【正文】 .......................................................................................................... 18 致 謝 ................................................................................................................ 19 附錄 A 程序 ........................................................................................................ 20 附錄 B 系統(tǒng)原理圖 ............................................................................................ 25 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 課題來源 程控放大器，又名可編程放大器，是一種放大倍數(shù)由程序控制的放大器。單片機(jī)通過按鍵改變 DAC0832 的數(shù)字量，使得程控放大器的增益發(fā)生變化。江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 程控放大器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 電子信息工程系 專業(yè) 電子信息工程技術(shù) 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 本設(shè)計(jì)介紹一種基于 AT89C51 單片機(jī)的簡易程控放大器系統(tǒng)，主要由單片機(jī)丶數(shù)模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器組成。系統(tǒng)的基本工作原理：單片機(jī)通過改變 DAC0832的數(shù)字輸出量改變系統(tǒng)的增益。增益放大倍數(shù)和輸出電壓值通過液晶顯示。程控放大器可以通過軟件改變增益，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以自動適應(yīng)大范圍變化的模擬信號電平，因此越來越多地應(yīng)用在自動控制系統(tǒng)丶智能化儀器儀表中。它是有 AT89C51 單片機(jī)、DAC0832。 設(shè)計(jì)思路 本系統(tǒng)的主控制模塊是由單片機(jī)最小系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成的，每一個(gè)按鍵對應(yīng)一種調(diào)整模式。 具體實(shí)現(xiàn)過程：系統(tǒng)上電后先對 DAC0832 和 LCD1602 液晶初始化，再對按鍵進(jìn)行掃描。系統(tǒng)的放大倍數(shù)和輸出電壓通過液晶實(shí)時(shí)顯示。 方案二：獨(dú)立按鍵控制 此方案利用兩個(gè)獨(dú)立按鍵共同控制放大倍數(shù)，其中一個(gè)按鍵用來控制倍數(shù)的放大，另外一個(gè)控制倍數(shù)的衰減，以此來達(dá)到放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，由于本系統(tǒng)元件較少，而且 51 單片機(jī)正好有兩個(gè)外部中斷口可以利用，程序設(shè)計(jì)簡單，故采用此方案。由于本系統(tǒng)僅需對放大倍數(shù)進(jìn)行顯示，利用四段數(shù)碼管已經(jīng)足以達(dá)到要求，但程序設(shè)計(jì)相對繁瑣，故本設(shè)計(jì)不采用這種方案實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程控放大器可以實(shí)現(xiàn)如下功能： (1)可以通過按鍵輸入來控制輸出的電壓大小。 (3)可以通過按鍵輸入改變放大器的放大倍數(shù)。按下鍵后，會執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能，松開后停止。 Rf)]/2nR(Dn1 2n2+...+D0 Rf 為系統(tǒng)的反饋信號輸入線電阻， R 為 DAC0832 的數(shù)字輸出量，就相當(dāng)于改變系統(tǒng)的增益。系統(tǒng)的放大倍數(shù)和輸出電壓通過液晶實(shí)時(shí)顯示。 由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機(jī)及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。該器件采用 ATMEL 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。 AT89C51 的主要特性 ⑴ 8031 CPU與 MCS51 兼容 ⑵ 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) ⑶全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz ⑷三級程序存儲器保密鎖定 ⑸ 128*8 位內(nèi)部 RAM ⑹ 32 條可編程 I/O 線 ⑺兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ⑻ 5 個(gè)中斷源 ⑼可編程串行通道 ⑽低功耗的閑置和掉電模式 ⑾片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 AT89C51 管腳功能 MCS51 系列單片機(jī)芯片均為 40 個(gè)引腳， HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插（ DIP）方式封裝，其引腳示意及功能分類如圖 : CS D AWRRWD0D1D2D4D5D6D7D3RSEX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U?A T 8 9 C5 1 圖 MCS51 引腳圖 MCS51 系列單片機(jī)的 40 個(gè)引腳中有 2 個(gè)專用于主電源的引腳， 2 個(gè)外接晶體的引腳， 4 個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 GND：接地。它是地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動 8 個(gè)TTL 負(fù)載。 ② P1 口 (~) 為 8 位準(zhǔn)雙向 I／ O 口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線 (作為輸入時(shí)，口鎖存器必須置 1)，可驅(qū)動 4 個(gè) TTL 負(fù)載。它是與地址總線高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動 4 個(gè) TTL 負(fù)載。 ④ P3 口 (~) 為 8 位準(zhǔn)雙向 I／ O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動 4江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 個(gè) TTL 負(fù)載。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 控制顯示電路 本設(shè)計(jì)用 AT89C51 單片機(jī)最小控制系統(tǒng)，顯示部分采用 LCD1602 液晶顯示江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 器 LCD 引腳圖如圖 所示。 表 腳號 管腳名稱 LEVER 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VDD 電源電壓 3 VEE 對比調(diào)整電壓 4 RS H/L RS=“ H” ,表示 DB7~DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“ L” ,表示 DB7~DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,數(shù)據(jù)被讀到DB7~DB0 R/W=“ L” ,E=“ H→ L” DB7~DB0的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR 6 E H/L 使能信號： R/W=“ L” ,E 信號下降沿鎖存 DB7~DB0 R/W=“ H” ,E=“ H” DRAM 數(shù)據(jù)讀到 D7~D0 7 D0 H/L 數(shù)據(jù)線 8 D1 H/L 數(shù)據(jù)線 9 D2 H/L 數(shù)據(jù)線 10 D3 H/L 數(shù)據(jù)線 11 D4 H/L 數(shù)據(jù)線 12 D5 H/L 數(shù)據(jù)線 13 D6 H/L 數(shù)據(jù)線 14 D7 H/L 數(shù)據(jù)線 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 AT89S52 的 P0 口接上拉電阻， P0 口輸出顯示數(shù)據(jù)，控制信號由 P1 口部分引腳控制輸出。 接輸出增加按鈕， 接輸出 減小按鈕 圖 鍵盤電路 D/A 轉(zhuǎn)換電路 D/A 轉(zhuǎn)換電路采用 DAC0832 來實(shí)現(xiàn)，首先來介紹下 DAC0832 芯片。 DAC0832 的主要特性參數(shù)如下： * 分辨率為 8 位； * 輸出為電流信號，電流的建立時(shí)間為 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； * 參考電壓可以達(dá)到177。 DAC0832 的引腳功能： * D0～ D7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，通常與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，用于輸入 CUP 送來的待轉(zhuǎn)換數(shù)字量。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， LE1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入 數(shù)據(jù)鎖存； 圖 DAC0832 管腳圖 V RE F8G ND3V C C20CS1W R 12DI 34DI 25DI 16DI 07RF B9G ND10I O UT 111I O UT 212DI 713DI 614DI 515DI 416X F E R17W R 218I L E ( B Y 1 /B Y 2 )19U?DA C0 8 3 2江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 * X F E R————————：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； * W R 2—————— ： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 * 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)； — 當(dāng) DAC 寄存器內(nèi)容全為 1 時(shí)， IOUT1 為最大， IOUT2=0； — 當(dāng) DAC 寄存器內(nèi)容全為 0 時(shí)， IOUT1=0， IOUT2 為最大； 為了保證輸出電流的線性，應(yīng)將 IOUT1 及 IOUT2 接到外部運(yùn)算放大器的輸入端上。 輸出信號至運(yùn)算放大器。 DAC0832 輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)果為電流形式，在本設(shè)計(jì)中利用一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器 —— TL061AMN將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。圖中所示運(yùn)算放大器 U2 的作用是反向器，是輸出的電壓與 D/A 轉(zhuǎn)換的電壓相同。 C S D AD3WRD0D1D4D5D2D6D7V R E F8G N D3V C C20CS1W R 12D I 34D I 25D I 16D I 07R F B9G N D10I O U T 111I O U T 212D I 713D I 614D I 515D I 416X F E R17W R 218I L E ( B Y 1 /B Y 2 )19U1D A C 0 8 3 2R21KR11K+ 1 0 V 1 0 V+ 1 0 V 1 0 V326741 5U5T L 0 6 1326741 5U6T L 0 6 1+ 5 VU 6 ( O P )U 5 ( O P )R V ? ( 3 )50%R V ?1 0 k 圖 運(yùn)放與 DAC0832 連接電路圖 整機(jī)電路 CS D AD3WRD0D1D4D5D2D6D7CS D AWRRWD0D1D2D4D5D6D7D3RSERSERW