【文章內(nèi)容簡介】 要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部 RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。 本次畢業(yè)設(shè)計 中 由于對手動復(fù)位的要求不大，故采用了 上電 自動復(fù)位電路。 . 系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計 . 主控模塊 采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S51 單片機作為系統(tǒng)的控制器。 51 系列的單片機的使用簡單，軟件編程靈活。自由度 大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低。在設(shè)計中， AT89S51 芯片主要用作處理鍵盤輸入的信息，輸出相應(yīng)波形需要的數(shù)字量，輸出顯示模塊需要的位選信號和要顯示的數(shù)據(jù)。 下面是對 AT89S51 芯片的簡介： . AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述： AT89S51 單片機芯片集成了以下幾個基本組成部分。 1. 一個 8 位的 CPU 2. 256B 單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 3. 4KB 片內(nèi)程序存儲器（ ROM） 4. 4 個 8 位并行 I/O 接口 P0~P3。 5. 兩個定時 /計數(shù)器。 6. 5 個中 斷源的中斷管理控制系統(tǒng)。 7. 一個全雙工串行 I/O 口 UART（通用異步接收、發(fā)送器） 8. 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。 . 管腳說明 [6: VCC： 電源電壓輸入端。 GND： 電源地。 P0口： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為 高阻 輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) / 9 地址的低八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為 原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號 。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng)P3口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口除了作為普通 I/O 口，還有第二功能 ： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（ T0 定時器的外部計數(shù)輸入） T1（ T1 定時器的外部計數(shù)輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引 腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。 89C51 的 P0、 P PP3口作為輸入時都是準雙向口。除了 P1 口外 P0、 P P3 口都還有其他的功能。 10 RST： 復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG： 地址鎖存允許 /編程脈沖信號端。當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此 引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE 禁止，置位無效 。 PSEN： 外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù) 據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP： 外部程序存儲器訪問允許。當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1： 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2： 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 圖 25 AT89S51 單片機引腳 11 . CPU 結(jié)構(gòu) CPU 是單片機的核心部件。它由運算器和控制器等部件組成。 1. 運算器 運算器 以 完成二進制的算術(shù) /邏輯運算部件 ALU 為核心。它可以對半字節(jié)（ 4）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加 減 BCD 碼十進制調(diào)整、比較等算術(shù)運算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。 運算器還 包含 有一個布爾處理器，用以處理位操作。它以進位標志位 C 為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進位標志位與其他可位尋址的位之間進行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進位標志位與其他可位尋 址的位之間進行邏輯與、或操作。 2. 程序計數(shù)器 PC PC是一個 16 位 的計數(shù)器，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為 64kB， PC 有自動加 1 功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動加 1。 3. 指令寄存器 指令寄存器 用于 存放指令代碼。 CPU 執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器譯碼后由定時有控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，完成指令功能。 . 存儲器和特殊功能寄存器 1. 存儲器（ Memory）是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計 算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。 2. 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器（ SFR）的地址范圍為 80H～ FFH。在 MCS－ 51 中，除程序計數(shù)器 PC和四個工作寄存器區(qū)外，其余 21 個特殊功能寄存器都在這 SFR 塊中。其中 5 個是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了 26 個字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號和地址見附表 2。其中帶＊號的可位尋址。特殊功能寄存器反映了 8051 的狀態(tài)，實際上是 8051 的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPUPSW 便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類 ，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是 P0～ P3，它們實際上是4 個八位鎖存器（每個 I/O 口一個），每個鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器就 12 構(gòu)成了一個并行口。 MCS－ 51 共有 P0～ P3 四個這樣的并行口，可提供 32 根 I/O 線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器 A、標志寄存器 PSW、數(shù)據(jù)指針 DPTR 等的功能前已提及。 . DA 轉(zhuǎn)換模塊 在實現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換時，主要涉及下面幾個性能參數(shù) [7： ⑴ 分辨率。分辨率是指最小輸出電壓（對應(yīng)于 輸入數(shù)字量最低位增 1所引起的輸出電壓增量）和最大輸出電壓（對應(yīng)于輸入數(shù)字量所有有效位全為 1 時的輸出電壓）之比，例如，4 位 DAC 的分辨率為 1/(241)=1/15=%（分辨率也常用百分比來表示）。 8 位 DAC 的分辨率為 1/255=%。顯然，位數(shù)越多，分辨率越高。 ⑵ 轉(zhuǎn)換精度。如果不考慮 D/A轉(zhuǎn)換的誤差， DAC 轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小，因此，要獲得高精度的 D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要選擇有足夠高分辨率的 DAC。 D/A 轉(zhuǎn)換精度分為絕對和相對轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。 DAC 的轉(zhuǎn)換誤差包括零點誤差 、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差。絕對轉(zhuǎn)換精度是指滿刻度數(shù)字量輸入時，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標準電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對轉(zhuǎn)換精度指在滿刻度已經(jīng)校準的前提下，整個刻度范圍內(nèi)，對應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了 DAC 的線性度。通常，相對轉(zhuǎn)換精度比絕對轉(zhuǎn)換精度更有實用性。相對轉(zhuǎn)換精度一般用絕對轉(zhuǎn)換精度相對于滿量程輸出的百分數(shù)來表示，有時也用最低位（ LSB）的幾分之幾表示。例如，設(shè) VFS 為滿量程輸出電壓 5V， n 位 DAC 的相對轉(zhuǎn)換精度為 177。%，則最大誤差 為 177。%VFS=177。5mV；若相對轉(zhuǎn)換精度為 177。1/2LSB， LSB=1/2n，則 最大相對誤差為 177。1/2n+1VFS。 ⑶ 非線性誤差。 D/A 轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對于滿量程的百分數(shù)度量。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計一般要求非線性誤差不大于 177。1/2LSB。 ⑷ 轉(zhuǎn)換速率 /建立時間。轉(zhuǎn)換速率實際是由建立時間來反映的。建立時間是指數(shù)字量為滿刻度值（各位全為 1）時， DAC 的模擬輸出電壓達到某個規(guī)定值（比如， 90%滿量程或177。1/2LSB 滿量程）時所需要的時間。建立時間是 D/A 轉(zhuǎn)換速率快慢的一個重要參數(shù)。很顯然，建立時間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。不同型號 DAC 的建立時間一般從幾個毫微秒到幾個微 13 秒不等。若輸出形式是電流， DAC 的建立時間是很短的；若輸出形式是電壓， DAC 的建立時間主要是輸出運算放大器所需要的響應(yīng)時間。 根據(jù)對上述參數(shù)的綜合考慮，由于 DAC0832 有如下 特征 ，本設(shè)計選定 DAC0832 芯片，其簡介如下： . DAC0832 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DAC0832 中有兩級鎖存 器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號為 ILE；第二級鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信號為傳輸控制信號。因為有兩級鎖存器， DAC0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號的同時采集下一個數(shù)字量，這樣能有效地提高轉(zhuǎn)換速度。此外，兩級鎖存器還可以在多個 D/A 轉(zhuǎn)換器同時工作時，利用第二級鎖存信號來實現(xiàn)多個轉(zhuǎn)換器同步輸出。 LE 為高電平和為低電平時，為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化；此后，當(dāng)由低變高時 ， 為低電平，資料被鎖存到輸入寄存器中，這時的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入資料的變化而變化。對 第二級鎖存器來說，和同時為低電平時，為高電平， DAC 寄存器的輸出跟隨其輸入而變化；此后，當(dāng)由低變高時，變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的資料鎖存到 DAC 寄存器中。 . DAC0832 的引腳特性 DAC0832 是 20 引腳的雙列直插式芯片。各引腳的特性如 圖 ： 圖 26 DAC0832 引腳圖 14 CS——片選信號，和允許鎖存信號 ILE 組合來決定是否起作用，低有效。 ILE——允許鎖存信號，高有效。 WR1——寫信號 1，作為第一級鎖存信號，將輸入資料鎖存到輸入寄存器（此時，必須和 ILE 同時有效），低有效。 WR2——寫信號 2，將鎖存在輸入寄存器中的資料送到 DAC 寄存器中進行鎖存（此時，傳輸控制信號必須有效）低有效。 XFER——傳輸控制信號，低有效。 DI7~DI0——8 位數(shù)據(jù)輸入端。 IOUT1——模擬電流輸出端 1。當(dāng) DAC 寄存器中全為 1 時，輸出電流最大，當(dāng) DAC 寄存器中全為 0 時，輸出電流為 0。 IOUT2——模擬電流輸出端 2。 IOUT1+IOUT2=常數(shù)。 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算放大器的輸出端 。 相當(dāng)于將反饋電阻 接在運算放大器的輸入端和輸出端之間 。 VREF——參考電壓輸入端。可接電壓范圍為 177。10V。外部標準電壓通過 VREF 與 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 VCC——芯片供電電壓端。范圍為 +5V~+15V，最佳工作狀態(tài)是 +15V。 AGND——模擬地，即模擬電路接地端 。 DGND——數(shù)字地，即數(shù)字電路接地端 。 . DAC0832 的工作方式 DAC0832 進行 D/A轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對數(shù)據(jù)進行鎖存 [8] 第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而 DAC 寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地