【正文】 32內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 12 DAC0832的主要特性參數(shù)如下： 8 位； 1us； 、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； d. 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； e. 單一電源供電（ +5V～ +15V）； f. 低功耗， 20mW。 DAC0832 結(jié)構(gòu)： D0～ D7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯 )。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效。 WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 ILE、CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當 LE1 為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 WRXFER 的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當 LE2 為 高電平時， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2 的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC 寄存器并開始 D/A 轉(zhuǎn)換。 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)； Rfb：反饋信號輸入線，改變 Rfb 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V～ +15V； VREF：基準電壓輸入線， VREF 的范圍為 10V～ +10V； AGND：模擬信號地 DGND：數(shù)字信號地 DAC0832 的工作方式： DAC0832 引腳功能電路應(yīng)用原理圖 DAC0832 是采樣頻率為八位的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使 DAC0832 芯片具備雙緩沖、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 )。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛 ,關(guān)于 DAC0832 應(yīng)用的一些重要資料見下圖： D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過 RFB 端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832 邏輯輸入 滿足 TTL 電平，可直接與 TTL 電路或微機電路連接。 根據(jù)對 DAC0832 的數(shù)據(jù)鎖存器和 DAC 寄存器的不同的控制方式， DAC0832 有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 13 LED 數(shù)碼管 對于人機交互式單片機系統(tǒng)來說，不僅需要響應(yīng)用戶輸入，同時也需要將一些測控信息輸出顯示。這些顯示信息可以提供實時的數(shù)據(jù)或圖形結(jié)果，以便于掌握系統(tǒng)的狀態(tài)并進行分析處理。目前，在單片機中最常用的是 LED 數(shù)碼管顯示。其成本低廉、使用簡便，可以顯示數(shù)字或幾個特定的字符。以及使用 51系列單片機如何實現(xiàn)顯示 ，包括靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。在單片機系統(tǒng)中，常常用 LED 數(shù)碼管顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。還記得我們小時候玩的“火柴棒游戲”嗎，幾根火柴棒組合起來，能拼成各種各樣的圖形， LED數(shù)碼管顯示器實際上也是這么一個東西。本次設(shè)計采用八段 LED 數(shù)碼管顯示器 八段 LED 數(shù)碼管顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成?；?7個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個賀點形的發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 LED 數(shù)碼管顯示 器有兩種不一樣的形式：一種是 8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED數(shù)碼管顯示器；另一種是 8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED數(shù)碼管顯示器。 共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED 數(shù)碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導(dǎo)通時，對應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8 段數(shù)碼管屬于 LED 發(fā)光器件的一種。 LED發(fā)光器件一般常用的有兩類：數(shù)碼管和點陣。 7 段數(shù)碼管又稱為 8 字型數(shù)碼管，分為 8段： A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 P。其中 P為小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有 10 根管腳，每一段有一根管 腳，另外兩根管腳為一個數(shù)碼管的公共端，兩根之間相互連通，從電路上，數(shù)碼管又可分為共陰和共陽兩種。 圖 26 共陽極 LED數(shù)碼管引腳與結(jié)構(gòu)圖 用單片機驅(qū)動 LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。首先介紹靜態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所有要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制 LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的 CPU 時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣 單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機再發(fā)送新的字形碼。 14 另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的 8個筆畫段 ah 同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM 各自獨立的受 I/O 線控制。 CPU 向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于 COM 段，而這一段是由 I/O 控制的，由單片機決定何時顯示哪一位了。 動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃 描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余暉效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 信號發(fā)生器的設(shè)計主要包括單片機、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、時鐘電路、放大電路、鍵盤電路、顯示電路。 硬件原理框圖 硬件原理方框圖如圖 31 所示。 圖 31 硬件原理框圖 主控電路設(shè)計 AT89C51 單片機內(nèi)部設(shè)置兩個 16 位可編程的 定時器 /計數(shù)器 T0 和 T1，它們具有計數(shù)器方式和定時器方式兩種工作方式及 4 種 工作模式。在波形發(fā)生器中，將其作定時器使用，用它來精確地確定波形的兩個采樣點輸出之間的延遲時間。模式 1采用的是 16 位計數(shù)器，當 T0 或 T1 被允許計數(shù)后，從初值開始加計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時向 CPU請求中斷。 中斷系統(tǒng)是使處理器具有對外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。當中央處理器CPU正在處理某件事的時候外界發(fā)生了緊急事件，要求 CPU暫停當前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個緊急事件。在波形發(fā)生器中，只用到片內(nèi)定時器／計數(shù)器溢出時產(chǎn)生的中斷請求，即是在 AT89C51 輸出一個波形采樣點信號后，接著啟動定時器，在定時器未產(chǎn) 生中斷之前， AT89C51 等待，直到定時器計時結(jié)束，產(chǎn)生中斷請求， AT89C51響應(yīng)中斷，接著輸出下一個采樣點信號，如此循環(huán)產(chǎn)生所需要的信號波形。 單 片 機 鍵盤 電路 顯示 電路 復(fù)位 電路 數(shù) /模轉(zhuǎn) 換電路 放大 電路 波形 輸出 15 如圖 32 所示， AT89C51 從 P0 口接收來自鍵盤的信號，并通過 P2 口輸出一些控制信號，將其輸入到 8155 的信號控制端，用于控制其信號的輸入、輸出。如果有鍵按下，則在讀控制端會產(chǎn)生一個讀信號，使單片機讀入信號。如果有信號輸出，則在寫控制端產(chǎn)生一個寫信號，并將所要輸出的信號通過 8155 的 PB 口輸出，并在數(shù)碼管上顯示出來。 圖 32 主控電路圖 數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是一種將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出的電路或器件，它被廣泛地應(yīng)用在信號采集和處理、數(shù)字通信、自動檢測、自動控制和多媒體技術(shù)等領(lǐng)域。無論在工業(yè)生產(chǎn)還是在科學(xué)研究中，常常要對某些系統(tǒng)參數(shù)進行采集、加工和控制，它們往往是非電的模擬量，例如聲、光、磁、熱和機械參數(shù)等。為了用電子技術(shù)處理這些停息．先要通過傳感器把這些非電信號變換為相應(yīng)的電信號。 隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展和成熟，尤其是微處理器的迅速發(fā)展和廣 泛應(yīng)用，使數(shù)字信號的大量存儲、快速正確地處理和控制成為很容易的事，因而用數(shù)字技術(shù)處理模擬信號已越來越受到而視。方法是先把模擬電信號變換為數(shù)字信號 (模數(shù)轉(zhuǎn)換 )，再利用數(shù)字技術(shù)對數(shù)字技術(shù)加工處理，處理結(jié)果根據(jù)需要再變換為模擬電信號 (數(shù)模轉(zhuǎn)換 )，以 16 適應(yīng)后面顯示或執(zhí)行機構(gòu)的要求，實現(xiàn)對模擬信的顯示或控制。 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸入為數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出為模擬量。有關(guān) D/A 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)性能指標很多，例如絕對精度，相對精度，線性度，輸出電壓范圍，溫度系數(shù)，輸入數(shù)字代碼種類等等。對這些技術(shù)性能指標，這里不做全面的詳細說明，僅對 幾個與接口有關(guān)的技術(shù)性能指標作以介紹。 。分辨率是 D/A 轉(zhuǎn)換器對輸入量變化敏感程度的描述，與輸入數(shù)字量的為數(shù)有關(guān)。如果數(shù)字量的位數(shù)為 n，則 D/A 轉(zhuǎn)換器的分辨率為 1/2n。這就意味著D/A 轉(zhuǎn)換器能對滿刻度的 1/2n 輸出量作出反應(yīng)。例如， 8 位數(shù)的分辨率為 1/256， 10位數(shù)的分辨率為 1/1024。因此，數(shù)字量的位數(shù)越多，分辨率就越高，亦即轉(zhuǎn)換器對輸入量變化的敏感程度也就越高。使用時，應(yīng)根據(jù)分辨率的需要來選定轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。 。建立時間是描述 D/A 轉(zhuǎn)換速度快慢的一個參數(shù)，指從輸入數(shù)字量變化到輸 出達到終值誤差 +1/2LSB 時所需的時間，通常以建立時間來表明轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換器輸出形式為電流時，建立時間較短，而輸出形式為電壓時，由于建立時間還要加上運算放大器的延遲時間，因此建立時間要長一些。但總的來說， D/A 轉(zhuǎn)換速度遠高與 A/D 轉(zhuǎn)換，例如快速的 D/A 轉(zhuǎn)換器的建立時間僅為 1us。 。 D/A 轉(zhuǎn)換器與單片機的接口方便與否，主要決定于轉(zhuǎn)換器本身是否帶數(shù)據(jù)鎖存器。通常有兩類 D/A 轉(zhuǎn)換器：一類不帶鎖存器；另一類則帶鎖存器。對于不帶鎖存器的 D/A 轉(zhuǎn)換器，為了保存來自單片機的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，在接口要加鎖存器，因此 這類轉(zhuǎn)換器必須接在口線上而不能直接接在數(shù)據(jù)總線上；而帶鎖存器的 D/A轉(zhuǎn)換器，可以把它看作是一個輸出口，因此可以直接接在數(shù)據(jù)總線上，而不需另加鎖存器。 由于單片機產(chǎn)生的是數(shù)字信號，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易并具有 8 位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832。 DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上， DAC0832 輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)，而是以其絕對分辨率為單位增減，是準模擬量的 輸出。 DAC0832 是電流型輸出，在應(yīng)用時外接運放使之成為電壓型輸出。 由圖 33 可知， DAC0832 的片選地址為 7FFFH，當 P25 有效時，若 P0 口向其送的數(shù)據(jù)為 00H， 則 U1 的輸出電壓為 0V。若 P0口向其送的數(shù)據(jù)為 0FFH 時， 則 U1 的輸出電壓為 5V. 故當 U1 輸出電壓為 0V 時，由公式 得： Vout = 5V時，可得： Vout = +5V，所以輸出波形的電壓變化范圍為 5V～+ 5V. 故可推得，當 P0所送數(shù)據(jù)為 80H 時， Vout 為 0V。 1 2 3 01 2 3U U UR R R??? 17 圖 33數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 按鍵接口電路設(shè)計 鍵盤能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能。信號發(fā)生器用鍵盤用來置入所需要輸出波形的種類，即根據(jù)用戶的要求 將所需波形用鍵盤輸入，再由單片機判斷分析，輸出所需結(jié)果。 圖 34 為鍵盤接口電路的原理圖，圖中 鍵盤和 8155 的 PA 口相連 ， AT89C51 的P0 口和 8155 的 D0 口相連， AT89C51 不斷的掃描鍵盤，看是否有鍵按下，如有，則根據(jù)相應(yīng)按鍵作出反應(yīng)。其中“ S0”號鍵代表方波輸出，“ S1”號鍵代表正弦波輸出，“ S2”號鍵代表三角波輸出。 “ S3”號鍵代表鋸齒波輸出，“ S4”號鍵為 10Hz 的頻率信號，“ S5”號鍵為 100Hz 的頻率信號，“ S6”號鍵為 500Hz 的頻率信號，“ S7”號鍵為 1KHz 的頻率信號。 圖 34 按鍵接口 時鐘電路設(shè)計 時鐘電路一般由晶體震蕩器、晶震控制芯片和電容組成。 時鐘是單片機的心 18 臟．單片 機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊地一拍一拍地運作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 8051 單片機有兩個引腳（ XTAL1， XTAL2）用于外接石英晶體和微調(diào)電容，從而構(gòu)成時鐘電路，其電路圖如圖 35 所示。 電容 C C2 對振蕩頻率有穩(wěn)定作用，其容量的選擇為 30pf，振蕩器選擇頻率為 1