次聲波干擾器原理教材

1、次聲波發(fā)生器的制作目錄緒 論 錯.誤！未定義書簽。第一章 次聲發(fā)生器的概述 1.第一節(jié) 次聲 1.一、次聲的概念 1.二、次聲的危害 1.三、次聲的應用 2.第二節(jié) 次聲發(fā)生器 2.一、次聲發(fā)生器概念 2.二、次聲發(fā)生器的研究動態(tài) 3.第三節(jié) 本章小結 4.第二章 系統(tǒng)設計方案 5.第一節(jié) 電子式次聲發(fā)生器的設計 5.一、此方案的總體設計 5.二、MATLAB 中正弦信號的產(chǎn)生 三、WAV 文件的生成及播放 錯. 誤！未定義書簽。四、次聲信號的轉換 錯. 誤！未定義書簽。五、次聲的產(chǎn)生 錯. 誤！未定義書簽。第二節(jié) 基于 STC89C52 單片機次聲發(fā)生器總體設計 6.一、此方案的總體設計 6

2、.二、電路的設計 7.第三節(jié) 兩種方案的對比 9.第四節(jié) 本章小結 9.第三章 單片機的概述 1.0.第一節(jié) 單片機的發(fā)展歷史及趨勢 1.0第二節(jié) STC89C52 單片機結構簡介 1.1一、 STC89C52 的基本特性 1.1二、 STC89C52 單片機的外部引腳介紹 1. 2第三節(jié) 本章小結 1.4.第四章 系統(tǒng)硬件的設計 1.5.第一節(jié) 總體框圖 1.5.第二節(jié) 單片機最小系統(tǒng)設計 1.6第三節(jié) 8位DA 轉換器 DAC0832 1.6一、 DAC0832 的引腳圖及內部結構 1.7二、 DAC0832 的工作方式 1.8第四節(jié) 系統(tǒng)顯示功能設計 1.9第五節(jié) 系統(tǒng)按鍵功能設計 2.

3、3第六節(jié) 本章小結 2.4.第五章 系統(tǒng)軟件設計 2.5.第一節(jié) 系統(tǒng)軟件總體設計 2.5第二節(jié) 子系統(tǒng)軟件設計 2.5一、 外部中斷 02.5.二、 外部中斷 12.6.次聲波發(fā)生器的制作三、定時器 02.7.第三節(jié) 本章小結 2.8.第六章 調試的過程和出現(xiàn)的問題分析 2.9結 論 錯.誤！未定義書簽。致 謝 錯.誤！未定義書簽。參考文獻 錯. 誤！未定義書簽。附 錄 錯.誤！未定義書簽。一、英文原文： 錯. 誤！未定義書簽。二、英文翻譯： 錯. 誤！未定義書簽。三、源程序： 錯. 誤！未定義書簽。- II -次聲波發(fā)生器的制作次聲發(fā)生器的概述第一節(jié) 次聲次聲的概念次聲是頻率低于可聽聲頻率

4、范圍的聲波，它的頻率范圍大致為 0.00001Hz20Hz。人的耳朵聽不見次聲。次聲在大氣中傳播時，由于其頻率 很低，所以大氣對次聲波的吸收系數(shù)很小 （吸收系數(shù)與頻率的二次方成正比） ， 因此能傳播很遠的距離。次聲廣泛存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、日常 生活等環(huán)境中。自然界的次聲主要由風的波動、空氣湍流、火山噴發(fā)、海浪拍 擊、地震、風暴等引起。核爆炸、其他方面的大爆炸、火箭的發(fā)射等也產(chǎn)生人 為的次聲。高空風、地面風、溫度、濕度、環(huán)境噪聲對傳播特性會有影響。通過研究自然現(xiàn)象產(chǎn)生的次聲波的特性和產(chǎn)生機制， 可以更深入地認識這 些現(xiàn)象的特性和規(guī)律。 例如人們利用測定極光產(chǎn)生次聲波的特性來研究極光

5、活 動的規(guī)律等。利用接收到的被測聲源所輻射出的次聲波，探測它的位置、大小 和其他特性，例如通過接收核爆炸、 火箭發(fā)射火炮或臺風所產(chǎn)生的次聲波去探 測這些次聲源的有關參量。許多災害性現(xiàn)象如火山噴發(fā)、龍卷風和雷暴等在發(fā) 生前可能會輻射出次聲波，因此有可能利用這些前兆現(xiàn)象預測災害事件。次聲的危害次聲波具有較大的破壞性。 高空大氣湍流產(chǎn)生的次聲波能折斷萬噸巨輪上 的桅桿，能將飛機撕得四分五裂； 地震或核爆炸所激發(fā)的次聲波能將高大的建 筑物摧毀；海嘯帶來的次聲波可將岸上的房屋毀壞。次聲的頻率與人體器官的固有頻率相近 （ 人體各器官的固有頻率為 3 17Hz，頭部的固有頻率為 812Hz，腹部內臟的固有頻

6、率為 4 6Hz），當次聲 波作用于人體時，人體器官容易發(fā)生共振，引起人體功能失調或損壞，血壓升 高，全身不適；頭腦的平衡功能亦會遭到破壞，人因此會產(chǎn)生旋轉感、惡心難 受。許多住在高層建筑上的人在有暴風時會感到頭暈惡心，這就是次聲波作怪 的緣故。如果次聲波的功率很強， 人體受其影響后， 便會嘔吐不止、 呼吸困難、次聲波發(fā)生器的制作肌肉痙攣、神經(jīng)錯亂、失去知覺，甚至內臟血管破裂而喪命 次聲的應用次聲波具有很大的危害，但同時人們也可以對次聲特有的性質加以利用。 次聲的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面 4：1、研究自然次聲的特性和產(chǎn)生機制，預測自然災害性事件。例如臺風和 海浪摩擦產(chǎn)生的次聲波，由于它的傳播

7、速度遠快于臺風移動速度，因此，人們 利用一種叫“水母耳”的儀器，監(jiān)測風暴發(fā)出的次聲波，即可在風暴到來之前 發(fā)出警報。利用類似方法，也可預報火山爆發(fā)、雷暴等自然災害。2、通過測定自然或人工產(chǎn)生的次聲在大氣中傳播的特性， 可探測某些大 規(guī)模氣象過程的性質和規(guī)律。如沙塵暴、龍卷風及大氣中電磁波的擾動等。3、目前許多研究者進行的聲波除灰 （除渣 ），由于其頻率較低，有的頻率 在次聲頻段內，稱之為次聲除灰。4、次聲在軍事上的應用，利用次聲的強穿透性制造出能穿透坦克、裝甲 車的武器，次聲武器一般只傷害人員，不會造成環(huán)境污染。5、通過測定人和其他生物的某些器官發(fā)出的微弱次聲的特性， 可以了解 人體或其他生物

8、相應器官的活動情況。例如人們研制出的“次聲波診療儀”可 以檢查人體器官工作是否正常。6、利用次聲的物理特性，讓次聲作用于人體，以達到治療的作用。已有 研究者報道，由于次聲的頻率低，傳播中幾乎無衰減，因此能在人體內很好的 傳播，穿透病態(tài)組織， 使病態(tài)組織內閉塞的血管重新開放， 并推動其血液流動， 改善病態(tài)組織內的血液循環(huán)，為氧氣、吞噬細胞、免疫球蛋白等物質向病變組 織輸送創(chuàng)造了有利條件。第二節(jié) 次聲發(fā)生器、次聲發(fā)生器概念次聲發(fā)生器簡單的說，就是一種能夠發(fā)出次聲波的裝置 5 。并且為了方便 研究，還必須能夠方便的調節(jié)所產(chǎn)生的次聲的頻率 6 。圖 1.1 為一種次聲波發(fā) 器，此次聲波發(fā)生器，由電動機

9、、壓圈、換能腔殼體、噴嘴和門等組成。利用 氣流載波的方法獲得了比當前國際上的同類技術更高的聲壓級和更大功率的次聲波發(fā)生器的制作聲波，不僅極便于現(xiàn)用鍋爐的改裝，而且可作為新型鍋爐的重要組成?？捎糜?清除鍋爐燃燒室和煙道內的各種熱交換器表面上的積灰和結渣。圖 1.1 次聲波發(fā)生器本文所研究的次聲發(fā)生器， 就是一種利用單片機編程可以調節(jié)頻率的次聲 的裝置。因為發(fā)出的聲波的頻率必須在次聲范圍內，由于次聲的頻率范圍比較 窄，所以就要求次聲發(fā)生器所產(chǎn)生的聲波頻率精度要高。二、次聲發(fā)生器的研究動態(tài)關于國內外對次聲發(fā)生裝置的研究，可以按照次聲波產(chǎn)生的方式分類，大 致可分為以下五種 7 ：1、氣爆式產(chǎn)生次聲將壓

10、縮空氣、 高壓蒸汽或高壓燃氣有控制地以脈沖方式突然放出，利用高 速排出的氣體激發(fā)周圍媒質的低頻振動，形成所需的次聲波。這種次聲裝置因 體積小、頻率低、易控制，近年發(fā)展較快。但其次聲波強度較低，若作為次聲 武器使用，需近距離使用才有效。2、爆炸式產(chǎn)生次聲利用爆炸產(chǎn)生強次聲波， 也可稱為次聲彈。 爆炸所釋放的能量約 50%形成 沖擊波，沖擊波衰減后又產(chǎn)生次聲波。 目前的新型次聲彈是將已有的燃料空氣 彈加以改進，使原來只能形成一個云霧團變成可以形成若干云霧團，并能連續(xù) 多次引爆。只要控制好云霧團的數(shù)量和起爆時間間隔，就能獲得所需頻率的次 聲波。3、管子式產(chǎn)生次聲次聲波發(fā)生器的制作其構造和工作原理很像

11、樂器中的笛子， 當管子中空氣柱的振動與管子本身 固有頻率相同時，就可產(chǎn)生較強的次聲波。在管子一端裝上一個活塞，用電動 機驅動或用氣流激勵，當振動頻率的 1/4 波長與管子長度相等時，可獲得最強 的次聲波。但要產(chǎn)生次聲波，管子必須足夠長。4、揚聲器式產(chǎn)生次聲其工作原理與揚聲器相似。采用特殊的振動膜片，膜片振動可產(chǎn)生一定頻 率的次聲波。但要產(chǎn)生一定強度的次聲波，除要求較高的振幅外，還必須使振 動膜面積足夠大，其周長大致要與次聲波波長相當。5、頻率差拍式產(chǎn)生次聲是采用兩個不同頻率的聲波發(fā)生器同時工作， 利用它們頻率的相差來獲得 需要的低頻次聲波。其中有一種方法是利用壓電晶體產(chǎn)生兩束頻率，兩者作用 產(chǎn)

12、生高頻和低頻聲波，高頻聲波是兩者頻率之和，低頻聲波是兩者頻率之差， 高頻聲波在空氣中很快衰減，低頻聲波 （次聲波 ）則直達目標。這種方式能量轉 換率高，并可制成小型武器。第三節(jié) 本章小結本章主要介紹了次聲的概念、危害和對次聲的應用，然后介紹了目前國內外次 聲發(fā)聲裝置的發(fā)展狀況， 為我們怎樣學習次聲和在后面對其進行研究提供了強 有力的依據(jù)。次聲波發(fā)生器的制作系統(tǒng)設計方案前一章我們介紹了設計次聲發(fā)生器有很多種方案，但是并不是所有的實驗 室都能實現(xiàn)，要在實驗室能夠設計出來，我們提出兩種方案，第一種是電子式 次聲發(fā)生器，這種方案是先通過 MATLAB 編程輸出一個正弦信號，再將這個 正弦信號轉變成聲卡

13、能識別的一個 WAVE 信號，通過聲卡的 D/A 轉換把這個 WAVE 信號變成模擬信號，然后接到音響播放出來。第二種方案是基于 STC89C52單片機的次聲發(fā)生器，這種方案中先設計各個硬件模塊，通過單片 機編程輸出一個數(shù)字信號， 然后通過一個 D/A 轉換器，將數(shù)字信號轉換成模擬 信號，最后接到示波器，在示波器上對波形進行觀察調試。下面我們對這兩種 方案進行講解。第一節(jié) 電子式次聲發(fā)生器的設計此方案的總體設計過去的次聲發(fā)生器大都由純硬件電路組成 8，自成一個完整的系統(tǒng)，主要 是為了適應多種復雜的實際環(huán)境 9。但缺點也在于其整體性，出現(xiàn)問題后不容 易找到出錯的地方，還不方便攜帶； 此方案所要設

14、計的次聲發(fā)生器采用的次聲 發(fā)生方式和前面所提到的揚聲器式相似，主要利用 PC 機上 MATLAB 軟件強 大的音頻處理函數(shù)和數(shù)據(jù)處理功能，方便地產(chǎn)生低頻率的正弦波數(shù)據(jù)數(shù)組 10 ， 同時通過音頻處理函數(shù)將數(shù)據(jù)數(shù)組傳遞給聲音設備 11，并以特定的采樣頻率和 傳輸比特位由聲卡輸出 12 15 。再利用超重低音音箱產(chǎn)生次聲波。 由于 PC機的 普及，只需攜帶 MATLAB 程序就可以實現(xiàn)次聲波的產(chǎn)生?？傮w框圖如圖 2.1：MATLAB 產(chǎn)生數(shù)載板聲 卡D/A轉 換驅動音 響發(fā)出 次聲字音頻 信號圖 2.1 電子式次聲發(fā)生器總體設計次聲波發(fā)生器的制作次生信號的產(chǎn)生因為要實現(xiàn)在可編輯框中輸入信號頻率，窗

15、口就能輸出相應的波形，所以 對于可編輯框的回調函數(shù)就應該輸入產(chǎn)生正弦信號的命令。如： f=10;%頻率為 10Hz w=2*pi*f; t=0:0.0001:30;%以 0.0001 秒為步進 y=sin（w*t）;這樣，我們就得到了一個時間為 30 秒、頻率為 10Hz 的正弦信號。 當我們 將上述功能寫入 M 文件時，只需將頻率值變?yōu)榭删庉嬁蜉斎氲念l率即可。然后利用聲卡的原理，用聲卡輸出的時候，其基本工作流程輸入是：計算 機通過總線將數(shù)字化的聲音信號以 PCM（脈沖編碼調制 ）方式送到 DA 轉換 器，變成模擬的音頻信號，進而通過聲卡的 line out 接口輸出到各種接收設備 中。這里就

16、將信號轉變成了可以接受的電壓信號，這時音頻信號電平較弱，一 般只有幾百毫伏，還不能推動喇叭正常工作。而推動喇叭正常工作的電壓一般 需要幾伏左右的電壓， 這時就需要將聲卡輸出的小信號通過放大器 （俗稱功放） 加以放大，放大后的音頻信號就可以推動喇叭將音頻電信號轉換為聲波了。這 一過程，可以通過超重低音音箱來實現(xiàn)。第二節(jié) 基于 STC89C52 單片機次聲發(fā)生器的設計、此方案的總體設計此方案以 STC89C52單片機為核心， 構成了一個基于 STC89C52單片機次聲信號發(fā)生器。其主要模塊有單片機控制模塊、頻率輸出模塊、鍵盤控制模塊 及 LCD 顯示模塊，其中頻率生成模塊由單片機控制 DAC083

17、2 生成，鍵盤控制 模塊采用 5 個按鍵來選擇波形類型及調節(jié)頻率、幅值，顯示模塊則采用 LCD1602 來顯示波形類型、 頻率及幅值， 輸出的波形由示波器進行檢查。 其原 理圖如圖 2.2 所示次聲波發(fā)生器的制作單片機編程輸出數(shù)字信號通過 D/A 把數(shù)字 信號轉 換成模 擬信號用示波器檢測波形圖 2.2 基于單片機的次聲信號發(fā)生器總體設計、電路的設計1、此方案是以單片機為核心，首先設計出單片機的最小系統(tǒng)，如圖2.3 所示圖 2.3 單片機的最小系統(tǒng)電路圖2、為了要顯示出頻率及占空比的大小情況，所以設計出單片機與液晶顯示之 間的電路如圖 2.4 所示次聲波發(fā)生器的制作圖 2.4 LCD 與單片機

18、的連接3、要將單片機輸出的數(shù)字信號轉換成為我們能觀察的模擬信號，這里選擇使 用 DAC0832 進行 D/A 轉換，設計出 0832 與單片機之間的電路如圖 2.5 所示4、將全部的電路連接好之后，就是對硬件進行調試，對照電路圖看焊接 過程有沒有出問題。5、硬件焊接過程沒有問題之后，就開始程序的編寫次聲波發(fā)生器的制作6、程序編寫完成后，將硬件連接到示波器進行觀察調試。7、當示波器顯示出需要的波形及頻率時，軟件調試成功。第三節(jié) 兩種方案的對比第一種方案采用普通 PC 機上的板載聲卡和 MATLAB 軟件作為開發(fā)平臺， 實現(xiàn)了正弦次聲波信號的發(fā)生。 通過載板聲卡進行 D/A 轉換，將模擬音頻信號

19、功率放大到能驅動低音炮喇叭，最后次聲波通過超重低音音箱的紙盆振動發(fā) 出。此方案中的難點有以下兩個方面 、一般低音炮的低頻頻響都在 30HZ 以上，說做到 30HZ 一下價位都要 上萬元。但又看到說聲卡、音箱都有一定的設計余度，一般聲卡都可以保證低 到 1HZ ，并且音箱也允許接收不到這些信號并播放出來。 、低音炮的頻率響應和低音炮的擺位以及所處空間有直接的原因， 接受 次聲信號可能會出現(xiàn)問題。第二種方案采用 STC89C52單片機， MCS-51就是將具有存儲程序、處理 數(shù)據(jù)以及與外設交換信息的功能電路集成在一塊芯片中， 并符合一定系統(tǒng)結構 而構成的單片機。單片機具有體積小、重量輕、耗能省、價

20、格低、可靠性高和 通用靈活等優(yōu)點，使用 MCS-51 可以很簡單地控制次聲波信號的各種幅頻特性， 硬件電路設計簡單， 此方案設計的次聲信號發(fā)生器體積小， 價格便宜，耗電少， 便于攜帶，由 STC89C52單片機所產(chǎn)生的次聲波頻率精度較高，值得在實驗室 中進一步推廣和擴充。兩種方案對比之下我們選擇第二種方案。第四節(jié) 本章小結本章主要介紹了這次設計選擇的兩種方案，在對兩種方案進行對比之后， 發(fā)現(xiàn)使用單片機這種方案的可行性更高一點，因為選擇這種方案進行實驗。次聲波發(fā)生器的制作單片機的選取第一節(jié) 單片機的發(fā)展歷史及趨勢單片機出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器 的產(chǎn)生和發(fā)展大體相

21、同，自 1971年 Intel 公司首先推出 4位微處理器以來，它 的發(fā)展到目前為止大致可分為 4 個階段：單片機發(fā)展的初級階段（ 20世紀 70年代初70 年代中期）。 低性能單片機階段（ 20世紀 70年代中期 80年代初期）。 高性能單片機階段（ 20世紀 80年代初期 90年代初期）。 8位單片機鞏固發(fā)展階段及 16位、32位單片機不斷推出階段（ 20世紀 90 年代至今）。此階段單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等方面向更高水 平發(fā)展。如： CPU的位數(shù)有 8位、16位、32 位，而結構上采用雙 CPU結構或 內部流水線結構，以提高處理能力和運算速度；時鐘頻率高達 20MH

22、z 甚至更 高，使指令執(zhí)行速度相對加快；提高新型的串口總線結構，為系統(tǒng)的擴展和配 置打下了良好的基礎；增加新的特殊功能部件，如監(jiān)視定時器 WDT 、DMA 傳 輸、 PWM 輸出、可編程計數(shù)陣列 PCA、調制解調器、通信控制器、浮點運算 單元等；半導體制造工藝的不斷進步，使芯片向高集成度、低功耗方向發(fā)展。 此階段單片機內集成的功能越來越強大，并朝著片上系統(tǒng)方向發(fā)展，單片機在 大量數(shù)據(jù)的實時處理、高級通信系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、復雜工業(yè)過程控制、高 級機器人以及局域網(wǎng)等各方面得到大量應用。隨著技術的進步，早期的 8位中、低檔單片機逐漸被淘汰，但 8 位單片機 并沒有消失，尤其是 51 系列單片機不僅

23、沒有消失，反而還呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨 勢。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，將進一步向著CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方向發(fā)展。第二節(jié) 單片機的選取- 10 -次聲波發(fā)生器的制作現(xiàn)在市面上最多的有兩種類型的單片機， STC 和 AT。他們兩種都是 51 系 列單片機，都支持 ISP 在線編程功能。但是兩種單片機內部硬件結構不一樣， 如 AT89C51 和 STC89C51，內部硬件資源不一樣，相比之下，一般 STC 的同 類型的單片機資源比 AT 的多，執(zhí)行速度也快。STC 單片機有以下優(yōu)點、加密性強 ,很難解密或破解 ,解密費用很高、國內能解密

24、的人少 ,一般的 仿制者望而退步 . 超強抗干擾。、超低功耗。 、在系統(tǒng)可編程 ,無需編程器 ,可遠程升級。 、有效降低外部電磁輻射。在這里我們選用 STC89C52 單片機作為這次設計的單片機，下面將對 STC89C52單片機進行講解。第三節(jié) STC89C52 單片機結構簡介STC89C52 的基本特性1. 核心處理單元： 8k字節(jié) FLASH ，1028字節(jié) RAM ，布爾處理器，全靜態(tài) 操作 12 時鐘操作，可選 6 個時鐘（通過軟件或并行編程器） 。2. 存儲器尋址范圍： 64K 字節(jié) ROM 和 64K 字節(jié) RAM 。3. 電源控制模式：時鐘可停止和恢復、空閑模式、掉電模式。4.

25、兩個工作頻率范圍： 6 時鐘模式時為 0 到 20MHz ，12 時鐘模式時為 0 到 33MHz。5. 封裝形式： LQFP, PLCC或 DIP封裝。6. 其他特性：雙數(shù)據(jù)指針、 3 個加密位、4 個中斷優(yōu)先級、 6 個中斷源、4 個8 位I/O 口、全雙工增強型 UART 、幀數(shù)據(jù)錯誤檢測、自動地址識別、 3 個16 位定時/計數(shù)器 T0 T1 標準80C51 和增加的 T2 捕獲和比較、可編程時 鐘輸出、異步端口復位、掉電模式可通過外部中斷喚醒 16。- 11 -次聲波發(fā)生器的制作STC89C52 單片機的外部引腳介紹STC89C52單片機的外部引腳的排列及名稱如圖 3.1 所示：圖

26、3.1 STC89C52 單片機的外部引腳單片機的各管腳功能如表3-1名稱管腳號類型名稱和功能Vss20I地Vcc40I電源：提供掉電空閑正常工作電 壓P0 口 ：P0 口是開漏雙向口，可 以寫為 1 使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸 入。 P0 也可以在訪問外部程序存儲器P0.0-0.739-32I/O時作地址的低字節(jié) , 在訪問外部數(shù)據(jù) 存儲器時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內部 強上拉輸出 1- 12 -次聲波發(fā)生器的制作P1.0-1.71-8 I/OP2.0-2.721-28 I/OP3.0-3.710-17 I/OP1 口： P1 口是帶內部上拉的雙 向I/O 口，向P1 口寫入1時，P1 口被 內部

27、上拉為高電平，可用作輸入口。 當作為輸入腳時，被外部拉低的 P1 口 會因為內部上拉而輸出電流 ( 見DC 電 氣特性) 。P1 口第2 功能：T2(P1.0) ： 定時/ 計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入 / 時鐘 輸出 ( 見可編程輸出 )T2EX(P1.1)： 定時/ 計數(shù)器 2 重 裝載/捕捉/ 方向控制P2 口： P2 口是帶內部上拉的雙 向 I/O 口,向 P2 口寫入 1時,P2 口被 內部上拉為高電平 , 可用作輸入口 . 當 作為輸入腳時 , 被外部拉低的 P2 口會 因為內部上拉而輸出電流 ( 見 DC 電氣 特性 ). 在訪問外部程序存儲器和外 部數(shù)據(jù)時 , 分別作為地址高位字節(jié)

28、和 16 位地址(MOVX DPTR此),時通過內 部強上拉傳送 1. 當使用 8 位尋址方 式(MOVR訪i) 問外部數(shù)據(jù)存儲器 時,P2 口發(fā)送 P2 特殊功能寄存器的 內容P3 口 :P3 口是帶內部上拉的雙 向 I/O 口。向 P3 口寫入 1 時， P3 口 被內部上拉為高電平，可用作輸入口。 當作為輸入腳時被外部拉低的 P3 口 會因為內部上拉而輸出電流 ( 見 DC 電 氣特性)， P3 口還具有以下特殊功 能： RxD(P3.0): 串行輸入口 TxD(P3.1): 串行輸出口 INT0(P3.2): 外部中斷 0 INT1(P3.3): 外部中斷 T0(P3.4): 定時器

29、0 外部輸入 T1(P3.5): 定時器 1 外部輸入WR(P3.6):外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號RD(P3.7): 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號復位 : 當晶振在運行中只要復位管腳出現(xiàn) 2 個機器周期高電平即可復- 13 -次聲波發(fā)生器的制作RST 9 IALE 30 OPSEN 29 OEA/Vpp31IXTAL119IXTAL218O位。內部有擴散電阻連接到 Vss ，僅 需要外接一個電容到 Vcc 即可實現(xiàn)上 電復位 地址鎖存使能： 在訪問外部存儲 器時，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)， 在正常情況下， ALE 輸出信號恒定為 1/6 振蕩頻率。并可用作外部時鐘或 定時，注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時一個 ALE

30、 脈沖將被忽略。 ALE 可以通過置 位 SFR 的 auxlilary.0 禁止，置位后 ALE 只能在執(zhí)行 MOVX指 令時被激活 程序存儲使能 : 當執(zhí)行外部程序 存儲器代碼時 ,PSEN 每個機器周期被 激活兩次 . 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 PSEN無效, 訪問內部程序存儲器時 PSEN無 效 外部尋址使能 /編程電壓 : 在訪問 整個外部程序存儲器時 EA 必須外部 置低,如果 EA 為高時將執(zhí)行內部程 序,除非程序計數(shù)器包含大于片內 FLASH 的地址 .該引腳在對 FLASH 編 程時 5V/12V 編程電壓 (Vpp) 如果保 密位 1 已編程 EA 在復位時由內部鎖 存 晶體

31、 1: 反相振蕩放大器輸入和 內部時鐘發(fā)生電路輸入 晶體 2: 反相振蕩放大器輸出第四節(jié) 本章小結本章第一節(jié)主要介紹了單片機的發(fā)展歷史及未來趨勢， 讓我們對單片機有 了一個初步的了解。第二節(jié)介紹了市面上有哪幾種單片機，并對起進行選擇， 第三節(jié)比較詳細地描述了 STC89C52 單片機的結構特性及引腳功能， 為電路的 設計打下堅實的基礎。- 14 -次聲波發(fā)生器的制作系統(tǒng)硬件設計第一節(jié) 系統(tǒng)總體框圖本設計總體框圖如圖 4.1 所示：圖 4.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)總體款圖主要包括以下幾個部分： 單片機部分：本設計選用 STC89C52 單片機作為控制核心。DA 轉換部分：本設計采用 1塊 DAC0832

32、芯片 基準電壓部分： D/A 的 5V 基準電壓有現(xiàn)成的電源。 顯示部分：本設計采用 LCD1602 來顯示波形的類型、占空比的大小、頻率的 大小。鍵盤部分：本設計采用 5 個獨立按鍵來控制波形類型的選擇、占空比大小的改 變及頻率大小的改變。- 15 -次聲波發(fā)生器的制作第二節(jié) 單片機最小系統(tǒng)設計單片機的最小系統(tǒng)如圖 4.2圖 4.2 單片機的最小系統(tǒng)最小工作系統(tǒng)包括如下幾部分：1、電源： 單片機使用的是 5V 電源，其中正極接 40 引腳（ Vcc），負極接 20 引腳（ GND）。2、振蕩電路：單片機是一種時序電路， 必須提供脈沖信號才能正常工作， 在 單片機內部已經(jīng)集成了振蕩器；使用晶體

33、振蕩器，接18（XTAL2 ）、19（XTAL1 ）腳。只要買來晶振、電容，按圖接上即可。3、復位引腳：按圖中畫法連好 9 腳（ RST），單片機即可上電初始化。復位 電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是 RST 引腳上 為高電平，然后電源通過電阻對電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到 一定程度，即為低電平， 時間不少于 5ms。復位后單片機才開始正常工作。4、EA 引腳： 31引腳一般接到正電源端。第三節(jié) 8 位 DA 轉換器 DAC0832- 16 -次聲波發(fā)生器的制作DAC0832 的引腳圖及內部結構本設計采用 DAC0832轉換芯片。DAC0832 是雙列直插式 8

34、位D/A 轉換器。 能完成數(shù)字量輸入到模擬量 （電流）輸出的轉換。圖4.3和圖 4.4分別為 DAC0832 的引腳圖和內部結構圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉換時間為 1s， 滿量程誤差為 1LSB，參考電壓為 （+10-10）V，供電電源為 （+5+15）V ，邏 輯電平輸入與 TTL 兼容。從圖 4.3中可見，在 DAC0832 中有兩級鎖存器，第 一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為 ILE ，第二級鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER17。圖 4.3中，當 ILE 為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1 為低電平時， 輸入寄存

35、器控制信號為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此 后，當 /WR1 由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸 入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化 18 。對第二級鎖存來說， 傳送控制信號 /XFER 和寫信號 /WR2 同時為低電平 時，二級鎖存控制信號為高電平， 8 位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化， 此后，當 /WR2 由低電平變高時， 控制信號變?yōu)榈碗娖剑?于是將輸入寄存器的 信息鎖存到 DAC 寄存器中。 D/A0832 的引腳圖如圖 4.3 所示圖 4.3 DAC0832 的引腳圖圖 4.3 中其余各引腳的功能定義

36、如下：1、DI7DI0 ：8位的數(shù)據(jù)輸入端， DI7 為最高位。2、IOUT1 ：模擬電流輸出端 1，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時，輸出電流最- 17 -次聲波發(fā)生器的制作大，當 DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時，輸出電流為 0。3、IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個常數(shù)， 即 IOUT1 IOUT2常數(shù)。4、RFB ：反饋電阻引出端， DAC0832 內部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB 端可 以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電 阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。5、VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一

37、個負電壓，它 決定 0 至 255 的數(shù)字量轉化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF 范圍為（+10-10）V。VREF端與 D/A 內部 T形電阻網(wǎng)絡相連。6、Vcc ：芯片供電電壓，范圍為 （+5 15）V 。7、AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。8、DGND ：數(shù)字量地DAC0832 內部結構圖如圖 4.4 所示DAC0832 的工作方式DAC0832 可處于三種不同的工作方式：（1）直通方式 ：當ILE 接高電平， CS、WR1、WR2 和XFER 都接數(shù)字地時， DAC 處于直通方式， 8 位數(shù)字量一旦到達 DI7DI0 輸入端，就立即加到 8 位 D/A 轉換器，被轉換成模擬

38、量。例如在構成波形發(fā)生器的場合，就要用到這種- 18 -次聲波發(fā)生器的制作方式，即把要產(chǎn)生基本波形的數(shù)據(jù)存在 ROM 中，連續(xù)取出送到 DAC 去轉換 成電壓信號。（ 2）單緩沖方式 ：只要把兩個寄存器中的任何一個接成直通方式，而用另一 個鎖存器數(shù)據(jù)，DAC 就可處于單緩沖工作方式。 一般的做法是將 WR2 和 XFER 都接地，使 DAC 寄存器處于直通方式， 另外把 ILE 接高電平， CS接端口地址 譯碼信號， WR1 接 CPU 的 WR 信號，這樣就可以通過一條 MOVX 指令，選 中該端口，使 CS和 WR1 有效，啟動 D/A 轉換。（ 3）雙緩沖方式 ：主要在以下兩種情況下需要

39、用雙緩沖方式的 D/A 轉換。需 在程序的控制下，先把轉換的數(shù)據(jù)輸入輸入緩存器，然后在某個時刻再啟動D/A 轉換。這樣，可先選中 CS 端口，把數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器；再選中 XFER 端口，把輸入寄存器內容寫入 DAC 寄存器，實現(xiàn) D/A 轉換。在需要同步進行 D/A 轉換的多路 DAC 系統(tǒng)中，采用雙緩沖方式，可以在不同的時刻把要轉換 的數(shù)據(jù)打入各 DAC 的輸入寄存器，然后由一個轉換命令同時啟動多個 DAC 轉換。先用 3條輸出指令選擇 3個端口，分別將數(shù)據(jù)寫入各 DAC 的輸入寄存 器，當數(shù)據(jù)準備就緒后，再執(zhí)行一次寫操作，使 XFER 變低同時選通 3 個 D/A 的 DAC 寄存器，實

40、現(xiàn)同步轉換 19 。DAC0832 與放大電路的電路圖如圖 4.5 所示圖 4.5 DAC0832 與放大電路的電路圖第四節(jié) 系統(tǒng)顯示功能設計- 19 -次聲波發(fā)生器的制作本設計采用 LCD1602 來顯示波形的類型、 幅值及頻率。 LCD1602 液晶顯示 模塊，它可以顯示兩行，每行 16個字符，采用單 +5V 電源供電，外圍電路配 置簡單。 LCD1602 管腳如圖 4.6 所示：LCD 接口管腳功能表 4-1引符狀功能腳號號態(tài)1V電源地ss2V電源+5Vdd3V對比度控制0端4R輸寄存器選擇S入5R輸讀、寫操作/W入6E輸使能信號入- 20 -次聲波發(fā)生器的制作7B0D態(tài)數(shù)據(jù)總線（LSB

41、）8D三數(shù)據(jù)總線B態(tài)9D三數(shù)據(jù)總線B態(tài)10D三數(shù)據(jù)總線B態(tài)11D三數(shù)據(jù)總線B態(tài)12D三數(shù)據(jù)總線B態(tài)13D三數(shù)據(jù)總線B態(tài)14D三數(shù)據(jù)總線B態(tài)（MSB）15L輸背光+5VEDA入16L輸背地光EDK入LCD1602 主要管腳介紹：V0：液晶顯示器對比度調整端， 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 的電位器調整對比度。RS：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。R/W ：讀寫信號線，高電平時進行讀操作， 低電平時進行寫操作。 當RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當 RS 為高電平 R/W 為高電平 R/W 為低電平

42、時可以寫入數(shù)據(jù)。E：使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行指令。LCD1602 控制指令：LCD1602 有 11個控制指令，如下表 4-2 所示：指令功能清屏歸位 輸入方式設 置清 DDRAM和 AC值AC=0，光標、畫面回 HOME位 設置光標、畫面移動方式- 21 -次聲波發(fā)生器的制作顯示開關控 設置顯示、光標及閃爍開、關制光標、畫面光標、畫面移動，不影響 DDRAM位移功能設置 工作方式設置（）CGRAM地址設置 CGRAM地址。A5A0=03FH設置DDRAM地址DDRAM地址設置設置讀 BF及 AC讀忙標志 BF 值呵地址計時器值AC 值寫數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)寫入 DDRAM

43、或 CGRAM內讀數(shù)據(jù)從 DDRRA或M CGRAM清屏RRDDDDDDDDS /WB7B6B5B4B3B2B1B00000000001顯示開關控制RRDDDDDDDDS /WB7B6B5B4B3B2B1B00000001DCB功能：設置顯示、光標及閃爍開、關；其中：D 表示顯示開關：C 表示光標開關： B 表示閃爍開關：D=1 為開， D=0 為關；C=1 為開， C=0 為關；B=1 為開， B=0 為關。光標、畫面位移RRDDDDDDDDS /W B7B6B5B4 B3B2 B1 B000000 1S R * */C/L功能：光標、畫面移動，不影響 DDRAM其中： S/C=1:畫面平移

44、一個字符位；S/C=0：光標平移一個字符位；R/L=1：右移； R/L=0 ：左移。功能設置RRDDDDDDDDS /W B7B6 B5B4B3B2B1 B0000 01DNF * *L 功能：工作方式設置（初始化指令） 其中： DL=1,8 位數(shù)據(jù)接口； DL=0 ，四位數(shù)據(jù)接口； N=1 ，兩行顯示； N=0 ，一行顯示；- 22 -次聲波發(fā)生器的制作F=1，5 10點陣字符； F=0，5 7點陣字符 讀寫控制時序讀寫控制時序如下表所示：RRE功能S /W00下寫指令代碼降沿01高讀忙標志和電平AC碼1 0下寫數(shù)據(jù)降沿1 1高讀數(shù)據(jù)電平LCD1602 與單片機連接圖如圖 4.7 下：圖 4

45、.7 LCD 與單片機的連接第五節(jié) 系統(tǒng)按鍵功能設計此次聲信號發(fā)生器采用 5 個按鍵與 LCD1602 配合使用來調節(jié)輸出信號的 各個參數(shù)。 5 個按鍵分別賦予的意義為： “升高”鍵、“占空比降低”鍵、“頻率 升高”鍵、“頻率降低”鍵，“切換波形”鍵。LCD1602 上顯示的內容如圖 4.8 所示。- 23 -次聲波發(fā)生器的制作mode:FSZM、A、FA:x.xvF:xxxxxHz圖 4.8 LCD1602 顯示內容示意圖1）G：M “+”鍵和“”鍵調節(jié)輸出波形類型，改變的是 mode 的值（方波為 0，三角波為 1，正弦波為 2）。2）G: F“ +”鍵和“”鍵調節(jié)輸出信號頻率，改變的是定

46、時器 的值。3）G：A“ +”鍵和“”鍵調節(jié)輸出信號幅值，改變的是A 的值（ 0.05.0V，步進為 0.1V）說明：按動“功能鍵”會使 G 的值在 0、1、2之間循環(huán)切換。圖 4.9 為第六節(jié) 本章小結本章是本文的核心內容， 其詳細地介紹了該系統(tǒng)硬件設計的具體方案，在 硬件方面作了比較系統(tǒng)的闡述。包括單片機最小系統(tǒng)的設計、按鍵的設計、液 晶顯示模塊的設計、 D/A 轉換模塊的設計等。- 24 -次聲波發(fā)生器的制作系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件總體設計系統(tǒng)軟件總體設計，初始化時輸出的是方波，顯示方波的幅值和頻率。通 過按鍵可以選擇調節(jié)頻率還是調節(jié)幅值以及選擇輸出正弦波和三角波。 流程圖 如圖 5.1 所

47、示：主程序圖 5.1 主程序流程圖子系統(tǒng)軟件設計外部中斷 0本設計采用外部中斷 0 控制波形類型的選擇以及幅值頻率的增加，當程序 檢測到外部中斷 0 時，執(zhí)行相應的操作。其程序流程圖如圖 5.2所示：- 25 -次聲波發(fā)生器的制作定時中斷 0中斷入口關中斷波形控制？否變換波形是是頻率控制？增加增加調用頻率控制程序占空比控制？ 是否開中斷中斷返回增加占空比調用占空比控制程序圖 5.2 外部中斷 0 程序流程外部中斷 1當程序本設計采用外部中斷 1 控制波形類型的選擇以及幅值頻率的減小，檢測到外部中斷 1 時，執(zhí)行相應的操作。其程序流程圖如圖 5.3所示：- 26 -次聲波發(fā)生器的制作定時中斷 0

48、圖 5.3 外部中斷 0 程序流程定時器 0本設計采用定時器 0 來控制波形頻率的改變， 通過裝初值來改變定時從而 改變頻率。其流程圖如圖 5.4 所示：- 27 -次聲波發(fā)生器的制作定時中斷 0中斷入口圖 5.4 定時器 0 程序流程本章小結本章詳細地介紹了該系統(tǒng)的軟件上的設計，對第一節(jié)是軟件上總體的設 計，第二節(jié)在外部中斷和內部中斷以及定時器的設計上做了詳細的介紹。并畫 出了詳細的流程圖，使人看的更加清晰明白。- 28 -次聲波發(fā)生器的制作系統(tǒng)功能測試系統(tǒng)軟件上的調試仿真為了證明電路圖沒有錯誤， 我們使用 porteus軟件對我們設計的電路圖進行仿真，仿真時的電路圖如圖 6.1 所示圖 6

49、.1 仿真電路圖仿真中我們接一個示波器對波形進行觀察和調試，產(chǎn)生 4 種波形，分別是 正弦波、方波、鋸齒波、三角波， 這里取正弦波和方波的波形， 其波形如圖 6.2 及 6.3 所示：- 29 -次聲波發(fā)生器的制作圖 6.2 仿真產(chǎn)生的正弦波圖 6.3 仿真產(chǎn)生的方波如圖 6.2和 6.3所示，我們得到了所要的波形， 說明本次設計的電路沒有錯 在進行仿真的時候，產(chǎn)生的波形可能會受到干擾，產(chǎn)生干擾的因素有以下 幾個方面：1、數(shù)據(jù)采集誤差加大2、控制狀態(tài)失靈。3、數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化4、程序運行失常。- 30 -次聲波發(fā)生器的制作為保證系統(tǒng)可靠工作，必須創(chuàng)造一個良好的外部環(huán)境采取屏蔽措施、遠離 產(chǎn)生強電場干擾的設備；加強通風以降低環(huán)境溫度；安裝緊固以防振動等。系統(tǒng)硬件的調試調試的過程和出現(xiàn)的問題分析系統(tǒng)的抗干擾是系統(tǒng)可靠性的重要方面。一個系統(tǒng)的正確與否，不僅取決 于系統(tǒng)的設計思想和方法，同時還取決于系統(tǒng)的抗干擾措施，不然勢必會出現(xiàn) 原理正確而系統(tǒng)穩(wěn)定性差，甚至不能實施， 使得耗費了大量錢財和時間研制出 來的控制系統(tǒng)成為一種擺設，電腦變成了“煩惱” 。正因如此，抗干擾技術的 研究越來越引起大家的高度重視。1.系統(tǒng)受到干擾的主要 原因和現(xiàn)象由于單片機控制系統(tǒng)