【文章內容簡介】 內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益的反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩，并產生振動時鐘脈沖。晶振通常選用 6MHZ、 12MHZ、 24MHZ。本設計中時鐘電路圖如圖 43，選擇了 12MHZ和晶振分別接引腳 XTAL1 和 XTAL2，電容 C1， C2 均選擇為 30pF，對振蕩器的頻率有穩(wěn)定作用，當頻率較大時，正弦波、方波、三角波及鋸齒波中每一點的延時 時間為幾微妙，故延時時間還加上指令時間才能獲得較大的頻率波形 [12]。 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 9 A T 89 C 52OCS1OCS 2OCS 3OCS 4C1C2C310pF10pF10pF4MH z3 2 . 7 68 K H zX1X2 43 時鐘電路設計 鍵盤電路 通常單片機外部擴展鍵盤的方式有獨立式鍵盤，矩陣鍵盤以及專門的鍵盤電路。獨立式鍵盤就是一個 I/O 口擴展一個開關，這種方式程序編寫比較容易，只需要檢測單片機 I/O 某一時刻是否為低電平就能檢測出其的按鍵輸入情況，而且按鍵和 I/O 口一一對應，所以能夠輕松識別按鍵的值， 如圖 43所示為獨立按鍵接口電路。 本設計中采用的是 3 個獨立的功能按鍵 。 S1 用來切換現(xiàn)在產生的波形。當沒有按下 S1 時信號發(fā)生器產生方波信號。第一次按下 S1 時，將切換成三角波信號。第二次按下 S1 時，將切換產生正弦波信號。第三次按下 S1 時，又產生方波信號。這樣一直循環(huán)。 S2 用來調節(jié)輸出的函數(shù)信號的頻率。當沒有按下 S2 時，產生的函數(shù)信號最高。當按下 S2 時，波形頻率降低，同時還要對應向 LED 顯示緩沖區(qū)給定一個頻率值提供當前頻率顯示所需要的數(shù)據(jù)。 S2按 7次一個循環(huán)。當?shù)?7 次按下時恢復到最高頻率輸出。 S3 用來啟動對輸出的函數(shù)信號電壓值測量。當 S3 沒有按下時，單片機只向 DAC0832 送波形 數(shù)據(jù)表和顯示當前波形的頻率。按下 S3 后，單片機除了向 DAC0832 送波形數(shù)據(jù)表外，還要每隔一小段時間對讀取 ADC0809 轉換電壓值，并且換算出來，送給 LED 顯示當前電壓。此時不再顯示當前波形頻率 [13]。 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 10 T 89 C 44 獨立式鍵盤 矩陣鍵盤相比獨立式鍵盤其擴充的量大大增加，例如常見的 4*4 矩陣鍵盤占用的 I/O 口為 4+4=8 個，當需要擴充為 20 鍵輸入時只需要 4+5=9 個 I/O 口，而采用獨立式鍵盤的時候要分別用掉 16 個 I/O 口和 20 個 I/O 口，由于單片機 的I/O 口數(shù)量有限，很難將大量的 I/O 口用于，顯然矩陣鍵盤能夠大大的減少系統(tǒng)I/O 口的使用，矩陣鍵盤的缺點是編寫程序比較麻煩，需要上拉電阻系統(tǒng)的連線和元器件都增加。當采用行掃描方式讀取鍵值時，需要 4個上拉電阻，提供需要的高電平，當采用線反轉法式需要采用 8個上拉電阻，顯然整個電路的接線都將變得更加復雜。 矩陣式按鍵鍵盤中，分為行線和列線兩種，行線和列線與矩陣按鍵開關的兩端相連接，其中行線是連接到＋ 5V 電源上。當沒有按鍵按下時，行線會處于高電平狀態(tài)；當有按鍵動作時，行線和列線將導通。這是矩陣式按鍵來識別按鍵是否按 下的關鍵策略 [14]。 T 89 C .7K0K1K2K3K5K6K4K8 K7K9 K1 1K10K12 K14K13 K15 行線列線5V? 45 矩陣式鍵盤 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 11 D/A 轉換模塊 DAC0832 轉換器簡介 DAC0832 是雙列直插式 8位 D/A 轉換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量 (電流 )輸出的轉換。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉換時間為 1μ s，滿量程誤差為 177。 1LSB，參考電壓為 (+10～ 10)V，供電電源為 (+5～ +15)V，邏輯電平輸入與TTL 兼容。從圖 中可見，在 DAC0832 中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存 信號為 ILE，第二級鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 XFER。 圖 46 DAC0832引腳圖 圖 46 中，當 ILE 為高電平，片選信號 CS 和寫信號 WR1 為低電平時，輸入寄存器控制信號為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當WR1 由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化。 對第二級鎖存來說，傳送控制信 號 XFER 和寫信號 WR2 同時為低電平時，二級鎖存控制信號為高電平， 8 位的 DAC 寄存 器的輸出隨輸入而變化，此后，當 WR2由低電平變高時，控制信號變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到 DAC寄存器中 。 DAC0832 各引腳編號及其作用： 號 CS 引腳：片選信號輸入線，低電平有效； 號 WR1 引腳：為輸入寄存器的寫選通信號； 號 AGND 引腳：模擬地，模擬信號和基準電源的參考地； ， 1316號 D0D7 引腳：數(shù)據(jù)輸入線， TLL 電平； 號 V ref 引腳：基準電壓輸入（ 10V～ +10V）； 號 RFB 引腳 ：反饋信號輸入線，芯片內部有反饋電阻； 號 DGND 引腳：數(shù)字地； 號 IOUT1 引腳：電流輸出線，當輸入全為 1時， IOUT1最大； 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 12 號 IOUT2 引腳：電流輸出線，其值與 IOUT1 為一常數(shù)； 號 XFRE 引腳：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效； 號 WR2 引腳：為 DAC 寄存器寫選通輸入線； 號 ILE 引腳：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； 號 V cc 引腳：電源輸入線（ +5V～ +15V） Vref。 本次設計選擇的 D/A轉化器是 DAC0832,是一款 8分辨率的 D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個 DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。 D/A轉換器由 8位輸入鎖存器、 8位 DAC寄存器、 8位 D/A轉換電路及轉換控制電路構成。 AT89C51單片機控制兩片 DAC0832的原理如圖 47所示。 8 0 C51 單 片 機D A C0 8 3 2D A C0 8 3 2基 準 電 壓輸 出 47 單片機控制 DAC0832的 D/A轉換 因為 AT89C51 單片 機自身便有一個 64K 的程序存儲器，所以不用擴展外加程序存儲器。由單片機編程即可由單片機輸出所需要信號的數(shù)字量，再由 D/A 轉換器將數(shù)字量轉化為模擬電流輸出，通過運放轉化為模擬電壓輸出。 D/A 數(shù)模轉換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準電壓來控制的，所以只要能控制 D/A 的基準電壓便可以控制輸出幅度，實現(xiàn)幅度可調。所以設計用兩片 DAC0832 來輸出信號，第一片 D/A 用來輸出信號，第二片 D/A 用來控制壓。其中用 P0 口作為兩片 D/A的數(shù)據(jù)總線， P2 口的 和 口用來控制兩片 D/A 的選通 [15]。 本文選用價格低 廉、接口簡單、轉換控制容易并具有 8 位分辨率的數(shù)模轉換器。 DAC0832。 DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位D/A 轉換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上， DAC0832 輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調，而是以其絕對分辨率為單位增減，是準模擬量的輸出。DAC0832 是電流型輸出，在應用時外接運放使之成為電壓型輸出。 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 13 顯示電路設計 顯示電路是用來顯示波形信號的頻率，使得整個系統(tǒng)更加合理，從經濟的角度出發(fā)，所以顯示器件采用 LED 數(shù)碼管顯示器。而且 LED 數(shù)碼管是采用共陽極接法，當主 控端口輸出一個低電平后，與其相對應的數(shù)碼管即變亮，顯示所需數(shù)據(jù)。 本次設計要求對輸出波形的頻率，幅值和波形進行輸出，所以要擴展顯示模塊，常用的顯示模塊 LCD 有 7 端數(shù)碼管， LCD1602和 12864 等液晶顯示屏。為了降低設計的成本和擴展的難度，本次設計選擇使用 7 段數(shù)碼管。 LED 顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個 8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用 CPU 時間少，顯示便于監(jiān)測和控 制。缺點是硬件電路比較復雜，成本較高。 動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)顯示電路中的 [16]。 AGFEDCB DP 1 65432 圖 48 顯示器 華東交通大學理工學院畢業(yè)設計 14 第 4章 軟件設計 設計構思 幅度控制：由于 D/A 數(shù)模轉換器輸出的最大幅度可以用其基準電壓來控制，所以控制第二片 D/A 數(shù)模轉換器輸出給第一片 D/A 數(shù)模轉換器的電壓值就可控制信號幅度。因此，送入第二片的值是幾個固定的值。由于 DAC0832 內部具有鎖存器，所以只需向第二片 D/A 送值一次，直到下一次改變信號幅度。 頻率控制：單片機內部數(shù)據(jù)只有 0、 1 之分，所產生的信號也都是離散信號。為了能夠讓單片機輸出所需的數(shù)字信號，我們采用對信號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機產生所需信號。在本設計中，對信號的四分之一周期采 樣 19 個幅度值，通過反復查表來輸出幅度值，而整個信號是通過正查表和逆向查表來實現(xiàn)的。采樣的點越密，信號失真度也就越小。兩次采樣點的輸出時間間隔是由定時、計數(shù)器來控制的，因此，通過控制不同的計數(shù)初值就可以控制整個信號的頻率。計數(shù)時間 =信號周期 /72。計數(shù)次數(shù) =計數(shù)時間 /機器周期。對應的，計數(shù)初值 =65536－計數(shù)次數(shù)。單片機只能產生離散頻率的信號，所以所得到的信號頻率不是連續(xù)的，而是離散的頻率點。由于這部分計算位數(shù)較多，不適合用單片機編程來計算計數(shù)初值，所以本設計中將各頻率的計數(shù)初值算出，讓單片機按控制命令來 查表控制頻率。正弦波和三角波的頻率控制方法都與上述方法相同，而方波的頻率控制是半周期計數(shù)，經過半周期只需改變輸出為最大或最小電平即可 [17]。 主程序流程圖