【正文】 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(gè)位，十位，百位調(diào)節(jié)； 頻 率加減控制； 跳出循環(huán)。 圖 按鍵復(fù)位 鍵盤(pán)接口電路 常用的鍵盤(pán)電路一般為矩陣式，但是對(duì)于此設(shè) 計(jì)，為了方便程序的簡(jiǎn)單化，我們采用了一般的 鍵盤(pán)接口，鍵盤(pán)輸出信號(hào)。本 設(shè)計(jì)選擇了按鍵復(fù)位如圖 , 在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按一下開(kāi)關(guān)，就 在 RST 斷出現(xiàn)一段高電平，使 圖 時(shí)鐘電路圖 11 器件復(fù)位。 復(fù)位電路 復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲， 在每個(gè)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(hào)。晶振通常選 用 6MHZ、 12M HZ、 24M H Z。在引 腳 XTAL 1 和 XTAL 2 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(hào)輸出輸出，外接 DAC 0832。 單片機(jī)引腳分配如下： ? XTAL1， XT AL 2：外接晶振，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)； 10 ? RST：復(fù)位電路； ? P0 口：鍵盤(pán)輸出信號(hào)。 在單片機(jī)最小最小系 統(tǒng)中，單片機(jī)從 P1 口接收來(lái)自鍵盤(pán)的信號(hào)，并通過(guò) P0 口輸出 控制信號(hào)，通過(guò) 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(guò) 74LS138 譯碼器控制位選碼，輸出顯示信息。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)功能模塊 相互聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)，通過(guò)單片機(jī)程序構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，其整體電路原理框圖如圖 所示： 鍵盤(pán) 輸入 單片機(jī) LED 顯示 時(shí)鐘 復(fù)位 AT89C51 D/A 轉(zhuǎn)換 放大 電路 波形 顯示 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(hào)發(fā)生器的核心，具有 2 個(gè)定時(shí)器， 32 個(gè)并行 I/O 口， 1 個(gè)串 行 I/O 口， 5 個(gè)中斷源。 顯示管字型碼 要使 顯示管顯示不同的數(shù)字或者字符，需要使端口輸出相應(yīng)的字型碼，顯示器的字形 與字碼關(guān)系如表 ： 表 顯示器字形與字型碼對(duì)應(yīng)關(guān)系表 9 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(gè)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(jiǎn)潔，高效，優(yōu)化，好的硬件電路可以給程序的編寫(xiě)帶來(lái)極大的優(yōu)勢(shì)， 同時(shí)使可以很好的提高該信號(hào)設(shè)計(jì)的精度和靈敏度，使整個(gè)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(shí)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(shí)顯示口隨之增加。 靜態(tài)顯示方式就是顯示器在顯示一個(gè)字符時(shí)，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(shí)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)光二極管的陰極連接在一起， 8顯 示 字 符 字 形 共陽(yáng)極 共陰極 dp g f e d c b a 字 型 碼 dp g f e d c b a 字 型 碼 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0H 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 4 1 0 0 1 1 0 0 1 99H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 0 0 0 0 0 1 1 D7H 8 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 當(dāng)需要顯示某字符時(shí)，只需要將共陰極端接低電平， a h 中某些位接高電平即可。 L ED 顯示 器有共陰極和共陽(yáng)極 2 種形式，其 結(jié)構(gòu)如圖 所示。由 ILE ? CS、 W R 1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當(dāng) LE1 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變 換， LE 1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存； ? XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效； ? WR2： D AC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 圖 DAC0 8 32 原理圖 DAC0832的主要特性參數(shù) ? 分辨率為 8 位；電流穩(wěn)定時(shí)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）； 7 ? 低功耗， 20m W。 8 位輸入鎖存器用于存放主機(jī)送來(lái)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(mén)、與非門(mén)組成的輸入控制 的輸入電路來(lái)控制 2 個(gè)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(xiě)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(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(xiě)時(shí)， P2 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(shí)， P1 口作為第八位地址接收； ? 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(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。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； ? 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(mén)電流。當(dāng) P0 口的 管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。其外形及引腳排列如圖 所示。 4 ?：復(fù)位引腳輸入高電平使 89C 51復(fù)位，返回低電平退出復(fù)位； ____ ____ 出讀選 ________ _號(hào)（負(fù)脈沖）； 第三章 主要電路元器件介紹 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 的低電壓、高性能 CMO S 8 位微處理器，俗 稱單片機(jī)。 （ 4）信號(hào)頻率范圍要求： 1—1KH z。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我 們?cè)谙到y(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，還要在 LED 中顯示 “C OE 學(xué)號(hào)加上后 4 位 ”5 秒鐘，即顯示 “CE O3632”。 設(shè)計(jì)功能 （ 1）本方案利用利用 2 位（ 和 ）控制開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入類型，其中當(dāng) =0， =0 輸出正弦波；當(dāng) =0， =1 輸出三角波；當(dāng) =1， =0 輸出鋸齒波； 當(dāng) =1， =1 輸出方波。單片機(jī)產(chǎn)生 的數(shù)字信號(hào)通過(guò) DAC0832 轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，輸出相應(yīng)的電流值，通過(guò) OP07 集成運(yùn)算放 大器可以取出模擬量得電壓值，最后利用示波器獲得輸出的模擬信號(hào)的波形；衡量數(shù)模 轉(zhuǎn)換的性能指標(biāo)有分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、精度、線性度等。其步驟主要是 a、判斷是否有鍵按下； b、去 抖動(dòng)，延時(shí) 20ms 左右； c、識(shí)別被按下的鍵號(hào)； d、處理，實(shí)現(xiàn)功能。時(shí)鐘信號(hào)常用于 CPU 定時(shí)和計(jì)數(shù)。 （ 2）時(shí)鐘信號(hào)是產(chǎn)生單片機(jī)工作的時(shí)鐘信號(hào)，控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，可以通 過(guò)提高時(shí)鐘頻率來(lái)提高 CPU 的速度。其 各個(gè)模塊的工作原理如下： （ 1）復(fù)位電路是為單片機(jī)復(fù)位使用，使單片機(jī)接口初始化； 89C51 等 CMO S51 系列 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RET 是施密特觸發(fā)輸入腳，內(nèi)部有一個(gè)上拉低電阻，當(dāng)振蕩器起振以 后，在 RST 引 腳上輸出 2 個(gè)機(jī)械周期以上的高電平，器件變進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)開(kāi)始，此時(shí) ALE、 PSEN、 P0、 P P P4 輸出高電平， RST 上輸入返回低電平以后，變退出復(fù)位狀態(tài)開(kāi)始 工作。 該信號(hào)發(fā)生器原理框圖如圖 ，總體 原理為：利用 AT89C51 單片機(jī)構(gòu)造低頻信號(hào)發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，鋸 齒波四種波形，通過(guò) C 語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)的編程即可產(chǎn)生相應(yīng)的波形信號(hào)，并可以通過(guò)鍵盤(pán) 進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號(hào)頻率的控制，當(dāng)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)也 就得到所需要的信號(hào)波形，通過(guò)運(yùn)算放大器的放大輸出波形，同時(shí)讓顯示器顯示輸出的 波形信息。 設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介 該設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)低頻信號(hào)發(fā)生器，我們采用的是 AT89C51 單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的 輸出。 方案一輸出信號(hào)頻率不夠穩(wěn)定；方案二成本高，程序復(fù)雜度高；方案三，軟硬件結(jié) 合，硬件成本低，軟件起點(diǎn)低，優(yōu)化型相對(duì)比較好，容易實(shí)現(xiàn)，且滿足設(shè)計(jì)要求。所需的輸出波形可由在 A0 和 A1 輸入端設(shè)置適當(dāng)?shù)拇a來(lái)選擇，且具有輸出頻率范圍寬、波形穩(wěn)定、失真小、使 用方便等特點(diǎn)。 方案二：利用芯片組成的電路輸出波形， M A X038 是 MAXIM 公司生產(chǎn)的一個(gè)只需要很 少外部元件的精密高頻波形產(chǎn)生器，他 能產(chǎn)生準(zhǔn)確的高頻正弦波、三角波、方波。本文利用單片機(jī)構(gòu)造低頻信號(hào)發(fā)生器， 可 產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，鋸齒波四種波形，再通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 把數(shù)字信 號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，經(jīng) OP07 放大輸出到示波器，與此同時(shí)外接 8 位 LED 顯示輸出信號(hào) 的類型和頻率。 第二章 信號(hào)發(fā)生器方案設(shè)計(jì)與選擇 信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：介紹各單元電路設(shè)計(jì)，主要介紹單片機(jī)主控制器，信號(hào) 產(chǎn)生電路、顯示電路、鍵盤(pán)電路等 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)：介紹各子程序的算法和流程，包括主程序、方波、鋸齒 波、三角波、正弦波的信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)碼管顯示、鍵盤(pán)掃描、按鍵處理等。并且 可以通過(guò)數(shù)碼管和鍵盤(pán)顯示模塊，鍵盤(pán)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)幾種波形的切換。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的頻率和 1 幅度進(jìn)行程序的編寫(xiě)，并將所寫(xiě)程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。以滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)π盘?hào)源的要求。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)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(jiǎn)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)? 被廣泛應(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(guò) 程控制等領(lǐng)域。在通信、廣播、電視系統(tǒng)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。各種 波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。經(jīng)測(cè) 試該設(shè)計(jì)方案線路優(yōu)化，結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)越， 滿足設(shè)計(jì)要求。 重慶大學(xué) 電類課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題名稱 基于單片機(jī)的低頻信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 專 班 業(yè) 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2020 年 6 月