基于51系列單片機(jī)的多功能波形發(fā)生器及特定波形幅值調(diào)節(jié)

1、 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告 課程名稱：基于51系列單片機(jī)的波形發(fā)生器研究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 多功能波形發(fā)生器及特定波形幅值調(diào)節(jié) 姓名 xxx 學(xué)號(hào) xxxxxx 手機(jī) xxxxxxxxx email xxxxxxxxxxxx 專 業(yè) 自動(dòng)化 班級(jí) xxxxxxx 指導(dǎo)教師及職稱xxx 開課學(xué)期 2011 至2012 學(xué)年 第一 學(xué)期提交時(shí)間 2011 年 12 月 29 日一、實(shí)驗(yàn)摘要波形發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中都需要射頻發(fā)射，這就需要信號(hào)發(fā)生器，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振

2、圖像等，都需要功率或大或小、頻率或高過低的信號(hào)。在現(xiàn)代社會(huì)中，自動(dòng)化技術(shù)早已滲透到社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，高精度、寬頻率、高穩(wěn)定性的信號(hào)發(fā)生器對(duì)于所屬整體系統(tǒng)的性能改善和提高起著至關(guān)重要的作用。多波形的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是電子實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)備之一，目前各類學(xué)校廣泛使用的是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，雖然功能齊全，性能指標(biāo)高，但是價(jià)格昂貴，本文所研究的信號(hào)發(fā)生器采用單片機(jī)和dac0832結(jié)合起來，通過數(shù)字電子電路向模擬電路轉(zhuǎn)化，該系統(tǒng)雖然性能指標(biāo)不如標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，但是它體積小，成本低，便于攜帶等特點(diǎn)，亦可作為電子隨身設(shè)備之一。本次創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)將由at89c51單片機(jī)和dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成波形發(fā)生器，此波形發(fā)生器可產(chǎn)生

3、方波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等多種波形，波形的幅值可以用程序進(jìn)行改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加上按鍵用來更改不同波形之間的切換，實(shí)現(xiàn)不同波形的輸出。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑陔娮釉O(shè)備中，經(jīng)常需要產(chǎn)生各種波形，本設(shè)計(jì)要求利用單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片組成波形發(fā)生器硬件系統(tǒng)，需要完成下列任務(wù)：（1） 能夠通過按鍵控制，產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波五種波形。（2） 能夠通過原理圖調(diào)試進(jìn)行改變各個(gè)波形的幅度。三、實(shí)驗(yàn)場地及儀器、設(shè)備和材料：（1）at89c51芯片1個(gè)（2）dac0832芯片1個(gè)（3）opamp放大器芯片1個(gè)（

4、4）電阻2個(gè) 電容3個(gè) 可調(diào)電阻1個(gè) 排阻1個(gè)（5）開關(guān)6個(gè)（6）protues軟件（7）晶振1個(gè)（8）示波器1臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)原理波形的產(chǎn)生是通過at89c51單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向dac0832轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。at89c51單片機(jī)的最小系統(tǒng)有三種聯(lián)接方式。一種是兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器型，即輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過兩級(jí)緩沖器后，送d/a轉(zhuǎn)換電路。第二種是單級(jí)緩沖器型，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)輸入寄存器直接送入dac寄存器，然后送d/a轉(zhuǎn)換電路。第三種是兩個(gè)緩沖器直通，輸入數(shù)據(jù)直接送d/a轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)采用單緩沖

5、方式。此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成，硬件部分利用proteus軟件進(jìn)行模擬仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性并產(chǎn)生不同波形，軟件設(shè)計(jì)將利用匯編語言進(jìn)行編程，通過protues軟件進(jìn)行編譯調(diào)試仿真，通過模擬示波器觀察輸出波形。實(shí)驗(yàn)原理框圖如下所示： 圖1.1 實(shí)驗(yàn)原理框圖2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)提供了五種不同的波形輸出，通過五個(gè)按鍵控制相應(yīng)的方波，鋸齒波，三角波、梯形波和階梯波。每次只能有一個(gè)鍵按下，沒有按鍵按下時(shí)沒有波形產(chǎn)生，按鍵輸入信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)按鍵的情況進(jìn)行處理，例如第一個(gè)按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)需要產(chǎn)生一個(gè)方波，那么單片機(jī)循環(huán)輸出0和1，那么通過dac0832就通過運(yùn)放循環(huán)

6、輸出高低電平，這樣系統(tǒng)就能夠輸出方波，同樣的道理，鋸齒波、三角波、梯形波和階梯波的產(chǎn)生也可以采用相似的道理。本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)分為三個(gè)模塊：單片機(jī)系統(tǒng)模塊，da轉(zhuǎn)換模塊，軟件設(shè)計(jì)模塊。2.2 系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)2.2.1單片機(jī)系統(tǒng)模塊(1)配置 l 一個(gè)8位cpu,片內(nèi)振蕩器l 并行i/o口，32根i/o口線 l 一個(gè)串行口 l 兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 l 4k byte 的 rom l 128 byte 的 raml 5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)l 可尋址64kb外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖2.2-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(2)單片機(jī)管腳圖及管腳功能介紹單片機(jī)管腳圖如下： 圖2.2-

7、2 at89c51單片機(jī)管腳圖及并行口分布vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏極開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口

8、作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個(gè)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(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p

9、3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：管腳 備選功能p3.0 rxd （串行輸入口）p3.1 txd （串行輸出口）p3.2 /int0 （外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0 （定時(shí)器0外部輸入）p3.5 t1 （定時(shí)器1外部輸入）p3.6 /wr （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 /rd （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)

10、器周期的高電平 時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩

11、次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.2.2 晶振時(shí)鐘模塊單片機(jī)的工作過程是：取一條指令、譯碼、進(jìn)行微操作，再取一條指令、譯碼、進(jìn)行微操作，這樣自動(dòng)的、一步一步的由微操作依序完成相應(yīng)的指令

12、規(guī)定的功能。各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序。at89c51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常由兩種方式產(chǎn)生。一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖2.2-3(a)所示。只要在單片機(jī)的xtal1和xtal2引腳外接晶振即可。圖中，電容c1和c2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pf,典型值為30pf。晶振cys的震蕩頻率要小于12mhz,典型值6mhz、12mhz或11.0592mhz。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，如圖2.2-3(b)所示。此方式用于多片at89c51單片機(jī)同時(shí)工作，并要求各單片機(jī)同步運(yùn)行的場合。 圖2.2-3 8

13、9c51單片機(jī)時(shí)鐘方式實(shí)際應(yīng)用中通常采用外接晶振的內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振的頻率高一些時(shí)可以提高指令的執(zhí)行速度，但相應(yīng)的功耗和噪聲也會(huì)增加，在滿足系統(tǒng)功能的前提下，應(yīng)選擇低一些的晶振頻率。當(dāng)系統(tǒng)要與pc機(jī)通信時(shí)，應(yīng)選擇11.0592mhz的晶振，這樣便于將波特率設(shè)定為標(biāo)稱值。2.2.3 復(fù)位電路模塊復(fù)位是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的廚師狀態(tài)。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的。當(dāng)at89c51的rst引腳加高電平復(fù)位信號(hào)（保持2個(gè)以上機(jī)器周期）時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位信號(hào)變低時(shí)，單片機(jī)開始執(zhí)行程序。實(shí)際操作中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位，如

14、圖2.2-4（a）所示 圖2.2-4 單片機(jī)復(fù)位電路上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖2.2-4（a）所示，上電瞬間rst引腳獲得高電平，隨著電容c1的充電，rst引腳的高電平將逐漸下降。rst引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路的典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振：12mhz時(shí)，c1為10uf，r1為8.2k；晶振為6mhz時(shí)，c1為22uf，r1為1k,本電路選用c1為1nf，r1為10k, r2為10k。按鍵與上電均有效的復(fù)位電路如圖2.2-4（b）所示，上電復(fù)位原理與圖2.2-4（a）相同，另外在單片機(jī)運(yùn)行期間

15、，還可以利用按鍵完成復(fù)位操作。晶振為6mhz時(shí)，r2為200。實(shí)際應(yīng)用中如果單片機(jī)斷電后，有可能在較短的時(shí)間內(nèi)再次加電，可以在r1上并接一個(gè)放電二極管，這樣可以有效的提高此種情況下復(fù)位的可能性。2.2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊1.數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作原理數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與此數(shù)值成正比的模擬量。需要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量由一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字表示，每位二進(jìn)制數(shù)字都有一定的權(quán)，在轉(zhuǎn)換中，應(yīng)將二進(jìn)制數(shù)的每一位按照權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量輸出分量，然后將各個(gè)輸出分量疊加，總和就是與數(shù)字量成正比的模擬量數(shù)值。上述d/a的轉(zhuǎn)換，常用如圖2.2-5所示的倒t形解碼網(wǎng)絡(luò)加以實(shí)現(xiàn)。 圖2.2-5 倒t形電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器

16、電路設(shè)計(jì)如圖2.2-5所示，包括由r-2r組成的電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬電子開關(guān)和集成運(yùn)算放大器。對(duì)于電阻網(wǎng)絡(luò)，無論從哪個(gè)r-2r節(jié)點(diǎn)看，等效電阻都是r，因此，從參考電壓端輸入的電流為：ir=vref/r根據(jù)分流公式，各支路電流為：i7=i/21i6 =i/22i5 =i/23i4 =i/24i3 =i/25i2 =i/26i1 =i/27i0 =i/28于是，經(jīng)過運(yùn)算放大器輸出的模擬電壓vo為：vo=- rfii= -rfb vref/r28(d727 +d626 +d525+d424+d323+d222+d121+d020)其中vref進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)提供的參考電壓，rfb為集成運(yùn)算放大器的反饋

17、電阻，d7 d0取值為0或1,0表示切換開關(guān)與地相連，1表示與參考電壓相連。通過上述電路，即完成了二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)到模擬電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。2.數(shù)模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)d/a轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)有很多，使用者最關(guān)心的幾個(gè)指標(biāo)如下。（1） 分辨率分辨率指輸入給d/a轉(zhuǎn)換器的單位數(shù)字量引起的模擬量輸出的變化，通常定義為輸出滿刻度值與2n之比（n為d/a轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)）。顯然，二進(jìn)制位數(shù)越多，分辨率越高，即d/a轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化的敏感程度越高。例如，8位的d/a轉(zhuǎn)換器，若滿量程輸出為10v，根據(jù)分辨率定義，則分辨率為10v/2n,分辨率為10v/256=39.1mv,即輸入的二進(jìn)制最低位的變化可引起輸出的模

18、擬電壓變化39.1mv,該值占滿量程的0.391%，常用1lsb表示。同理：10位d/a轉(zhuǎn)換1lsb=9.77mv=0.1%滿量程 12位d/a轉(zhuǎn)換1lsb=2.44mv=0.024%滿量程 16位d/a轉(zhuǎn)換1lsb=0.076mv=0.00076%滿量程使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)對(duì)d/a轉(zhuǎn)換器分辨率的需要來選定d/a轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。（2） 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出。這個(gè)轉(zhuǎn)換誤差包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差等綜合誤差。應(yīng)該注意，精度和分辨率是兩個(gè)概念。精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實(shí)際值對(duì)于理想值的接近程度，而分辨率是指能夠?qū)D(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響的最小輸入量，分辨率很高的d/a轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高

19、的精度。（3） 相對(duì)精度相對(duì)精度是指在滿刻度已經(jīng)校準(zhǔn)的前提下，在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)于任一數(shù)碼的模擬量輸出與它的理論值之差。通常用偏差幾個(gè)lsb來表示和該偏差相對(duì)滿刻度的百分比表示。（4） 建立時(shí)間 建立時(shí)間是描述d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個(gè)參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速度。其值為從輸入數(shù)字量到輸出達(dá)到種植誤差(1/2)lsb（最低有效位）時(shí)所需的時(shí)間。電流輸出的轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，而電壓的轉(zhuǎn)換器，由于要加上完成i-v轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換時(shí)間要長一些?？焖賒/a轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間可控制在1us以下。（5） 線性度 通常用非線性誤差的大小表示d/a轉(zhuǎn)換器的線性度，輸入輸出特性的偏差與滿刻度

20、輸出之比的百分?jǐn)?shù)表示非線性誤差。一定溫度下的最大非線性誤差一般為0.01%0.03%.3.dac0832芯片主要特性與結(jié)構(gòu)dac0832系列為美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的具有2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的8位分辨率的d/a轉(zhuǎn)換芯片。此芯片與微處理器完全兼容，可以完全相互代換，并且價(jià)格低廉，接口簡單，轉(zhuǎn)換控制容易，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。(1).dac0832的主要特性l 分辨率為8為；l 轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us；l 可單緩沖、雙緩沖或者直接數(shù)字轉(zhuǎn)換；l 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；l 邏輯電平輸入與ttl兼容；l 單一電源供電（+5v+15v）；l 低功耗（0.2mw）;l 基準(zhǔn)電壓的范圍為10v。(2)

21、dac0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)dac0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2-6所示。它由8為輸入鎖存器、8為dac寄存器、8為d/a轉(zhuǎn)換器電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成，通過兩個(gè)輸入寄存器構(gòu)成兩級(jí)數(shù)據(jù)輸入鎖存。圖2.2-6 dac0832內(nèi)部邏輯框圖使用時(shí)，數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存（雙鎖存）、單級(jí)鎖存（一級(jí)鎖存，一級(jí)直通方式）或直接輸入（兩級(jí)直通）形式。上圖中，2個(gè)與門電路組成據(jù)存期輸出控制邏輯電路，該邏輯電路得功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng)ile1(ile2)=1是，寄存器的輸出跟輸入數(shù)據(jù)變化。3.dac0832的引腳各引腳功能如下：di0di7:8位數(shù)據(jù)輸入線。:片選信號(hào)輸入，低電平有效。ile:數(shù)據(jù)鎖存允許控制

22、信號(hào)，高電平有效。輸入鎖存器的鎖存信號(hào)le1由ile、的邏輯組合產(chǎn)生。當(dāng)ile=1，=0,wr1輸入負(fù)脈沖時(shí)， 圖3.6 dac0832外部引腳圖上產(chǎn)生正脈沖。當(dāng)=1時(shí)，輸入鎖存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化，的負(fù)跳變將數(shù)據(jù)輸入線上的信息鎖入輸入寄存器。1：輸入寄存器寫選通輸入信號(hào)，低電平有效。上述兩個(gè)信號(hào)控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式，當(dāng)ile=1和1=1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。2:dac寄存器寫選通輸入信號(hào)（輸入），低電平有效。 ：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)（輸入），低電平有效。上述兩個(gè)信號(hào)控制dac寄存器是數(shù)據(jù)直通方式，當(dāng)2=0和=0時(shí)，為dac寄存器直通方式；當(dāng)2=1或=1時(shí)，為

23、dac寄存器鎖存方式。iout1、iout2：電流輸出，iout1+iout2=常數(shù)。rfb：反饋電阻輸入端。內(nèi)部接反饋電阻，外部通過該引腳接運(yùn)放輸出端。為了取得電壓輸出，需要在電壓輸出端接運(yùn)算放大器，rfb即為預(yù)算放大器的反饋電阻端。vref：基準(zhǔn)電壓，其值為-10v+10v。agnd：模擬信號(hào)地。dgnd：數(shù)字信號(hào)地，為工作電源地和數(shù)字邏輯地，可在基準(zhǔn)電源處進(jìn)行單點(diǎn)共地。vcc：電源輸入端，其值為+5v+15v。 4.dac0832芯片與單片機(jī)的接口dac0832根據(jù)控制信號(hào)的接法可分為三種工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。(1).單緩沖方式此時(shí)輸入鎖存器和dac寄存器相應(yīng)的控制

24、信號(hào)引腳分別在一起，是數(shù)據(jù)直接寫入dac寄存器，立即進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，（這種情況下，輸入鎖存器不起鎖存作用）。此方式適用于只有一路模擬量輸出，或有幾路模擬量輸出但是并不要求同步的系統(tǒng)。圖2.2-7為單極性單路模擬量輸出的dac0832與at89c51的接口電路。vref接-5v時(shí)，iout1輸出電流經(jīng)運(yùn)算放大器輸出0+5v單極性電壓。由于cs和xfer都與單片機(jī)的p2.7相連。因此，輸入鎖存器和dac寄存器的地址都為7fffh。cup對(duì)dac0832執(zhí)行一次寫操作，則將一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫入dac寄存器，dac0832的輸出模擬量隨之變化。由于dac0832具有數(shù)字量的輸入鎖存功能，所以數(shù)字量可以直接

25、從從單片機(jī)的p0口送入到dac0832。執(zhí)行下面幾條指令就能完成一次d/a轉(zhuǎn)換：movdptr,#07fffh；指向dac0832口地址（p2.7為0）mova,#datamovxdptr,a；啟動(dòng)d/a轉(zhuǎn)換單極性輸出v0的正負(fù)由vref的極性確定。當(dāng)vref的極性為正時(shí)，vo為負(fù)；當(dāng)vref的極性為負(fù)時(shí)，vo為正。在本系統(tǒng)中需要輸出雙極性模擬電壓，因此要在系統(tǒng)后面再加一級(jí)運(yùn)放，由二級(jí)運(yùn)放得到雙極性電壓。圖2.2-7 dac0832單緩沖模式接口電路2.2.5 波形顯示模塊1、opamp放大器應(yīng)用 圖2.2-8 opamp放大器原件示意圖 運(yùn)算放大器（operational amplifier

26、, 簡稱op、opa、opamp）是一種直流耦合，差模（差動(dòng)模式）輸入、通常為單端輸出（differential-in, single-ended output）的高增益（gain）電壓放大器，因?yàn)閯傞_始主要用于加法，乘法等運(yùn)算電路中，因而得名。 通常使用運(yùn)算放大器時(shí)，會(huì)將其輸出端與其反相輸入端（inverting input node）連接，形成一負(fù)反饋（negative feedback）組態(tài)。原因是運(yùn)算放大器的電壓增益非常大，范圍從數(shù)百至數(shù)萬倍不等，使用負(fù)回授方可保證電路的穩(wěn)定運(yùn)作。但是這并不代表運(yùn)算放大器不能連接成正反饋（positive feedback）組態(tài)，相反地，在很多需要產(chǎn)生

27、震蕩訊號(hào)的系統(tǒng)中，正回授組態(tài)的運(yùn)算放大器是很常見的組成元件。 運(yùn)算放大器有許多的規(guī)格參數(shù)，例如：低頻增益、單位增益頻率（unity-gain frequency）、相位邊限（phase margin）、功耗、輸出擺幅、共模抑制比（common-mode rejection ratio）、電源抑制比（psrr，power-supply rejection ratio）、輸入線性范圍（input common mode range）、延遲率（slew rate）、輸入失調(diào)電壓還有噪聲等。2、運(yùn)用protues軟件模擬示波器進(jìn)行仿真 概述protues軟件是英國labcenter electroni

28、cs公司出版的eda工具軟件。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、80

29、86和msp430等，2010年即將增加cortex和dsp系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持iar、keil和mplab等多種編譯。功能特點(diǎn)protues軟件具有其它eda工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖 （2）pcb自動(dòng)或人工布線 （3）spice電路仿真 革命性的特點(diǎn)： （1）互動(dòng)的電路仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如ram，rom，鍵盤，馬達(dá)，led，lcd，ad/da，部分spi器件，部分iic器件。 （2）仿真處理器及其外圍電路。可以仿真51系列、avr、pic、arm、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型

30、上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，protues建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 智能原理圖設(shè)計(jì)（isis）豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的bmp圖紙，可以方便地供word、powerpoint等多種文檔使用。 （1）protues可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)

31、千種元器件，有30多個(gè)元件庫。 （2）protues可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、spi調(diào)試器、i2c調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。（3）除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，protues還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測量結(jié)果的影響。 （4）protues可提供的調(diào)試手段 protues提供了比較豐富的測試信號(hào)用于電路的測試。這些測試信號(hào)

32、包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 軟件仿真支持當(dāng)前的主流單片機(jī)，如51系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列、68000系列等。 （1）、提供軟件調(diào)試功能。 （2）、提供豐富的外圍接口器件及其仿真。ram，rom，鍵盤，馬達(dá)，led，lcd，ad/da，部分spi器件，部分iic器件。這樣很接近實(shí)際。在訓(xùn)練學(xué)生時(shí)，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養(yǎng)學(xué)生。 （3）、提供豐富的虛擬儀器，利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際硬件的調(diào)試能力。 2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理框圖原理框圖如下所示： 圖2.3-1 軟件設(shè)計(jì)原理框

33、圖2、 方波的實(shí)現(xiàn)過程此波形的實(shí)現(xiàn)只需開始的時(shí)候設(shè)置一個(gè)初值然后直接輸出這個(gè)值就行了，輸出一段時(shí)間后，然后再重新置一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再輸出這個(gè)數(shù)據(jù)一段時(shí)間，但是此時(shí)的時(shí)間一定要等于前面那段時(shí)間。這樣才是一個(gè)方波，如果兩個(gè)時(shí)間不相同，那就相當(dāng)于一個(gè)脈沖波了。在程序中初值分別為00h和0ffh,流程圖如下圖所示： 開 始給a設(shè)置初值mov dptr，#07fffh movx dptr，a設(shè)置輸出的時(shí)間再設(shè)置一個(gè)初值放入a中movx dptr，a輸出一段時(shí)間方波的程序清單如下: movdptr,#07fffhfb: mov a,#0 movx dptr,a acall delay mov a,#0ffh

34、 movx dptr,a acall delay jb p1.0,start ajmp fbdelay: mov 30h,#0f0h d1:djnz r0,d1 ret3、三角波的實(shí)現(xiàn)過程三角波的實(shí)現(xiàn)是設(shè)置一個(gè)初值，然后進(jìn)行加數(shù)，同樣是加到某個(gè)數(shù)之后再進(jìn)行減數(shù)，減到初值之后就再返回到先前的操作。此程序輸入的vref的電壓是5v，因此該波形輸出的最大頻率是初值為00h和最終值為0ffh，且步數(shù)為1，這樣輸出的波形是最大的。程序流程圖如下圖所示：給a設(shè)置初值mov dptr，#07fffhmovx dptr，aa加1判斷a是否已滿？否是a減1判斷是否等于初值？是開 始否三角波的程序清單：sjb:

35、movr6,#00h da1: mova,r6 movxdptr,a inc r6 cjner6,#0ffh,da1da2: decr6 mova,r6 movxdptr,a cjner6,#00h,da2 jbp1.1,start ajmpsjb4、鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程鋸齒波的實(shí)現(xiàn)過程是首先定義一個(gè)初值然后進(jìn)行加法操作，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進(jìn)行。然后加到某個(gè)數(shù)之后就再重新設(shè)置為初值，再重復(fù)執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。在本程序中初值為00h.最大值為offh。流程圖如下圖所示。 設(shè)置初值amov dptr，#07fffhmovx dptr，a使a一直加一到0ffh判斷a是否已經(jīng)滿了？

36、否重新設(shè)置初值a是開 始 鋸齒波的程序清單如下：jcb:mov r6,#00h da0:mova,r6 movxdptr,a incr6 jbp1.2,start ajmpda05、梯形波的實(shí)現(xiàn)過程梯形波輸出跟鋸齒波和三角波相似，只不過當(dāng)加到頂峰后的一段時(shí)間內(nèi)不改變a的值，過了一段時(shí)間后再將減少a的值，然后減到初始的值后也要持續(xù)一段時(shí)間，然后再進(jìn)行加數(shù)，如此循環(huán)下去： 開 始給a設(shè)置初值mov dptr，#07fffh是持續(xù)一段時(shí)間lcall delay1 a自減判斷是否等于初值0否是持續(xù)一段時(shí)間movx dptr，a aaaaaaaaaadd a,#01h判斷a是否已滿否梯形波的程序清單：t

37、xb: movr5,#00ha1: mova,r5 movxdptr,a inc r5 cjner5,#0ffh,a1 lcall delay1a2: decr5 mova,r5 movxdptr,a cjner5,#00h,a2 lcall delay1 jbp1.3,start ajmp txbdelay1: mov r7,#60hl1: mov r3,#10hdjnz r3,$djnz r7,l1ret6、階梯波的實(shí)現(xiàn)過程階梯波的實(shí)現(xiàn)過程是首先定義一個(gè)初值然后進(jìn)行加法操作，加的步數(shù)的多少則根據(jù)要求的頻率來進(jìn)行。然后加到某個(gè)數(shù)之后就再重新設(shè)置為初值，再重復(fù)執(zhí)行剛剛的操作，如此循環(huán)下去。在本

38、程序中初值為00h.最大值為offh。流程圖如下圖所示。 設(shè)置初值amov dptr，#07fffhmovx dptr，a使a增加10到0ffh判斷a是否已經(jīng)滿了？否重新設(shè)置初值a是開 始階梯梯形波的程序清單：jtb: mov a,#0 mov r1,#0ah lp: movx dptr,a acall delay2 djnz r1,next sjmpjtb next: add a,#10 jbp1.4,start sjmplpdelay2: mov 31h,#0ffh d2: djnz 31h,d2 ret7、系統(tǒng)波形控制的實(shí)現(xiàn)過程要實(shí)現(xiàn)的各種波形通過開關(guān)的切換過程的流程圖如下，通過開關(guān)狀態(tài)

39、進(jìn)行選擇：p1.0為0則輸出方波，p1.1為0輸出三角波,p1.2為0輸出鋸齒波,p1.3為1輸出梯形波,p1.4為0輸出階梯波。開 始判斷p1.0是否為1？判斷p1.1是否為1？判斷p1.2是否為1？判斷p1.3是否為1？判斷p.4是否為1？否否否否否是是是是是輸出響應(yīng)的波形3、實(shí)驗(yàn)步驟（1）選題后確定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，搜集基本資料。（2）設(shè)計(jì)電路原理，選定器材及元器件。（3）手繪電路連接圖，檢查錯(cuò)誤并改正。（4）利用keil軟件進(jìn)行編程。（5）利用protues仿真軟件進(jìn)行電路圖的繪制及連接，同時(shí)進(jìn)行模擬仿真。（6）聯(lián)系指導(dǎo)教師，咨詢相關(guān)問題并對(duì)電路進(jìn)行完善。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)記

40、錄（1）、利用keil軟件進(jìn)行編程調(diào)試（2）、利用protues軟件進(jìn)行原理圖繪制及波形仿真l 方波的調(diào)試對(duì)方波進(jìn)行調(diào)試，要完成的功能包括產(chǎn)生方波、調(diào)節(jié)方波幅度。調(diào)試過程如下圖： 圖1 變阻器觸頭在中間時(shí)的方波波形（幅值適中） 圖2 變阻器觸頭在最上邊時(shí)的方波波形（幅值變大） 圖3 變阻器觸頭在最下邊時(shí)的方波波形（幅值變小）l 三角波的調(diào)試對(duì)三角波進(jìn)行調(diào)試，要完成的功能包括產(chǎn)生三角波、調(diào)節(jié)三角波幅度。調(diào)試過程如下圖： 圖4 變阻器觸頭在中間時(shí)的三角波波形（幅值適中） 圖5 變阻器觸頭在最上邊時(shí)的三角波波形（幅值變大） 圖6 變阻器觸頭在最下邊時(shí)的三角波波形（幅值變小）l 鋸齒波的調(diào)試對(duì)鋸齒波進(jìn)行調(diào)試，要完成的功能包括產(chǎn)生鋸齒波、調(diào)節(jié)鋸齒波幅度。調(diào)試過程如下圖： 圖7 變阻器觸頭在中間時(shí)的鋸齒波波形（幅值適中） 圖8 變阻器觸頭在最上邊時(shí)的鋸齒波波形（幅值變大） 圖9 變阻器觸頭在最下邊時(shí)的鋸齒波波形（幅值變小）l 梯形波的調(diào)試對(duì)梯形波進(jìn)行調(diào)試，要完成的功能包括產(chǎn)生梯形波、調(diào)節(jié)梯形波幅度。調(diào)試過程如下圖： 圖10 變阻器觸頭在中間時(shí)的梯形波波形（幅值適中） 圖11 變阻器觸頭在最上邊時(shí)的梯形波波形（幅值變大） 圖12 變阻器觸頭在最