【正文】 RESET ：復(fù)位，低電平有 效。在此次設(shè)計中只用 555芯片作多諧振蕩器產(chǎn)生外部時鐘信號，在此只對此項功能進(jìn)行簡要介紹。 表 38 8255A控制字各位 功能 位 功能 D7 為 1 時，表示為工作方式控制字；為 0 時，表示 C 口置位控制字 D6 A 口工作方式選擇： 00—方式 0； 01—方式 1； 1X—方式 2 D5 D4 A 口輸入輸出選擇： 1—輸入； 0—輸出 D3 C 口高位輸入輸出選擇： 1—輸入； 0—輸出 D2 B 口工作方式選擇： 0—方式 0； 1—方式 1 D1 B 口輸入輸出選擇： 1—輸入； 0—輸出 D0 C 口低位輸入輸出選擇： 1—輸入； 0—輸出 167。 表 37 8255A內(nèi)部寄存器對應(yīng)口線 A0 A1 寄存器 0 0 A 口數(shù)據(jù)寄存器 1 0 B 口數(shù)據(jù)寄存器 0 1 C 口數(shù)據(jù)寄存器 1 1 控制寄存器 8255A 在使用前要寫入一個方式控制字，選擇 A、 B、 C 三個端口各自的工作方式， 其控制字格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 其中各位含義見 表 38。 VCC：運行時加 +5V 電壓。 PC0~PC7： C 口數(shù)據(jù)線，也可作為和外設(shè)的聯(lián)絡(luò)線。在本次設(shè)計中 8255A 主要是用于對單片機的 I/O 口進(jìn)行擴展 [17]。 167。 Vcc： 電源輸入線 (+5v~+15v) Vref： 基準(zhǔn)電壓輸入線 (10v~+10v) AGND： 模擬地 ， 摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地 。當(dāng)輸入全為 1 時 Iout1 最大。 WR1 ：為輸入寄存器的寫選通信號。 （ 5） 電壓輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器。 （ 2） 與所有通用微處理器可直接連接。 其中， 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路是核心部件，它的內(nèi)部采用了 256 級的倒 R—2R 電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由電流開關(guān)電路控制基準(zhǔn)電壓 VREF，提供電阻網(wǎng)絡(luò)的電流來進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，因此轉(zhuǎn)換速度較快。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。由于在此系統(tǒng)中我們只用到定時器中斷，在此只對單片機中斷系統(tǒng)的中斷允許控制字 IE進(jìn)行說明，其他關(guān)于中斷系統(tǒng)的相關(guān)知識請參見 [1]相應(yīng)章節(jié) 。計數(shù)溢出時， TF x 置位。方式 1 時的結(jié)構(gòu)圖 如圖 32。 表 32 控制寄存器 —TCON 各位功能 位 名稱 功能 D7 TF1 定時器 /計數(shù)器 T1 的溢出標(biāo)志 D6 TR1 定時器 /計數(shù)器 T1 的運行控制位 D5 TF0 定時器 /計數(shù)器 T0 的溢出標(biāo)志 D4 TR0 定時器 /計數(shù)器 T1 的運行控制位 D3 IE1 外部中斷 1 請求標(biāo)志位 D2 IT1 外部中斷 1 請求標(biāo)志位出發(fā)類型選擇 D1 IE0 外部中斷 0 請求標(biāo)志位 D0 IT0 外部中斷 0 請求標(biāo)志位出發(fā)類 型選擇 （ 3） 數(shù)據(jù)寄存器 TH TL1 和 TH0、 TL0 T0、 T1 各有 1 個 16 位的數(shù)據(jù)寄存器，它們都是由高 8 位寄存器和低 8位寄存器組成，這四個寄存器的地址如 表 33 所示 。在單片機的 T0、 T1 引腳施加一個 1 到 0 的跳變，計數(shù)器加 1，即為計數(shù)功能；在單片機內(nèi)部對機器周期或其分頻進(jìn)行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。 PSEN 可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。輸入編程脈沖（ PROG ）。 ALE/ PROG ： 地址鎖存允許信號，輸出。 （ 3） 控制線 RST： 復(fù)位輸入 信號，高電平有效 。 T0，定時 /計數(shù)器 0 的 外部輸入 端，輸入。具體功能表述如下： RXD，串行輸入口，輸 入。 P3 口 ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P2 口 ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P0 口（作為總線時）能驅(qū)動 8 個LSTTL 負(fù)載。 P0 口 ： 8 位漏級開路雙向 I/O 口 。 GND： 接地。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳 相兼容。 主要 芯片介紹 為了便于對下章硬件電路進(jìn)行說明，本節(jié)將對設(shè)計中 起主要作用的一些芯片進(jìn)行介紹，如 89C51[11]、 8255A[12]、 DAC0832[13]、 DAC90 555[14]、 74161。 167。 硬件波形發(fā)生器設(shè)計框圖 本系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)，鍵盤電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，串行 通信 模塊，USB 供電模塊，由外部時鐘和分頻電路組成的調(diào)頻模塊以及 8255A 芯片，SRAM 芯片組成。 167。由于設(shè)計時 RAM 的輸入和輸出不是同步進(jìn)行的，可以運用鎖存器去 控制不同執(zhí)行階段數(shù)據(jù)的傳輸方向，具體方法請參見第四章 節(jié) 。 由于此次設(shè)計是將波形離散成 256 個波形數(shù) 據(jù)，所以對 RAM 容量的要求大于 256B 即可。 167。因此本次設(shè)計最初對 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇提供了如下兩種方案： 方案一：采用 8 位高速 D/A 轉(zhuǎn)換器（如 DAC908,TLC7524）進(jìn)行設(shè) 計。 167。方案二運用液 晶顯示可以顯示點陣字母和數(shù)字信息，速度快，功耗低，體積小，但是硬件價格較貴，且編程相對于 LED 較難。 顯示模塊方案設(shè)計 方案一 ：采用 LED 七段數(shù)碼管對波形類型、頻率和幅度進(jìn)行顯示。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 方案一按 鍵的數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，執(zhí)行效率高。 綜合考慮而言， 硬件波形發(fā)生器設(shè)計 選擇方案一， 程控波形發(fā)生器設(shè)計選擇方案三。 方案三：采用兩片 DAC0832 串接在一起，即第一片 DAC 的電壓輸出接第二片 DAC 的基準(zhǔn)電壓 Vref 引腳。 調(diào)幅方案設(shè)計 在此之前，首先需要說明 DAC0832 的輸出電壓的計算方法： 82VrefVo N?? (211) 其中 Vref 為 DAC0832 的基準(zhǔn)電壓 ， N 為單片機送給 DAC0832 的 8 位數(shù)字量。方案二是靠軟件來實現(xiàn)調(diào)頻，綜合可以看出此種方案的有效頻段為 到 1953Hz，在此范圍內(nèi)輸出波形頻率連續(xù)可調(diào)。當(dāng)然通過對定時器初值的設(shè)定可以改變波形 的頻率。（具體方法參見第四章 節(jié) ） 方案 二 ：通過對單片機的定時器（具體參見第三章 節(jié)第 3 部分 ）的編程來實現(xiàn)調(diào)頻。 167。另外 FPGA 相對于單片機的編程起點較高，增加編程的難度。 方案三：選用專用于波形發(fā)生器的集成微處理器 8XC196MC/MD 作為控制器。下面分別予以介紹。 綜上所述，本次設(shè)計采用方案四和方案五進(jìn)行兩種不同應(yīng)用領(lǐng)域的波形發(fā)生器設(shè)計。由于這個問題也就造成了此種方案無法像方案四中那樣實現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。 方案五 ―硬件波形發(fā)生器設(shè)計 ‖[9]首先它運用單片機將波形數(shù)據(jù)寫入SRAM 中，然后由外部時鐘源控制 SRAM 向 D/A 轉(zhuǎn)換器輸送數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 方案四 ―程控波形發(fā)生器設(shè)計 ‖[8]是運用軟件編寫波形子程序，并通過單片機將數(shù)據(jù)向 D/A 轉(zhuǎn)換器的傳輸。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 對以上五個方案進(jìn)行比較，可以得出如下結(jié)論： 方案一由于采用分立元件， 模擬信號容易受到干擾 難以保證高的精度（如放大器有飽和失真、截止失真 、交越失真，集成電路難免有零點漂移），且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備體積較大，不便于波形參數(shù)的調(diào)節(jié)。 方案四：對 51 單片機進(jìn)行編程，在單 片機 ROM 中寫入各種波形子程序，使其根據(jù)按鍵設(shè)定產(chǎn)生相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)，波形數(shù)據(jù)送入 D/A 轉(zhuǎn)換芯片DAC0832 從而輸出相應(yīng)的波形。 圖 21 采用分立元件構(gòu)成的簡易波形發(fā)生器 方案二：采用單片機控制的單片函數(shù)發(fā)生器（如 8038 芯片）來進(jìn)行波形發(fā)生器的設(shè)計。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2章 波形發(fā)生器系統(tǒng)方案設(shè)計及選擇 167。第四章對系統(tǒng)兩種設(shè)計方案的硬件電路各模塊的設(shè)計及工作方法分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。 章節(jié)安排 本文對基于單片機的波形發(fā)生器設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的說明，共分 六章。 （ 3） 擴展有顯示輸出模塊顯示當(dāng)前輸出波形的類型、頻率和 峰值 信息。 本文研究的主要內(nèi)容 本次設(shè)計的任務(wù)是運用新一代高性能數(shù)字芯片設(shè)計一種使用方便，性能良好的獨立式波形發(fā)生器。但是總的來說，這些設(shè)計產(chǎn)品價格昂貴主要應(yīng)用于航空、軍事等高端領(lǐng)域，在日常民用方面并沒有形成自己真正的產(chǎn)業(yè)。 167。 早期的任意波形發(fā)生器主要著重音頻等低頻頻段，現(xiàn)在的任意波形發(fā)生器已擴展到射頻頻段，目前任意波形發(fā)生器的帶寬可以達(dá)到 2GHz，足夠仿真許多移動通信、衛(wèi)星電視的復(fù)雜信號。其中最具代表性的是 HP 公司推出的 HP70S 信號模擬裝置系統(tǒng)，它由HP8770A 任意波形數(shù)字化和 HP1776A 波形發(fā)生軟件組成。但是由于這時期的設(shè)計主要采用軟件去實現(xiàn)程控波形的功能，所以也就帶來了一些問題，即由于 CPU 工作頻率的制約使得設(shè)計產(chǎn)品只能輸出低頻波形。這種波形發(fā)生器電路尺寸大，價格貴，功耗高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能單一，且由于模擬器件存在漂移輸出波形的幅度穩(wěn)定性差。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，波形發(fā)生器實現(xiàn)了從定性分析的測試儀器到用于測試接收機的標(biāo)準(zhǔn)波形發(fā)生器的轉(zhuǎn)變。如今作為電子系統(tǒng) ―心臟 ‖的信號源的性能很大程度上決定了電 子設(shè)備和系統(tǒng)的性能的提高。以便于讀者能夠通過本篇文章對本次設(shè)計全面理解。硬件波形發(fā)生器設(shè)計中，單片機執(zhí)行程序產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)或從上位機接受波形數(shù)據(jù)寫入外部 RAM 中，然后由外部電路控制從 RAM 中取出波形數(shù)據(jù)送于 DAC 轉(zhuǎn)換輸出波形，本方案雖然無法像程控方案那樣方便的調(diào)節(jié)波形信息，但是可以產(chǎn)生高頻波，且具有良好的可升級性，可以用于對高頻信號需求的領(lǐng)域。所以說研制一種功能齊全、使用方便的波形發(fā)生器十分重要。雷達(dá)、通信、宇航、遙控遙測技術(shù)和電子系統(tǒng)等領(lǐng)域都隨處可見波形發(fā)生器的應(yīng)用。 硬件波形發(fā)生器仿真結(jié)果 .............................................54 167。 數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序 .............................................................48 第 6 章 PCB 設(shè)計與系統(tǒng)調(diào)試 ...........................................................49 167。 定時器中斷子程序 ......................................................... 43 167。 主程序 ............................................................................. 40 167。 按鍵模塊 ......................................................................... 37 167。 單片機最小系統(tǒng)及 I/O 擴展模塊 .................................. 33 167。 波形產(chǎn)生及調(diào)幅模塊 ..................................................... 30 167。 編程軟件 Keil C51 ......................................................... 28 167。 定時器 555 ......................................................................25 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） V 167。 主要芯片介紹 .........................................................................15 167。 系統(tǒng)總體框圖 .........................................................................13 167。 按鍵方案設(shè)計 .................................................................10 167。 子系統(tǒng)模塊方案選擇 .............................................................. 7 167。 選題意義 .................................................................................. 3 167。 關(guān)鍵詞 ： 波形發(fā)生器 ， 單片機 ， DAC0832，程控波形發(fā)生器設(shè)計 ， 硬件波形發(fā)生器設(shè)計 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II THE DESIGN OF WAVEFORM GENERATOR BASED ON 51 MCU ABSTRACT Waveform generators are widely used in the electronics industry, automatic con