【正文】 圖 3 C8051F340 系統(tǒng)框圖 19 C8051F340 的最小系統(tǒng)圖 圖 4 C8051F340 最小系統(tǒng)圖 C8051F340 內(nèi)部含有數(shù)字和模擬資源可以通過 40 個 I/O 引腳使用，每個端口引腳都可以被定義為通用 I/O（ GPIO）或模擬輸入。端口 I/O和 /RST引腳都容許 5V的輸入信號電壓。電源電壓大于 時，必須使用內(nèi)部穩(wěn)壓器。兩個 C2 接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。多達(dá) 40 個端口 I/O（容許 5V 輸入） 具有片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD 監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F340/1/2/3/4/5/6/7 器件是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。 具有 5 個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計(jì)數(shù)器 /定時器陣列 （ PCA） C、增強(qiáng)型 UART（最多兩個）和增強(qiáng)型 SPI串行接口 多達(dá) 4352 字節(jié)片內(nèi) RAM（ 256+4KB） 精確校準(zhǔn)的 12MHz 內(nèi)部振蕩器和 4 倍時鐘乘法器 片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和和溫度傳感器 電源穩(wěn)壓器 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 17 主電路設(shè)計(jì)及原理 單片機(jī)電路模塊 C8051F340 介紹 C8051F340/1/2/3/4/5/6/7 器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU，下面列出了一些主要特性： 其中，在 D/A 轉(zhuǎn)換部分用到了 1片 DAC0832 和 1 塊 LM358 運(yùn)放， DAC0832 輸出電壓輸給 LM358，由 LM358來把幅值電壓放大，再由可調(diào)電阻去控制最終輸出的幅值電壓，頻率的變化可按“頻率加”和“頻率減”來實(shí)現(xiàn)。 15 同時該信號源設(shè)計(jì)尚存在的不足之處，主要有兩個方面，第一為缺乏頻率準(zhǔn)確顯示的手段，可以配備相應(yīng)的數(shù)字頻率計(jì)模塊，但如何將顯示的精度與信號源的頻段配合有待討論研究；第二為 D/A 轉(zhuǎn)換時可以加一個鎖存器，并且放大電路有待進(jìn)一步改進(jìn)使其具有更強(qiáng)的輸出能力 16 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 本次設(shè)計(jì)的核心芯 片采用的是單片機(jī) C8051F340， 編程語言是用 C語言來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)?？墒窃诜抡鏁r依然存在很多的問題，開始的時候是仿真出不了波形，之后改了改電路的一根線，出現(xiàn)了。此法的頻率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高 ,整機(jī)自動化程度高 ,性能優(yōu)良 ,具有很高的實(shí)用價值。 tp=0。 ss1=tosin[s1]。amp。電路較為簡單，成本較低。再判斷若有按鍵按下，則計(jì)算相關(guān)參數(shù)，一方便利用中斷定時和查詢查表輸出波形，另一方便送段選口和位 選口數(shù)據(jù)使 LED 顯示相關(guān)波形類型和頻率，最后反饋回去構(gòu)成循環(huán)，判斷按鍵相關(guān)信息。最后通過示波器顯示輸出的波形。我們采用了 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該芯片具由 8位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換控制電路四部分構(gòu)成。最后通過示波器顯示輸出的波形。我們采用了 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該芯片具由 8位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換控制電路四部分構(gòu)成。最后通過示波器顯示輸出的波形。我們采用了 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該芯片具由 8位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換控制電路四部分構(gòu)成。使用 74LS138 譯碼器，利用 控制數(shù)碼管的位選。 顯示電路用于顯示信號的波形種類和信號的頻率，并且使系統(tǒng)能根據(jù)按鍵實(shí)時顯示先關(guān)信息。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。； 、 、 頻率個位，十位，百位調(diào)節(jié)； 頻率加減控制； 跳出循環(huán)。 11 圖 按鍵復(fù)位 鍵盤接口電路 常用的鍵盤電路一般為矩陣式，但是對于此設(shè)計(jì)，為了方便程序的簡單化，我們采用了一般的鍵盤接口，鍵盤輸出信號。本設(shè)計(jì)選擇了按鍵復(fù)位如圖 ,在系統(tǒng)運(yùn)行時，按一下開關(guān)，就在 RST 斷出現(xiàn)一段高電平，使器件復(fù)位。 圖 時鐘電路圖 復(fù)位電路 復(fù)位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。晶振通常選用 6MHZ、12MHZ、 24MHZ。在引腳 XTAL1和 XTAL2 外接晶體振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。 為 74LS138 片選碼。 ?P1 口： 8位數(shù)字信號輸出輸出，外接 DAC0832。 單片機(jī)引腳分配如下： ?XTAL1， XTAL2：外接晶振，產(chǎn)生時鐘信號； ?RST：復(fù)位電路； ?P0 口：鍵盤輸出信號。在單片機(jī)最小最小系統(tǒng)中，單片機(jī)從 P1 口接收來自鍵盤的信號，并通過 P0 口輸出控制信號，通過 DA轉(zhuǎn)換芯片最終由示波器顯示輸出波形， P2控制顯示器段選碼， P3 口 通過 74LS138 譯碼器控制位選碼，輸出顯示信息。結(jié)構(gòu)簡單，思路僅僅有條，而根據(jù)設(shè)計(jì)的基本要求，我們又把其細(xì)分為不同的功能模塊，各個功能模塊相互聯(lián)系，相互協(xié) 調(diào)，通過單片機(jī)程序構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體，其整體電路原理框圖如圖 所 示 ： 圖 硬件原理框圖 單片機(jī) AT89C51 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 89C51 單片機(jī)是該信號發(fā)生器的核心，具有 2 個定時器， 32 個并行 I/O 口， 1個串行 I/O口， 5個中斷源。 第四 章單元電路的硬件設(shè)計(jì) 硬件原理硬件電路的設(shè)計(jì)決定一個系統(tǒng)的的功能，是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)所在，而一般設(shè)計(jì)的目標(biāo)：可靠，簡潔，高效，優(yōu)化，好的硬件電路可以給程序的編寫帶來極大的優(yōu)勢，同時使可以很好的提高該信號設(shè)計(jì)的精度和靈敏度，使整個系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)有序。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)是顯 示穩(wěn)定，提高了工作效率，缺點(diǎn)是位數(shù)較多時顯示口隨之增加。 靜態(tài)顯示方式就是顯示器在顯示一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，例如 a、 b、 c、 e、 f導(dǎo)通， g截 止時顯示“ 0”，這種使顯示器顯示字符的字形數(shù)據(jù)常稱為段數(shù)據(jù)。共陰極顯示器是發(fā)光二極管的 8 陰極連接在一起，當(dāng)需要顯示某字符時，只需要將共陰極端接低電平， ah 中某些位接高電平即可。 LED顯示器有共陰極和共陽極 2種形式，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。由 ILE CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當(dāng) LE1 為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變 換， LE1 的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存； ?XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效；?WR2： DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 的主要特性參數(shù) ?分辨率為 8 位；電流穩(wěn)定時間 1us； ?可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； ?只需在滿量程下調(diào)整其線性度； ?單一電源供電（ +5V～ +15V） ?低功耗， 20mW。 8位輸入鎖存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字得到緩沖和鎖存，并加以控制； 8位 DAC寄存器用于存放存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，并加以控制； 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流，由與門、與非門組成的輸入控制的輸入電路來控制 2 個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)，其原理框圖如 。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口如表 。 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。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(jìn)行讀寫時， P2 6 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)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。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)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。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。其外形及引腳排列如 圖 所示。（ 5）輸出信號幅度： 0～ 3V 第三章主要電路元器件介紹 單片機(jī)簡介 單片機(jī)簡介 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié) FLASH 存儲器的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 （ 3）利用 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，并通過集成運(yùn)算放大器將信號放大，輸出信號能夠在 Proteus 軟件中的示波器中顯示。 （ 2）本方案輸出利用 8位 LED顯示器，該顯示器為共陰極，輸入段選碼低電平有效，用于顯示輸出信號的類型和頻率，如 1KHz 正弦波，顯示為 。 鍵盤輸入 AT89C51 單片機(jī) UA741 運(yùn)算放大 數(shù) / 模轉(zhuǎn)換器 接 口電路 4 LED 顯示器用由若干個發(fā)光二極管按一定的規(guī)律排列而成，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光用 于是顯示相關(guān)輸出波形的信息，包括信號的類型和頻率。 （ 4） D/A 轉(zhuǎn)換也稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換，是把數(shù)字量變換成模擬量的線性電路。 （ 3）鍵盤模塊是是用于控制信號輸入的類型，當(dāng)按鍵按下時，可以通過單片機(jī)編 程讀取閉合的鍵號，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信號輸出。 89C51 內(nèi)部有一個可控的反相放大器，引腳 XTAL XTAL2為反相放大器輸入端和輸出端，在 XTAL XTAL2 上外接 12MHZ 晶振和 30pF 電容便組成振蕩器。該方案采 用的是人工開關(guān)復(fù)位，在系統(tǒng)運(yùn)行時，按一下開關(guān)，就在 RST 斷出現(xiàn)一段高電平，使器件復(fù)位。 輸出 圖 信號發(fā)生器原理框圖 本方案其主要模塊包括復(fù)位電路、時鐘信號、鍵盤控制、 D/A 轉(zhuǎn)化及 LED顯示。該單片機(jī)是一個微型計(jì)算機(jī)，包括中央處理器 CPU， RAM， ROM、 I/O 接口電路、定時計(jì)數(shù)器、串行通訊等，是波形設(shè)計(jì)的核心。綜合考慮，我們采用了方案三，用 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)低頻信號發(fā)生器，能夠滿足信號的頻率穩(wěn)定性和精度的準(zhǔn)確行。 方案三：采用 Atmel 公司的 AT89C51 單片機(jī)編程方法實(shí)現(xiàn)，該方法的可以通過編程的方法控制信號波形的頻率和幅度，而在硬件電路不便的情況下，通過程序?qū)崿F(xiàn)頻率的 變化和輸出波形的選擇，并同時在顯示器顯示相應(yīng)的結(jié)果。輸出頻率和占空比可以通過調(diào)整電流、電壓或電阻來分別地控制。 方案的設(shè)計(jì)與選擇 方案 一：采用單片函數(shù)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波等，操作簡單易行，用 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)節(jié)電壓，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號的頻率穩(wěn)定度不高。按信號波形可分為正弦信號、波形信號、脈沖信號和隨機(jī)信號發(fā)生器等四大類。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。因 其應(yīng) 用廣 泛，種類繁多，特性各異，分類也不盡一致。單片機(jī)具有集成度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用 方便、實(shí)現(xiàn) 模塊 化、可靠性 高、處理 功能 強(qiáng)、速 度快 等特 點(diǎn)，因?yàn)楸粡V泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域?？梢娦盘栐丛陔娮釉囼?yàn)和測試處理中，并不測量任何參數(shù)，而是根據(jù)使用者的要求，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以達(dá)到測試的需要。 信號源是根據(jù)用戶對其波形的命令來產(chǎn)生信號的電子儀器 。能夠產(chǎn)生多種波形，如方波、鋸齒波、三角波、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。 關(guān)鍵詞： 函數(shù)信號發(fā)生器 單片機(jī) 數(shù)碼管 按鍵 D/A 轉(zhuǎn)換 目 錄 1 前言 .......................................................................................................................................... 1 選題 背景 ............................................................................................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..............................