【正文】 部分 。 對以上方案綜合比對，可以得出如下結(jié)論： 方案一主要是靠硬件實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，無上限頻率和下限頻率的限制，且頻率的誤差度可以忽略不計(jì)，但是頻率的選擇只可是外部時(shí)鐘源的整倍數(shù)分頻（如2 分頻、 4 分頻等），不可實(shí)現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。方案二是靠軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，綜合可以看出此種方案的有效頻段為 到 1953Hz，在此范圍內(nèi)輸出波形頻率連續(xù)可調(diào)。但是由于輸出高頻時(shí)受到軟件執(zhí)行（例如對定時(shí)器的重新賦值指令需要占用 4 個(gè)機(jī)械周期，一周期波形需要進(jìn)行 256 次再賦值操作，所以一個(gè)周期也就引 入了 32 5 6 4 1 .0 2 4 1 0Tm e c s? ? ? ?的誤差）的影響，在高于1KHz 時(shí)得到波形頻率與期望頻率誤差較大，且得出低于 波形的意義不大，故設(shè)定有效調(diào)頻范圍為 —1KHz。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 如 節(jié)所述， 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 選擇方案一， 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)選擇方案二。 167。 調(diào)幅方案設(shè)計(jì) 在此之前，首先需要說明 DAC0832 的輸出電壓的計(jì)算方法： 82VrefVo N?? (211) 其中 Vref 為 DAC0832 的基準(zhǔn)電壓 ， N 為單片機(jī)送給 DAC0832 的 8 位數(shù)字量。 方案一：將 DAC0832 的 RFB 引腳接一個(gè)滑動(dòng)變阻器來改變 DAC0832的基準(zhǔn)電壓 Vref，從而通過改變基準(zhǔn)電壓 Vref 來改變 DAC0832 的輸出電壓Vo，即實(shí)現(xiàn)波形幅度的改變。 方案二：為了將 DAC0832 輸出的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，需要在 DAC的電流輸出接運(yùn)放。在運(yùn)放的電壓輸出端加滑動(dòng)變阻器可以實(shí)現(xiàn)輸出波形幅值的調(diào)節(jié)。 方案三：采用兩片 DAC0832 串接在一起，即第一片 DAC 的電壓輸出接第二片 DAC 的基準(zhǔn)電壓 Vref 引腳。單片機(jī)通過程序改變送給第一片DAC0832 的數(shù)字量來改變其輸出電壓，即第二片 DAC 的參考電壓 Vref，從而改變幅值。 方案一和方案二相比，方案二在改變輸出電壓的過程中，實(shí)際的電壓與預(yù)期的電壓會有一個(gè)紋波的差別，所以方案一更好。方案一與方案三相比，雖然方案三增加了額外的硬件和軟件的開銷，但是可以通過按鍵對程序參數(shù)進(jìn)行設(shè)定來改變輸出幅值，不需要對硬件滑動(dòng)變阻器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，具有優(yōu)越的人機(jī)交互性。 綜合考慮而言， 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 選擇方案一， 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)選擇方案三。 167。 按鍵方案設(shè)計(jì) 方案一：采用獨(dú)立按鍵。 方案二：采用矩陣鍵盤。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 方案一按 鍵的數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，執(zhí)行效率高。方案二可以節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口資源，但是其編程方法（行掃描法和反轉(zhuǎn)掃描法）難度較大。 由于我們需求的按鍵數(shù)目較少，功能比較簡單且對執(zhí)行效率的要求較高，所以采用獨(dú)立按鍵。 167。 顯示模塊方案設(shè)計(jì) 方案一 ：采用 LED 七段數(shù)碼管對波形類型、頻率和幅度進(jìn)行顯示。 方案二：采用 LCD1602 液晶顯示相關(guān)信息。 方案三：采用 LCD1286 液晶圖文顯示相關(guān)信息。 方案一占用較多的 I/O 口資源，需要添加額外的 I/O 擴(kuò)展電路和譯碼電路，但是此方案硬件價(jià)格低廉，編程起點(diǎn)低。方案二運(yùn)用液 晶顯示可以顯示點(diǎn)陣字母和數(shù)字信息，速度快，功耗低，體積小，但是硬件價(jià)格較貴，且編程相對于 LED 較難。方案三的液晶可以顯示漢字和圖形，這些功能在本次設(shè)計(jì)中用不到。 綜合考慮， 程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 并不需要 顯示 復(fù)雜的信息，所以選擇方案一。 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 不準(zhǔn)備加入顯示模塊，主要是因?yàn)榇朔N方案適用于生成特定波形的系統(tǒng)中，使用人員并不需要經(jīng)常對波形的頻率和幅值進(jìn)行更改，所以顯示模塊在此種方案中顯得冗余。 167。 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成一個(gè)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，是D/A 轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要參數(shù)。 在本次設(shè)計(jì)中 DAC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間直接影響到輸出波形的上限頻率。按轉(zhuǎn)換速度去劃分現(xiàn)有的 DAC 可以分為低速（建立時(shí)間大于 100 s? ）、中速（建立時(shí)間 1~100 s? ）、高速（建立時(shí)間 s? ~50ns）和超高速（建立時(shí)間小于 50ns）四種。因此本次設(shè)計(jì)最初對 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇提供了如下兩種方案： 方案一：采用 8 位高速 D/A 轉(zhuǎn)換器（如 DAC908,TLC7524）進(jìn)行設(shè) 計(jì)。 方案二：采用常用的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 方案一轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換上限頻率 fMAX 至少為： 1 402 5 6 0 .1M A Xf K H zs???? (212) 方案二中選用的 DAC0832 為中速轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度為 1us，所以其轉(zhuǎn)換的上限頻率 fMAX 為： 1 42 5 6 1M A Xf K H zs???? (213) 可見使用 DAC0832 產(chǎn)生的波形由于硬件的限值上限頻率只有 4KHz 左右。但是在隨后使用的仿真軟件 Proteus 的元件庫所提供的 D/A 轉(zhuǎn)換器只有DAC0832 這類中速轉(zhuǎn)換器，所以在后面的仿真介紹中我們選用 DAC0832 芯片作為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器去仿真低頻波形，而在制作 PCB 板時(shí)我們選用轉(zhuǎn)換速度更高的 DAC908 芯片作為轉(zhuǎn)換器以滿足高頻要求。 167。 靜態(tài) RAM 的選擇 根據(jù)前文的介紹可知在 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 中需要用到 SRAM 去存儲離散的波形數(shù)據(jù)。以下是對 SRAM 進(jìn)行選擇的兩種方案： 方案一：采用普通的 6116 型號的 SRAM。 方案二：采用雙端口 RAM（如 IDT7132 芯片）。 由于此次設(shè)計(jì)是將波形離散成 256 個(gè)波形數(shù) 據(jù)，所以對 RAM 容量的要求大于 256B 即可。 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 的設(shè)計(jì)中首先需要單片機(jī)將數(shù)據(jù)寫入 RAM 中，然后需要 RAM 將數(shù)據(jù)發(fā)送給 DAC 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這就意味著 RAM即要從單片機(jī)接受數(shù)據(jù)又要輸出數(shù)據(jù)給 DAC?；谶@種考慮首先想到的是使用雙口 RAM IDT7132 解決這一問題，因?yàn)?7132 芯片有兩組數(shù)據(jù)端口可以分別用于輸入和輸出。但是考慮到 IDT7132 芯片的價(jià)格昂貴，且 Proteus 仿真軟件也沒有提供此類軟件，所以我選擇用普通的 6116RAM 解決問題。由于設(shè)計(jì)時(shí) RAM 的輸入和輸出不是同步進(jìn)行的，可以運(yùn)用鎖存器去 控制不同執(zhí)行階段數(shù)據(jù)的傳輸方向，具體方法請參見第四章 節(jié) 。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 167。 系統(tǒng)總體框圖 如前文所述，本次設(shè)計(jì)采用兩種設(shè)計(jì)方案以滿足兩種不同領(lǐng)域的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)。以下分別對這兩種設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖予以介紹。 167。 程控波形發(fā)生器 系統(tǒng) 框圖 本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)（由 51 單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路組成），鍵盤電路， LED 顯示模塊，兩片 DAC0832 構(gòu)成的調(diào)幅模塊和電源供電模塊以及用于擴(kuò)展 I/O 口的 8255A 芯片組成。 電 源 供 電 模 塊晶 振 電 路復(fù) 位 電 路鍵 盤 電 路89C51單片機(jī)8255AD A C 0 8 3 2L E D 顯 示 模 塊D A C 0 8 3 2V o u tV r e f 圖 22 程控波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖 在使用過 程中用戶首先通過鍵盤輸入波形的類型、頻率和幅值，單片機(jī)通過按鍵輸入動(dòng)作計(jì)算頻率和幅值，然后執(zhí)行程序驅(qū)動(dòng) LED 顯示器顯示當(dāng)前波形的類型、頻率和幅值信息，同時(shí)產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)送于 D/A 轉(zhuǎn)換器并通過放大器輸出波形。 167。 硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，串行 通信 模塊，USB 供電模塊，由外部時(shí)鐘和分頻電路組成的調(diào)頻模塊以及 8255A 芯片，SRAM 芯片組成。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電 源 供 電 模 塊晶 振 電 路復(fù) 位 電 路鍵 盤 電 路89C51單片機(jī)8255A串 行 通信 模 塊SRAM地 址 譯碼 電 路分 頻電 路外 部時(shí) 鐘數(shù) 模 轉(zhuǎn)換 模 塊D BA BD BA B 圖 22 硬件波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖 在使用過程中，用戶先通過鍵盤設(shè)定 要輸出波形的類型和分頻選擇。隨后在系統(tǒng)運(yùn)行初期 51 單片機(jī)將波形數(shù)據(jù)通過 8255A 寫入 SRAM 中，然后將外部時(shí)鐘經(jīng)設(shè)定的分頻電路的信號作為 SRAM 的地址信息從 SRAM 中讀取數(shù)據(jù)送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊生成波形。同時(shí)系統(tǒng)中擴(kuò)展了 RS232 串行 通信 模塊用于與上位機(jī) 通信 ，可以從上位機(jī)獲取波形數(shù)據(jù)。 167。 系統(tǒng)可行性分析 系統(tǒng)地電源部分我們選用 780 781 7915 三個(gè)三端集成穩(wěn)壓器得到+5V、 +15V、 –15V 的電壓，然后再將這三個(gè)集成穩(wěn)壓器輸出的電壓值供給整個(gè)系統(tǒng)；通過 DAC0832 或 DAC908 進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；集成運(yùn) 放 OP05 進(jìn)行電壓放大；運(yùn)用 8255A 芯片進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展；撥碼開關(guān)組成按鍵系統(tǒng)；程控波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的顯示模塊還用到一片 74LS13兩篇 7404 反相器和 8 組 LED；硬件波形發(fā)生器設(shè)計(jì)額外用到一片 SRAM6116，兩片 74LS373 鎖存器，一片555 作外部時(shí)鐘源，三片 74161 作分頻譯碼電路，一個(gè) MAX232 和一個(gè) 9 針插口組成串行 通信 模塊。以上這些器件在市場上都很普及，價(jià)格低廉，容易獲得，因此器件的選擇經(jīng)濟(jì)可行。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3章 主要芯片及設(shè)計(jì)軟件介紹 167。 主要 芯片介紹 為了便于對下章硬件電路進(jìn)行說明，本節(jié)將對設(shè)計(jì)中 起主要作用的一些芯片進(jìn)行介紹，如 89C51[11]、 8255A[12]、 DAC0832[13]、 DAC90 555[14]、 74161。 167。 89C51 單片機(jī) STC89C51 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲 器（ FPEROM—Flash 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)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用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。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中， 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 1. 主要特性 ? 與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ? 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz ? 三級程序存儲器鎖定 ? 1288 位內(nèi)部 RAM ? 32 可編程 I/O 線 ? 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 5 個(gè)中斷源 ? 可編程串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2. 管腳說明 圖 31 89C51 單片機(jī)引腳說明圖 （ 1） 電源和晶振 VCC： 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V 電壓。 GND： 接地。 XTAL1： 輸入到振蕩器的反向放大器。 XTAL2： 方向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。 （ 2） I/O 口 89C51 單片機(jī)有 4 組 8 位的 I/O 口，共 32 根口線。 P0 口 ： 8 位漏級開路雙向 I/O 口 。 當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 當(dāng)使用片外存儲器（ RAM 或 RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（這時(shí)需要加外部上拉電阻） 。 P0 口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)LSTTL 負(fù)載。 P1 口 ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 在編程 /校驗(yàn)期間，用作輸入低位字節(jié)地址。 P1 口能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P2 口 ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當(dāng)使用片外存儲器（ RAM 或 RAM）時(shí)，輸出高位地址。在編程 /校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。 P2 口 可以 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P3 口 ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P3 口可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P3 還提供了各種替代功能。在提供這些替代功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。具體功能表述如下： RXD，串行輸入口，輸 入。 TXD， 串行輸出口 ，輸出。 INT0 ,外部中斷 0,輸入。 INT1 ， 外部中斷 1，輸入。 T0，定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的 外部輸入 端，輸入。 T1，定