【正文】 計(jì)時(shí)器和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，再直接查詢程序中預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)值，通過(guò)轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的電壓，從而形成所需的各種波形。由于這部分計(jì)算位數(shù)較多，不適合用單 片機(jī)編程來(lái)計(jì)算計(jì)數(shù)初值，所以本設(shè)計(jì)中將各頻率的計(jì)數(shù)初值算出，讓單片機(jī)按控制命令來(lái)查表控制頻率。對(duì)應(yīng)的，計(jì)數(shù)初值 =65536－ 計(jì)數(shù)次數(shù)。計(jì)數(shù)時(shí)間 =信號(hào)周期 /72。采樣的點(diǎn)越密，信號(hào)失真度也就越小。為了能夠讓單片機(jī)輸出所需的數(shù)字信號(hào)，我們采用對(duì)信 號(hào)采樣、量化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)產(chǎn)生所需信號(hào)。由于 DAC0832 內(nèi)部具有鎖存器，所以只需向第二片 D/A 送值一次，直到下一次改變信號(hào)幅度。 圖 LED 顯示電路 第五章 軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)構(gòu)思 1 幅度控制 由于 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準(zhǔn)電壓來(lái)控制，所以控制第二片 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號(hào)幅度。而且 LED 數(shù)碼管是采用共陽(yáng)極接法，當(dāng)主控端口輸出一個(gè)低電平后，與其相對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管即變亮，顯示所需數(shù)據(jù)。 由于頻率較大時(shí)，三角波、正弦波、鋸齒波中每一點(diǎn)的延時(shí)時(shí)間為幾微秒，故延時(shí)時(shí)間還要加上指令時(shí)間才能獲得較大的頻率波形 [9]。 17 圖 時(shí)鐘電路 8051 單片機(jī)有兩個(gè)引腳（ XTAL1， XTAL2）用于外接石英晶體和微調(diào)電容 ，從而構(gòu)成時(shí)鐘電路，其電路圖如圖 所示。 圖 按鍵接口 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路可以簡(jiǎn)單定義如下： 。其中“ S0”號(hào)鍵代表方波輸出，“ S1”號(hào)鍵代表正弦波輸出，“ S2”號(hào)鍵代表三角波輸出。這樣可以節(jié)省單片機(jī)的端口來(lái)做其它的用途，給予了裝置可優(yōu)化性。 圖 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 按鍵接口電路 由于本設(shè)計(jì)要求控制波形的幅度和頻率，所需按鍵較多，所以設(shè)計(jì)選用 P1 口來(lái)擴(kuò)展 4 4 鍵盤。 由圖 可知， DAC0832 的片選地址為 7FFFH，當(dāng) P25 有效時(shí)，若 P0 口向其送的數(shù)據(jù)為 00H， 則 U1 的輸出電壓為 0V。但實(shí)際上， DAC0832 輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)，而是以其絕對(duì)分辨率為單位增減，是準(zhǔn)模擬量的輸出。 DAC0832。其中用 P0 口作為兩片 D/A 的數(shù)據(jù)總線， P2 口的 和 口用來(lái)控制兩片D/A 的選通。 輸出 基準(zhǔn)電壓 AT89C51 單片機(jī) DAC0832 DAC0832 15 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準(zhǔn)電壓來(lái)控制的，所以只要能控制 D/A 的基準(zhǔn)電壓便可以控制輸出幅度，實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。 圖 主控電路圖 數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路 AT89C51 單片機(jī)控制兩片 DAC0832 的原理圖 因?yàn)?AT89C51 單片機(jī)自身便有一個(gè) 64K 的程序存儲(chǔ)器，所 以不用擴(kuò)展外加程序存儲(chǔ)器。如果有鍵按下，則在讀控制端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)讀信號(hào)，使單片機(jī)讀入信號(hào)。在波形發(fā)生器中，只用到片內(nèi)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器溢出時(shí)產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求，即是在 AT89C51 輸出一個(gè)波形采樣點(diǎn)信號(hào)后，接著啟動(dòng)定時(shí)器，在定時(shí)器未產(chǎn)生中斷之前， AT89C51 等待，直到定時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求， AT89C51響應(yīng)中斷，接著輸出下一個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)，如此循環(huán)產(chǎn)生所需要的信號(hào)波形 [6]。 中斷系統(tǒng)是使處理器具有對(duì)外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。在波形發(fā)生器中，將其作定時(shí)器使用，用它來(lái)精確地確定波形的兩個(gè)采樣點(diǎn)輸出之間的延遲時(shí)間。如下圖 13 第四章 硬件設(shè)計(jì) 硬件原理框圖 硬件原理方框圖如圖 所示。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字 0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為 00111111，即 0x3f：共陽(yáng)數(shù)碼管的字符編碼為 11000000，即 0xc0。顯示時(shí)，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。 引腳圖 共陰極 共陽(yáng)極 其中引腳圖的兩個(gè) COM 端連在一起，是公共端，而共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽(yáng)極將其接正 5V 電源。二共陽(yáng)極就是將八個(gè) LED 的陽(yáng)極連在一起。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè) LED 的陰極連在一起。 * IOUT1：電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化； * IOUT2：電流輸出端 2，其值與 IOUT1 值之和為一常數(shù)； * Rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變 Rfb 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； * Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V～ +15V； * VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線， VREF 的范圍為 10V～ +10V； * AGND：模擬信號(hào)地 * DGND：數(shù)字信號(hào)地 數(shù)碼管顯示原理 我們最常用的是七段式和八段式 LED 數(shù)碼，八段比七段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，其他的基本相同。由 ILE、 CS、WR1 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，LE1 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： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 特性介紹 * 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）； * 低功耗， 200mW。這個(gè) DA 芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 DAC0832 簡(jiǎn)介 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口 A、 B、 C 口。 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。具有 3 個(gè)通道 3 種工作方式的可編程并行接口芯片（ 40 引腳）。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 /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。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。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。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 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)。 RST：復(fù)位輸入。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。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 GND：接地。 低功耗的閑置和掉電模式 5 個(gè)中斷源 9 32 可編程 I/O 線 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 主要特性 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， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。 第三章 主要器件介紹 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 （ 4）頻率范圍： 10~1000Hz。 （ 2）“ 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)， 6 個(gè) LED 顯示器輸出信號(hào)的頻率值，選用共陽(yáng)極 LED。 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。 （ 2）將一個(gè)周期的信號(hào)分離成 256 個(gè)點(diǎn)（按 X 軸等分），每?jī)牲c(diǎn)之間的時(shí)間間隔為 ? T，用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生，其表示式為： ? T=T/256。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。 89C51 單片機(jī)本身就是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，具有組成微型計(jì)算機(jī)的各部分部件：中央處理器 CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、 I/O 接口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將 89C51再配置鍵盤及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、指示燈及其接口等四部分，即可構(gòu)成所需的波形發(fā)生器，其信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成原理框圖如圖 所示。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。此外，由于通過(guò)編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做的很高。 方案三：采用單片機(jī)編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 5 第二章 方案的設(shè)計(jì)與選擇 方案的比較 方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如 8038）， 8038 可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡(jiǎn)單易行，用 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出來(lái)改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度不高。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。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。 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。體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。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。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)。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。按照信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。 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。 函數(shù)發(fā)生器的分類 函數(shù)發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。當(dāng)前， 8 位單片機(jī)主要用于工業(yè)控