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正文內(nèi)容

信號(hào)發(fā)生器完整畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-09-03 11:17 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 碼管又可分為共陰極和共陽極兩種。結(jié)構(gòu)分別如圖35,36所示。其中:圖37為管腳圖,從a—g管腳輸入不同的字段碼,可顯示不同的數(shù)字或字符(其字形碼見表31)??梢姽碴帢O和共陽極的字段碼互為反碼 。表31 字段碼表二、LED數(shù)碼管顯示器的譯碼方式1.硬件譯碼方式圖38 硬件譯碼硬件譯碼方式是指利用專門的硬件電路來實(shí)現(xiàn)顯示字符到字段碼的轉(zhuǎn)換,這樣的硬件電路有很多,比如MOTOTOLA公司生產(chǎn)的MC14495芯片就是其中的一種,MC14495是共陰極一位十六進(jìn)制數(shù)—字段碼轉(zhuǎn)換芯片,能夠輸出用四位二進(jìn)制表示形式的一位十六進(jìn)制數(shù)的七位字段碼(不帶小數(shù)點(diǎn))。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖38所示。2.軟件譯碼方式軟件譯碼方式就是通過編寫軟件譯碼程序,通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼。 三、LED數(shù)碼管的顯示方式1.LED靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示方式,就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí),相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。靜態(tài)顯示時(shí),較小的電流能得到較高的亮度。這是由于顯示器的各位相互獨(dú)立,而且各位的顯示字符一經(jīng)確定,相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變,直到顯示另一個(gè)字符為止(如圖39所示)。當(dāng)顯示器位數(shù)很少(僅一、二位)時(shí),采用靜態(tài)顯示方式是合適的。當(dāng)位數(shù)較多時(shí),用靜態(tài)顯示所需的I/O口太多,占用太多的硬件資源。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。LED靜態(tài)顯示時(shí),其公共端直接接地(共陰極)或接電源(共陽極),各段選線分別與I/O口線相連。要顯示字符,直接在I/O線上輸出相應(yīng)的字段碼。 圖39 LED靜態(tài)顯示2.LED動(dòng)態(tài)顯示方式LED動(dòng)態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的段選線并接在一起,用一個(gè)I/O口控制,公共端不是直接接地(共陰極)或電源(共陽極),而是通過相應(yīng)的I/O口線控制。如圖310所示。 圖310 LED動(dòng)態(tài)掃描設(shè)數(shù)碼管為共陽極,它的工作過程為:第一步使右邊第一個(gè)數(shù)碼管的公共端D0為1,其余的數(shù)碼管的公共端為0。同時(shí)在I/O(1)上送右邊第一個(gè)數(shù)碼管的字段碼,這時(shí),只有右邊第一個(gè)數(shù)碼管顯示,其余不顯示;第二步使右邊第二個(gè)數(shù)碼管的公共端D1為1,其余的數(shù)碼管的公共端為0,同時(shí)在I/O(1)上送右邊第二個(gè)數(shù)碼管的字段碼。這時(shí),只有右邊第二個(gè)數(shù)碼管顯示,其余不顯示,依此類推,直到最后一個(gè),這樣四個(gè)數(shù)碼管輪流顯示相應(yīng)的信息,一個(gè)循環(huán)完后,下一循環(huán)又這樣輪流顯示,從計(jì)算機(jī)的角度看是一個(gè)一個(gè)的顯示,但由于人的視覺滯留,只要循環(huán)的周期足夠快,看起來所有的數(shù)碼管都是一起顯示的了。這就是動(dòng)態(tài)顯示的原理。而這個(gè)循環(huán)周期對(duì)于計(jì)算機(jī)來說很容易實(shí)現(xiàn)。所以在單片機(jī)中經(jīng)常用到動(dòng)態(tài)顯示。 四、LED顯示器與單片機(jī)的接口LED顯示器從譯碼方式上有硬件譯碼方式和軟件譯碼方式;從顯示方式上有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式,在使用時(shí)可以把它們組合起來。在實(shí)際應(yīng)用時(shí),如果數(shù)碼管個(gè)數(shù)較少,通常用硬件譯碼靜態(tài)顯示,在數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多時(shí),則通常用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示。 1. 硬件譯碼靜態(tài)顯示圖311是一個(gè)兩位數(shù)碼管硬件譯碼靜態(tài)顯示的接口電路圖。圖311 硬件靜態(tài)譯碼顯示接口2. 軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示圖312是一個(gè)8位軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示的接口電路圖。圖中用8255A擴(kuò)展并行I/O口接數(shù)碼管,數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示方式,8位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)與8255A的A口通過74LS373相連,8位數(shù)碼管的公共端通過74LS373分別與8255A的B口相連。也即8255A的B口輸出位選碼選擇要顯示的數(shù)碼管,8255A的A口輸出字段碼使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的字符,8255A的A口和B口都工作于方式0輸出。A口、B口、C口和控制口的地址分別為7F00H、7F01H、7F02H和7F03H。圖312 軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示五、系統(tǒng)顯示電路:本機(jī)顯示采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示,系統(tǒng)顯示電路如圖313所示。采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示的理由如下:1)如果用靜態(tài)顯示,單片機(jī)的接口資源肯定不夠用,那么還要進(jìn)行接口的擴(kuò)展,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度;2)如果要制成印刷線路板,得占相當(dāng)大一塊面積;3)另外,采用動(dòng)態(tài)顯示,可以明顯的降低功耗,因?yàn)槊恳粫r(shí)刻只有一個(gè)LED發(fā)光,其功耗為靜態(tài)顯示的1/8。一個(gè)LED最大電流為120mA,如用靜態(tài)顯示,8個(gè)LED就耗電流960mA,那么變壓器就得選32V/32W,價(jià)格提高近一倍,穩(wěn)壓塊得選7805C(Im=1A),這種管是橢圓殼,在印刷線路板上也得占相當(dāng)大的面積。綜上分析,采用動(dòng)態(tài)顯示才是最經(jīng)濟(jì)的方案。 在顯示的時(shí)候,只要把顯示的字碼輸送到P2口,再經(jīng)過74LS373進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存,P3口作為位選控制信號(hào)。由于采用的是共陰極數(shù)碼管,當(dāng)需要顯示哪一位的時(shí)候,只要在相應(yīng)的位選控制信號(hào)輸出低電平就行。例如,要在第一個(gè)數(shù)碼管顯示P,那么在P2口就要輸出73H字段碼,同時(shí)P3口輸出FEH位選碼。 圖313 系統(tǒng)顯示電路1.復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路實(shí)現(xiàn)的,在時(shí)鐘電路工作后,只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖(2個(gè)機(jī)器周期)以上的高電平,單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位,通常是RST引腳保持10ms以上的高電平。復(fù)位電路連接如圖314所示。此電路僅用一個(gè)電容及一個(gè)電阻。系統(tǒng)上電時(shí),在RC電路充電過程中,由于電容兩端電壓不能跳變,故使RESET端電平呈高電位,系統(tǒng)復(fù)位。經(jīng)過一段時(shí)間,電容充電,使RESET端呈低電位,復(fù)位結(jié)束[7]。89S522+5VC1R1 圖314 復(fù)位電路 8XX51系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振),就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器,當(dāng)外接晶振后,就構(gòu)成了自激振蕩器,并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ或24MHZ。內(nèi)部振蕩方式如圖315所示。圖中電容CC2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5~30pF。內(nèi)部振蕩方式所得時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定,實(shí)用電路中使用較多。 外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持一致。外部振蕩方式電路如圖316所示。 對(duì)HMOS的單片機(jī)(8031,8031AH等),外部時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2引入;對(duì)于CHMOS的單片機(jī)(8XCXX),外部時(shí)鐘信號(hào)由XTAL1引入。圖315 內(nèi)部振蕩 圖316 外部振蕩一、人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì) 所謂人機(jī)交互接口,是指人與計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系、交互信息的輸入/輸出設(shè)備的接口[8]。這些輸入/輸出設(shè)備主要有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等。他們是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設(shè)備,是控制系統(tǒng)與操作人員之間的交互窗口。一個(gè)安全可靠的控制系統(tǒng)必須具有方便的交互功能。操作人員可以通過系統(tǒng)顯示的內(nèi)容,及時(shí)掌握生產(chǎn)情況,并可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù),傳遞命令,對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行人工干擾,使其隨時(shí)能按照操作人員的意圖工作。二、鍵盤設(shè)計(jì)需要解決的幾個(gè)問題 鍵盤是若干按鍵的集合,是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤能自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)代碼,以并行或串行方式發(fā)給CPU。它使用方便,接口簡(jiǎn)單,響應(yīng)速度快,但需要專用的硬件電路。非編碼鍵盤則是通過軟件來確定按鍵并計(jì)算鍵值。這種方法雖然沒有編碼鍵盤速度快,但它不需要專用的硬件支持,因此得到了廣泛的應(yīng)用[9]。鍵盤是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,設(shè)計(jì)時(shí)必須解決下述一些問題。 鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合,其中每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開關(guān)量輸入裝置。鍵的閉合與否,取決于機(jī)械彈性開關(guān)的通、斷狀態(tài)。反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平,若高電平表示斷開,那么低電平鍵閉合。所以,通過電平狀態(tài)(高或低)的檢測(cè),便可確定相應(yīng)按鍵是否已被按下。 實(shí)際按鍵操作中,若無意中同時(shí)或先后按下兩個(gè)以上的鍵,系統(tǒng)確定哪個(gè)鍵操作是有效的,完全取決設(shè)計(jì)者的意圖。如視按下時(shí)間最長(zhǎng)者為有效鍵,或認(rèn)為最先按下的鍵為當(dāng)前的按鍵,也可以將最后釋放的鍵看成是輸入鍵。不過單片機(jī)控制系統(tǒng)的資源有限,交互能力不強(qiáng),通??偸遣捎脝捂I按下有效,多鍵同時(shí)按下無效的原則。 有時(shí),由于操作人員按鍵動(dòng)作不夠熟練,會(huì)使一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果,及重鍵的情形。為消除重鍵的影響,編制程序時(shí)可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能程序,以防止一次擊鍵多次執(zhí)行的錯(cuò)誤發(fā)生。 鍵盤作為向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令的接口,以其特定的按鍵代表著各種確定操作命令。所以準(zhǔn)確無誤地辨認(rèn)每個(gè)鍵的動(dòng)作及其所處的狀態(tài),是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。 多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。一個(gè)電信號(hào)通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程,完成高、低電平的切換。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用,一個(gè)按鍵開關(guān)閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動(dòng)。消除按鍵盤抖動(dòng)通常有兩種方法:硬件消抖和軟件消抖。通過硬件電路消除按鍵過程中抖動(dòng)的影響是一種廣為采用的措施。這種做法,工作可靠,且節(jié)省機(jī)時(shí)。 硬件消抖是通過在按鍵輸出電路上加一定的硬件線路來消除抖動(dòng),一般采用R—S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路。如圖317所示。軟件消抖則是利用延時(shí)來跳過抖動(dòng)過程。 圖317 單穩(wěn)態(tài)硬件消抖電路鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種:獨(dú)立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤就是各按鍵相互獨(dú)立,每個(gè)按鍵各接一根I/O口線,每根I/O口線上的按鍵都不會(huì)影響其它的I/O口線,示例如圖318所示[2]。矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu),鍵位設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如44的行、列結(jié)構(gòu)可組成16個(gè)鍵的鍵盤,比一個(gè)鍵位用一根I/O口線的獨(dú)立式鍵盤少了一半的I/O口線。對(duì)矩陣鍵盤的工作過程可分兩步:第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤上是否有鍵按下;第二步是再識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下。圖318 獨(dú)立式鍵盤三、矩陣鍵盤的工作方式1.查詢工作方式這種方式是直接在主程序中插入鍵盤檢測(cè)子程序,主程序每執(zhí)行一次,則鍵盤檢測(cè)子程序就對(duì)鍵盤進(jìn)行檢測(cè)一次。如果沒有鍵按下,則跳過鍵識(shí)別,直接執(zhí)行其他程序;如果有鍵按下,則通過鍵盤掃描子程序識(shí)別按鍵,得到按鍵的編碼值。然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理,處理完后再回到主程序執(zhí)行。鍵盤掃描子程序流程如圖319所示 。圖319 鍵盤掃描流程圖 如圖320所示,就是中斷工作方式,當(dāng)有中斷的時(shí)候,就去執(zhí)行掃描程序,沒有中斷的時(shí)候,CPU可以去做其他的事情。這樣可以提高CPU的效率。圖320 鍵盤中斷工作方式四、系統(tǒng)鍵盤的實(shí)現(xiàn)依據(jù)上述工作原理,結(jié)合本設(shè)計(jì)實(shí)際,設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)鍵盤結(jié)構(gòu)如圖321示。圖圖321 系統(tǒng)鍵盤實(shí)現(xiàn)工作原理如下:1.檢測(cè)鍵盤上是否有鍵按下:將行線送入低電平,列線送入高電平。讀入P1口的狀態(tài)來判別。其具體過程如下:P1口輸出0FH,即所有行線置成高電平,所有列線置成低電平,然后將P1口狀態(tài)讀入與0FH比較。如果有鍵按下,總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平,從而使行輸入狀態(tài)不全為1。2.識(shí)別鍵盤中哪一個(gè)鍵按下:確認(rèn)有鍵按下后,保存行掃描時(shí)有鍵按下時(shí)的狀態(tài)X 。P1口輸出F0H,進(jìn)行列掃描,保存列掃描狀態(tài)Y,取出鍵值Z=X|,那么行掃描讀入的狀態(tài)為00001110,列掃描讀入的狀態(tài)為11100000,最后鍵值Z=11101110=EEH,然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)程序。 D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)一、D/A轉(zhuǎn)換器概述D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)[16]::輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分0~2n1共2n個(gè)輸入數(shù)字量。表示方法:(1)用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示;如8位。(2) 用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。DAC0808的分辨率為1/256。2.精度:DAC實(shí)際輸出電壓與理想的輸出電壓的偏差。 DAC0808的最大滿刻度偏差為+1LSB 。3.線性度:DAC實(shí)際傳輸特性曲線與理想的傳輸特性曲線的偏差。 DAC0808的最大誤差為+% 。4.溫度靈敏度:在輸入不變的情況下,輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1℃,輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。5.轉(zhuǎn)換速度:用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間——建立時(shí)間Tset來衡量。建立時(shí)間:輸入信號(hào)從開始變化到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差1/2LSB范圍以內(nèi)的時(shí)間。輸入信號(hào)由全0變?yōu)槿?所需時(shí)間最長(zhǎng)。當(dāng)外接運(yùn)放時(shí),轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升(下降)時(shí)間。 (3—2)式中為轉(zhuǎn)換時(shí)間 ,為建立時(shí)間,輸出最大電壓值,為運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率。二、D/A轉(zhuǎn)換器的分類D/A轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異。按輸入數(shù)字量的位數(shù)分:8位、10位、12位和16位等;按輸入的數(shù)碼分:二進(jìn)制方式和BCD碼方式;按傳送數(shù)字量的方式分:并行方式和串行方式;按輸出形式分:電流輸出型和電壓輸出型,電壓輸出型又有單極性和雙極性;按與單片機(jī)的接口分:帶輸入鎖存的和不帶輸入鎖存的。三、D/A轉(zhuǎn)換器的原理 以倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器為例,介紹D/A轉(zhuǎn)換器的原理。倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖322所示。 圖322 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器圖中S0~S3為模擬開關(guān),由輸入數(shù)碼Di控制,當(dāng)Di=1時(shí),Si接運(yùn)算放大器反相輸入端(虛地),電流Ii流入求和電路;當(dāng)Di=0時(shí),Si將電阻2R接地。所以,無論Si處于何種位置,與Si相連的2R電阻均接“地”(地或虛地)。流過各開關(guān)支路(從右到左)的電流分別為 I/I/I/I/16??傠娏鳎? (3—3)輸出電壓: (3—4)將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到n位,則有:可簡(jiǎn)寫為:
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