【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入相位信息，經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)構(gòu)成如下圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)框圖 鍵盤 LCD1602 單片機(jī) AD9850 低通濾波器 信號(hào)輸出 浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 4 章 系統(tǒng) 各模塊組成 單片機(jī)控制模塊 在本設(shè)計(jì)的主控制 電路中， 是 以單片機(jī) AT98S52[5]為主體， 再通過鍵盤 掃描讀入 輸入相應(yīng)的 控制字 ，對(duì) AD9850 寫入相應(yīng)的控制字 ，把整個(gè)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(jī) 是在一塊硅片上集成了 中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM、程序存儲(chǔ)器 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及多種 I/O 接口電路 等多種部件的微型計(jì)算機(jī) 。 AT89S52 單片機(jī)介紹 單片機(jī) AT89S52 是 Atmel 公司推出的一款在系統(tǒng)可編程的微型計(jì)算機(jī)，用戶可以對(duì)單片機(jī) Flash程序存儲(chǔ)器中的代碼進(jìn)行編寫修改，從而讓單片機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的功能。其的主要性能有 ： 能夠和 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容； ，一個(gè)全雙工的串行通信口 ； 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 ， 3 級(jí)安全保護(hù) ； 擁有 1000 次 的 擦寫周期 和 256 字節(jié)的內(nèi)部 RAM， 另外還 有 5 個(gè)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(yùn)行的更快。 AT89S52 功能特性描述 AT89S52[6]單片機(jī) 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， AT89S52 具有以下的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)器、 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針、三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、一個(gè) 6 向量的 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工的串行口、單片機(jī)內(nèi)部的晶振和時(shí)鐘電路。其 中的 4 個(gè) 8 位的 I/O 口，分別作為 P0、 P P P3。 在每一個(gè)口中都有一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)和兩個(gè)輸入緩沖器。其實(shí)它們就是寄存器，且有字尋址和位尋址的功能。單片機(jī) 上 Flash程序存儲(chǔ)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(jī)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(jìn)行 靜態(tài)邏輯操作， 同時(shí)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(shí)還同樣 允許 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 器 、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器的 內(nèi)容 在 掉電保護(hù)方式下被保存，振蕩器 也在此時(shí) 被凍結(jié)，單片機(jī)停止 工作， 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位單片機(jī)才重新開始工作 。 AT89S52 的引腳結(jié)構(gòu)如圖 所示 ： 圖 41 單片機(jī) AT89S52 引腳結(jié)構(gòu)圖 根據(jù) 實(shí)際的需求，在此我們使用的是 PDIP 封裝的單片機(jī)， 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(zhǔn)雙向 I/O 口，占 1～ 8 腳； ～ :P2 口 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，占 21～ 28 腳； ～:P3 口 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，占 10～ 17 腳。 P0 口作為輸出口時(shí)， 寫入 的 數(shù)據(jù)信號(hào) 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(shí)，由于輸出電路 的結(jié)構(gòu) 是漏極開 路 ，所以 要有高電平輸出就 必須 在 外 部 接 入 一個(gè) 上拉電阻 ； 而且 P0 進(jìn)行一般的 I/O 輸出時(shí)，一定要 先向電路中的鎖存器寫 入控制字 “1”，使得輸出驅(qū)動(dòng)電路 FET 截止，從而 避免鎖存器為 “0”狀態(tài)時(shí)對(duì)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(jié)構(gòu)上有一些不同之處：第一點(diǎn) 它不再需要多路轉(zhuǎn)換電路 MUX；第二點(diǎn) 是 其 電路的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)由上拉電阻和場(chǎng)效應(yīng)管一起組成輸出驅(qū)動(dòng)電路。所以 ， P1 口 用作為輸出口 時(shí)，已經(jīng) 為電路 提供 了上拉電流負(fù)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(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 作為輸入 口 使用時(shí)， 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(qū)動(dòng)電路的 FET 截止。 與 P1 口 相比， P2 電路多 一個(gè)多路轉(zhuǎn)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(shí)多路轉(zhuǎn)換電路開關(guān)應(yīng)倒向相反方向。 對(duì) P2 端口寫 入控制字 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 而 P2 口 作為輸入使用時(shí)，由于內(nèi)部電阻的原因， 被外部拉低的引腳將會(huì) 輸出電流。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也 會(huì) 接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口能適應(yīng)引腳信號(hào)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(shí)，第二功能信號(hào)引腳應(yīng)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(dāng)輸出第二功能信號(hào)時(shí)，鎖存器要寫入 “1”，使與非門對(duì)第二功能信號(hào)的輸出通暢，借以實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。對(duì)于第二功能為輸入的信號(hào)引腳，在口線的輸入通路上增加了一個(gè)緩沖器，輸入的第二功能信號(hào)就從這個(gè)緩沖器的輸入端取得。不管是在 P3 口作為輸入口使用時(shí)還是在第二功能信號(hào)輸入時(shí)，輸入電路中的鎖存器輸出和第二功能輸出信號(hào)線都應(yīng)保持高電平。 （ 2）控制口線 PSEN(29 腳 )：外 部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)； ALE/ PROG(30腳 )：地址鎖存允許 /編程信號(hào)； EA /VPP(31 腳 )： 外部程序存儲(chǔ)器地址允許 /固化編程電壓輸入端； RST/VPD(9 腳 )： RST 是復(fù)位信號(hào)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(shí)鐘電路引腳。當(dāng)使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，這兩個(gè)引腳端外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于外接外部時(shí)鐘源。 浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 時(shí)鐘電路 圖 42 時(shí)鐘電路 圖 單片機(jī)的 時(shí)鐘電路 [7]如上圖所示，它 是用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)， 而 單片機(jī) 其本身就是 一個(gè)復(fù) 雜的同步時(shí)序電路。 為了保證 其能夠同步工作，電路就必須嚴(yán)格地在一定 的時(shí)鐘信號(hào)控 制下 按照時(shí)序進(jìn)行 同步 工作。在 單片機(jī)AT98S52 的內(nèi)部有一個(gè)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(shí)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(diào)電容，這樣我們得到了 一個(gè)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(fù)位 電路 AT89S52 的外部復(fù)位電路 [8]有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。 單片機(jī)復(fù)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(fù)位電容充電來實(shí)現(xiàn)。 按鍵電平復(fù)位電路是在 RC 復(fù)位電路的基礎(chǔ)上接一個(gè)有 下 拉電阻 10K、上拉電容 10uf 接 VCC， 電源由開關(guān)連接到復(fù)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(shí)施復(fù)位 操作 ；開關(guān)通過 和一個(gè) 10K 的下拉電阻連接分壓，從而使對(duì)單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn) 按鍵電平復(fù)位。電路圖如下圖所示： 浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 43 復(fù)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(duì)波形頻率的輸出進(jìn)行控制 ,其電路圖如上圖所示 。 按鍵從上至下依次是復(fù)位鍵、幅度調(diào)制鍵、上加鍵和下減 鍵，它們對(duì)應(yīng)接入單片機(jī)上的引腳。 浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 LCD 顯示模塊 在 本設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn) 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(diào)整對(duì)比度的引腳，其接入電源正極時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，同時(shí)可以接入一個(gè) 10K 的電阻調(diào)整對(duì)比度。 第 4 腳： RS 為 選擇 寄存器 引腳。在 高電平時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器 ，在 低電平時(shí)選擇 指令寄存器 。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)引腳 ，高電平 時(shí)讀取信息 ，低電平 時(shí)寫入信息 。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能端 引腳，高電平 時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)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(fù)極。 AD9850 與單片機(jī)連接模塊 AD9850 簡(jiǎn)介 近幾年來， 由于 迅 速發(fā)展 的數(shù)字技術(shù) ,DDS 技術(shù)也發(fā)生了日新月異的變化 。浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 AD9850 就是運(yùn) 用 DDS 技術(shù)制作的集成度很高的頻率合成器，它是由美國(guó)的 AD公司研發(fā)的。 AD9850 的最高時(shí)鐘為 125 MHz、采用先進(jìn)的 CMOS 技術(shù) [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(gòu)成，能實(shí)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(jié)構(gòu) 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(nèi)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?qū)崿F(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(gè)加法器和一個(gè) 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(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 結(jié)果 。 正弦查詢表是通過把輸入地址的相位信息轉(zhuǎn)換成正弦波的幅度信號(hào)使得DAC 輸出模擬量。 當(dāng)一定數(shù)量的時(shí)鐘脈沖經(jīng)過 相位 寄存器 之后，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài)。與此同時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的正弦查詢表也是經(jīng)過了一次循環(huán)，使得恢復(fù)到了最初的狀態(tài)，進(jìn)而使 系統(tǒng)輸出一個(gè)正弦波。 AD9850 使 用 的是 32 位的相位 累加器 [11]，它把信號(hào)分成 14 位 ， 繼而 再送入到正弦查詢表。信號(hào)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(gè)互補(bǔ)的電流時(shí)從 DAC 輸出來 。輸出 的電流通常是經(jīng)過 一個(gè)外接電阻 來調(diào)節(jié)，其大小 值 一般為 。 而輸出的方波通過 DAC 輸出 的信號(hào) 經(jīng) 過低 一個(gè) 通濾波 器 后 ，再連 接到 AD9850 的內(nèi)部 高速 比較器 后得到的。 32 位 頻率 控制字 在 125MHz的時(shí)鐘頻率 下能夠讓 AD9850 輸出 分辨率達(dá) 到 ，同時(shí)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