【正文】 20xx年 5 月 日 基于單片機的三相信號源設(shè)計 論文獨創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。除特別加以標(biāo)注的地方外，論文中不包含其他人的研究成果。 本人的畢業(yè)論文（設(shè)計）中所有研究成果的知識產(chǎn)權(quán)屬三亞學(xué)院所有。學(xué)院有權(quán)保留本人所提交論文的原件或復(fù)印件，允許論 文被查閱或借閱；學(xué)院可以公布本論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他手段復(fù)制保存本論文。 論文作者簽名： 20xx 年 5 月 日 三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 I 頁 基于單片機的三相信號源設(shè)計 摘要 在這科學(xué)飛速發(fā)展的時代，電子信息作為朝陽產(chǎn)業(yè)正不斷開拓創(chuàng)新，其中信號源的設(shè)計越來越受到電子技術(shù)的從業(yè)人員的關(guān)注，如何才能設(shè)計出更好的信號源成為人們研究的一個熱門話題。 利用 D/A 轉(zhuǎn)換器的高分辨率和單片機的自動檢測技術(shù)設(shè)計三相信號源就顯示出其優(yōu)越性 ，它既能方便輸入預(yù)設(shè)值又具有較高的精度和穩(wěn)定性，而且又可實現(xiàn)對信號源的可編程監(jiān)控，因此它將會給人們帶來極大地便利和提高工作效率 。它是一種很實用的方法，不但在三相變頻器上應(yīng)用到，還可應(yīng)用于要求產(chǎn)生多相信號或特殊相位信號的場合。我們知道，信號源就是在測試研究或者調(diào)整電子電路設(shè)備時，為測定電路的一些電參量，用信號發(fā)生器來模擬在實際工作中使用的待測設(shè)備的激勵信號，而信號發(fā)生器則可按照產(chǎn)生信號產(chǎn)生的波形特征來劃分，如音頻信號源、函數(shù)信號源、功率函數(shù)發(fā)生器、脈沖信號源、任意函數(shù)發(fā)生器、任意波形發(fā)生器等等。 但現(xiàn)狀是很多的三相信號源都還達不到一些項目的要求。一般情況下，三相正弦信號除了對各相信號的精度，穩(wěn)定度有較高的要求外，還對各相信號之間的相位有很高的要求。 伴隨著單片機技術(shù)的不斷成熟，從單片機入手研究三相信號源成為眾多人士的不二之選。單片機技術(shù)的出現(xiàn)給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次技術(shù)革命。 在單片機的應(yīng)用過程中，單片機只是應(yīng)用系統(tǒng)的一個核心部件，為把單片機系統(tǒng)應(yīng)用于不同領(lǐng)域，只掌握單片機的基礎(chǔ)知識是遠遠不夠的，想要構(gòu)成一個完善的應(yīng)用系統(tǒng)，還要熟悉執(zhí)行機構(gòu)及硬件接口電路的應(yīng)用特性，同時，還應(yīng)該掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局及 軟件的設(shè)計技巧這些書本上學(xué)不到的知識，因此，為設(shè)計出完善的應(yīng)用系統(tǒng)，必須在實際工作中勤于實踐，逐步積累這方面的經(jīng)驗。單片機具有體積小、功能強、成本低、應(yīng)用廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。學(xué)習(xí)單片機的最有效方法就是理論與實踐并重，此次用AT89C51 單片機來 設(shè)計三相信號源就是如此。 根據(jù)這次課程設(shè)計的內(nèi)容和要求，通過查閱有關(guān)書籍、上網(wǎng)和綜合已學(xué)知識及電子技術(shù)知識，并考慮到電路工作穩(wěn)定性，設(shè)計成本低，電路簡單，功耗低等因素，同事還有余地用于電路的功能擴展，鑒于此選用了比較常見的元器件來構(gòu)成各單元電路，現(xiàn) 利用 AT8951 單片機 為核心控件來構(gòu)成三相正弦信號發(fā)生器，利用單片機 控制數(shù)字電路，產(chǎn)生正弦階梯 波，解決了三相正弦波的相位問題，能實現(xiàn)大范圍頻率可調(diào)，階梯波經(jīng) 運放電路 輸出波形良好、幅度穩(wěn)定的三相正弦波，整機電路較容易完成，滿足一般的要求。 最后 ，總結(jié)了本論文的主要工作，得出了一些有意義的結(jié)論。 本課題適用于科學(xué)教研、生產(chǎn)實踐和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。 運用單片機來完成本設(shè)計具有良好的實用性和操作性。 本系統(tǒng)即是基于 單片機 技術(shù)產(chǎn)生 三 相函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與制作， 整個系統(tǒng)以單片機 為控制核心，先把欲產(chǎn)生信號波的波形數(shù)據(jù)存儲在 FPG 波形數(shù)據(jù)存儲器 ROM 中，由單片機 完成相應(yīng)的 操作 。 MAX038 是美信公司的低失真單片信號發(fā)生器集成電路，內(nèi)部電路完善。 方案二： 選用 AT89C51 單片機作為控制器，與 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 連接，再經(jīng)過運算放大器放大輸出，使用按鍵掃描來實現(xiàn)波形的可變，這樣輸出的波形穩(wěn)定、精度高、濾波好、抗干擾效果好、連接簡單、性價比高 。 三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 4 頁 第 III 條 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 節(jié) 系統(tǒng)工作原理 (a) 系統(tǒng)工作原理 數(shù)字信號 [7]可以通過數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換成 模擬信號的方法來獲得所需要的波形。 89C51 是整個波形發(fā)生器的核心部分，通過程序的編寫和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號幅度的調(diào)節(jié)。 波形 ROM 表是將信號一個周期等間距地分離成 256 個點，儲存在單片機得 ROM 內(nèi)。 圖 正弦信號的產(chǎn)生 單片機 D/A 轉(zhuǎn)換器 圖 三相信號源信 號發(fā)生器系統(tǒng)框圖 A 相電壓信號放大輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器 D/A 轉(zhuǎn)換器 B 相電壓信號放大輸出 C 相電壓信號放大輸出 三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 5 頁 很顯然，在一個周期內(nèi)階 梯波的階梯數(shù)目越多， 單片機 輸出的波形也就越接近正弦波。將正弦波的第一個周期的波形按角度均分為若干等份，并計算出各點對應(yīng)的電壓值，電壓值計算方法： Vx= 單片機 將一個周期的數(shù)字量存入一定的存儲區(qū)域中，然后依次循環(huán)取出這些數(shù)字量，并送 D／ A 電路轉(zhuǎn)換成階梯波，即近似的正弦波輸出。 節(jié) 單片機的介紹 (a) 單片機的定義 計算機的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管到大規(guī)模集成電路等幾個發(fā)展階段，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使計算機向性能穩(wěn)定可靠、微型化、廉價方向發(fā)展，從而出現(xiàn)了單片微型計算機。總體來講，單片機可以用以下“表達式”來表示：單片機=CPU+ROM+RAM+I/O+功能部件 (b) 單片機的歷 史及發(fā)展趨勢 單片機的歷史可以追朔到 1974 年，美國仙童公司研究出世界上第一臺單片微型計算機 F8，該機由兩塊集成電路芯片組成，結(jié)構(gòu)奇特，具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。 單片機的發(fā)展歷史大致可分為下面三個階段： 第一階段（ 1976 年～ 1978 年）：初級單片機微處理階段。 第二階段（ 1978年～ 1982年）：高性能單片機微處理階段，如 Intel 公司的 MCS5Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8 等。由于該系統(tǒng)單片機應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，各公司正大力改進其結(jié)構(gòu)與性能。 單片機的歷史可以追朔到 1974 年，美國仙童公司研究出世界上第一臺單片微型計算機 F8，該機由兩塊集成電路芯片組成，結(jié)構(gòu)奇特，具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。 單片機的發(fā)展歷史大致可分為下面三個階段： 第一階段（ 1976 年～ 1978 年）：初級單片機微處理階段。 第二階段（ 1978 年～ 1982 年）：高性能單片機微處理階 段，如 Intel 公司的 MCS5Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8 等。由于該系統(tǒng)單片機應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，各公司正大力改進其結(jié)構(gòu)與性能。 (c) 單片機的特點及應(yīng)用 單片機的特點 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，單片機的集成度越來越高， CPU 的位數(shù)也越來越高，已 能將所有主要部件都集成在一塊芯片上，使其應(yīng)用模式多、范圍廣，并具有以下特點： ① 體積小，功耗低，價格便宜，重量輕，易于產(chǎn)品化。 ③ 抗干擾能力強，適用溫度范圍寬。 ④ 雖然單片機內(nèi)存儲器的容量不可能很大，但存儲器和 I/O 接口都易于擴展。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： ① 單片機在智能化儀器、儀表中的應(yīng)用：由于單片機有計算機的功能，它不僅能完成測量，還既有數(shù)據(jù)處理、溫度控制等功能，易于實現(xiàn)儀器、儀表的數(shù)字化和智能化。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮單片機的數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。 ④ 單片機在多機系統(tǒng)中的應(yīng)用：單片機在多機系統(tǒng)中的應(yīng)用是將來單片機發(fā)展的主要模式，它可以提高單片機的可靠性，使系統(tǒng)運行速度更快。 ⑥ 單片機在家用電器中的應(yīng)用：單片具有體積小、重量輕、價格便宜等特點，所以家電產(chǎn)品中配上微電腦后，使其身價百倍，功能更強，使用方便，靈活 ，深得用戶歡迎。 節(jié) 89C51 和 DAC0832 芯片介紹 (a) 89C51 芯片 89C51[4]的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 及一般接口電路結(jié)構(gòu)如圖 、 所示。 (1) 外接晶振引腳 XTAL1 與 XTAL2 單片機 之所以要加振蕩器是因為 單片機 內(nèi)的 CPU 在執(zhí)行指定程序時，要經(jīng)過 “取指 ”、 “譯碼 ”，再定時給相關(guān)電路發(fā)出控制信號，以實現(xiàn) “機器碼指令 ”所要求的功能?？赏ㄟ^外接晶振或振蕩信號二種方式來實現(xiàn)，一般采用外接晶振的方法較方便。接入晶振時，還要接入兩個 20～30 pF 的瓷片電容 C1， C2，晶振頻率因 單片機 工作速度而異， Intel MCS51 系列為 ～12 MHz， ATMEL89C 系列為 0～ 24 MHz，目前常采用 6 MHz， MHz 和 12 MHz。 C1， C2 短路、晶振不良，AT89C51(18)， (19)腳內(nèi)部反相器會損壞。當(dāng)采用外部振蕩器時，信號接入 (19)腳， (18)腳懸浮。 MCS51 大多數(shù)指令為一個機器周期。 單片機 加電后， PC 指針應(yīng)指向ROM 中某個固定的單元，當(dāng)然，程序開始的第一條指令也應(yīng)放在 ROM 的這一地址單元內(nèi)，這樣整個程序才能有序地執(zhí)行。只有上電復(fù)位正常后， PC 值才為 0000H，即指向 ROM 的 0000H 單元。 復(fù)位的方法：當(dāng)振蕩器正常工作時， RST(9)腳上出現(xiàn)的兩個機器周期的高電平將使 三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 9 頁 單片機 有效復(fù)位。復(fù)位電路有開機自動復(fù)位和手動復(fù)位。 在掉電期問 RST／ VPD 引腳如接入備用電源 VPD(5 V177。當(dāng) VCC 下降到某一規(guī)定值時， VPD 便向片內(nèi) RAM 供電。 AT89C51 內(nèi)部有 4 kB ROM，這時 EA(31)腳需外接高電位 VCC。 (b) DAC0832 芯片 DAC0832 是具有 20 條引腳 的雙列直插式 COMS 器件，它內(nèi)部具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成 8位電流 D／ A 轉(zhuǎn)換 。 圖 0832 系統(tǒng)框圖 以下是其三種不同的工作方式： (1)直通方式 將 WR1， WR2， XFER， CS接地， ILE 接高電平，就能使得兩個寄存器的輸出跟隨輸入的數(shù)字量變化， DAC0832 的輸出也同時跟隨變化。 (2)單緩沖方式 單緩沖方式就是將其中一個寄存器工作在直通狀態(tài)，另一個處于受控的鎖存器狀態(tài)。 (3)雙緩沖方式 所謂雙緩沖方式就是將兩個寄存器都處于受控的鎖存方式。 D／ A轉(zhuǎn)換 采用兩步寫操作來完成。還可用于多路數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以實現(xiàn)多路模擬信號同步輸出的目的。 (c) 74LS373 鎖存芯片 圖 74LS373 系統(tǒng)框圖 74LS373 的一般接口電路如圖 所示 。當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時， Q0～ Q7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。 當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時， Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 (a) 時鐘電路 時鐘信號產(chǎn)生電路如圖 所示。 圖 時鐘部分電路圖 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。晶振通常選用 6MHZ、 12MHZ、或 24MHZ。 狀態(tài)周期 :振蕩頻率經(jīng)單片機內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi) CPU 的時鐘周期。 機器周期 :1 個機器周期由 6 個狀態(tài)周期 12 個振蕩周期組成，是計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。一個指令周期由 14 個機器周期組成，依據(jù)指令不同而不同 . (b) 復(fù)位電路 復(fù)位電路如圖 所示。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電后，由于電容 C3 的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時間的高電平。 圖 復(fù)位電路 單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(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。 51單片機的復(fù)位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24 個振蕩周期后，51 單片機即進入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 R