實現(xiàn)不同的功能。其的主要性能有 ： 能夠和 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容； ，一個全雙工的串行通信口 ； 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 ， 3 級安全保護 ； 擁有 1000 次 的 擦寫周期 和 256 字節(jié)的內部 RAM， 另外還 有 5 個中斷源 ，使其 能夠在斷電的情況下 執(zhí)行中斷 操作。 其最高的工作頻率為 33MHz，工作電壓為 ~，另外使用雙數(shù)字指針可以讓程序運行的更快。 AT89S52 功能特性描述 AT89S52[6]單片機 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， AT89S52 具有以下的標準功能： 8k 字節(jié)的可編程 ROM、 256 字節(jié)的 RAM、 32 位 I/O 口線、看門狗定時器、 2 個數(shù)據(jù)指針、三個 16 位定時器 /計數(shù)器、一個 6 向量的 2 級中斷結構、全雙工的串行口、單片機內部的晶振和時鐘電路。其 中的 4 個 8 位的 I/O 口，分別作為 P0、 P P P3。 在每一個口中都有一個鎖存器，一個輸出驅動和兩個輸入緩沖器。其實它們就是寄存器，且有字尋址和位尋址的功能。單片機 上 Flash程序存儲器 允許 系統(tǒng)可編程，也能用于 常規(guī) 的 系統(tǒng) 編程器。 另外在單片機上，擁有 的 8 位 CPU，使得 AT89S52 成為眾多控制系統(tǒng)能有高靈活、有效 解決方案 的最佳選擇 。 此外 ， AT89S52 能夠降低到 0Hz 進行 靜態(tài)邏輯操作， 同時還 支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式 。 CPU 在空閑模式下 停止工作， 但是此時還同樣 允許 數(shù)據(jù)儲存浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 9 器 、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 數(shù)據(jù)儲存器的 內容 在 掉電保護方式下被保存，振蕩器 也在此時 被凍結，單片機停止 工作， 直到下一個中斷或硬件復位單片機才重新開始工作 。 AT89S52 的引腳結構如圖 所示 ： 圖 41 單片機 AT89S52 引腳結構圖 根據(jù) 實際的需求，在此我們使用的是 PDIP 封裝的單片機， 其引腳功能 [7]為： （ 1）輸入 /輸出引腳（ I/O 口線） ～ :P0 口 8 位雙向 I/O 口，占 39～ 32 腳； ～ :P1 口 8 位準雙向 I/O 口，占 1～ 8 腳； ～ :P2 口 8 位準雙向 I/O 口，占 21～ 28 腳； ～:P3 口 8 位準雙向 I/O 口，占 10～ 17 腳。 P0 口作為輸出口時， 寫入 的 數(shù)據(jù)信號 輸送到 觸發(fā)器的 CP 端，數(shù)據(jù)寫入鎖存器，并 從 端口 的 引腳輸出。 在 P0 口作為通用 的 I/O 口使用 時，由于輸出電路 的結構 是漏極開 路 ，所以 要有高電平輸出就 必須 在 外 部 接 入 一個 上拉電阻 ； 而且 P0 進行一般的 I/O 輸出時，一定要 先向電路中的鎖存器寫 入控制字 “1”，使得輸出驅動電路 FET 截止，從而 避免鎖存器為 “0”狀態(tài)時對引腳讀入 數(shù)據(jù) 的干擾。 P1 口基本上 是 用來 作為通用 I/O 口使用的，所以 其和 P0 口在電路結構上有一些不同之處：第一點 它不再需要多路轉換電路 MUX；第二點 是 其 電路的內部 結構由上拉電阻和場效應管一起組成輸出驅動電路。所以 ， P1 口 用作為輸出口 時，已經(jīng) 為電路 提供 了上拉電流負載，因此就不 需 要在 外 部 接 入 上拉電阻。 另外把 P1 口浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 10 作為輸入 口 使用時， 與 P0 口有相似之處， 也 一定要先向電路中的鎖存器寫入控制字 “1”，使輸出驅動電路的 FET 截止。 與 P1 口 相比， P2 電路多 一個多路轉換電路 MUX，此外 P2 口也可以作為通用 I/O 口使用。通常情況下， P2 口是作為高位地址線使用的，此時多路轉換電路開關應倒向相反方向。 對 P2 端口寫 入控制字 “1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 而 P2 口 作為輸入使用時，由于內部電阻的原因， 被外部拉低的引腳將會 輸出電流。在 flash編程和校驗時， P2 口也 會 接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口能適應引腳信號第二功能 的需要，增加了第二功能控制邏輯。把 P3 口作為通用 I/O 使用時，第二功能信號引腳應保持高電平，與非門開通，以保證從鎖存器到輸出端的數(shù)據(jù)輸出連續(xù)。當輸出第二功能信號時，鎖存器要寫入 “1”，使與非門對第二功能信號的輸出通暢，借以實現(xiàn)第二功能信號的輸出。對于第二功能為輸入的信號引腳，在口線的輸入通路上增加了一個緩沖器，輸入的第二功能信號就從這個緩沖器的輸入端取得。不管是在 P3 口作為輸入口使用時還是在第二功能信號輸入時，輸入電路中的鎖存器輸出和第二功能輸出信號線都應保持高電平。 （ 2）控制口線 PSEN(29 腳 )：外 部程序存儲器讀選通信號； ALE/ PROG(30腳 )：地址鎖存允許 /編程信號； EA /VPP(31 腳 )： 外部程序存儲器地址允許 /固化編程電壓輸入端； RST/VPD(9 腳 )： RST 是復位信號輸入端 ,VPD 是備用電源輸入端。 （ 3）電源及 VCC(40 腳 )：電源端 +5V； GND(20 腳 )：接地端； XTALl、XTAL2(19～ 18 腳 )： 時鐘電路引腳。當使用內部時鐘時，這兩個引腳端外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于外接外部時鐘源。 浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 11 時鐘電路 圖 42 時鐘電路 圖 單片機的 時鐘電路 [7]如上圖所示，它 是用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號， 而 單片機 其本身就是 一個復 雜的同步時序電路。 為了保證 其能夠同步工作，電路就必須嚴格地在一定 的時鐘信號控 制下 按照時序進行 同步 工作。在 單片機AT98S52 的內部有一個很大 增益反相放大器，其輸入端的引腳 是 X1，其輸出端為引腳 是 X2。為了實現(xiàn)電路的功能 ， 可以在 X1 和 X2 之間跨 接晶體振蕩器和微調電容，這樣我們得到了 一個穩(wěn)定的自激震蕩電路。 在 一般 情況下 ，電容 C1 和 C2 大約 取 30pf，晶振的振蕩頻率范圍是 ~12MHz，我們 取 。 復位 電路 AT89S52 的外部復位電路 [8]有上電自動復位和手動按鍵復位。 單片機復位是使 CPU和電路中的其他功能都處于一種確定的初始狀態(tài)。這是由 上電復位電容充電來實現(xiàn)。 按鍵電平復位電路是在 RC 復位電路的基礎上接一個有 下 拉電阻 10K、上拉電容 10uf 接 VCC， 電源由開關連接到復位引腳并和上拉電容并聯(lián)。上拉電容支路則是 在 “上電 ”瞬間實施復位 操作 ；開關通過 和一個 10K 的下拉電阻連接分壓，從而使對單片機能夠實現(xiàn) 按鍵電平復位。電路圖如下圖所示： 浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 12 圖 43 復位電路 圖 按鍵控制模塊 圖 44 鍵盤控制電路 圖 通過鍵盤 輸入控制字 對波形頻率的輸出進行控制 ,其電路圖如上圖所示 。 按鍵從上至下依次是復位鍵、幅度調制鍵、上加鍵和下減 鍵，它們對應接入單片機上的引腳。 浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 13 LCD 顯示模塊 在 本設計中用 的 液晶顯示器 [9]是 LCD1602。 其具有功耗低、體積小等諸多優(yōu)點，廣泛在各種儀器 儀表產(chǎn)品 中用作 顯示部分。如圖為 LCD1602： 圖 45 LCD1602 引腳圖 1602 采用的是標準 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為接地引腳 第 2 腳： VCC 接 5V電源 正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器調整對比度的引腳，其接入電源正極時對比度最弱，接地時對比度最高，同時可以接入一個 10K 的電阻調整對比度。 第 4 腳： RS 為 選擇 寄存器 引腳。在 高電平時選擇 數(shù)據(jù)寄存器 ，在 低電平時選擇 指令寄存器 。 第 5 腳： RW 為讀寫信號引腳 ，高電平 時讀取信息 ，低電平 時寫入信息 。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能端 引腳，高電平 時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。 第 7～ 14 腳： DB0～ DB7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳：背 景 燈電源 引腳 。 15 腳背光正極， 16 腳背光負極。 AD9850 與單片機連接模塊 AD9850 簡介 近幾年來， 由于 迅 速發(fā)展 的數(shù)字技術 ,DDS 技術也發(fā)生了日新月異的變化 。浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 14 AD9850 就是運 用 DDS 技術制作的集成度很高的頻率合成器，它是由美國的 AD公司研發(fā)的。 AD9850 的最高時鐘為 125 MHz、采用先進的 CMOS 技術 [10]的直接 頻率 合成器，主要由可編程 DDS 系統(tǒng)、高性能模數(shù)變換器 和高速 比較器 3 部分構成，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控 制的 頻率 合成。 圖 46 為 AD9850 的引腳圖 ,圖 47為其 系統(tǒng) 結構 框圖。 1234567891011121314 1516171819202122232425262728D 3D 2D 1LS B D 0DGNDDVDOW _ CLKFQ UDCLKINAGNDAVDDRS ETQOUTQOUTBD 4D 5D 6D 7 MSBDGNDDVDORES ETI OUTI OUTBAGNDAVDODACBL ( NC )VI NPVI NN 圖 46 AD9850 管腳排列圖 微控制器相位控制字頻率控制字相位累加器相位寄存器正弦查詢表比較器DAC LP F方波輸出正弦波輸出圖 47 AD9850 組成框圖 在 AD9850 的內部有可編程的 DDS 系統(tǒng) [11]，還有高速的 比較器 。這就使得其能夠實現(xiàn)由 全數(shù)字編程控制來合成頻率 。 相位 累加器 是 可編程 的 DDS 系統(tǒng)的核心 ， 其中包括一個加法器和一個 N 位的相位寄存器 ， N 的值通常在 24～ 32之間 。 正弦查詢表地址上輸入的數(shù)據(jù)是相位控制字和相位 寄存器 的輸出相加后得到浙江科技學院信息與電子工程學院 2020 屆本科畢業(yè)設計（論文） 15 結果 。 正弦查詢表是通過把輸入地址的相位信息轉換成正弦波的幅度信號使得DAC 輸出模擬量。 當一定數(shù)量的時鐘脈沖經(jīng)過 相位 寄存器 之后，整個系統(tǒng)就會恢復到初始狀態(tài)。與此同時，與之對應的正弦查詢表也是經(jīng)過了一次循環(huán)，使得恢復到了最初的狀態(tài)，進而使 系統(tǒng)輸出一個正弦波。 AD9850 使 用 的是 32 位的相位 累加器 [11]，它把信號分成 14 位 ， 繼而 再送入到正弦查詢表。信號從正弦查詢表輸出來以后，再次被分 成 10 位 ，然后在輸送到 DAC， 最后兩個互補的電流時從 DAC 輸出來 。輸出 的電流通常是經(jīng)過 一個外接電阻 來調節(jié)，其大小 值 一般為 。 而輸出的方波通過 DAC 輸出 的信號 經(jīng) 過低 一個 通濾波 器 后 ，再連 接到 AD9850 的內部 高速 比較器 后得到的。 32 位 頻率 控制字 在 125MHz的時鐘頻率 下能夠讓 AD9850 輸出 分辨率達 到 ，同時還有 5 位相位控制位 ,使得相位能夠按照相位增量 180176。、 90176。、 45176。、 176。、 176?；蜻@些