【導(dǎo)讀】HuangPengyong. Abstract. 1Introduction

　　

【正文】 A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。波形發(fā)生器是一種數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生器，在調(diào)試硬件時(shí)，常常需要加入一些信號(hào)，以觀察電路工作是否正常。用一般的信號(hào)發(fā)生器，不但笨重，而且只發(fā)一些簡(jiǎn)單的波形，不能滿足需要。例如用戶要調(diào)試串口通信程序時(shí)，就要在計(jì)算機(jī)上寫好一段程序，再用線連接計(jì)算機(jī)和用戶實(shí)驗(yàn)板，如果不正常，不知道是通訊線有問(wèn)題還是程序有問(wèn)題。用E2000/L的波形發(fā)生器功能，就可以定義串口數(shù)據(jù)。通過(guò)邏輯探勾輸出，調(diào)試起來(lái)簡(jiǎn)單快捷?；趩纹瑱C(jī)的簡(jiǎn)易波形發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源,它廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和其他科研領(lǐng)域。目前, 簡(jiǎn)易波形發(fā)生器的構(gòu)成方法有很多,例如采用DDS(Direct2Digital Synthesis)型的任意波發(fā)生器、采用專用的信號(hào)發(fā)生芯片MAX038以及傳統(tǒng)的AWG 。本設(shè)計(jì)源于2007年全國(guó)大學(xué)生電子制做大賽,通過(guò)分析比較后采用傳統(tǒng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多功能波形發(fā)生器。借助高性能單片機(jī)運(yùn)算速度高,系統(tǒng)集成度強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)的這種信號(hào)發(fā)生器,比以前的數(shù)字式信號(hào)發(fā)生器具有硬件簡(jiǎn)單,理解及實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易,該方案的設(shè)計(jì)思路較為清晰,且容易對(duì)頻率和幅值進(jìn)行控制等優(yōu)點(diǎn)。低頻信號(hào)發(fā)生器采用單片機(jī)波形合成發(fā)生器產(chǎn)生高精度，低失真的正弦波電壓，可用于校驗(yàn)頻率繼電器，同步繼電器等，也可作為低頻變頻電源使用。 以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術(shù),通過(guò)硬件電路和軟件程序相結(jié)合,可輸出自定義波形,如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設(shè)計(jì)原理。介紹了單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)的硬件電路和軟件編程、DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器的原理和使用方法、AT89C52以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片、關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號(hào)的信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案。該信號(hào)發(fā)生器具有體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點(diǎn)。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方案：利用AT89C52單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、矩形波三種波形，再通過(guò)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(lái)，通過(guò)鍵盤來(lái)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）、三種波形可通過(guò)鍵盤選擇 3）、波形頻率可調(diào) 4）、需顯示波形的種類及其頻率 器件選擇 通過(guò)單片機(jī)控制D/A，輸出三種波形。 AT89C52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。 采用LCD液晶顯示器1602。其功率小，效果明顯，顯示編程容易控制，可以顯示字母。 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數(shù)字顯示的方案。將設(shè)計(jì)任務(wù)分解為按鍵電路、液晶顯示電路等模塊。 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)89C52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(jiǎn)單﹑可靠。用89C52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89C51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)只能用作一些小型的控制單元。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52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(zhǎng)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。 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1μs，滿量程誤差為177。1LSB，參考電壓(+10/span10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。從圖31中可見，在DAC0832中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號(hào)為ILE，第二級(jí)鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào) /XFER。當(dāng)ILE為高電平，片選信號(hào) /CS 和寫信號(hào) /WR1為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號(hào)為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng) /WR1由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)成為低電平，此時(shí)，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(duì)第二級(jí)鎖存來(lái)說(shuō)，傳送控制信號(hào) /XFER 和寫信號(hào) /WR2同時(shí)為低電平時(shí)，二級(jí)鎖存控制信號(hào)為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) /WR2由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到DAC寄存器中。圖23中其余各引腳的功能定義如下：(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(lái)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。(8) DGND ：數(shù)字量地。R1是耦合電阻，R2,R3都為分壓式反饋電阻。R2和R1的電壓比例為1：2，OUT2的電壓為5v~0v,在第二級(jí)運(yùn)放中要把5v~0v之間的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?v~5v，即第一級(jí)運(yùn)放轉(zhuǎn)換成電壓量的值沒增加或減少1v,第二級(jí)運(yùn)放產(chǎn)生的電壓就減少或增加2v。 LED顯示器接口電路 常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管和LED十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器，用于字符顯示）1．?dāng)?shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，“.”。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。2. 數(shù)碼管工作原理 共陽(yáng)極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起。，則該數(shù)碼管導(dǎo)通并點(diǎn)亮。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。公共陰極接低電平（一般接地）當(dāng)某個(gè)陽(yáng)極接高電平，則該數(shù)碼管并點(diǎn)亮。 波形產(chǎn)生原理及模塊設(shè)計(jì)波形產(chǎn)生的原理： 內(nèi)存中首先存儲(chǔ)波形的數(shù)字量值數(shù)組tosin。 52單片機(jī)讀取數(shù)組中的值，送入D/A轉(zhuǎn)換器； D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬量輸出； D/A輸出的模擬電流量通過(guò)運(yùn)放轉(zhuǎn)換成電壓量輸出。 由單片機(jī)采用編程方法產(chǎn)生三種波形、通過(guò)DA轉(zhuǎn)換模塊DAC0832在進(jìn)過(guò)濾波放大之后輸出。 顯示模塊的設(shè)計(jì)通過(guò)液晶1602顯示輸出的波形、頻率，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P1口，其三個(gè)使能端RS、RW、—。通過(guò)軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。結(jié) 論通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。并且通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)了我分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更難的應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。同時(shí)培養(yǎng)了我撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書的能力。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前還做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多。對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì)，其硬件電路是比較簡(jiǎn)單的，主要是解決程序設(shè)計(jì)的問(wèn)題，而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問(wèn)題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中大部分時(shí)間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān)鍵的問(wèn)題所在，這需要對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說(shuō)單片機(jī)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對(duì)硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對(duì)之靈活應(yīng)用。完成這次設(shè)計(jì)后，我在書本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上又有了更深層次的理解。同時(shí)在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我還學(xué)會(huì)了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶而還會(huì)遇到錯(cuò)誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。對(duì)該理論在實(shí)踐中應(yīng)用的深刻理解，通過(guò)把波形在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，知道和理解該理論在計(jì)算機(jī)中怎樣執(zhí)行的，對(duì)該理論在實(shí)踐中的應(yīng)用更深刻的理解，激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性，在這次課程設(shè)計(jì)中，我就是按通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，全面系統(tǒng)了解編譯原理課程序構(gòu)造的一般原理的基本實(shí)現(xiàn)方法。把死板的課本知識(shí)變得生動(dòng)有趣，激發(fā)了我的學(xué)習(xí)積極性。參 考 文 獻(xiàn) 1 戴仙金主編 51單片機(jī)及其C語(yǔ)言匯編程序開發(fā)實(shí)例 清華大學(xué)出版社，20082 高吉祥主編 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程 電子工業(yè)出版社，20073 楊素行主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程 高等教育出版社，20074 蔣輝平主編 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 2007