【文章內(nèi)容簡介】 、幅度都能由計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)的信號(hào)源。剛好可通過采用 D/A 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的可控信號(hào)源，產(chǎn)生正弦波、調(diào)頻波、調(diào)幅波及方波等，并且其信號(hào)的頻率和幅度可由微機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制，調(diào)節(jié)非常方便。 另外隨著 21 世紀(jì)的到來，人類正在跨入信息時(shí)代?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展方向是功能更強(qiáng)，體積更小，速度更快，功耗更低。所以今天無論是民用的移動(dòng)電話、程控交換機(jī)、集群電臺(tái)、 廣播發(fā)射機(jī)和調(diào)制解調(diào)器 ,還是軍用的雷達(dá)設(shè)備、圖形處理儀器、遙控遙測設(shè)備、加密通信機(jī)中 ,都已廣泛地使用大規(guī)?？删幊唐骷?。由于數(shù)字技術(shù)在處理和傳輸信息方面的各種優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字技術(shù)和數(shù)字集成電路的使用已經(jīng)成為構(gòu)成現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要標(biāo)志。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 課題研究的目的和意義 信號(hào)發(fā)生器作為電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子儀器，廣泛應(yīng)用于航空航天測控、通信系統(tǒng)、電子對(duì)抗、電子測量、科研等各個(gè)領(lǐng)域中。 隨著數(shù)字信號(hào)處理和集成電路技術(shù)的發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成（ DDS）的應(yīng)用也越來越廣泛。因此本設(shè)計(jì)介紹了一種由單片機(jī)控制， D/A 轉(zhuǎn)換模 擬實(shí)現(xiàn) DDS 功能，可產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的波形發(fā)生器的方法。 單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)各種控制策略和算法的載體。波形發(fā)生器也可運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過巧妙的軟件設(shè)計(jì)和簡易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波相位、頻率和幅值可調(diào)的信號(hào)。信號(hào)的頻率、相位可通過鍵盤輸入并顯示。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單方便，成本低。 國內(nèi)外的研究狀況 波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)用信號(hào)源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器 多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。信號(hào)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用 555 振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。而函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震 動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。 在 70 年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時(shí)，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)。在 70 年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、 A/D/和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這時(shí)期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì) DAC 的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。 90 年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價(jià)格的函數(shù)發(fā)生器。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 第 2 章 信號(hào)發(fā)生器的方案設(shè)計(jì) 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 利用 AT89C51 單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生正弦波、矩形波、鋸齒波三種波形，在通過 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波放大，最終由示波器顯示出來，通過鍵盤來控制三種波形的類型選擇、頻率變化，最終輸出顯示其各自的類型以及數(shù)值。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）利用單片機(jī)采用軟件設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生三種波形 （ 2）可通過鍵盤選擇波形 （ 3）需顯 示波形的種類以及頻率 器件選擇 D/A，輸出三種波形。 單片機(jī)是一種高性能 8 位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器 CPU、存儲(chǔ)器、寄存器、 I/O 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī)、而且其價(jià)格便宜。 芯片是 CMOS 工藝制造的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，屬于 8 位電流輸出型 D/A轉(zhuǎn)換器。當(dāng)單片機(jī)把一個(gè)數(shù)據(jù)寫入 DAC 寄存器時(shí)， DAC0832 的輸出模擬電壓信號(hào)隨之對(duì)應(yīng)變化。利用 D/A 轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生各種波形，如方波、三角波、正弦波、鋸齒波等 以及它們組合產(chǎn)生的復(fù)合波形和不規(guī)則波形。 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號(hào)的采集分析以及信號(hào)的處理和變換，采用按鍵輸入，利用液晶顯示電路輸出顯示的方案。將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 圖為系統(tǒng)總體框圖 總體方框圖 21 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 第 3 章 硬件的實(shí)現(xiàn)及單元電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) AT89C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用 AT89C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)： （ 1） 有可供用戶使用的大量 I/O 口線 （ 2） 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限 （ 3） 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 標(biāo)準(zhǔn)的 51 為 8K 程序空間， 128 字節(jié)的 RAM， 32 條端口， 5 個(gè)中斷， 2 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 12 個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條基本指令，最長的除法為 48 個(gè)周期。 52 為 8K 程序空間， 256 字節(jié)的 RAM， 32 條端口， 6 個(gè)中斷， 3 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 31 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 D/A 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) DAC0832 是 CMOS 工藝制造的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，屬于 8 位電流輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1us，片內(nèi)帶輸入數(shù)字鎖存器。 DAC0832 與單片機(jī)接成數(shù)據(jù)直接寫入方式，當(dāng)單片機(jī)把一個(gè)數(shù)據(jù)寫入 DAC 寄存器時(shí)， DAC0832 的輸出模擬電壓信號(hào)隨之對(duì)應(yīng)變化。利用 D/A 轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生各種波形，如方波、三角波、正弦波、鋸齒波等以及它們組合產(chǎn)生的復(fù)合波形和不規(guī) 則波形。 主要性能： （ 1）輸入的數(shù)字量為 8 位； （ 2）采用 CMOS 工藝，所有引腳的邏輯電平與 TTL 兼容； （ 3）數(shù)據(jù)輸入可以采用雙緩沖、單緩沖和直通方式； （ 4）轉(zhuǎn)換時(shí)間： 1us； （ 5）精度： 1LSB； （ 6）分辨率： 8 位； （ 7）單一電源： 5— 15V，功耗 20mw； （ 8）參考電壓： 10— +10V； DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料 :芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使 DAC0832 具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )。 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過 RFB 端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接。 該片邏輯輸入滿足 TTL 電壓電平范圍，可直接與 TTL 電路或微機(jī)電路相接，下面是芯片電路原理圖 DAC0832 芯片原理 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 圖 32 (1) DI7～ DI0： 8 位的數(shù)據(jù)輸入端， DI7 為最高位。 (2) IOUT1：模擬電流輸出端 1，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù) 全為 1 時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時(shí)，輸出電流為 0。 (3) IOUT2：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個(gè)常數(shù)，即 IOUT1＋I(xiàn)OUT2＝常數(shù)。 (4) RFB：反饋電阻引出端， DAC0832 內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB 端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。 (5) VREF：參考 基準(zhǔn) 電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定 0 至 255 的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF 范圍為 (+10～ 10)V。VREF 端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 (6) Vcc：芯片供電電壓，范圍為 (+5~ 15)V。 (7) AGND：模擬量地，即模擬電路接地端。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 (8) DGND：數(shù)字量地。 (9) CS：片選信號(hào)（輸入），低電平有效。 (10) XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)（輸入），低電平有效。 (11)WR1：第一寫信號(hào)（輸入），低電平有效。 (12)WR2：第二寫信號(hào)（輸入），低電平有效。 當(dāng) 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 也就是輸入寄存器 Q 端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“ 0”時(shí)，第一級(jí) 8 位輸入寄存器 Q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級(jí) 8 位 DAC 寄存器中，以便第三級(jí) 8 位 DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。 一般情況下為了簡化接口電路，可以把和直接接地，使第二級(jí) 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí) 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方。 制作低頻信號(hào)發(fā)生器有許多方案：主要有單緩沖方式，雙緩沖方式和直通方式。 單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號(hào)輸出或幾路模擬 信號(hào)非同步輸出的情形的優(yōu)點(diǎn)，但是電路線路連接比較簡單。而雙緩沖方式適用于在需要同時(shí)輸出幾路模擬信號(hào)的場合，每一路模擬量輸出需一片 DAC0832 芯片，構(gòu)成多個(gè) DAC0832 同步輸出電路，程序簡單化，但是電路線路連接比較復(fù)雜。根據(jù)以上分析，我們的課題選擇了單緩沖方式使用方便，程序簡單，易操作。 DAC0832 主要是用于波形的數(shù)據(jù)的傳送，是本題目電路中的主要芯片。 運(yùn)算放大電路 OP07 的功能介紹： OP07 芯片是一種高精度低失調(diào)電壓的精密運(yùn)放集成電路，用于微弱信號(hào)的放大，如果使用雙電源，能達(dá)到最好的放 大效果下面介紹一下他的引腳圖資料。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 圖 33 （ 1） 低的輸入噪聲電壓幅度 — VPP（ ~10Hz） （ 2） 極低的輸入失調(diào)電壓 — 10μ v （ 3） 極低的輸入失調(diào)電壓溫漂 — V/℃ （ 4） 具有長期的穩(wěn)定性 — V/MO （ 5） 低的輸入偏置電流 — 177。 1nA （ 6） 搞的共模抑止比 — 126dB （ 7） 寬的共模抑止電壓范圍 — 177。 14v （ 8） 寬的電源電壓范圍 — 177。 3V~177。 22V （ 9） 可替代 72 108A、 74 AD510 等電路 OP07 應(yīng)用介紹 OP07 搞精度運(yùn)放具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn) 定等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、比較器，密絕對(duì)值電路、及微弱信號(hào)的精確放大，尤其適應(yīng)于宇航、軍工的應(yīng)用?？珊蛈A741,uA709,LM301,LM308,LF356,OP07,OP37， max427 這些運(yùn)放來直接代換。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 液晶屏 1602 顯示部分 液晶屏 1602 的簡要概述 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。字符型液晶模塊是一種用 5 7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1 行 16 個(gè)字、 2 行 16個(gè)字、 2 行 20 個(gè)字等等。 字 符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。之所以稱字符型液晶顯示模塊是因?yàn)槠湟壕э@示器件的電極圖形是由若干個(gè) 5 8或 5 11 點(diǎn)陣塊組成的字符塊集。每一個(gè)字符塊是一個(gè)字符位，每一位都可以顯示一個(gè)字符，字符位之間空有一個(gè)點(diǎn)距的間隔起著字符間距和行距的作用，這是其一；其二是這類模塊使用的是專用于字符顯示控制與驅(qū)動(dòng)的 IC 芯片。這兩種因素確定了這類模塊的應(yīng)用范圍僅局限于字符而顯示不了圖形，所以稱其為字符型液晶顯示模塊。 字符型液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器廣泛應(yīng)用 于字符型液晶顯示模塊上。目前最常用的字符型液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器是 HD44780U，也出現(xiàn)使用 HD667O1 或 HD66702 等字符型液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器單片控制的字符型液晶顯示模塊。液晶顯示驅(qū)動(dòng)器為 HD44100 及其替代品。 字符型液晶顯示模塊在世界上是比較通用的，而且接口格式也是比較統(tǒng)一的，其主要原因可能是各制造商所采用的模塊控制器都是 HD44780U 及其兼容品，不管它的顯示屏的尺寸如何，它的操作指令及其形成的模塊接口信號(hào)定義都是兼容的。所以會(huì)使用一種字符型液晶顯示模塊，就會(huì)通曉所有的字符型液晶顯示模塊 。 液晶屏 1602 的使用 液晶 1602 有三條控制線， RS/數(shù)據(jù)命令端， RW/讀寫選擇端、 EN/使能端，一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)端口。常用指令說明如表 31： 表 31 常用指令說明 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 指令名稱 控制信號(hào) 控制代碼 D/I R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 光標(biāo)復(fù)位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 輸入方式設(shè)置 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 顯示狀態(tài)設(shè)置 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光標(biāo)畫面滾動(dòng) 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 工作方式設(shè)置 0 0 0 0