【正文】 活、可靠性與性價(jià)比高， 易于采購，便于使用與實(shí) 基于單片機(jī) AT89C51 的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 驗(yàn) ， 可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求 ， 并且為系統(tǒng)再拓展留有空間 ， 適用于許多較為復(fù)雜 的 控制應(yīng)用場合 。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷 振蕩均可采用。 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 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。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈 沖。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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 基于單片機(jī) AT89C51 的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。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 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 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。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P1 口： P1 口是一個(gè)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。 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。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 基于單片機(jī) AT89C51 的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 圖 31 AT89C51與 AT89C2051引腳圖 管腳說明 如下描述 ： VCC：供電電壓。 AT89C51 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。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)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。 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)。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用的需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的方便。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為 了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。為滿足控制需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力。 RAM 則為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。 單片機(jī)的特點(diǎn) 1 . 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM 時(shí)嚴(yán)格區(qū)分的。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC 的 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 會(huì)有較大的發(fā)展。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記 Intel 和Philips 的歷史功績。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。 起初模型 即 單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合 在單個(gè)芯片中，是一種高效微控制器，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。本設(shè)計(jì)中最終選用了 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)。近幾年來，許多單片機(jī)開發(fā)廠商也推出了許多基于 80C51 單片機(jī)內(nèi)核的擴(kuò)展型單片機(jī)，產(chǎn)品在保持與 51 單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了很多特性，性能各異。在單片機(jī)家族中， Intel 公司推出的MCS51 系列中的 80C51 是其中的佼佼者 。本設(shè)計(jì)應(yīng)采用通用型單片機(jī)。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同的單片機(jī)控制系統(tǒng)，即有一個(gè)再設(shè)計(jì)的過程。單片機(jī)按其使用目的可以分為通用和專用兩種類型。 AT89C51 LCD 鍵盤控制 DAC0832 運(yùn)放輸出 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 基于單片機(jī) AT89C51 的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 主控電路及主控芯片的選擇 單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)（ Single CHip Microputer）是把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件，包括中央處理單元（ CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序存儲(chǔ)器（ ROM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及輸入輸出接口等部件都集成在一塊芯片上。 圖 21 系統(tǒng)總框圖 各功能模塊介紹 如下： 單片機(jī) 最小系統(tǒng) ：包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 鍵盤 控制電路 ： 用按鍵來控制輸出 波形的 種類和調(diào)節(jié)頻率 D/A 轉(zhuǎn)換 電路 ： 單片機(jī)把待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量輸送到 DAC0832 來把 數(shù)字信號(hào) 轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) 。 基于單片機(jī) AT89C51 的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 方案的結(jié)構(gòu)模塊劃分 本次設(shè)計(jì) 所研究的就是 用單片機(jī)將某種波形所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行輸出，再 通過 D/A 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變化的 5V 的電壓脈沖值，同時(shí)再 通過 液晶 顯示部分顯示其 頻率 值 和波形 名稱。它的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高，在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少，適合學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會(huì)寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除一些，但不能完全濾除掉 ,且價(jià)格 較 高 。 方案四：利用專用直接數(shù)字合成ＤＤＳ芯片的函數(shù)發(fā)生器，能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率，但成本較高。 MAX038 頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 IC。 方案三：利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器，能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。 方案二：可以由 晶體管、運(yùn)放 IC 等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 IC 產(chǎn)生。 幅值范圍 :5V 不變。 技術(shù)指標(biāo)： 可輸出方波、三角波、正弦波 ，頻率可調(diào)。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的信號(hào)為電流形式，因此需要加電流 /電壓轉(zhuǎn)換電路來改變輸出信號(hào)的形式。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。不過現(xiàn)在新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。在民用方面， VXI 模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的 VXI 模塊。目前可以利用可視化編程語言 (如 Visual Basic ,Visual C 等等 )編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣 允許從計(jì)算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來實(shí)現(xiàn)波形的輸入。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡單的公式復(fù)合成 v=f (t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快。不久以后， Analogic 公司推出了型號(hào)為 Data2020 的多波形合成器， Lecroy 公司生產(chǎn)的型號(hào)為 9100 的任意波形發(fā)生器等。 90 年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價(jià)格的函數(shù)發(fā)生器、但是 HP 公司推出了型號(hào)為 HP770S 的信號(hào)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。 在 70 年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、 A/D/和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。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。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài) 信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展歷史 目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。 但市面上能看到 的儀器在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。 在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器?，F(xiàn)在，許多信號(hào)發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測量儀器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。 keyboard control 基于單片機(jī) AT89C51 的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1 目 錄 摘要 ................................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................................... II 第 1 章 引言 ................................................................................................................................... 1 選題背景和意義 ............................................................................................................ 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài) ...................................................................................... 1 信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展歷史 ..................................................................................... 1 信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展特點(diǎn) ..................................................................................... 2 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案 ................................................................................................................... 3 設(shè)計(jì)思想 ........................................................................................................................ 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 ................................................................................................. 3 方案選擇與論證 .................................................................................................. 3 方案的結(jié)構(gòu)模塊劃分 ...........