【正文】 且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔(dān)心精度達(dá)不到了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá) 3 億片，且每年以大約 20%的速度增長，但 相對于世界市場我國的占有率還不到 1%。所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國是有著廣闊前景的。但其位數(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了 32位單片機(jī)，但使用的并不多。此外，專用化也是單片機(jī)的一個發(fā)展方向，針對單一 用途的專用單片機(jī)的專用單片機(jī)將會越來越多。波形發(fā)生器就是其中最普遍的一種。對于我們，即將步入社會，從事于各種工作的大學(xué)生，需要做的首先是了解其原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而后才能夠更好地使用并有所創(chuàng)新。 因此，這 種情況下，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一臺波形發(fā)生器是可行的，成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可用于教學(xué)、實(shí)驗(yàn)。它可產(chǎn)生正弦波、三角波和方波，波形的幅值和頻率可調(diào)，幅值和頻率的具體數(shù)值可通過數(shù)碼管顯示，方便使用。設(shè)計(jì)框圖如圖 所示。 選擇波形的按鍵與單片機(jī)的中斷接口相連，通過中斷方法來控制波形的選擇。 波形的輸出通過 D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，采用了 DAC0832 來完成，它的分辨率為 8位。顯示模塊采用 ZLG7289 芯片，該芯片是串行通訊，可節(jié)省I/O 口， 6 個數(shù)碼管可將幅值和頻率同時顯示。 鍵盤輸入模塊 鍵盤輸入模塊可控制波形 種類的選擇，電路非常簡單（如圖 ），一個按鍵直接接在單片機(jī)的 INT1 中斷接口上，通過中斷來控制波形的選擇 [2]。若采用查詢方式檢測按鈕，則系統(tǒng)需要花費(fèi)大量的時間去定期檢測 口管腳點(diǎn)位，這樣就增加了軟件開銷，降低了效率，因而采用中斷方式編程比較理想。因此中斷程序的 任務(wù)僅僅是通過改變按鈕次數(shù)來存放單元的數(shù)據(jù)而已，波形切換在主程序中進(jìn)行。 用于驅(qū)動數(shù)碼顯示的芯片是 ZLG7289,它與單片機(jī)的接口電路如圖 所示。 CLK 為同 步時鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效，因此與 CLK 連接的 在發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)時置為‘ 1’，在發(fā)送和讀取數(shù)據(jù)結(jié)束時置為‘ 0’。 KEY 為按鍵有效輸出端，平時為高電平，當(dāng)檢測到有效按鍵時，此引腳變?yōu)榈碗娖健? ZLG7289采用串 行方式與微處理器通訊，串行數(shù)據(jù)從 DATA引腳送入芯片，并由 CLK端同步。 上電后，所有的顯示均為空。當(dāng)有鍵按下時， KEY引腳輸出低電平，此時如果接收到“讀鍵盤”指令， ZLG7289將輸出所按下鍵的代碼。 注意：如果有 2個鍵同時按下， ZLG7289將只能給出其中一個鍵的代碼，因 6 此 ZLG7289不適于應(yīng)用在需要 2個或 2個以上鍵同時按下的場合。這里我選用了 DAC0832 芯片，該芯片具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器，是 8 位的 DAC，能直接與 MCS51 單片機(jī)相連接。 DAC0832 的 WR1 和 Xfer 都接地， CS 與單片機(jī)的 相連，所以地址為8000H，當(dāng) 給低電平時， 0832 開始工作，單片機(jī)將預(yù)先設(shè)定好的數(shù)字量通過 P0 口傳給 DAC0832。 幅值頻率調(diào)整模塊 幅值和頻率的調(diào)整是通過電位器來調(diào)節(jié)的，電位器與 ADC0809 相連，將模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，運(yùn)用在程序中，以達(dá)到調(diào)整的目的。 當(dāng)程序執(zhí)行 MOV DPTR,7000H 時，產(chǎn)生一個啟動信號給 START 引腳送入脈沖，開始對通道 IN0 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，會發(fā)出一個結(jié)束信號，置EOC 腳為高電平， EOC 引腳與單片機(jī)的 INT0 中斷接口相連，用于中斷。利用 MOVX A,DPTR 把該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到 A累加器中。 幅值的調(diào)節(jié)是通過電位器 2調(diào)節(jié) DAC0832 的 Vref 端的輸入電壓基值來改變的。通過調(diào)節(jié)電位器 2，波形的幅值就會在 0V 到5V 之間變化，用戶可選擇需要的幅值。當(dāng)程序執(zhí)行 MOV DPTR,7020H 時， IN1 通道的模擬量就送入 ADC0809 開始轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送入單片機(jī)用于顯示。本章將詳細(xì)講解這些電路的構(gòu)成。 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇 由于 D/A 轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口時，微機(jī)是靠指令輸出數(shù)字量供數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ DAC）轉(zhuǎn)換之用，而指令送出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上的時間是短暫的，所以 DAC和微機(jī)間，需有數(shù)據(jù)寄存器來保持微型計(jì)算機(jī)輸 出的數(shù)據(jù)，供 DAC 轉(zhuǎn)換用。另一類內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，不能直接與微機(jī)接口，須通過并行接口與微機(jī)接口。 DAC0832 芯片介紹 (1)DAC0832 的特性 美國國家半導(dǎo)體公司的 DAC0832 芯片是具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位DAC，它能直接與 MCS51單片機(jī)相連接，其 主要特性如下： ① 分辨率 8位； ② 電流輸出，穩(wěn)定時間為 1us； ③ 可雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入； ④ 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 9 ⑤ 單一電源供電（ +5~+15V）； ⑥ 低功耗， 20mW[3]。 圖 DAC0832引腳圖 各引腳功能如下： DI0~DI7 為 8 位數(shù)字信號輸入端，與 CPU 數(shù)據(jù)總線相連，用于輸入 CPU 送來的待轉(zhuǎn)換數(shù)字量， DI7 為最高位。 ILE：數(shù)據(jù) 鎖存允許控制端，高電平有效。 XFER:數(shù)據(jù)傳送控制，低電平有效。 Iout1： D/A 轉(zhuǎn)換器電流輸出 1 端，輸入數(shù)字量全“ 1”時， Iout1 最大，輸入數(shù)字量全“ 0”時， Iout1 最小。 Rfb：外部反饋信號輸入端 ，內(nèi)部已有反饋電阻，根據(jù)需要也可外接反饋電阻。 DGND:數(shù)字信號接地端。 DAC0832 的邏輯結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 DAC0832原理框圖 DAC0832 內(nèi)部由三部分電路組成，如圖 所示?！?8位 DAC 寄存器”用于存放待轉(zhuǎn)換數(shù)字量，由 LE2 控制， T型電阻網(wǎng)絡(luò)能輸出和數(shù)字量成正 比的模擬電流。 DAC 的應(yīng)用 按照輸入數(shù)字量位數(shù)， DAC ?？煞譃?8 位、 10 位和 12 位三種。 DAC 用途很廣，現(xiàn)以 DAC0832 為例介紹它在如下三方面的應(yīng)用 [4]。由于 DAC0832是 8位的 D/A 轉(zhuǎn)換器，故可得輸出電壓對輸入數(shù)字量的關(guān)系為 Vout=（ B*Vref） /255 11 式中， B為輸入的數(shù)字量，范圍是 0～ 255； Vref/255 為一常數(shù)。當(dāng)輸入數(shù)字量 B 為 0時， Vout 也為 0，輸入數(shù)字量為 255 時， Vout 為最大值，輸出電壓為單極性。 圖 雙極性 DAC的接法 圖中， DAC0832 的數(shù)字量由 CPU 送來， OA1 和 OA2 均為運(yùn)算放大器， Vout通過 2R 電阻反饋到運(yùn)算放大器 OA2 輸入端，其他如圖所示。選用Vref 時， Vout 輸出值正好和選用 +Vref 時極性相反。圖 為用作電壓放大器的 DAC 接線。 DAC0832內(nèi)部 Iout 一邊和 T型電阻網(wǎng)絡(luò)相連，另一邊又通過反饋電阻 Rfb 和 Vin 相通。但數(shù)字量 B 不得為“ 0”，否則放大倍數(shù)為無限大，放大器因此而處于飽和狀態(tài)。 本設(shè)計(jì)中采用的單緩沖方式 [5]。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸 13 出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求多路輸出同步的情況下，就可采用單緩沖方式。 8 位輸入寄存器受 CS 和 WR1 端信號控制，而且 CS 由 端信號控制。 MOV DPTR,8000H MOVX DPTR,A LM324 芯片介紹 LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用 14腳雙列直插塑料封裝。 每一組運(yùn)算放大器可用圖 ，它有 5個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。 LM324 的引腳排列見圖 。 本設(shè)計(jì)中， DAC0832轉(zhuǎn)換得到的模擬量，經(jīng)過 LM324后輸出。 14 圖 DAC0832與 LM324的接口電路 A/D 電路設(shè)計(jì) A/D 芯片的選擇 本次設(shè)計(jì)中，頻率和幅值的調(diào)節(jié)都是通過電位器改變輸入電壓來實(shí)現(xiàn)的，所以需要有兩個模擬量輸入。各型號的 ADC 芯片都具有如下的信號線：數(shù)據(jù)輸出線 D7～ D0（ 8 位 ADC），啟動 A/D 轉(zhuǎn)換信號 SC與轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC。 ADC 與單片機(jī)的接口就是要正確處理上述三種信號與單片機(jī)的連接問題。若是后者，則可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連；若是前者，則應(yīng)將其數(shù)據(jù)輸出端通過三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連。下面將對 ADC0809 芯片機(jī)器接口電路作詳細(xì)的介紹。 15 其引腳如圖 所示 [7]。其主要引腳功能如下： ① IN0~IN7 是 8路模擬信號輸入端。 ③ A、 B、 C與 ALE 控制 8 路模擬通道的切換， A、 B、 C 分別與三根地址線或數(shù)據(jù)線相連，三者編碼對應(yīng) 8 個通道地址口。 強(qiáng)調(diào)說明一點(diǎn)： ADC0809雖然有 8路模擬通道可以同時輸入 8路模擬信號，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切 換由軟件變換通道地址實(shí)現(xiàn)。 ⑤ Vr（ +）和 Vr（ ）為參考電壓輸入端。 0809是采用主次逼近的方法完成 A/D轉(zhuǎn)換的。 0809 完成一次轉(zhuǎn)換需 100us 左右。通過適當(dāng)?shù)? 16 外接電路， 0809 可對 0~5V 的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后發(fā)出結(jié)束信號，置 EOC 腳為高電平，該信號可作為中斷申請信號；當(dāng)讀允許信號到， OE 端有高電平，則可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。 圖 ADC0809結(jié)構(gòu)圖 ADC0809 與單片機(jī)的接口 在討論 MCS051 與 0809 的接口設(shè)計(jì)之前，先來討論單片機(jī)如何控制 ADC的問題 [8]。查詢法 是 在單片機(jī)把啟動命令送到 ADC 之后，執(zhí)行別的程序，同時對 ADC 的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查 ADC 變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。當(dāng) ADC變換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請求信號時，單片機(jī)相應(yīng)此中斷請求，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù) 處理，然后返回到原程序。 17 如果對轉(zhuǎn)換速度要求高，采用上述兩種 ADC 控制方式往往不能滿足要求，可采用 DMA（直接存儲器存?。┑姆椒?，這時可在 ADC 與單片機(jī)之間插入一個DMA 接口（例如 Intel 公司的 8237DMA 控制器）。 在 ADC0809 與單片機(jī)的接口電路中，中斷方式與軟件延時方式的不同之處在于：中斷方式是將 ADC0809 的 EOC 腳經(jīng)過與非門接在 AT89C51 的 INT0 腳，而軟件延時方式不需要經(jīng)過，直接接在 INT0 腳，只需查詢 腳是否為高電平，當(dāng)為高電平時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。 軟件延時方式： ADC0809 與單片機(jī)的接口如圖 所示。單片機(jī)的時鐘頻率采用的是 12MHz，則 ALE 腳的輸出頻率為 2MHz，再經(jīng)過 74LS74 四分頻后為 500kHz，恰好符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。將 （地址總線 A15）作為片選信號，在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換時，由單片機(jī)的寫信號和 控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存通道地址的同時，啟動并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 由以上分析可知：在軟件編寫時，應(yīng)令 =A15=0； 、 、 給出被選擇的模擬通道的地址；執(zhí)行一條輸出指令，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 考慮到功耗及整機(jī)的精度和價(jià) 格等問題 我采用 MCS51 系列的單片機(jī) , MCS51系列單片機(jī)還有集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可靠性高，處理功能強(qiáng)、速度高等特點(diǎn)。 AT89C51 是 美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含有 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功 能強(qiáng)大的 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁 止其他所以部件工作知道下一個硬件復(fù)位。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)，檢驗(yàn)時，需要外接上拉電阻。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1接收低 8 位地址。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。 Flash 編程或校驗(yàn)時， P2 亦接收高位地址和其他控制信號。 P3 口輸出 20 緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 ? RST：復(fù)位輸入。 ? ALE/PROG：當(dāng)訪問外