【正文】 ：頻率 =1/周期，所以需要先算出產(chǎn)生波形一個(gè)周期需要多少時(shí)間。在程序編好后，數(shù)出 DAC0832 輸出一個(gè)數(shù)據(jù)（點(diǎn)）用了多少條指令，這些指令用了多少個(gè)機(jī)器周期。 MCS51 單片機(jī)每 12 個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周啟動(dòng) A/D 從 1 通道讀值 轉(zhuǎn)換 送 C51 作幅值顯示 保存數(shù)據(jù) D1 啟動(dòng) A/D 從 0 通道讀值 轉(zhuǎn)換 送 C51 作延時(shí)基值 保存數(shù)據(jù) D0 32 期，即 Tcy=1/fosc，本設(shè)計(jì)中的 fosc=12MHz，所以 Tcy=1?s?？捎?jì)算出輸出一個(gè)數(shù)據(jù)用了多少時(shí)間，再看波形一個(gè)周期是由多少個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的，相乘就可得出波形一個(gè)周期用了多少時(shí)間，求周期的倒數(shù)，就是頻率了 [17]。 圖 頻率計(jì) 算流程圖 求出波形的頻率后，頻率為二進(jìn)制數(shù)，需將其轉(zhuǎn)變?yōu)?BCD 碼，才可用于數(shù)碼管的顯示。流程圖如圖 所示。 根據(jù)程序可知，各波形由 DAC 產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)（點(diǎn)）用的機(jī)器周期和組成波形的點(diǎn)數(shù)如下表： 表 波形頻率計(jì)算所需數(shù)據(jù) 波形類型 產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)所用機(jī)器周期 組成波形需要點(diǎn)數(shù) 正弦波 24+2B 64 三角波 21+2B 500 方波 18+2B 2 2) 幅值的計(jì)算 幅值是通過(guò)改變 DAC0832 的 Vref 端的基準(zhǔn)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輸出電壓的計(jì)算公式是： Vout=（ B*Vref） /255， B的范圍是 0~255。由公式可以看出， Vref改變， Vout 也會(huì)隨著改變，而且是呈線性變化。若 Vref 在 0~5V 內(nèi)變化，則取 D0 判斷波形 正弦波 三角波 方波 3D09/(24+2D0) 7D0/(21+2D0) C350/(18+2D0) BCD 碼轉(zhuǎn)換 送 7289顯示 33 Vout 也會(huì)在 0~5V 內(nèi)變化，所以，通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)可使得輸出電壓 Vout 在0~5V 內(nèi)變化，以達(dá)到幅值調(diào)節(jié)的作用 [18]。 從 D1 中取出數(shù)字量，經(jīng)過(guò)公式 V=（ D1*5） /255 運(yùn)算就可得到幅值，其中5 代表電位器使用的電壓 5V， 255 為 8 位 DAC0832 的最大數(shù)字量。 經(jīng)過(guò)計(jì)算后的幅值是二進(jìn)制數(shù)，同樣要經(jīng)過(guò) BCD 轉(zhuǎn)換才能用于數(shù)碼管顯示。 幅值計(jì)算的流程圖同頻率計(jì)算的流程圖大體相同，只是它取的是 D1 且不需要判 斷波形。 3) BCD 碼轉(zhuǎn)換 頻率和幅值若要顯示都必須先轉(zhuǎn)換成 BCD 碼，由二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為 BCD 碼的思路如下：用二進(jìn)制數(shù)除以 100，得到的商為百位，用余數(shù)除以 10，得到的商為十位，余數(shù)為個(gè)位。程序如下： MOV B,100 DIV AB ；（ A） = 百位數(shù) MOV R1,A MOV A,B MOV B,10 DIV AB ；（ A） = 十位數(shù)，（ B） = 個(gè)位數(shù) MOV R2,A MOV R3,B 以 上這種方法適用的是 8 位的二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)遇到被轉(zhuǎn)換數(shù)較大時(shí)，需進(jìn)行多自己除法運(yùn)算，運(yùn)算速度較慢，程序通用性欠佳。 下面這種方法適用兩次 DIV 指令分離出百位數(shù)和十位數(shù)，這樣的轉(zhuǎn)換方法避免了適用循環(huán)程序，十分簡(jiǎn)單。 需要說(shuō)明的有 2點(diǎn)： （ 1）當(dāng)采用一個(gè)單元存放兩個(gè) BCD 數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)換后的 BCD 數(shù)可能比二進(jìn)制數(shù)單元多一個(gè)單元； （ 2） BCD 數(shù)乘 2沒(méi)有用 RLC 指令，而是用 ADDC 指令對(duì) BCD 數(shù)自身相加一次。因?yàn)?RLC 指令將破壞進(jìn)位標(biāo)記，而且不能產(chǎn)生 DA A 指令所需的輔助進(jìn)位和僅為標(biāo)記。本程序具有較大的通用性。 34 流程圖如圖 。 圖 BCD轉(zhuǎn)換流程圖 4) 數(shù)碼管顯示 ZLG7289 在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，是串行通信，所以需要一位一位地傳送（見(jiàn)總程序中的 SEND 和 RECEIVE 子程序）。在接受到單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，下載數(shù)據(jù)并且按方式 1進(jìn)行譯碼，這樣就可以將頻率和幅值顯示在數(shù)碼管上。 下載數(shù)據(jù)并且按方式 1譯碼 [19]： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 0 0 1 a2 a1 a0 Dp x x x d3 d2 d1 d0 在指令格式中，高 5位的 11001是命令字段； a2a1a0是數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)的位地址，位地址編號(hào)按從左到右的順序依次為 0、 7； dp控制小數(shù)點(diǎn)是否顯示， dp＝ 0時(shí)該位的小數(shù)點(diǎn)被點(diǎn)亮， dp＝ 1時(shí)該位的小數(shù)點(diǎn)被熄滅；xxx是無(wú)關(guān)位； d3d2d1d0是要顯示的數(shù)據(jù)。顯示數(shù)據(jù)按照下表中的規(guī)則進(jìn)行譯清 BCD 數(shù)單元 計(jì)數(shù)器置為二進(jìn)制數(shù)位數(shù) 二進(jìn)制數(shù)左移 BCD 數(shù) *2+進(jìn)位 返回 Y 位數(shù)到 Y 十進(jìn)制調(diào)整 字節(jié)數(shù)到 N N 35 碼： 表 下載數(shù)據(jù)命令譯碼方式 0 d3d2d1d0（二進(jìn)制） d3d2d1d0（十六進(jìn)制） 顯示結(jié)果 0 0 0 0 00H 0 0 0 0 1 01H 1 0 0 1 0 02H 2 0 0 1 1 03H 3 0 1 0 0 04H 4 0 1 0 1 05H 5 0 1 1 0 06H 3 0 1 1 1 07H 7 1 0 0 0 08H 8 1 0 0 1 09H 9 1 0 1 0 0AH A 1 0 1 1 0BH b 1 1 0 0 0CH C 1 1 0 1 0DH d 1 1 1 0 0EH E 1 1 1 1 0FH F 波形產(chǎn)生模塊 波形產(chǎn)生模塊主要是通過(guò) DAC0832 芯片，將從單片機(jī)接收到的數(shù)字量 ，轉(zhuǎn)換成模擬電壓，模擬電壓就可作為連續(xù)的波形。其中重要的就是各種波形通過(guò)軟件產(chǎn)生的方法。 1) 正弦波 正弦波可用兩種方法，即計(jì)算法和查表法產(chǎn)生 [20]。計(jì)算法要用到浮點(diǎn)運(yùn)算，復(fù)雜且耗時(shí)太長(zhǎng)，一般不采用。查表法是事先將正弦波的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)，列表放在程序中，運(yùn)行時(shí)直接調(diào)用數(shù)據(jù)。用公式 y=+（ 360n/m）可計(jì)算出正弦波的輸出值，公式中 m 為輸出點(diǎn)數(shù)， n=1， 2， 3，?， m。 m 值取小 36 一些可以調(diào)高波形頻率，但波形畸變會(huì)增大，增加輸出點(diǎn)雖然可以改善波形，但輸出頻率會(huì)降低，實(shí)踐表明， m 取 64 時(shí)，可以 得到較好的正弦波。用上式計(jì)算的正弦波數(shù)據(jù)如下，將其放在程序中調(diào)用即可。 TAB:DB 140,152,164,176,188,198,208,218,226,234,240,245,253,254,255 DB 254,253,245,240,234,226,218,208,198,188,176,164,152,140,128 DB 115,103,90,79,67,57,47,37,29,21,15,10,5,2,1,0 DB 1,2,5,10,15,21,29,37,47,57,67,79,90,103,115,128 2) 三角波 圖 三角波程序框圖 三角波的產(chǎn)生較為簡(jiǎn)單，因?yàn)樗纳仙刈裱瓟?shù)據(jù)加 1 的規(guī)律，下降沿則按照數(shù)據(jù)減 1 的 規(guī)律 產(chǎn)生。所以在波形的上升沿只要判斷上一次的數(shù)據(jù)是否為最大值 FAH，如果不是最大值，將原數(shù)據(jù)加 1輸出；而在波形的下降沿只要判斷上一次數(shù)據(jù)是否為 0，如果不是 0，將原數(shù)據(jù)減 1 輸出即可，當(dāng)數(shù)據(jù)為 FFH或者 0 時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)整升降標(biāo)志，以便下一次能輸出正確的數(shù)據(jù)。根據(jù)上述編程思想繪制的三角波程序框圖如圖 。 3) 方波 方波 只有兩個(gè)值，可以采用兩個(gè)極端值 0和 FFH，這樣只要將緩沖區(qū)中的數(shù)取出求反后即可。程序如下： MOV DPTR,8000H 讀數(shù)據(jù)緩沖單元 跳出 數(shù)據(jù)輸出后 1 置上升標(biāo)志 Y 數(shù)據(jù)輸出后 +1 Y 置下降標(biāo)志 N 數(shù)據(jù) =00H？ 數(shù)據(jù) =0FAH？ N 是上升沿？ N 37 MOV A,12H MOVX @DPTR,A CPL A MOV 12H,A AJMP ZAD 三種波形的軟件實(shí)現(xiàn)思路到這里就完成了。在實(shí)際操作中，先編出三種波形的程序，單獨(dú)調(diào)試，成功后再加入幅值頻率調(diào)節(jié)和顯示部分。從程序中可計(jì)算出波形頻率的理論值，正弦波的頻率大概在 30～ 650Hz 之間，三角波的頻率在 4～ 95之間，方波的頻率在 10～ 260 之間。 38 第五章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)我作的題目是基于單片機(jī)的波形發(fā)生器，需要設(shè)計(jì)硬件電路并做出電路板，同時(shí)還要對(duì)硬件進(jìn)行軟件編程，產(chǎn)生出符合要求的波形。 在本次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了不少的東西，同時(shí)對(duì)學(xué)過(guò)的東西加深了理解。初次拿到這個(gè)題目的時(shí)候，感覺(jué)很簡(jiǎn)單，就是通過(guò) DA來(lái)輸出波形就是了，可實(shí)際做起來(lái)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)要解決的問(wèn)題好多好多。 我們?cè)诖笕臅r(shí)候?qū)W習(xí)了單片機(jī)，當(dāng)時(shí)感覺(jué)學(xué)的還行，可是當(dāng)設(shè)計(jì)中要用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，我們懂的實(shí)在是太有限了。 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換放在一起使用也是第一次，需要分配好地址，需要安排好采集和轉(zhuǎn)換順序，許 多的問(wèn)題在等著我去處理。編程序的時(shí)候，我用的是匯編，好多需要程序?qū)崿F(xiàn)的功能都編的不順利，如頻率的計(jì)算和顯示部分，還好在老師的指導(dǎo)下，終于完成了。 自己來(lái)畫 PCB 板，交由廠家來(lái)做，對(duì)我們來(lái)說(shuō)還是第一次。幸好有老師的幫助，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了。 在這次設(shè)計(jì)中，我完成了硬件電路的設(shè)計(jì)包括：波形頻率和幅值的采集、單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理、三種波形的切換、 D/A 轉(zhuǎn)換及頻率和幅值的顯示。軟件編程包括：初始化、 A/D 采樣、頻率幅值的計(jì)算和顯示、波形的產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，和對(duì)程序的修改，終于在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)到了預(yù) 期的效果。三角波和方波都實(shí)現(xiàn)的比較好，正弦波稍有點(diǎn)失真。波形的每個(gè)周期之間有些延時(shí)，這個(gè)延時(shí)是程序中每次采集及顯示頻率和幅值所用的時(shí)間。頻率的寬度不是很理想，由于受單片機(jī)的工作頻率的影響，實(shí)際產(chǎn)生的波形的頻率較低。這些方面都有待改進(jìn)，針對(duì)這些不足之處，我會(huì)在這些方面努力學(xué)習(xí)，為日后工作做好準(zhǔn)備。 雖然設(shè)計(jì)有一些缺陷和不足之處，但并不影響總體要求，硬件和軟件的功能都基本實(shí)現(xiàn)了，達(dá)到了預(yù)期的目的。 總體來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)使我學(xué)到了知識(shí)，與同學(xué)和老師拉近了關(guān)系，并懂得了時(shí)間的寶貴。在老師的指導(dǎo)下，自己動(dòng)手完成了一個(gè)項(xiàng) 目，雖有不足，但滿足了基本要求，很令我驕傲和自豪，是我一生難忘的。相信在今后的工作和生活中，我會(huì)以此為信心去做好每一件事情。 39 參考文獻(xiàn) [1] 李伯成 .單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng) [M].清華大學(xué)出版社， 2021， 1～ 20. 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