畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器的軟件設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 函數(shù)發(fā)生器的軟硬件設(shè)計學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 院 （系） 指導(dǎo)教師 完成時間 2012.6.10本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目 函數(shù)發(fā)生器的軟件設(shè)計 專業(yè) 學(xué)號姓名 設(shè)計的主要內(nèi)容：1利用at89c51、dac0832等芯片對函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行設(shè)計，使之能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波。2設(shè)計軟件總程序和具體的正弦波、三角波、方波產(chǎn)生子程序。3掌握正弦波、方波、三角波三種波形發(fā)生的原理。基本要求：1能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種波形，波形的頻率可調(diào)，輸出幅度的可調(diào)，并且具有顯示功能。2英文翻譯不少于5000字符。3資料綜述不少于3000字符。4中英文摘要不少于200字符。主要參

2、考資料：1蔡明生 電子設(shè)計 北京 高等教育出版社 2004.12全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會 第五屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編 北京 北京理工大學(xué)出版社 2003.13張毅坤 陳善久 裘雪紅 單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用 西安 西安電子科技大學(xué)出版社 1998 完 成 期 限：2011年2月28日到2010年6月10日 指 導(dǎo)教師簽 章： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2011年 2 月 26 函數(shù)發(fā)生器的軟件設(shè)計摘 要函數(shù)發(fā)生器是一種多波形的信號源，它可以產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等任意波形，在電子行業(yè)中應(yīng)用很廣泛。本設(shè)計是設(shè)計一個基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器的軟件設(shè)計，利用at89c51單片機(jī)產(chǎn)生正弦波，

3、方波，三角波三種波形，用c語言編程，程序中包括中斷子程序，顯示子程序，鍵盤掃描子程序等功能子程序，正弦波用查表法編程，利用改變查詢兩點(diǎn)之間的時間改變頻率，程序也可控制幅度的改變，方波和三角波程序簡單，將在論文中詳解，最后輸出的波形利用dac0832進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，用lcd顯示幅度和頻率。本設(shè)計是以軟件介紹為主，對各個程序的編寫調(diào)試都有很好的介紹。關(guān)鍵詞 函數(shù)發(fā)生器 單片機(jī) 數(shù)/模轉(zhuǎn)換 function generator softwareabstractfunction generator is a multi-wave signal source, which can produce sin

4、e, square, triangular wave arbitrary waveform applications in the electronics industry is extensive. this design is to design a microcontroller based function generator of software design, use of microcontroller at89c51 produce sine, square, triangle of three waveforms, using c language programming,

5、 the program includes interrupt routines, display routines, the keyboard scan subroutine features such as subroutines, sine wave method with the lookup table programming, using the time change the query to change the frequency between two points, the program can also control the rate of change, squa

6、re wave and triangular wave procedure is simple, xiang jie in the paper, the final output waveform for use dac0832 d / a converter, with lcd display amplitude and frequency. the design is based on software, the main presentation, the preparation of each program has a very good introduction to debugg

7、ing.keywords function generator scm d / a converter目 錄摘要iabstractii1 緒論11.1 設(shè)計背景11.2 單片機(jī)的應(yīng)用12 系統(tǒng)設(shè)計方案32.1 系統(tǒng)分析32.1.1 功能定義32.1.2 可行性分析32.2 系統(tǒng)需求分析42.2.1 系統(tǒng)功能要求42.2.2 系統(tǒng)性能要求42.3 總體方案設(shè)計43 硬件設(shè)計63.1 總體硬件設(shè)計63.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計73.2.1 電源模塊設(shè)計73.2.2 復(fù)位與時鐘電路模塊設(shè)計83.2.3 d/a轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計93.2.4 電壓變換原理圖113.2.5 鍵盤接口設(shè)計113.2.6 顯示器接口設(shè)計1

8、64 函數(shù)發(fā)生器軟件設(shè)計204.1 軟件總體設(shè)計204.2 軟件功能設(shè)計204.2.1 初始化程序設(shè)計204.2.2 鍵盤掃描及處理程序設(shè)計214.2.3 三角波發(fā)生程序設(shè)計264.2.4 正弦波發(fā)生程序設(shè)計274.2.5 方波發(fā)生程序設(shè)計304.2.6 中斷服務(wù)程序設(shè)計314.2.7 液晶顯示32致謝35參考文獻(xiàn)36附錄1 電路原理圖37附錄2 電路原理圖38附錄3 程序源代碼391 緒論1.1 設(shè)計背景函數(shù)發(fā)生器亦稱波形發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三

9、角等波形。函數(shù)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動等領(lǐng)域常常要用到低頻信號源1。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的rc很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會大大增加。1.2 單片機(jī)的應(yīng)用當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀

10、器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會，電子技術(shù)的進(jìn)步，給人們帶來了根本性的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響汽車，處處可見其應(yīng)用。因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。一塊單片機(jī)芯片就是一臺計算機(jī)。由于單片機(jī)的這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔(dān)了大中型計算機(jī)和通用微型計算機(jī)無法完成的一些工作。使其具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，因此在各個領(lǐng)域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片

11、機(jī)的特點(diǎn)歸納起來有以下幾個方面2。 具有優(yōu)異的性能價格比單片機(jī)盡可能地把應(yīng)用所需的存儲器,各種功能的i/o 接口集成在一塊芯片內(nèi),因而其性能很高,而價格卻相對較低廉,即性能價格比很高。 集成度高、體積小、可靠性高單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上，因而集成度高，均為大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路。又內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片之間的連線，這大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。同時，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。 控制功能強(qiáng)單片機(jī)體積雖小，但“五臟俱全”，它非常適用于專門的控制用途。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令，i/o口的邏輯操

12、作指令以及位操作指令。其邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 低電壓、低功耗單片機(jī)大量用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費(fèi)類產(chǎn)品，低電壓和低功耗尤為重要。目前，許多單片機(jī)已可在2.2v電壓下運(yùn)行,有的已能在1.2v或0.9v下工作，功耗降至a級,一粒鈕扣電池就可長期使用。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計方法來產(chǎn)生低頻信號，其下限頻率很低。具有線路相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求3。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。這里介紹一種采用at89c51單片機(jī)和一片dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的便攜式函數(shù)發(fā)

13、生器，它的特點(diǎn)是價格低、性能高，在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等。函數(shù)發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點(diǎn)4：較分立元件信號發(fā)生器而言，具有頻率高，工作穩(wěn)定，容易調(diào)試等特性；較專用dds芯片的信號發(fā)生器而言，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等特性。2 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)分析2.1.1 功能定義基于單片機(jī)的信號發(fā)生系統(tǒng)是一個實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)，可為相關(guān)實(shí)驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用提供支持。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計及c語言在基本控制中的應(yīng)用5。此系統(tǒng)具有的功能如下：硬件部分 電源模塊（12v,5v）； 時鐘與復(fù)位電路模塊； 鍵盤設(shè)計模塊； 波形產(chǎn)生與電壓變換模塊； d/a轉(zhuǎn)換模塊； 顯示模塊；軟件部分 系統(tǒng)復(fù)位

14、初始化； 鍵盤掃描與處理； 三角波發(fā)生程序設(shè)計； 正弦波發(fā)生程序設(shè)計； 方波發(fā)生程序設(shè)計； 中斷服務(wù)程序設(shè)計； 液晶顯示；2.1.2 可行性分析 可行性分析根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及系統(tǒng)設(shè)計目的，經(jīng)研究芯片的選擇如下6：主控芯片采用atmel公司的89c51；采用12mhz的晶振器為89c51提供時鐘信號；穩(wěn)壓塊選用7812與7805相串聯(lián)，提供12v和5v電壓,7912產(chǎn)生-12v電壓；對于89c51的p0口的數(shù)據(jù)采用74ls373進(jìn)行鎖存后經(jīng)過dac0832進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換；顯示器采用lcd1602液晶顯示；8位d/a轉(zhuǎn)換器采用dac0832；運(yùn)算放大器采用lm324。大部分的芯片及器件都可以通過網(wǎng)絡(luò)購

15、買，所以器件的選擇完全可行。 經(jīng)濟(jì)上的可行性討論本設(shè)計是一個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，芯片的選擇在前面已經(jīng)討論，從前面的討論中可見芯片大部分可在網(wǎng)上找到。因此，設(shè)計費(fèi)用主要集中在購買元器件上，而大部分的元器件又不是很貴，所以經(jīng)濟(jì)上本設(shè)計完全可行。2.2 系統(tǒng)需求分析2.2.1 系統(tǒng)功能要求系統(tǒng)具有d/a轉(zhuǎn)換功能，lcd1602液晶顯示功能，上電自動復(fù)位功能，24鍵盤輸入接口，信號幅度頻率變換功能。2.2.2 系統(tǒng)性能要求 系統(tǒng)的d/a轉(zhuǎn)換功能具有8位精度； 動態(tài)掃描lcd顯示器； 89c51單片機(jī)時鐘信號為12mhz； 系統(tǒng)上電自動復(fù)位； 系統(tǒng)具有8位行列掃描鍵盤。2.3 總體方案設(shè)計一個單片機(jī)主系統(tǒng)的硬件電

16、路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展部分設(shè)計，它包括存儲器擴(kuò)展和接口擴(kuò)展。存儲器擴(kuò)展指eprom、eeprom和ram的擴(kuò)展。接口擴(kuò)展是指各接口芯片以及其他功能器件的擴(kuò)展7。二是各功能模塊的設(shè)計，如信號檢測功能模塊、信號控制功能模塊、人機(jī)對話功能模塊、通訊功能模塊等，根據(jù)系統(tǒng)功能要求配置相應(yīng)的d/a、鍵盤、顯示器等外圍設(shè)備。本機(jī)硬件設(shè)計包括兩部分，即電源部分設(shè)計和主系統(tǒng)設(shè)計。電源設(shè)計和主系統(tǒng)框圖分別如圖2-1，2-2所示。圖2-1 交流直流電壓轉(zhuǎn)換圖2-2 主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 函數(shù)發(fā)生器硬件設(shè)計3.1 總體硬件設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容8：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能

17、單元（如rom、i/o、定時/計數(shù)器等）容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計適當(dāng)?shù)碾娐?。二是系統(tǒng)配置，即按照功能要求配置外圍設(shè)備如顯示器、d/a轉(zhuǎn)換等，要設(shè)計合適的電路。系統(tǒng)的擴(kuò)展和模塊設(shè)計應(yīng)遵循下列原則9： 盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，提高設(shè)計的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。 系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求。 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)果與軟件方案會產(chǎn)生相互影響, 考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時間要比直接用硬件響應(yīng)來的長，而且占用cpu時

18、間。所以，選擇軟件方案時，要考慮到這些因素。 可靠性及抗干擾性設(shè)計是硬件系統(tǒng)設(shè)計不可缺少的部分，它包括芯片、器件選擇，去耦濾波等。 單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力。驅(qū)動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增加驅(qū)動能力，增設(shè)線驅(qū)動器或減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。 系統(tǒng)的擴(kuò)展及各功能模塊的設(shè)計在滿足系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地，以備將來修改、擴(kuò)展之需。 在考慮硬件總體結(jié)構(gòu)的同時要注意通用性的問題。根據(jù)以上原則，進(jìn)行硬件設(shè)計。系統(tǒng)采用較為普及的89c51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心。它不但容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計指標(biāo)，而且還有較好的性價比10。程序存貯器89c51內(nèi)部自帶8k的rom，512b的r

19、am，所以不需要對其擴(kuò)展存儲器。鍵盤接口矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，系統(tǒng)采用了行列式鍵盤設(shè)計即矩陣鍵盤，用i/o線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上，24的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成8個鍵的鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省i/o線。按鍵的識別方法有兩種，一種為掃描法，另一種為線反轉(zhuǎn)法。此設(shè)計采用了行列式及與之相適應(yīng)的行列掃描法。lcd液晶驅(qū)動 本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了89c51的i/o口對24鍵盤和8位lcd液晶顯示的控制。為增加對lcd液晶顯示器的驅(qū)動能力及穩(wěn)定性，在它與89c51之間設(shè)置了提高驅(qū)動能力的74ls373。d/a轉(zhuǎn)換本設(shè)計d/a轉(zhuǎn)換部分采用dac0832芯片，由于它不帶鎖存器，故在使

20、用時必須加74ls373進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存11。信號變換部分對信號的變換部分采用四運(yùn)放集成芯片lm324，它采用14腳雙列直插塑料封裝，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器?？煽啃苑矫嬖谑褂脩?yīng)用系統(tǒng)時，可能會受到多種干擾的侵襲，直接影響到系統(tǒng)的可靠性，因此，本系統(tǒng)適當(dāng)加入去耦電容，以減少干擾，確保精度。3.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計3.2.1 電源模塊設(shè)計穩(wěn)壓電源是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為測控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高有效率的開關(guān)電源所取代，特別是單片開關(guān)電源的迅速推廣應(yīng)用，為設(shè)計新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件。本

21、機(jī)使用三種共地電源：+12v，12v，+5v，硬件設(shè)計中采用自帶電源方式。因?yàn)楸緳C(jī)有89c51單片機(jī)，還有許多邏輯芯片，這些芯片的工作電源電壓為+5v，所以電源中必須有+5v電源。另外由于d/a轉(zhuǎn)換器件vee端需接-12v電壓，lm324也需要提供12v電源，所以需要設(shè)計一個能產(chǎn)生12v，+5v的電源12。經(jīng)過綜合分析，變壓器選用16w32v變壓器，整流用一片rbv-406集成電橋。穩(wěn)壓部分選用三端集成7805，7812，7912穩(wěn)壓器件。特別說明，在使用穩(wěn)壓器件時，一定要注意7912是左邊接地，右邊輸出，中間輸入；而7812是左邊輸入，右邊輸出，中間接地。電源部分原理圖如3-1圖所示：圖3-

22、1 電源原理圖3.2.2 復(fù)位與時鐘電路模塊設(shè)計 復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路實(shí)現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位18。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，通常是rst引腳保持10ms以上的高電平。復(fù)位電路連接如下圖所示。系統(tǒng)上電時，在rc電路充電過程中，由于電容兩端電壓不能跳變，故使reset端電平呈高電位，系統(tǒng)復(fù)位。經(jīng)過一段時間，電容充電，使reset端呈低電位，復(fù)位結(jié)束。復(fù)位電路如圖3-2所示：圖3-2 復(fù)位電路 時鐘電路設(shè)計 89c51系列單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外

23、部振蕩方式。在引腳xtal1和xtal2外接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反向放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用6mhz、12mhz或24mhz。內(nèi)部振蕩方式如圖3-3所示。圖中電容c1、c2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為530pf。內(nèi)部振蕩方式所得時鐘信號比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。 外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機(jī)的時鐘與外部信號保持一致。外部振蕩方式電路如圖3-4所示。對hmos的單片機(jī)（8031，8031ah等），外部時鐘信號由xtal2引入；對于chm

24、os的單片機(jī)（89c51），外部時鐘信號由xtal1引入。圖3-3 內(nèi)部振蕩 圖3-4 外部振蕩3.2.3 d/a轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 d/a轉(zhuǎn)換器概述d/a轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)：分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分02n-1共2n個輸入數(shù)字量。表示方法：用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如8位。用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。dac0832的分辨率為1/256。精度：dac0832實(shí)際輸出電壓與理想的輸出電壓的偏差。 dac0832的最大滿刻度偏差為+1lsb 。線性度：dac0832實(shí)際傳輸特性曲線與理想的傳輸特性曲線的偏差。 dac0832的最大誤差為+0.19% 。溫度

25、靈敏度：在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。轉(zhuǎn)換速度：用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間建立時間tset來衡量。建立時間：輸入信號從開始變化到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差1/2lsb范圍以內(nèi)的時間。輸入信號由全0變?yōu)槿?所需時間最長。當(dāng)外接運(yùn)放時，轉(zhuǎn)換時間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下降）時間。 (3-1)式中為轉(zhuǎn)換時間 ，為建立時間，輸出最大電壓值，為運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率。 d/a轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)根據(jù)dac0832的特性設(shè)計出本系統(tǒng)的d/a轉(zhuǎn)換電路如圖3-5所示：圖3-5 系統(tǒng)d/a實(shí)現(xiàn)工作原理：本系統(tǒng)由vref提供參考電壓，相應(yīng)

26、參考電流為i=vref/r1。電容c4提供補(bǔ)償，out輸出電流，經(jīng)過lm324運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。所以輸出電壓： （3-2） =5k （3-3） （3-4）3.2.4 電壓變換原理圖電壓變換的原理采用運(yùn)算放大器搭建電路，dac輸出的信號經(jīng)過lm324運(yùn)算放大電路，達(dá)到預(yù)定的信號輸出幅度，運(yùn)算電路的設(shè)計中，rf為反饋電阻，經(jīng)過一定的比例運(yùn)算達(dá)到最終的設(shè)計目的。c5為濾波電容。可以濾除雜波信號。具體設(shè)計電路原理圖如圖3-6所示：圖3-6 系統(tǒng)信號變換3.2.5 鍵盤接口設(shè)計 鍵盤設(shè)計需要解決的幾個問題：鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼

27、鍵盤兩種類型。編碼鍵盤能自動識別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)代碼，以并行或串行方式發(fā)給cpu。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。非編碼鍵盤則是通過軟件來確定按鍵并計算鍵值。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。鍵盤是計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個重要組成部分，設(shè)計時必須解決下述一些問題。按鍵的確認(rèn)鍵盤實(shí)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。鍵的閉合與否，取決于機(jī)械彈性開關(guān)的通、斷狀態(tài)。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。所以，通過電平狀態(tài)（高或低）的檢測，便可確定相應(yīng)按鍵是否已被按下。

28、重鍵與連擊的處理實(shí)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。如視按下時間最長者為有效鍵，或認(rèn)為最先按下的鍵為當(dāng)前的按鍵，也可以將最后釋放的鍵看成是輸入鍵。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。有時，由于操作人員按鍵動作不夠熟練，會使一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果，及重鍵的情形。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。等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能程序，以防止一次擊鍵多次執(zhí)行的錯誤發(fā)生。按鍵防抖動技術(shù)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

29、種確定操作命令。所以準(zhǔn)確無誤地辨認(rèn)每個鍵的動作及其所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。一個電信號通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程，完成高、低電平的切換。由于機(jī)械觸點(diǎn)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。消除按鍵盤抖動通常有兩種方法：硬件消抖和軟件消抖。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。這種做法，工作可靠，且節(jié)省機(jī)時。 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rs觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路，如圖3-7所示。軟件消抖則是利用延時來跳過抖動過程。圖3-7 單穩(wěn)態(tài)硬件消抖電路鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨(dú)

30、立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤就是各按鍵相互獨(dú)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，示例如下圖所示。矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用i/o口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如44的行、列結(jié)構(gòu)可組成16個鍵的鍵盤，比一個鍵位用一根i/o口線的獨(dú)立式鍵盤少了一半的i/o口線。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。獨(dú)立式鍵盤如圖3-8所示：圖3-8 獨(dú)立式鍵盤 矩陣鍵盤的工作方式查詢工作方式這種方式是直接在主程序中插入鍵盤檢測子程序，主程序每執(zhí)行一次，則鍵盤檢測子程序就對鍵盤進(jìn)行檢測

31、一次。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。然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理完后再回到主程序執(zhí)行。鍵盤掃描子程序流程如圖3-9所示：圖3-9 鍵盤掃描流程圖中斷工作方式如圖所示，就是中斷工作方式，當(dāng)有中斷的時候，就去執(zhí)行掃描程序，沒有中斷的時候，cpu可以去做其他的事情。這樣可以提高cpu的效率。鍵盤中斷工作方式如圖3-10所示：圖3-10 鍵盤中斷工作方式 系統(tǒng)鍵盤的實(shí)現(xiàn)依據(jù)上述工作原理，結(jié)合本設(shè)計實(shí)際，設(shè)計出本系統(tǒng)鍵盤結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。圖3-11 系統(tǒng)鍵盤實(shí)現(xiàn)工作原理如下：檢測鍵盤上是否有鍵按下：將行線送入低電平

32、，列線送入高電平。讀入p1口的狀態(tài)來判別。其具體過程如下：p1口輸出0fh，即所有行線置成高電平，所有列線置成低電平，然后將p1口狀態(tài)讀入與0fh比較。如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為1。識別鍵盤中哪一個鍵按下：確認(rèn)有鍵按下后，保存行掃描時有鍵按下時的狀態(tài)x 。p1口輸出f0h，進(jìn)行列掃描，保存列掃描狀態(tài)y，取出鍵值z=x|y.例如第一行第一列有鍵按下，那么行掃描讀入的狀態(tài)為00001110，列掃描讀入的狀態(tài)為11100000，最后鍵值z=11101110=eeh，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)程序。3.2.6 顯示器接口設(shè)計功能簡介:其液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器

33、（cgrom)已經(jīng)存儲了160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，每一個字符都有一個固定的代碼13。lcd1602以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，實(shí)物圖如圖3-12所示：外形尺寸(lxwxh) 80.0x36x12.0視域尺寸(wxhxt) 64.5x13.8驅(qū)動電壓(v) 5.0v or 3.3v工作溫度:(oc) 050 or -2070存儲溫度:(oc) -1060 or -3080顯示類型: stn or fstn顏色: 藍(lán)色(帶背光)生產(chǎn)工藝: smt其主要技術(shù)參數(shù)為：顯示容量：4.55.5v；工作電流：2.0ma（5.0v

34、）模塊最佳工作電壓：5.0v字符尺寸：2.954.35（wxh）mm1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其管腳定義如下:圖3-12 lcd1602實(shí)物圖第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：rw為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平

35、rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光電源接5v正電壓。第16腳：背光電源接地。1602的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，其指令具體功能介紹如下：指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與

36、關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。指令8：ddram地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：

37、讀數(shù)據(jù)。與led數(shù)碼管相比，液晶顯示器的顯示效果相對較好，液晶顯示器顯示不僅直觀，而且界面具有人機(jī)交互美觀的特點(diǎn)。而且具有低功耗，容易控制，占用cpu資源少這些優(yōu)點(diǎn)，從而成為一些顯示器的首選14。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom)已經(jīng)存儲了160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。因?yàn)?602識別的是ascii碼，試驗(yàn)可以用ascii碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可

38、以用字符型常量或變量賦值，如a 15。 以下是1602的16進(jìn)制ascii碼表地址： 讀的時候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號！的ascii為0x21，字母b的ascii為0x42（前面加0x表示十六進(jìn)制）16。指令集：1602通過d0d7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。 顯示模式設(shè)置： (初始化) 0011 0000 0x38 設(shè)置162顯示，57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口； 顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化) 0000 1dcb d顯示(1有效)、c光標(biāo)顯示(1有效)、b光標(biāo)閃爍(1有效) 0000 01ns n=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1 &光標(biāo)加1)， n=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針

39、減1 &光標(biāo)減1)， s=1 且 n=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移) s=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動 數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為80h，所以數(shù)據(jù)地址為80h+地址碼(0-27h，40-67h) 其他設(shè)置： 01h(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02h(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。lcd顯示與單片機(jī)連接電路圖如圖3-13所示： 圖3-13 液晶原理圖通過液晶1602顯示輸出的波形、頻率，其電路圖如圖3-14所示：圖3-14 液晶顯示如圖3-14所示，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的p1口，其三個使能端rs、rw、e分別接單片機(jī)的p3.7p3.5。通過軟件控制液晶屏可以顯示波

40、形的種類以及波形的頻率17。4 函數(shù)發(fā)生器軟件設(shè)計4.1 軟件總體設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計的，能可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。一個優(yōu)秀的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)具有下列特點(diǎn)： 根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個獨(dú)立的部分。設(shè)計出軟件的總體結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)清晰、流程合理。 要樹立結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計風(fēng)格，各功能程序模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。 建立正確的數(shù)學(xué)模型。即根據(jù)功能要求，描述各個輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它是關(guān)系到系統(tǒng)好壞的重要因素。 為提高軟件設(shè)計的總體效率，以簡明、直觀法對任務(wù)進(jìn)行描述，在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。 要合理分配系統(tǒng)資源，包

41、括rom、ram、定時數(shù)器、中斷資源等。 注意在程序的有關(guān)位置處寫上功能注釋，提高程序的可讀性。 加強(qiáng)軟件抗干擾設(shè)計，它是提高系統(tǒng)應(yīng)用可靠性的有利措施。本系統(tǒng)的軟件包括以下幾個程序模塊： 初始化程序； 鍵盤掃描程序與處理程序； 三角波發(fā)生程序； 正弦波發(fā)生程序及其服務(wù)程序； 方波發(fā)生程序； 定時器0中斷服務(wù)程序； 液晶顯示程序；4.2 軟件功能設(shè)計4.2.1 初始化程序設(shè)計復(fù)位程序完成如下工作： 顯示2秒的ppp.hello初始界面； 將頻率值轉(zhuǎn)換成定時器的初值； 置定時器0工作于方式1，即16位定時器方式，送入定時器0定時初值，啟動定時器0工作； 顯示初始頻率,幅度和產(chǎn)生波形的類型； 轉(zhuǎn)鍵盤

42、掃描程序。系統(tǒng)的初始化流程如圖4-1所示。圖4-1 初始化流程圖4.2.2 鍵盤掃描及處理程序設(shè)計這部分程序包括如下幾部分： 鍵盤掃描程序judge； 先對p1置數(shù)，行掃描； 判斷是否有鍵按下； 延時10ms，軟件去干擾； 確認(rèn)按鍵按下x = p1， 保存行掃描時有鍵按下時狀態(tài)； 列掃描； 保存列掃描時有鍵按下時狀態(tài)； 取出鍵值； 執(zhí)行相應(yīng)鍵值程序。下面分別介紹其功能及設(shè)計思想16。鍵盤掃描程序單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤掃描是cpu工作的一個主要內(nèi)容之一。cpu忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤掃描。既保證不失時機(jī)的響應(yīng)鍵盤操作，又不過多占用cpu時間。因此，要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中的cpu的忙、閑情況，選擇好

43、鍵盤的工作方式。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，為了節(jié)省硬件，通常采用非編碼鍵盤，在這種鍵盤結(jié)構(gòu)中，單片機(jī)對它的控制有三種方式：程序控制掃描方式；定時掃描工作方式；中斷工作方式。 程序控制掃描方式這種方式就是只有當(dāng)單片機(jī)空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵盤的輸入請求。 定時掃描方式這種方式就是每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。通常是利用單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生10ms的定時中斷，cpu響應(yīng)定時器溢出中斷請求，對鍵盤進(jìn)行掃描，以響應(yīng)鍵盤輸入請求。 中斷工作方式為進(jìn)一步提高cpu效率，可以采用中斷掃描工作方式。即在鍵盤有健按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描，執(zhí)行該鍵功能程序。本系統(tǒng)采用程序控制掃描工作方式。在該設(shè)計中的鍵盤

44、的行列線連接于89c51的p1口上。鍵盤掃描程序自復(fù)位后就開始工作，時刻監(jiān)視鍵盤，有無鍵按下。在監(jiān)視鍵盤過程中，允許定時器t0中斷，即同時動態(tài)顯示數(shù)據(jù)和輸出波形。一旦有鍵按下，先延時10ms，去除鍵的抖動，然后關(guān)中斷，不允許定時器t0發(fā)生中斷。其框圖如圖4-2所示： 圖4-2 鍵盤掃描對應(yīng)鍵盤如圖4-3所示:圖4-3 鍵盤實(shí)現(xiàn)鍵盤采用矩陣式鍵盤，由軟件產(chǎn)生相應(yīng)編碼，再根據(jù)相應(yīng)編碼調(diào)用相應(yīng)的子程序。編碼產(chǎn)生原理：p1口低四位表示行，高四位表示列。鍵盤所在的行和所在的列用0表示，其它的行和列用1表示。如第一行第一列key2編碼值為(11101110)2=0xee,第二行第三列key8編碼值為(10

45、111101)2=0xbd。表4-1 鍵盤處理程序鍵值對應(yīng)處理程序0x7dkey1鍵選擇發(fā)波類型（1為正弦波,2為三角波,3為方波）0xeekey2幅度增加 0xdekey3幅度減小0xbekey4 無功能0x7ekey5頻率增加0xedkey6頻率減小0xddkey7占空比增大調(diào)整0xbdkey8占空比減小調(diào)整鍵盤掃描源程序如下：void judge(void)uchar temp;p1=0xfe;/第一行掃描11111110；temp=p1;temp=temp&0xf0;/消除低四位；if(temp!=0xf0)/判斷是否有鍵按下；delay(5);/消抖動程序；if(temp!=0xf0

46、)temp=p1;switch(temp)case 0x7e:key1();break;case 0xbe:key2();break;case 0xde:key3();break;case 0xee:key4();break;p1=0xfd;/第二行掃描11111101；temp=p1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(5);/消抖延時if(temp!=0xf0)temp=p1;switch(temp)case 0x7d:key5();break;case 0xbd:key6();break;case 0xdd:key7();break;case 0xed:

47、key8();break;4.2.3 三角波發(fā)生程序設(shè)計三角波產(chǎn)生的原理是設(shè)一個自變量i讓它不斷的增加1，直到加到255時，t=i，對t進(jìn)行不斷的自減一直減到t=0，然后不斷的重復(fù)上述過程進(jìn)而產(chǎn)生三角波。流程圖如下： 圖4-4 三角波流程圖 程序如下：void sanjiaobo()uchar i=1,temp=0x00;while(1)p0=temp;temp+=i;if(temp=0xc0|temp=0x00)i=0-i;4.2.4 正弦波發(fā)生程序設(shè)計本設(shè)計采用查表的方法設(shè)計正弦波的產(chǎn)生，通過輸出的兩點(diǎn)間的延時來實(shí)現(xiàn)頻率變化功能，我們通過兩個周期的語句作為頻率改變的最小時間單位，通過循環(huán)次

48、數(shù)控制時間。用計算法也能產(chǎn)生正弦波19，假設(shè)波形地點(diǎn)數(shù)位n，輸入頻率為f，每個頻段的最小分辨率為x，則y =59sin（）+128。dac0832是8位的d/a轉(zhuǎn)換器件，其工作電壓是05v，當(dāng)輸入00數(shù)字量的時候，輸出為0v電壓；當(dāng)輸入80數(shù)字量的時候，輸出為2.5v電壓；當(dāng)輸入ff數(shù)字量的時候，輸出為5v電壓。單片機(jī)的i/o輸出均為+5 v的ttl電平，因此產(chǎn)生的正弦波幅值為+2.5 v。將一個周期內(nèi)的正弦波形等分為256份，那么第1點(diǎn)的角度為0，對應(yīng)的正弦值為2.5sin0；第2點(diǎn)的角度為360/256，對應(yīng)的正弦值為2.5sin （360/256 ） ，如此計算下去，將這些模擬量正弦值都

49、轉(zhuǎn)換為單極性方式下的數(shù)字量，得到一張按照點(diǎn)號順序排列的正弦波波形數(shù)據(jù)表格。而每次送到74ls373的八位數(shù)字量是根據(jù)查正弦波形數(shù)據(jù)表格而得到。其實(shí)在計算正弦波形數(shù)據(jù)的時候，并不需要算出整個02區(qū)間的每一個值，而只需計算出0中的值就行，其他區(qū)間的值都可以通過對0中的值取不同的變換。比如的值可以和0值一一對應(yīng)，而2的值可以對0區(qū)間的值取反得到19。計算值可以用c語言編程得到。幅度公式為y=2.51+sin()（n=0,1,264） (4-5)相應(yīng)的y值數(shù)字化后的遞增量=0.0196 (4-6)那么每一個點(diǎn)相對于起一個點(diǎn)的遞增率為a=（y2當(dāng)前的點(diǎn)，y1為前一個點(diǎn)） (4-7)所以每一個點(diǎn)的數(shù)字量與

50、遞增率a成一一對應(yīng)關(guān)系。正弦波產(chǎn)生源程序：zhengxianbo()if(choice=1) int b;p0=tosinb*chh/50; b+; 表4-2 正弦波形數(shù)據(jù)表序號幅度(y值)遞增率a數(shù)字遞增率數(shù)字量(十進(jìn)制)02.5000000.000000012812.5613530.061353313122.6226690.122669613432.6839110.183911913742.7450430.2450431214052.8060270.3060271514362.8668260.3668261814672.9274050.4274052114982.9877260.4877262415293.0477530.54775327155103.1074500.60745030158113.1667820.66678234162123.2257120.72571237165133.2842040.78420440168143.3422250