【正文】 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比 如說(shuō)不懂一些元器件的使用方法，對(duì)單片機(jī)匯編語(yǔ)言掌握得不好 …… 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問(wèn)題，最后在 徐愛(ài)鈞 老師的辛勤指導(dǎo)下，終于 游刃而解 。 致謝 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ,發(fā)現(xiàn) ,提出 ,分析和解決實(shí)際問(wèn)題 ,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié) ,是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程 .隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。 圖 鋸齒波 如圖 鋸齒圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示 縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為。 圖 正弦波圖 如圖 正弦波圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸每小格表示 縱坐標(biāo)為幅值軸每小格為 。如果選擇的是方波，則用查表的方法求出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換 器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，形成所需波形信 號(hào) 。 主程序的流程圖如圖 所示，在程序開(kāi)始運(yùn)行之后，首先是對(duì) 8155 進(jìn)行初始 化，之后判斷 信號(hào)頻率值，如符合所需的頻率，則重置時(shí)間常數(shù)，并通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，不符則返回。單片機(jī)只能產(chǎn)生離散頻率的信號(hào)，所以所得到的信號(hào)頻率不是連續(xù)的，而是離散的頻率點(diǎn)。兩次采樣點(diǎn)的輸出時(shí)間間隔是由定時(shí)、計(jì)數(shù)器來(lái)控制的，因此，通過(guò)控制不同的計(jì)數(shù)初值就可以控制整個(gè)信號(hào)的頻率。 2 頻率控制 單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)只有 0、 1 之分，所產(chǎn)生的信號(hào)也都是離散信號(hào)。其器件模型如圖 所示。 電容 C C2 對(duì)振蕩頻率有穩(wěn)定作用，其容量的選擇為 30pf，振蕩器選擇頻率為12MHz 的石英晶體。 “ S3”號(hào)鍵代表鋸齒波輸出，“ S4”號(hào)鍵為 10Hz 的頻率信號(hào)，“ S5”號(hào)鍵 為 100Hz 的頻率信號(hào)，“ S6”號(hào)鍵為 500Hz 的頻率信號(hào)，“ S7”號(hào)鍵為 1KHz的頻率信號(hào) [3]。 本設(shè)計(jì)中要求用數(shù)碼管顯示輸出信號(hào)的幅度和頻率等信息，而這些信 息在信號(hào)輸出的時(shí)候是不需要時(shí)刻改變的，所以設(shè)計(jì)中選用靜態(tài)數(shù)碼管顯示，由單片機(jī)的串行通信口輸出顯示數(shù)據(jù)。 DAC0832 是電流型輸出，在應(yīng)用時(shí)外接運(yùn)放使之成為電壓型輸出。 該文選用價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制 容易并具有 8 位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 。由單片機(jī)編程即可由單片機(jī)輸出所需要信號(hào)的數(shù)字量，再由 D/A 轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬電流輸出，通過(guò)運(yùn)放轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出。 如圖 所示， AT89C51 從 P0 口接收來(lái)自鍵盤的信號(hào)，并通過(guò) P2 口輸出一些控制信號(hào)，將其輸入到 8155 的信號(hào)控制端，用于控制其信號(hào)的輸入、輸出。模式 1 采用的是 16 位計(jì)數(shù)器，當(dāng) T0 或 T1 被允許計(jì)數(shù)后，從初值開(kāi)始加計(jì)數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時(shí)向 CPU 請(qǐng)求中斷?？梢钥闯鰞蓚€(gè)編碼的各位正好相反。一個(gè)八段數(shù)碼管成為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段 選線（即 a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。讓其接地，這樣給任何一個(gè) LED 得另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。由 WR XFER的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當(dāng) LE2 為高電平時(shí)， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2 的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC 寄存器并開(kāi)始 D/A 轉(zhuǎn)換。D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電 路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。由于 8255 可編程 ,所以必須具有邏輯控制部分，因而 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為 3 個(gè)部分：與 CPU 連接部分、與外設(shè)連接部 分、控制部分。 其各口功能可由 軟件 選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。另外， 該引腳被略微拉高。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。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。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 片內(nèi)振蕩器和時(shí) 鐘電路 管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 的單片機(jī)。 （ 3）利用兩片 DAC0832 實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)的信號(hào)源，（其中一片用來(lái)調(diào)節(jié)幅度，另外一片用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的輸出）。 如果單片機(jī)的晶振為 12MHz，采用定時(shí)器方式 0，則定時(shí)器的初值為： X=213—? T/Tmec () 定時(shí)時(shí)間常數(shù)為： TL =（ 8192—? T） /MOD256 () TH=(8192? T)/256 () MOD32 表示除 32 取余數(shù) （ 3）正弦波的模擬信號(hào)是 D/A 轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出，其計(jì)算公式為： Y=（ A/2sin? t） +A/2 (其中 A=VREF) () ? t=N? T (N=1~256) () 那么對(duì)應(yīng)著存放在計(jì)算機(jī)里的這一點(diǎn)的數(shù)據(jù)為： （ ） （ 4）一個(gè)周期被分離成 256 個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的四種波形的 256 個(gè)數(shù)據(jù)存放在以 TAB1TAB4 為起始地址的存儲(chǔ)器中。 89C51 單片機(jī) 接口 電路 D/A 轉(zhuǎn)換器 濾波放大 輸出 圖 信號(hào)發(fā)生器原理框圖 89C51 是整個(gè)波形發(fā)生器的核心部分，通過(guò)程序的編寫和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號(hào)，并 從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號(hào)幅度的調(diào)節(jié)。 鑒于方案一的信號(hào)頻率不夠穩(wěn)定和方案二的電路復(fù)雜，頻率覆蓋系數(shù)難以達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)，所以決定采用方案三的設(shè)計(jì)方法。 方案二：采用鎖相式頻率合成器，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（ VCO）的輸出頻率鎖定在所需頻率上，該方案性能良好，但難以達(dá)到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且電路復(fù)雜。 研究?jī)?nèi)容 本文是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將采用編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會(huì)大大增加。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過(guò)程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。前者指對(duì)輸出信號(hào)的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號(hào)發(fā)生器。 函數(shù)發(fā)生器亦稱信號(hào)發(fā)生器，主要作為實(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。單片機(jī)在智能儀表、實(shí)時(shí)控制、機(jī)電一體化、辦公機(jī)械、家用電器等方面都有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。文章給出了源代碼，通過(guò)仿真測(cè)試，其性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 【關(guān)鍵詞】： 單片機(jī)； DAC；函數(shù)發(fā)生 器 Design of function generator based on MCU Student:,School of electronics and Information Engneering Teacher: , University Abstract This paper introduces a AT89C51 single chip waveform generator,can produce square wave,triangle wave,sine wave,sawtooth wave and other wave,waveform cycle can be used to change procedures,and in accordance with the need to select the output unipolar or bipolar output,has simple circuit,pact structure,superior performance article gives the source code,through simulation test,performance indexs have reached the design requirements. 【 Key words】： single chip microputer。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。單片機(jī)是 70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路芯片，是 CPU、 RAM、 ROM、 I/O 接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件。當(dāng)前， 8 位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制，如溫度、壓力、流量、計(jì)量和機(jī)械加工的測(cè)量和控制場(chǎng)合；高效能的 16 位單片機(jī)（如 MCS9MK68200）可用在更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、視頻信號(hào)發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號(hào)發(fā)生器。后者是指其輸出信號(hào)的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號(hào)發(fā)生器。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需的 RC 要很大。 利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生低頻信號(hào)，其頻率底線很低。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的頻率和幅度進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。 方案三：采用單片機(jī)編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得信號(hào)頻率的穩(wěn)定性和精度的準(zhǔn)確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價(jià)格便宜，使得硬件的開(kāi)銷達(dá)到最省。當(dāng)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)接口電路到達(dá)轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)也就是所需要的輸出波形。 設(shè)計(jì)功能 （ 1）本方案利用 8155 擴(kuò)展 8 個(gè)獨(dú)立式按鍵， 6 個(gè) LED 顯示器。 （ 4）頻率范圍： 10~1000Hz。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。 主要特性 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 5 個(gè)中斷源 9 GND：接地。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電 阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。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。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 8255 可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。 DAC0832 簡(jiǎn)介 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換