【正文】 Basic ,Visual C 等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來實現(xiàn)波形的輸入。目前，波形發(fā)生器由獨立的臺式儀器和適用于個人計算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。在民用方面，VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺式儀器更為方便。不過現(xiàn)在新的臺式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。而且外形尺寸與價格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。變得操作越來越簡單而輸出波形的能力越來越強(qiáng)。 以下給出了幾種波形發(fā)生器的性能指標(biāo)，從中可以看出當(dāng)今世界上重要電子儀器生產(chǎn)商在波形發(fā)生器上的研制水平。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。第2章 低頻信號發(fā)生器的方案研究 總體方案論證與設(shè)計信號發(fā)生器的實現(xiàn)方法通常有以下幾種：方案一：用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。早期的函數(shù)信號發(fā)生器IC，如L803BA20XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者互相影響。但成本較高。該種方案主要對AT89C51單片機(jī)的各個I/O口充分利用. P1口是連接鍵盤以及接顯示電路,能對單片機(jī)各個接口都利用上,而不在多用其它芯片,使用芯片少,低功耗。 模塊結(jié)構(gòu)劃分本次設(shè)計所研究的就是對所需要的某種波形輸出對應(yīng)的數(shù)字信號，在通過D/A轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)部分的轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變化的0~5V的電壓脈沖值。在設(shè)計時分塊來做，按照波形設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，51單片機(jī)連接，鍵盤控制和顯示五個模塊的設(shè)計。從而簡化人機(jī)交互的問題，具體設(shè)計模塊如圖模塊介紹：：對任意波形的手動設(shè)定：主要選用DAC0832來把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，在送入單片機(jī)進(jìn)行處理。考慮單片機(jī)部分（有最小系統(tǒng)，D/A轉(zhuǎn)換，鍵盤接口，擴(kuò)展部分顯示等部分）的功耗大小，機(jī)器體積小，價格便宜，耗電少，頻率適中，便于攜帶。其工作原理為當(dāng)按下第一個按鍵就會分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波，并且LCD顯示器波形數(shù)據(jù)和頻率。P2口的數(shù)據(jù)采用74LS373進(jìn)行鎖存后經(jīng)過DAC0808進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換；⑤采用LCD1602顯示頻率；⑥8位D/A轉(zhuǎn)換器采用DAC0808；⑦運(yùn)算放大器采用LM324。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。 圖31是常用的一種單片機(jī)，型號為AT89C51，它將計算機(jī)的功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一個小小的芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。在40個管腳中，其中有32個腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個端口都有一個特定的名字，比如第一腳的那個端口叫做“”。與MCS51 兼容 全靜態(tài)工作：0Hz24Hz128*8位內(nèi)部RAM兩個16位定時器/計數(shù)器可編程串行通道片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2．管腳說明（圖32）：圖32 AT89C51管腳分布GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 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。 RXD（串行輸入口） /INT0（外部中斷0） T0（記時器0外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，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，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，將跳過一個ALE脈沖。此時， 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。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。4．芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。（圖33）：MCS51單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實現(xiàn)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。圖34 RC復(fù)位電路（2）單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)：單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。 值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。IP＝00000B，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級； IE＝000000B，表明各個中斷均被關(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作.晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計智能化儀器儀表的首選微控制器。圖36 最小系統(tǒng)電路圖下面是用單片機(jī)和八個數(shù)碼管來實現(xiàn)流水燈的仿真(圖37)圖37 流水燈仿真圖下圖38為流水燈程序在KEIL中進(jìn)行編譯.圖38流水燈程序編譯流水燈程序:ORG 0000H START:MOV P1,01111111B LCALL DELAY MOV P1,10111111B LCALL DELAY MOV P1,11011111B LCALL DELAY MOV P1,11101111B LCALL DELAY MOV P1,11110111B LCALL DELAY MOV P1,11111011B LCALL DELAY MOV P1,11111101B LCALL DELAY MOV P1,11111110B LCALL DELAY MOV P1,11111111B AJMP START DELAY:MOV R4,2L3: MOV R2 ,250L1: MOV R3 ,250L2: DJNZ R3 ,L2 DJNZ R2 ,L1DJNZ R4 ,L3 RET END 按鍵電路一、人機(jī)交互接口的設(shè)計 所謂人機(jī)交互接口，是指人與計算機(jī)之間建立聯(lián)系、交互信息的輸入/輸出設(shè)備的接口[8]。他們是計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設(shè)備，是控制系統(tǒng)與操作人員之間的交互窗口。操作人員可以通過系統(tǒng)顯示的內(nèi)容，及時掌握生產(chǎn)情況，并可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)，傳遞命令，對計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行人工干擾，使其隨時能按照操作人員的意圖工作。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。它使用方便，接口簡單，響應(yīng)速度快，但需要專用的硬件電路。這種方法雖然沒有編碼鍵盤速度快，但它不需要專用的硬件支持，因此得到了廣泛的應(yīng)用[9]。 鍵盤實際上是一組按鍵開關(guān)的集合，其中每一個按鍵就是一個開關(guān)量輸入裝置。反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，若高電平表示斷開，那么低電平鍵閉合。 實際按鍵操作中，若無意中同時或先后按下兩個以上的鍵，系統(tǒng)確定哪個鍵操作是有效的，完全取決設(shè)計者的意圖。不過單片機(jī)控制系統(tǒng)的資源有限，交互能力不強(qiáng)，通?？偸遣捎脝捂I按下有效，多鍵同時按下無效的原則。為消除重鍵的影響，編制程序時可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。 鍵盤作為向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令的接口，以其特定的按鍵代表著各種確定操作命令。 多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。由于機(jī)械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動。通過硬件電路消除按鍵過程中抖動的影響是一種廣為采用的措施。 硬件消抖是通過在按鍵輸出電路上加一定的硬件線路來消除抖動，一般采用R—S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路。軟件消抖則是利用延時來跳過抖動過程。獨立式鍵盤就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵都不會影響其它的I/O口線，示例如圖318所示[2]。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列的交點上。對矩陣鍵盤的工作過程可分兩步：第一步是CPU首先檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識別是哪一個鍵按下。如果沒有鍵按下，則跳過鍵識別，直接執(zhí)行其他程序；如果有鍵按下，則通過鍵盤掃描子程序識別按鍵，得到按鍵的編碼值。鍵盤掃描子程序流程如圖319所示 。這樣可以提高CPU的效率。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。DAC0832與單片機(jī)接成數(shù)據(jù)直接寫入方式，當(dāng)單片機(jī)把一個數(shù)據(jù)寫入DAC寄存器時，DAC0832的輸出模擬電壓信號隨之對應(yīng)變化。：◆輸入的數(shù)字量為8位；◆采用CMOS工藝，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；◆數(shù)據(jù)輸入可以采用雙緩沖、單緩沖和直通方式；◆轉(zhuǎn)換時間：1us；◆精度：1LSB；◆分辨率：8位；◆單一電源：5—15V，功耗20mw；◆參考電壓：10—+10V；DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料:芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。要是需要相應(yīng)的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實現(xiàn)這個供功能。 該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接，下面是芯片電路原理圖320圖320 DAC0832電路原理圖如圖320所示，待轉(zhuǎn)換的8位數(shù)字量由芯片的8位數(shù)據(jù)輸入線D0～D7輸入，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后，通過2個電流輸出端IOUT1和IOUT2輸出，IOUT1是邏輯電平為1的各位輸出電流之和，IOUT2是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。　　DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。有時，微機(jī)控制系統(tǒng)要求同時輸出多個模擬量參數(shù)，此時對應(yīng)于每一種參數(shù)需要一片DAC0832，每片DAC0832的轉(zhuǎn)換時間相同，就可采用DAC寄存器對CPU分時輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時刻開始鎖存，進(jìn)而同時產(chǎn)生各模擬信號。當(dāng)ILE為高電平，為低電平，為負(fù)脈沖時，在LE產(chǎn)生正脈沖；其中LE為高電平時，輸入寄存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線狀態(tài)變化，LE的負(fù)跳變將輸入數(shù)據(jù)線上的信息存入輸入寄存器。當(dāng)為低電平，輸入負(fù)脈沖時，則在LE產(chǎn)生正脈沖；其中LE為高電平時，DAC寄存器的輸入與輸出的狀態(tài)一致，LE負(fù)跳變，輸入寄存器內(nèi)容存入DAC寄存器。其中有輸出電壓各自極性固定的單位性輸出和在隨動系統(tǒng)中輸出電壓有正負(fù)極性的雙極性輸出兩種輸出方式?！　。玫刂?2H的選通作為和的控制信號，微處理器的寫信號直接來控制和。(2) IOUT1：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時，輸出電流為0。(4) RFB：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。(7) AGND：模擬量地，即模擬電路接地端。 當(dāng)WR2和XFER同時有效時，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄存器Q端的電平