畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)系 部：計算機與電子信息工程系專 業(yè)：電子信息工程_ 班 別：05電本1班_ 姓 名： _學(xué) 號：_ 指導(dǎo)老師(簽名)： 日 期： 年 月摘要信號發(fā)生器又稱為信號源和振蕩器，在生產(chǎn)實際中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計由單片機控制函數(shù)信號發(fā)生芯,以及外圍器件來完成，系統(tǒng)能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波。在設(shè)計中利用數(shù)/模(d/a)轉(zhuǎn)換芯片max531輸出模擬電壓信號來進行頻率的調(diào)節(jié),還有占空比的調(diào)節(jié),由于max038函數(shù)信號發(fā)生芯片產(chǎn)生的頻率是通過選段來實現(xiàn)的,選段范圍khzmhz的范圍，芯片通過外部的電容充放電的時間長短來決定頻率的范圍，經(jīng)典的選段是通

2、過手動開關(guān)來選擇，本設(shè)計通過單片機接通繼電器選擇不同的電容值而產(chǎn)生不一樣的振蕩頻率，選定基頻以后是對頻率的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)max038的fadj端的電壓來實現(xiàn)頻率的細(xì)微調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞： 函數(shù)信號發(fā)生 單片機 控制abstractsignal generator have another name is source of signal and oscillator,the signal generator is widely use in the life and produce.this design base on the singal chip (at89s52) to control sign

3、al generator chip and suburbs device .this system can generator sine ,square ,triangle ,etc waveforms. in this design use the digital/analog device max531 output the analog voltage to adjust frequency, and duty.the frequency of the signal generator chip max038 be control of capacitance according to

4、the time of electrily .divide khz mhz .typic of the choose frequency section use the botton .in this design,use relay switch to choose .after choose frequency section adjust the max038 fadj pins voltage to accurate frequnency adjust .key words : signal generator singal chip control目錄第一章緒論1.1單片機發(fā)展概述6

5、1.2 單片機的性能特點61.3 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成方式61.4 信號發(fā)生器綜述71.5 論文的主要研究內(nèi)容8第二章系統(tǒng)的總體方案選取2.1系統(tǒng)問題定義102.2 系統(tǒng)可行性研究102.2.1 元器件的選擇及其可行性討論102.3 系統(tǒng)需求分析112.3.1 系統(tǒng)功能要求112.3.2 系統(tǒng)性能要求112.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計11第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 硬件總體設(shè)計123.2 系統(tǒng)部件設(shè)計133.2.1 電源設(shè)計133.2.2 顯示器接口設(shè)計143.2.3 鍵盤接口設(shè)計163.2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的連接173.2.5 電容頻段的選擇設(shè)計183.2.6 函數(shù)信號發(fā)生芯片18第四章

6、系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 軟件的總體設(shè)計234.2 軟件的功能簡介與設(shè)計24第五章 系統(tǒng)測試報告5.1 測試數(shù)據(jù)265.2 測試總結(jié)26第六章結(jié)束語致謝27參考文獻28附錄29第一章緒論1.1單片機發(fā)展概述近十幾年來，單片機在生產(chǎn)過程控制、自動檢測、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計算、商業(yè)管理和辦公室自動化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機具有體積小、重量輕、耗能省、價格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火花控制、交通自動管理和微波爐等專用控制上。近幾年來，單片機的發(fā)展更為迅速，它已滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個方面。1.2 單片機的性能特點單片機具有以下特點：（1）受集成度

7、限制，片內(nèi)存儲容量較小，一般8位單片機的rom小于4/8k字節(jié)，ram小于256字節(jié)，但可在外部擴展，通常rom、ram可分別擴展至64k字節(jié)。（2）可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用cpu；程序指令及常數(shù)、表格固化在rom中不易破壞；許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。（3）易擴展。片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。（4）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、i/o口的邏輯操作以及位處理功能。一般說來，單片

8、機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。（5）一般單片機內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序。但近年來也開始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有basic解釋程序的單片機。1.3 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成方式單片機在各個技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，與單片機所構(gòu)成的計算機應(yīng)用系統(tǒng)的特點有關(guān)：（1）單片機構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。（2）系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置比較典型和規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。（3）由于構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)是一個計算機系統(tǒng)，相當(dāng)多的測控功能由軟件實現(xiàn)，故具有柔性特點。（4）有優(yōu)異的性能價格比。對廣大的應(yīng)用型技術(shù)人員而言，目前所面臨的單片機應(yīng)用技術(shù)是使用單片機和可編程邏

9、輯器件相結(jié)合構(gòu)成的新一代電子應(yīng)用技術(shù)。這是工程應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的一個新趨勢。通常，一個微型計算機系統(tǒng)由微型計算機與外部設(shè)備組成，如圖1-1所示。而單片機則包含有微處理器（通稱cpu），存儲器（存放程序指令或數(shù)據(jù)的rom、ram等），輸入/輸出口（i/o）及其他功能部件如定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。它們通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接起來,通過輸入/輸出口線與外部設(shè)備及外圍芯片相連。cpu中配置有指令系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)中配置有駐機監(jiān)控程序、系統(tǒng)操作軟件及用戶應(yīng)用軟件。圖1-1單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 信號發(fā)生器綜述目前，市場上的信號發(fā)生器多種多樣，按頻帶分為以下幾種：超高頻：頻率范圍 1mhz 以上，可

10、達幾十兆赫茲。高頻： 幾百千赫茲到幾兆赫茲。低頻： 頻率范圍為幾十赫茲到幾百千赫。超低頻：頻率范圍為零點幾赫茲到幾百赫茲。超高頻信號發(fā)生器，產(chǎn)生波形一般用 lc 振蕩電路。高頻、低頻和超低頻信號發(fā)生器，大多使用文氏橋振蕩電路，即 rc 振蕩電路，通過改變電容和電阻值，改變頻率。用以上原理設(shè)計的信號發(fā)生器，其輸出波形一般只有兩種，即正弦波和脈沖波，其零點不可調(diào)。而且價格也比較貴，一般在幾百元左右。在實際應(yīng)用中，超低頻波和高頻波一般是不用的，一般用中頻，即幾十赫茲到幾十千赫茲。用單片計算機 at89s52, 加上一片 max531, 就可以做成一個簡單的信號發(fā)生器，其頻率受單片機編入的程序運行來控

11、制。我們可以把產(chǎn)生各種波形的芯片，與單片機連接起來，通過運行的程序和輸入的數(shù)據(jù)不同而產(chǎn)生不同的波形。再在max531 輸出端上的模擬電壓輸出來精確的控制電壓，通過電壓的不同值輸?shù)絤ax038就產(chǎn)生一個頻率、占空比均可調(diào)的多功能信號發(fā)生器的設(shè)計。這樣的機器體積小，價格便宜，耗電少，頻率適中，便于攜帶。1.5 論文的主要研究內(nèi)容本設(shè)計采用 atmel公司的at89s52及其外圍擴展系統(tǒng)，軟件方面主要是應(yīng)用c語言設(shè)計程序。系統(tǒng)以 at89s52 單片機為核心，配置相應(yīng)的外設(shè)及接口電路，用c語言開發(fā)，組成一個多功能信號發(fā)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)的軟件可單獨運行于 系統(tǒng)板之上，將程序編寫入單片機后將自動運行程序，

12、硬件電路設(shè)計具有典型性。同時，本系統(tǒng)中任何一部分電路模塊均可移植于實用開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計中，電路設(shè)計具有實用性。本設(shè)計將完成以下幾個方面的工作：（1）選芯片，盡量滿足一般工業(yè)控制要求、以增強其實用性，同時又要貼近教材，便于實驗及教學(xué)。（2）原理圖設(shè)計在保證其正確的前提下，盡量采用典型的電路設(shè)計，以適應(yīng)教學(xué)及課程設(shè)計參考的需要。（3）印制板設(shè)計既要精巧，又要便于擺放及實驗。（4）固化于單片機芯片中的軟件采用模塊設(shè)計，層次清楚。（5）掌握電子線路設(shè)計軟件protel99的使用。為此，論文包括以下內(nèi)容：（1）緒論。概述設(shè)計目的、介紹單片機概況。為以后幾章的介紹奠定基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)總體方案設(shè)計。本章主要考

13、慮系統(tǒng)性能、功能和器件選擇。包括兩個主要內(nèi)容：系統(tǒng)分析和系統(tǒng)總體方案設(shè)計。其中系統(tǒng)分析包括問題定義、可行性研究和需求分析。問題定義中對設(shè)計的課題進行定義，詳述設(shè)計環(huán)境?？尚行苑治鲋蟹謩e從經(jīng)濟可行性、元器件具備程度和對可能遇到的問題的可解決性幾個方面論證設(shè)計是否可行。需求分析對系統(tǒng)功能要求、性能要求和運行環(huán)境要求說明。系統(tǒng)總體方案設(shè)計包括算法設(shè)計、系統(tǒng)總體框圖設(shè)計以及系統(tǒng)中使用的主要芯片。（3）系統(tǒng)的硬件設(shè)計。本章完成系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計，詳細(xì)說明了設(shè)計思路。（4）系統(tǒng)軟件的設(shè)計。本章是系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。對系統(tǒng)按功能模塊進行介紹。（5）系統(tǒng)測試報告。分別對系統(tǒng)的功能測試、調(diào)試過程和系統(tǒng)的使用方法進行

14、介紹。第二章系統(tǒng)的方案的選取2.1系統(tǒng)問題定義基于單片機的信號發(fā)生系統(tǒng)是一個實際應(yīng)用系統(tǒng)，可為相關(guān)實驗及實際應(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。此系統(tǒng)具有的功能如下：硬件部分（1）單片機所需的平穩(wěn)電壓，max038以及max531需要的雙極性電源（2）七段數(shù)碼顯示器；（3）14的4位鍵盤；（4）具有12位精度的d/a轉(zhuǎn)換功能；（5）波形產(chǎn)生以及頻率選取。軟件部分（8）系統(tǒng)復(fù)位初始化；（9）鍵盤掃描與處理；（10）定時器0中斷服務(wù)程序；（11）數(shù)字顯示程序；（12）d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換程序；（13）波形以及頻率選擇程序。2.2 系統(tǒng)可行性研究2.2.1 元器件的選擇及

15、其可行性討論根據(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：采用12mhz的晶振器為at89s52提供時鐘信號穩(wěn)壓塊選用7905與7805，提供-5v和5v電壓；對于at89s52的p1口用與數(shù)據(jù)的顯示以及鍵盤處理復(fù)合利用；at89s52支持在線編程，而且里面有8k的rom有足夠的存儲空間來存儲編好的程序，因此不需要對系統(tǒng)添加外部rom；采用74ls138與74ch164復(fù)合利用進行循環(huán)掃描顯示；數(shù)碼顯示器采用高亮數(shù)碼管；12位串行d/a轉(zhuǎn)換器采用max531；為減少其他器件對電容的影響,選用繼電器來進行電容的選擇.通過對系統(tǒng)的分析，顯示和鍵盤利用經(jīng)典的設(shè)計而成，對與d/a器件的使用在實驗中

16、已經(jīng)驗證完全能夠適應(yīng)系統(tǒng)的要求，并且在試驗中已經(jīng)將這部分程序編寫成功。系統(tǒng)的器件選擇是完全可行的。2.3 系統(tǒng)需求分析2.3.1 系統(tǒng)功能要求系統(tǒng)具有d/a轉(zhuǎn)換功能，七段數(shù)碼顯示功能，上電自動復(fù)位功能，14鍵盤輸入接口。并且能夠?qū)崿F(xiàn)電子電位器的自動選擇輸入電流。2.3.2 系統(tǒng)性能要求（1）系統(tǒng)的d/a轉(zhuǎn)換功能具有12位精度；（2）七段數(shù)碼顯示器具有500hz的動態(tài)刷新頻率；（3）at89s52單片機時鐘信號為12mhz；（4）系統(tǒng)具有14位行列掃描鍵盤；（5）實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)控制；2.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計一個單片機主系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是單片機系統(tǒng)擴展部分設(shè)計，它包括接口擴展

17、。接口擴展是指各接口芯片以及其他功能器件的擴展。二是各功能模塊的設(shè)計，信號控制功能模塊、人機對話功能模塊根據(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。主系統(tǒng)設(shè)計硬件框圖如下：at89s52顯示鍵盤max531max531138max038out2-1系統(tǒng)硬件框圖 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件總體設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元（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，必須在片外進行擴展，在本設(shè)計當(dāng)中at89s52的存儲空間能夠滿足設(shè)計的需要因此不需要進行外部rom擴展。選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計適當(dāng)?shù)碾娐?。?/p>

18、是系統(tǒng)配，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)的擴展和模塊設(shè)計應(yīng)遵循下列原則：(1)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。(2)系統(tǒng)的擴展與外設(shè)配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求。(3)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：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實現(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時間。所以，選擇軟件方案時，要考慮到這些因素。(4)整個系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配，例如選用的晶振頻率較高時，d

19、/a的讀取時間有限，就該選擇允許存取速度較高的芯片；選擇cmos芯片單片機構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中的所有芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品。(5)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。(6)單片機外接電路較多時，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。(7)系統(tǒng)的擴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、擴展之需。(8)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，進行硬件設(shè)計。3.2 系統(tǒng)部件設(shè)計3.2.1 電源設(shè)計本機使用兩

20、種共地電源：+5v， -5v，硬件設(shè)計中采用自帶電源方式。因為本機有at89s52單片機，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。電源部分原理圖如圖 3-1 所示。圖 3-1 電源部分原理圖對于圖 3-1 的幾點說明：1. 在電壓變壓以后利用c2 c4 來進行濾波使在進入7805/7905，之錢濾掉高次波的影響，使其電壓起到平穩(wěn)作用。在穩(wěn)壓管輸出端也設(shè)計了電容，其目的一、為了能平穩(wěn)的輸出電壓，不使其產(chǎn)生大的波動。二、就是儲能的作用，是為了避免設(shè)計中用到功率電流大的器件影響。穩(wěn)壓管功耗降低，以免功耗太大而使用散熱片。穩(wěn)壓塊的功耗按下式計算：w =u = i

21、 (ui-uo)其中：i 是穩(wěn)壓片的通過電流 ui 是穩(wěn)壓片的輸入電壓 uo 是穩(wěn)壓片的輸出電壓u 是穩(wěn)壓片上的電壓降由上式可以看出：穩(wěn)壓塊上的壓降u 越大，其功耗越大。如果 7805/7905 直接接到整流橋輸出端，則 u1 必會有9v，功耗必然較大。2.at89s52 的功耗 100ma顯示器采用動態(tài)顯示，每一瞬間只有一個數(shù)碼管發(fā)亮，而數(shù)碼管電流 50ma。其它芯片總電流 100150ma。所以+5v 電流的總電流可 300ma, 查三端集成穩(wěn)壓器說明書，可以選用 7805,其電流 im=0.5a，這樣電流可以留有一定裕量。3.大濾波電容的選擇由于變壓器副線圈的額定電壓選用 9v，那么瞬時

22、電壓峰值為 um=91.41413v因為大電容耐壓值越高，價格越高，所以選用 2200f/16v電容。4.整流橋的選擇雖然要求的電源電流 1a，但變壓器副線圈電壓為脈動電壓，電流為脈動電流，其電流瞬時值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 1a，尤其在電源剛接通時，為留有一定裕量，而且不損壞整流橋，選用 1.5a 的。在之前也算出了變壓器的副線圈瞬時電壓峰值為13v.為了簡化電路的復(fù)雜性和美觀性,本設(shè)計中選擇的是橋堆進行整流,根據(jù)上面的技術(shù)參數(shù)在設(shè)計中選擇1.5a/20v的橋堆5.變壓器的選擇要求電源電壓為5v，而穩(wěn)壓塊壓降2v，所以變壓器副線圈電壓7v，因此選用 雙9v 的電源。又因電源電流500ma，所以選用 9w1

23、8v 變壓器(帶抽頭)。6.電路中 100f 電容的作用電路中在集成三端穩(wěn)壓器輸出端與公共端之間，分別接有100f 電容，這是為了更好地改變集成三端穩(wěn)壓片的瞬態(tài)響應(yīng)，防止穩(wěn)壓塊自激振蕩，保證正常工作。3.2.2 顯示器接口設(shè)計1.led器件分類led發(fā)光器件一般常用的有兩類：數(shù)碼管和點陣。常用的數(shù)碼管一般為8字型數(shù)碼管，分為a、b、c、d、e、f、g、dp八段，其中dp為小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有12根管腳，每一段有一個管腳，另外兩根管腳為一個數(shù)碼管的公共端。從尺寸上分，led數(shù)碼管的種類很多，常用的有0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、5.0等。一般小

24、于1.0的為單管芯，1.21.5為雙管芯，1.8以上的為3個以上管芯，因而它們的供電電壓要求不同，一般每個管芯的壓降為2.1v左右。通常，0.8以下采用5v供電，1.02.3采用12v供電，3.0以上的選擇更高電壓供電。從電路上分，數(shù)碼管又可分為共陰和共陽兩種。2.led顯示的基本原理用單片機驅(qū)動的led數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式，可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，按譯碼方式，可分為硬件譯碼和軟件譯碼。（1）led靜態(tài)顯示方式所謂靜態(tài)顯示方式，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。靜態(tài)顯示時，較小的電流能得到較高的亮度。這是由于顯示器的各位相互獨立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確

25、定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。當(dāng)顯示器位數(shù)很少（僅一、二位）時，采用靜態(tài)顯示方式是合適的。當(dāng)位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的i/o口太多，占用太多的硬件資源。故在位數(shù)較多時往往采用動態(tài)顯示方式。（2）led顯示器動態(tài)顯示方式在多位led顯示時，為了簡化電路，降低成本，可采用動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描）。通常將所有位的段選線相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由一個（7段led）8位i/o口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的i/o口線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電

26、流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)較高較穩(wěn)定的顯示。這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的cpu時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的cpu時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。在動態(tài)顯示方式下，每位顯示器的點亮?xí)r間是極為短暫的，約1ms左右，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。可以看出，動態(tài)顯示方案具有一定的實用性，也是目前單片機數(shù)碼顯示中較為常用的一種顯示方法。3.

27、led的驅(qū)動和顯示在單片機系統(tǒng)中，led數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機系統(tǒng)連接；數(shù)碼管的體積小、重量輕，并且功耗低，是一種理想的顯示單片機數(shù)據(jù)輸出的器件。單片機對led數(shù)碼管的驅(qū)動方法可以分為串行和并行兩種，分別適用于不同的使用場合，二者硬件電路和程序的差別也很大。本設(shè)計采用動態(tài)顯示方案。并且加上了74ch164來增強驅(qū)動能力,在單片機的硬件資源上也得到了充分的利用.利用了兩個引腳,其中一個為數(shù)據(jù)輸入.另一個為時鐘輸入腳.同時與74ls138組合應(yīng)用,也就是上面說的利用軟件和硬件結(jié)合的掃描方式來實現(xiàn)動態(tài)掃描.顯示部分電路圖如圖3-1所示：

28、圖 3-2顯示部分電路圖3.2.3 鍵盤接口設(shè)計1.鍵盤工作原理行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤。用i/o口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省i/o口線。本設(shè)計中要應(yīng)用4位按鍵，故采用此方法。行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列電平?jīng)Q定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高。這是識別矩陣鍵盤是否被按下的關(guān)鍵。矩陣鍵盤中行、列線為多線共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。按鍵設(shè)置在行、列交點上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)，行線通過上拉電阻接到+5v上。平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有鍵按下時，各按鍵將彼此相互發(fā)生影響，所以

29、必須將行、列線信號配合起來作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。2.鍵盤輸入的作用在計算機控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)和控制信號的輸入主要使用鍵盤。鍵盤接口，尤其是鍵入信號的軟件處理方法是影響系統(tǒng)使用和操作性能的重要因素。鍵盤接口及其軟件的任務(wù)主要有以下幾個方面：（1）檢測并判斷是否有鍵按下。（2）按鍵開關(guān)的延時消抖功能。（3）計算并確定按鍵的鍵值。（4）根據(jù)計算出的鍵值進行一系列的動作處理和執(zhí)行。3.鍵值的確定鍵盤上的每個鍵都有一個鍵值。賦鍵值的最直接辦法是將行、列線按二進制順序排列，當(dāng)某一鍵按下時，鍵盤掃描程序執(zhí)行到給該列置0電平，讀出各行狀態(tài)為非全1狀態(tài)，這時的行列數(shù)據(jù)組合成鍵值。在本設(shè)計中采用了1*

30、4的鍵盤處理矩陣是因為單片機有足夠的i/o端口在本設(shè)計中還未用到.同時也是為了編程的方便而這樣設(shè)定鍵盤的。鍵盤電路的設(shè)計如下圖：圖3-3 鍵盤電路設(shè)計3.2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的連接在設(shè)計中采用了高精度的d/a芯片max531。max531是美信公司推出的12位單通道d/a轉(zhuǎn)換器件,內(nèi)部有內(nèi)置2.048v基準(zhǔn)電壓源這一性能是很重要的，把內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源的輸出作為d/a轉(zhuǎn)換器的參考電壓，由于所用參考電壓非常精密，所以其d/a轉(zhuǎn)換的輸出電壓的線性度很好，誤差極小，這正是max531最可取之處。并且根據(jù)bipoff引腳的接法而產(chǎn)生不同的極性選擇,比如,單、雙極性的選擇，本設(shè)計采用這塊芯片的原因就是他能夠

31、產(chǎn)生雙極性的電壓，而不需要再接外接器件來時間雙極性的調(diào)節(jié)，這樣就大大減少了電路的復(fù)雜性。在設(shè)計中由于max531是單通道的，因此需要兩片芯片來完成單片機對max038的頻率端和占空比端來進行調(diào)節(jié)。接線圖如下圖： 圖3-4 d/a芯片的連接3.2.5 電容頻段的選擇設(shè)計 max038通過cosc端對地的電容充放電時間，來決定基頻的產(chǎn)生。實踐得出，通過繼電器對電容的選擇可以把電容誤差減少到最小。利用上拉式接法，通過一個npn的三極管來驅(qū)動繼電器。接線原理如下圖： 圖3-5電容頻段選擇電路3.2.6 函數(shù)信號發(fā)生芯片max038是美國美信公司生產(chǎn)的低失真單片信號發(fā)生集成電路，內(nèi)含主震蕩器、波形變換電

32、路、波形選擇開關(guān)、2.5v能隙基準(zhǔn)電壓源、相位檢測器、同步脈沖輸出等。（1）max038主要電氣性能：工作頻率范圍:0.1hz20mhz頻率掃描范圍:375:1輸出電阻:0.18非線性失真:小于0.75%溫度系數(shù):200ppm/e輸出波形:正弦波,三角波,鋸齒波,方波,脈沖波,占空比可調(diào)輸出幅度:vp-p=2v（2）max038內(nèi)部工作原理max038內(nèi)部框圖如圖3-6所示該芯片工作電源采用,功耗為400mw內(nèi)部提供 圖3-6 max038的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.5v基準(zhǔn)電壓,通過外接max531來選擇產(chǎn)生的電流向振蕩發(fā)生器的iin端和fadj端提供頻率粗調(diào)電流和頻率細(xì)調(diào)電壓;通過max531向dadj

33、端提供脈沖占空比調(diào)節(jié)電壓這三種參數(shù)經(jīng)振蕩電流發(fā)生器處理后,向振蕩器提供充電電流,該電流對外接電容cf充電,形成振蕩,產(chǎn)生三角波信號a,b,c信號a送正弦波形成電路,產(chǎn)生正弦波;信號b,c送入比較器1,產(chǎn)生方波此兩路波形連同a路輸出的三角波同時送入混合器,由a0,a1控制端選擇其中的一種波形輸出,其邏輯關(guān)系如下表所示。 a0、a1與輸出波形的邏輯表a0 a1 輸出波形x 1 正弦波0 0 方波、脈沖波1 0 三角波、鋸齒波另外,信號a送入比較器2,產(chǎn)生同步信號sync,供外圍電路使用，在本設(shè)計中沒有用到信號同步sync，因此將它懸空。信號b,c送入相位檢波器,產(chǎn)生pdo信號和pdi信號,供鎖相環(huán)

34、電路(pll)使用值得一提的是,輸入數(shù)據(jù)的改變將改變max531輸出端的電壓值從而改變max038dadj端輸入電壓的大小,使三角波的對稱性發(fā)生變化,從而形成鋸齒波并調(diào)節(jié)脈沖波的占空比。由此可見,要使正弦波的失真度最小,必須將完全對稱的三角波輸入正弦波形成電路。（3）輸出頻率的數(shù)控調(diào)整原理max038的輸出頻率主要受振蕩電容cf,iin端電流和fadj端電壓的控制,其中前二者與輸出頻率的關(guān)系是選擇一個cf值,對應(yīng)iin端電流的變化,將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外,改變fadj端的電壓,可以在iin控制的基礎(chǔ)上,對輸出頻率實現(xiàn)微調(diào)控制為實現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)整,在iin端和fadj端分別連接一個數(shù)

35、字選擇芯片和電壓輸出的dac,其工作原理通過max531產(chǎn)生電流向iin端的電流對輸出頻率實現(xiàn)粗調(diào)。第二步,通過daca在fadj端產(chǎn)生一個從-2.048v(00h)到+2.048v(fffh)的電壓范圍,該范圍同樣包含32級步進間隔,將iin端的步進間隔再次細(xì)分為32級步進間隔,從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)微調(diào)。 輸出頻率取決于注入引腳 iin 的電流、cosc 引腳的電容量（對地）以及引腳 fadj 上的電壓。當(dāng)fadj=0v 時，輸出的基頻 f0由下式給出： f0 =iin/cf （1）其中 iin為注入到引腳 iin 的電流范圍是（2a750a）；cf為接到 cosc 和地之間的電容（c1c

36、5 在 20p100f）雖然當(dāng) iin的電流在 2750a 范圍內(nèi)的頻率控制線性是好的，但最佳的性能在 10400a 之間，因此電阻的選擇應(yīng)在 k 級，則 cr 電容的范圍應(yīng)在20100f 中選取，而且必須用短的引線使電路的分布電容減到最小。在 cosc 引腳以及它的引線的周圍有一個接地平面以減小其他雜散信號對這個支路的耦合。電容和電阻可以串聯(lián)在一起以產(chǎn)生基頻f0，其公式為：f0 =vin/rin*cf （2）然而vin為2.5v的基準(zhǔn)電壓，因此當(dāng)f0在10hz15mhz時，rin*cf 的值在 0.25kf0.167kpf 之間，因為電流最好控制在 10400a，因此電阻的選擇應(yīng)為 k 級，

37、可通過電子電位器選擇若干個不同的電阻值，來串聯(lián)獲得所需的基頻。根據(jù)公式得出理論需要值如下表：列出表1是電阻、電容值、基頻，以及變化范圍表，如下：電容值電阻基頻30%基頻170%基頻fadj細(xì)分20pf10k12.5mhz3.75mhz21.25mhz4272.420k6.25mhz1.87mhz10.625mhz2137.530k4.16mhz1.248mhz7.072mhz1421.9301pf10k830khz249khz1411khz283.720k415khz124.5khz750khz152.730k280khz84khz476khz95.5502pf10k50khz15khz85k

38、hz17.120k25khz7.5khz42.5khz8.530k17khz5khz28khz5.6104pf10k2.5khz0.75khz4.25khz0.8520k1.25khz375 hz2.125khz0.4730k830hz250 hz1.42khz0.29當(dāng)數(shù)據(jù)加（減）1 時其輸出頻率相應(yīng)地加（減）一個細(xì)分量。fadj 上的所需的電壓引起輸出偏離 f0為 dx（以%表示），則以百分比（%）線性相關(guān)地偏離 f0，向 0 的某一方變化時相應(yīng)地向加或減的方向偏離。fadj 上的電壓所對應(yīng)的頻率由下式給出： fx = f0(1-0.2915vfadj) （3）相應(yīng) max531 的輸入數(shù)

39、據(jù)為： d =2048(vadj / 2.048+1) （4） 式中：fx為要求輸出的頻率；f0為當(dāng) vfadj 為 0 時的基頻。占空比調(diào)整 max038 的 dadj 引腳上的電壓可控制波形的占空比 dc（定義為輸出波形為正時所占時間的百分?jǐn)?shù)）并且能夠改善正弦波的波形，可進行脈沖寬度調(diào)制和產(chǎn)生鋸齒波。當(dāng) vdadj接地（即 vdadj=0）時，其占比為 50%，占空比的調(diào)整可采用一片 max531，輸2.048v 范圍內(nèi)的電壓，占空比可在 15%85%范圍內(nèi)改變，約每伏改變 15%，當(dāng)電壓超過2.048v 將使頻偏移或引起不穩(wěn)定。為產(chǎn)生一定占空比而加在 dadj 上的電壓為： = (50%

40、-dc)*0.0575 （5） 對雙極性輸出的 d/a 轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)電源為 2.3時，max531 接受數(shù)據(jù)與占空比的關(guān)系式為： d =2048(1+/2.048) （6）其中：為 dadj 引腳上的電壓，dc為占空比。這樣可完成激勵信號的占空比設(shè)置。max038的接線原理如下3-8 圖3-7 max038的接線圖在max038的雙電源供電端，接上了33uf的電容是為了能夠穩(wěn)定的向max038提供電壓，避免由于電路的波動產(chǎn)生不穩(wěn)定的電壓使max038不能正常的工作。同時也串接104的瓷片電容濾除高頻對它的影響。第四章系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 軟件的總體設(shè)計 系統(tǒng)的程序框圖如圖 4-1 所示，在系統(tǒng)

41、運行時，接收用戶對波形、頻率及占空比的設(shè)置，并且對數(shù)據(jù)進行處理，然后進行初始化。波形選擇和占空比設(shè)置比較簡單，由單片機的p0.6 和 p0.7輸出數(shù)據(jù)到 max038的 a0，a1 端選擇相應(yīng)的輸出波形，由式（1）得出調(diào)整占空比所需的 vfadj求出相應(yīng)的數(shù)據(jù)送max531由 d/a轉(zhuǎn)換的電壓送 dadj 端得到相應(yīng)的占空比。頻率調(diào)制較為復(fù)雜，由于在電容及電阻串聯(lián)時引入了多路開關(guān)，存在一定的誤差，并且這樣的誤差是難以抗拒的，也就是系統(tǒng)本身和器件本身所決定的。圖4-1 系統(tǒng)程序框圖4.2 軟件的功能簡介與設(shè)計一個完整的系統(tǒng)有硬件，做為基礎(chǔ)是無可后非的,但是光有硬件可不能完成任何事情,特別是對于數(shù)

42、字電路，因此做為一個完善的系統(tǒng)應(yīng)該同時有硬件和軟件來組成。下面我們就來介紹一下本設(shè)計中用到的最關(guān)鍵的一些程序波形選擇程序 在本設(shè)計中只選擇了三種波形，方波、正弦波、和三角波。它們通過對max038的a0、a1端的選擇來產(chǎn)生的。實現(xiàn)程序如下：switch(boxing)/波形選擇程序 case 0: a0=0;a1=0; break; case 1: a0=1;a1=1; break; case 2: a0=1;a1=0; break;default: break;他的選擇是通過boxing這個信號來進行選擇的，由于在設(shè)計中鍵盤的數(shù)量有限不可能每一種波形設(shè)置一個按鍵，因此通過boxing這個信號

43、進行選擇。顯示程序 使用循環(huán)掃描的方式來進行顯示，通過3-8譯碼器來選擇相應(yīng)的led位電亮，在本設(shè)計中用的是p1口來進行現(xiàn)實，和鍵盤的連接，由于顯示和鍵盤的連接都是通過循環(huán)掃描的方式來完成的統(tǒng)一將p1口設(shè)為0xee，利用mask=_crol_(mask,1)語句來進行循環(huán)掃描。p1口的低三位是用于3-8譯碼的輸入端顯然，循環(huán)掃描不能實現(xiàn)3-8譯碼器的工作因此通過下面這一個c語言語段來解決p12=i&0x04;p11=i&0x02;p10=i&0x01;d/a轉(zhuǎn)換程序 設(shè)計中用到了max531雙極性的d/a轉(zhuǎn)換芯片，它的工作方式是串行輸入的，從max531的時序圖可知： 圖3-24 max531

44、時序圖當(dāng)片選=1，vout處于高阻狀態(tài)。當(dāng)片選=0則允許max531 d/a轉(zhuǎn)換。從din輸入的串行數(shù)據(jù)共16位，其中高4位是用于級連用的，若存在級連，則高4位便從移位寄存器移出，從vout往下一級max531輸出。除了高4位外，余下的12位數(shù)據(jù)便是d/a轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。12位數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線，從移位寄存器并行傳送至dac寄存器，再傳送至12位d/a轉(zhuǎn)換器，作為d/a轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。由于從din輸入一共16位數(shù)據(jù)，因此需要16個sclk時鐘才能全部被接收，而每一位的數(shù)據(jù)都是在sclk時鐘的上升沿從max531的din串行輸入。其程序為：void fda_out_531(int fa)uchar i;

45、uint a; a=fa; fda_cs=0;for(i=0;i16;i+) fda_clk=0;delay(1); if(a&0x8000)fda_in=1; else fda_in=0; fda_clk=1; a5)key_count=0; 第五章系統(tǒng)測試報告5.1 測試數(shù)據(jù)完成設(shè)計以后就是對系統(tǒng)的性能指標(biāo)的測試，在測試中只對方波的數(shù)據(jù)進行了總結(jié)。首先讓我們了解一下本系統(tǒng)的一些鍵的設(shè)置處理，由于按鍵比較少都是為復(fù)合利用的，設(shè)置鍵1#為波形選擇、占空比選擇還有頻率選擇和確定總按鍵。設(shè)置鍵2#在還未確定時對led顯示的數(shù)碼管的位置移動，當(dāng)1#鍵到了確定狀態(tài)之后 是粗調(diào)和細(xì)條的選擇按鍵。設(shè)置鍵3

46、#為在1#鍵還未確定的狀態(tài)下時的led位加鍵。當(dāng)1#號鍵在確認(rèn)狀態(tài)時的微調(diào)（粗調(diào)）加鍵，4#鍵為微調(diào)（粗調(diào)）的減鍵。設(shè)置數(shù)測得數(shù)誤差 1000 hz998.7 hz2.30.23%3500hz3490hz100.28%5000 hz 5012hz120.24% 32000 hz 32200 hz2000.625% 205000 hz 204890 hz1200.58% 304000 hz 303300 hz7000.23% 520000 hz 519000 hz10000.20% 705000 hz 704000 hz10000.18% 1053000hz 1046800hz38000.36%

47、 2050000hz 2080715hz307151.49% 4800000hz 4799800hz12000.025% 7050000hz 7057564hz75640.11% 9200000 hz 9253400hz534000.58%5.2 測試總結(jié)系統(tǒng)測試總結(jié)：經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)的測試，本設(shè)計能夠產(chǎn)生1khz10mhz之間的頻率，并且產(chǎn)生精度在允許誤差范圍內(nèi)。由于溫度，器件的穩(wěn)定性、的影響會存在有頻率的漂移。第六章結(jié)束語經(jīng)過幾個月的努力，終于完成了畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計需從理論設(shè)計和工程實踐相結(jié)合，鞏固基礎(chǔ)知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結(jié)合。在設(shè)計的過程中，很多東西從不懂而不得不去學(xué)去做，到懂得分析并解決問題。我深有感悟，無論做什么都沒有想象中那么簡單，理論跟實踐有時會有很大的不同。pcb的制作完全不是想象中的那么簡單，真的到要做的時候，越簡單的東西越實用。這就給我一個啟發(fā)，在今后的生活，工作中絕對不要輕視簡單的東西，能把簡單做到完美本身也是一種智慧。當(dāng)真的經(jīng)歷過了