基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器

1、哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 院、 系： 榮成學(xué)院 電氣工程系 姓 名： 李魯楠 指導(dǎo)教師： 李全利 系 主 任： 王哈力 2014年6月10日基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)摘 要信號(hào)發(fā)生器是指電子測(cè)量中作為激勵(lì)源使用的信號(hào)來源，它是生產(chǎn)線、教學(xué)科研、電子測(cè)試以及模擬仿真等領(lǐng)域與行業(yè)的重要測(cè)試儀器。本文首先簡(jiǎn)要介紹了信號(hào)發(fā)生器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)信號(hào)發(fā)生器的工作原理進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件和軟件方案，并對(duì)各模塊進(jìn)行了詳細(xì)的描述。本文以AT89S52單片機(jī)為信號(hào)發(fā)生芯片，外加若干電路生成頻率和幅度可調(diào)的正弦波、方

2、波、三角波及正弦三角組合波形。信號(hào)發(fā)生器的硬件電路部分主要包括電源電路、單片機(jī)及其外圍電路、人機(jī)交互接口電路、DAC 模塊、放大電路等。軟件部分主要有系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)，外設(shè)模塊驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、信號(hào)測(cè)量和參數(shù)校正算法的實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的輸出信號(hào)，其波形用鍵盤選擇，其頻率和幅度可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)也可以通過鍵盤輸入，當(dāng)前信號(hào)波形的有關(guān)參數(shù)可以用 LCD 顯示輸出。通過硬件和軟件的調(diào)試，輸出信號(hào)的頻率范圍為 0.1Hz10MHz，幅度能夠達(dá)到 4V，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞 信號(hào)發(fā)生器；AT89S52;35 Design of Signal Generator based on Single Chip Abst

3、ractThe signal generator is a signal source used as an excitation source for electronic measurements. It is an important test equipment for the production line, teaching and research, electronic test and simulation.This paper briefly introduces the history and research status of the signal generator

4、, followed by the principle explanation of the signal generator. Based on the above, the design schemes of hardware and software are given and each module is described in detail.In this paper AT89S52 is used as a signal generating chip, and certain circuits are added. It can generate sine wave, squa

5、re wave, triangle wave, and the combination waveform of sine and triangle wave with adjustable frequency and amplitude.The hardware circuits mainly include the power supply, MCU and its peripherals, human-computer interface, DAC module, amplifier and so on. The software design includes the main proc

6、edure, drivers for each peripheral module, signal measurement and parameter calibration algorithm.For the output signal, its waveform is selected by the keyboard; its frequency and amplitude can be adjusted manually or input using the keyboard; the relevant parameters of the current waveform can be

7、displayed on LCD. By the hardware and the software debug,the frequency range is 100Hz10MHz, the amplitude can reach 4V. On the whole the design goals are achieved.Key words Signal Generator, AT89S52； 目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論.11.1 信號(hào)發(fā)生器的現(xiàn)狀.11.2 信號(hào)發(fā)生器的幾個(gè)發(fā)展階段.21.3 單片機(jī)在低頻信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用及作用.3第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì).42.1 系統(tǒng)方案的比

8、較.42.1.1 選題論證.42.1.2 方案選擇.42.2 芯片選擇模塊.42.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及參數(shù).5第三章 硬件電路的設(shè)計(jì).63.1 系統(tǒng)框圖.63.2 資源分配.63.3 AT89S52功能特性概述.63.4 各部分電路原理.123.4.1 DAC0832芯片原理.123.4.2 LM324工作原理.15第四章 軟件設(shè)計(jì).164.1 設(shè)計(jì)思想.164.2 主程序設(shè)計(jì).174.3 方波程序設(shè)計(jì).184.4 三角波程序設(shè)計(jì).194.5 鋸齒波程序設(shè)計(jì).204.6 正弦波程序設(shè)計(jì).21第五章 仿真模擬及其電路板制作.225.1 Proteus ISIS軟件的應(yīng)用及介紹.225.2 Keil

9、 軟件的應(yīng)用介紹.235.3 仿真電路圖.245.4 仿真結(jié)果.245.5 Proteus ISIS制版.26參考文獻(xiàn).29致 謝.30附錄.31 第一章緒論1.1 信號(hào)發(fā)生器的現(xiàn)狀信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類也不盡一致。按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、視頻信號(hào)發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號(hào)發(fā)生器。按照輸出波形分類可以分為：正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器，非正弦信號(hào)發(fā)生器又包括：脈沖信號(hào)發(fā)生器，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。按照信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)

10、準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。前者指對(duì)輸出信號(hào)的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波形失真等要求不高的一類信號(hào)發(fā)生器。后者是指其輸出信號(hào)的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)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(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻

11、信號(hào)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(huì)大大增加。超低頻信號(hào)發(fā)生器是科研、教學(xué)、制造業(yè)中一種最常用的通用儀器，輸出波形一般固定為正弦波、三角波、鋸齒波和方波，不能實(shí)現(xiàn)有時(shí)在實(shí)驗(yàn)或工程應(yīng)用中需要的特殊信號(hào)給用戶使用帶來不便。雖然目前市場(chǎng)上的高性能的任意信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)出現(xiàn)，但是價(jià)格昂貴，對(duì)于一般機(jī)電控制的用戶而言頻帶不需要很寬。所以一種既能滿足一定頻率和波形性能要求又價(jià)格低廉的超低頻任意信號(hào)發(fā)生器就成為了一種需求。 1.2信號(hào)發(fā)生器的幾個(gè)發(fā)展階段從信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)看可以簡(jiǎn)單分為以硬件為

12、核心的電路實(shí)現(xiàn)方式和以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的實(shí)現(xiàn)方式。（1）用硬件電路實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)：可以輸出連續(xù)的模擬信號(hào)，使用頻率控制和幅值控制電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出調(diào)節(jié)，因此輸出的波形的頻率較高。但其穩(wěn)定性和抗干擾能力較差，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且不能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和可視操作。（2）以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的智能型信號(hào)發(fā)生器的特點(diǎn):隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能向測(cè)控技術(shù)的移植和應(yīng)用，智能儀器儀表技術(shù)發(fā)展迅速。智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器與傳統(tǒng)的模擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器相比，具有以下幾個(gè)明顯特點(diǎn):一是利用微機(jī)控制鍵盤和顯示。鍵盤和顯示是智能信號(hào)發(fā)生器區(qū)別于傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器在面板設(shè)計(jì)上最突出的特點(diǎn)。由于采用美觀方便的按鍵操作代

13、替了傳統(tǒng)的開關(guān)或旋鈕，避免了手動(dòng)控制帶來的人為誤差。由于采用具有顯示信息量大優(yōu)點(diǎn)的液晶顯示器LCD，大大增強(qiáng)了操作者和微處理器之間的對(duì)話能力。二是強(qiáng)大的輸出能力。由于采用了由儀器內(nèi)微處理器控制而生成所需新波形的技術(shù)，即直接數(shù)字合成技術(shù)(Direct Digital Frequency Synthesizer )，導(dǎo)致普通的智能信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生多種函數(shù)的周期性波形，大大拓展了儀器的輸出能力。三是自檢、自診斷功能。這是智能信號(hào)發(fā)生器區(qū)別于傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器的重要特征之一。能夠及時(shí)和準(zhǔn)確地確知儀器故障發(fā)生的部位和特征，不僅大大方便了維修，而且保證了輸出的可靠性。四是自校和自修正。對(duì)于智能化儀器來說，這也

14、許是最重要的作用，它意味著在相同或更低性能的硬件條件下，儀器指標(biāo)能夠達(dá)到更高的水平，即實(shí)現(xiàn)了高的性能價(jià)格比。另一方面，微處理器的加入使以前由硬件電路很難或根本辦不到的事成為可能。五是遠(yuǎn)地輸入輸出能力。儀器配有標(biāo)準(zhǔn)接口，可納入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中工作。13單片機(jī)在低頻信號(hào)發(fā)生器中的應(yīng)用及其特點(diǎn)當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會(huì)，電子技術(shù)的進(jìn)步，給人們帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。現(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(cè)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(jià)格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)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

15、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(gè)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(tái)計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)的這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔(dān)了大中型計(jì)算機(jī)和通用微型計(jì)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(gè)領(lǐng)域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)的特點(diǎn)歸納起來有以下幾個(gè)方面。(1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比單片機(jī)盡可能地把應(yīng)用所需的存儲(chǔ)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(jià)格卻相對(duì)較低廉,即性能價(jià)格比很高。(2)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

16、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)。(3)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)?；虺笠?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(shí)，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。單片機(jī)具有體積小、成本低，性能穩(wěn)定、使用壽命長等特點(diǎn)。其最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，這是其他計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)都無法做到的。(4)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

17、，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(jí),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(jì)方法來產(chǎn)生低頻信號(hào)，其下限頻率很低。具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)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。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。這里介紹一種采用AT89S52單片機(jī)和一片DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器，它的特點(diǎn)是價(jià)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。 信號(hào)發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點(diǎn)：較分立元件信號(hào)發(fā)生器而言，具有頻率

18、高，工作穩(wěn)定，容易調(diào)試等特性；較專用DDS芯片的信號(hào)發(fā)生器而言，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等特性。 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)方案的比較2.1.1選題論證本文是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，將采用編程的方法來實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各種波形的頻率和幅度進(jìn)行程序的編寫，并將所寫程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。在程序運(yùn)行中，當(dāng)接收到來自外界的命令，需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序，經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后，從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出。制作低頻信號(hào)發(fā)生器可以用一片DAC0832來實(shí)現(xiàn)，它可以分為單極性和雙極性。而本項(xiàng)目選擇了單片

19、雙極性。之所以選單片雙極性是因?yàn)槠渚雀撸瑸V波好，抗干擾效果好。2.1.2方案選擇方案一：采用單片函數(shù)發(fā)生器（如8038），8038可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波等，而且方法簡(jiǎn)單易行，用D/A轉(zhuǎn)換器的輸出來改變調(diào)制電壓，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)整頻率，但產(chǎn)生信號(hào)的頻率穩(wěn)定度不高。方案二： AT89S52芯片中每一路模擬輸出與DAC0832芯片相連，構(gòu)成多個(gè)DAC0832同步輸出電路，輸出波形穩(wěn)定，精度高，但是第二級(jí)DAC0832輸出，發(fā)生錯(cuò)誤并且電路連接復(fù)雜。方案三： AT89S52芯片中只有一路模擬輸出或幾路模擬信號(hào)非同步輸出，這種情況下CPU對(duì)DAC0832 執(zhí)行一次寫操作，則把一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存

20、器，DAC0832的輸出模擬信號(hào)隨之對(duì)應(yīng)變化。輸出波形穩(wěn)定，精度高，濾波好，抗干擾效果好，連接簡(jiǎn)單，性價(jià)比高。因此我們?cè)O(shè)計(jì)中采用方案三。22芯片選擇模塊方案一：AT89S52單片機(jī)是一種高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī)。同時(shí)，為什么選AT89S52而不選用AT89C51，那是因?yàn)锳T89S52相對(duì)于AT89C51更強(qiáng)大，S52增加的新功能包括： (1)性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51更低！ (2)ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作

21、環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。 (3)最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。 (4)具有雙工UART串行通道。 (5)內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。 (6)雙數(shù)據(jù)指示器。 (7)電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。 方案二：C8051F005單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與AT89S52兼容的微控制器的內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)AT89S52的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。方案選擇：方案二中

22、C8051F005芯片系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易控制，芯片成本高，對(duì)于本系統(tǒng)而言利用率低，AT89S52芯片簡(jiǎn)單易控制，性能穩(wěn)定,因此采用方案一。23系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及參數(shù)基本要求：1.能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波；2.頻率控制通過按鍵調(diào)整。3.頻率參數(shù)：正弦波 10-100Hz方波 10-100Hz三角波 10-100Hz梯形波 10-100Hz 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)31系統(tǒng)框圖數(shù)字信號(hào)可以通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，因此可通過產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法來獲得所需要的波形。89S52單片機(jī)本身就是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，具有組成微型計(jì)算機(jī)的各部分部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)

23、器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等，只要將89S52再配置鍵盤及其接口、顯示器及其接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換及波形輸出、指示燈及其接口等四部分，即可構(gòu)成所需的波形發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)主要由CPU、D/A轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和波形指示電路、電源等電路組成。89S52是整個(gè)波形發(fā)生器的核心部分，通過程序的編寫和執(zhí)行，產(chǎn)生各種各樣的信號(hào)，并從鍵盤接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種功能的轉(zhuǎn)換和信號(hào)幅度的調(diào)節(jié)。當(dāng)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過接口電路到達(dá)轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)也就是所需要的輸出波形。其工作原理為當(dāng)分別每按下按鍵一次就會(huì)分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波

24、，并且有數(shù)碼管會(huì)指示是那種波形序號(hào),另外,發(fā)光二極管發(fā)光說明系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。32 資源分配軟、硬件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中不可缺少的，為了滿足功能和指標(biāo)的要求，資源分配如下1晶振采用12MHZ；2內(nèi)存分配P2口與DAC0832的DI0-DI7數(shù)據(jù)輸入端相連。P2口用來控制DAC0832的輸入寄存器選擇信號(hào)CS、輸入寄存器寫選通信號(hào)WR1及DAC寄存器寫選通信號(hào)WR2和數(shù)據(jù)傳送信號(hào)XFER。33 AT89S52功能特性概述AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器

25、件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟

26、件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz

27、并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89S52的引腳圖 實(shí)物圖如圖3-2所示 圖3-2 AT89S52的引腳圖 實(shí)物圖AT89S52主要特性：8031 CPU與MCS-51 兼容(1)4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫/擦循環(huán))(2)全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz(3)三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定(4)128*8位內(nèi)部RAM(5)32條可編程I/O線(6)

28、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(7)6個(gè)中斷源(8)可編程串行通道(9)低功耗的閑置和掉電模式(10)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)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

29、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(shì)，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)。P

30、3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)P3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。 表3-1 端口引腳圖I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作這是由硬件自動(dòng)完成的不需要我們操心1然后再實(shí)行讀引

31、腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什么看上面的圖如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗,此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1若先執(zhí)行置1操作則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持

32、RST腳兩個(gè)機(jī)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

33、個(gè)機(jī)器周期兩次/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。AT89S52的晶振及其連接方法CPU工作時(shí)都必須有一個(gè)時(shí)鐘脈沖。有兩種方式可以向89S52提供時(shí)鐘脈沖：一是外部時(shí)鐘方式，即使用外部電路向89

34、S52提供始終脈沖，見圖3-(a)；二是內(nèi)部時(shí)鐘方式，即使用晶振由89S52內(nèi)部電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。一般常用第二種方法，其電路見圖3-(b)。 (a)外部時(shí)鐘方式 （b）內(nèi)部時(shí)鐘方式 圖3-3 89S52的時(shí)鐘脈沖 圖3-3中：J一般為石英晶體，其頻率由系統(tǒng)需要和器件決定，在頻率穩(wěn)定度要求不高時(shí)也可以使用陶瓷濾波器。C1、C2：使用石英晶體時(shí)，C1=C2=30（±10）pF使用陶瓷濾波器時(shí)，C1=C2=40（±10）pFAT89S52的復(fù)位使CPU開始工作的方法就是給CPU一個(gè)復(fù)位信號(hào)，CPU收到復(fù)位信號(hào)后將內(nèi)部特殊功能寄存器設(shè)置為規(guī)定值，并將程序計(jì)數(shù)器設(shè)置為“0000H”。

35、復(fù)位信號(hào)結(jié)束后，CPU從程序存儲(chǔ)器“0000H”處開始執(zhí)行程序。89S52為高電平復(fù)位，一般有3種復(fù)位方法。 上電復(fù)位。接通電源時(shí) 手動(dòng)復(fù)位。設(shè)置一個(gè)復(fù)位按鈕，當(dāng)操作者按下按鈕時(shí)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。 自動(dòng)復(fù)位。設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)滿足某一條件時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。圖3-4為最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位方法。89S52 圖3-4 89S52的復(fù)位電路芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低

36、到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 34各部分電路原理3.4.1 DAC0832芯片原理由于單片機(jī)產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，要想得到所需要的波形，就要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所以該文選用價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)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(shí)際上，DAC0832輸出的電量也不是真正能連續(xù)可調(diào)

37、，而是以其絕對(duì)分辨率為單位增減，是準(zhǔn)模擬量的輸出。DAC0832是電流型輸出，在應(yīng)用時(shí)外接運(yùn)放使之成為電壓型輸出。管腳功能介紹（如圖3-5所示） 圖3-5 DAC0832管腳圖(1) D7D0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，D7為最高位。(2)IOUT1：模擬電流輸出端1。(3) IOUT2：模擬電流輸出端2，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0， IOUT2與IOUT1的和為一個(gè)常數(shù)，即IOUT1IOUT2常數(shù)。(4) Rfe：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 Rfe端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接

38、在運(yùn)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(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)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(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。(6) Vcc：芯片供電電壓，范圍為(+5 15)V。(7) GND（3腳）：模擬量地，即模擬電路接地端。(8) GND（10腳）：數(shù)字量地。 當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時(shí)DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄存器Q端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“0”時(shí)，第一級(jí)8位輸入寄存器Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級(jí)8位DAC寄存器

39、中，以便第三級(jí)8位DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。一般情況下為了簡(jiǎn)化接口電路，可以把和直接接地，使第二級(jí)8位DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí)8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式制作低頻信號(hào)發(fā)生器有許多方案：主要有單緩沖方式，雙緩沖方式和直通方式。 單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號(hào)輸出或幾路模擬信號(hào)非同步輸出的情形的優(yōu)點(diǎn)，但是電路線路連接比較簡(jiǎn)單。而雙緩沖方式適用于在需要同時(shí)輸出幾路模擬信號(hào)的場(chǎng)合，每一路模擬量輸出需一片DAC0832芯片，構(gòu)成多個(gè)DAC0832同步輸出電路，程序簡(jiǎn)單化，但是電路線路連接比

40、較復(fù)雜。根據(jù)以上分析，我們的課題選擇了單緩沖方式使用方便，程序簡(jiǎn)單，易操作。(2)工作原理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。8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制；8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。 DAC0832與反相比例放大器相連，實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，因此輸出模擬信號(hào)的極性與參考電壓的極性相反，數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換關(guān)系為Vout1=-Vref×（

41、數(shù)字碼/256）若D/A轉(zhuǎn)換器輸出為雙極性，如圖3-6所示。 圖3-6 D/A轉(zhuǎn)換器雙極性輸出電路 圖3-6中，運(yùn)算放大器A2的作用是把運(yùn)算放大器A1的單向輸出電壓轉(zhuǎn)換成雙向輸出電壓。 DAC0832主要是用于波形的數(shù)據(jù)的傳送，是本題目電路中的主要芯片。3.4.2 LM324工作原理 圖3-7 LM324原理圖 管腳圖LM324時(shí)四運(yùn)放集成電路 ，它采用14腳雙列直插塑料封袋，外形上圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖中所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“O

42、UT”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，“-”為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端OUT的信號(hào)與該輸入端的為相反；“+”為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端OUT的信號(hào)與輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖7。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可但電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)上，根據(jù)功能分了幾個(gè)模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、方波模塊、三角波模塊、鋸齒波模塊、正弦波模塊、按鍵掃描模塊等。顯示波形模塊是利用DAC0832的8位特點(diǎn)，把波形的數(shù)據(jù)以8位數(shù)據(jù)的形勢(shì)送進(jìn)CPU中，只要一按鍵就能顯示波形。41設(shè)計(jì)思想（1）利用單片機(jī)產(chǎn)生方波、正

43、弦波、三角波和鋸齒波等信號(hào)波形，信號(hào)的頻率和幅度可變。（2）將一個(gè)周期的信號(hào)分離成256個(gè)點(diǎn)（按X軸等分），每?jī)牲c(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T，用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生，其表示式為：T=T/256。如果單片機(jī)的晶振為12MHz，采用定時(shí)器方式0，則定時(shí)器的初值為： X=213T/Tmec 定時(shí)時(shí)間常數(shù)為： TL =（8192T）/MOD256TH=(8192T)/256 MOD32表示除32取余數(shù)（3）正弦波的模擬信號(hào)是D/A轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出，其計(jì)算公式為： Y=（A/2sint）+A/2 (其中A=VREF) t=NT (N=1256) 那么對(duì)應(yīng)著存放在計(jì)算機(jī)里的這一點(diǎn)的數(shù)據(jù)為： （4）一個(gè)周期被分離成

44、256個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的四種波形的256個(gè)數(shù)據(jù)存放在以TAB1-TAB4為起始地址的存儲(chǔ)器中。42主程序設(shè)計(jì) 開始Y 輸出正弦波KEY1按1次KEY1按3次KEY1按4次 輸出方波 輸出鋸齒波 輸出三角波YYY N N NKEY1按2次 N 圖4-1 主程序流程圖 本軟件設(shè)計(jì)過程中主要實(shí)現(xiàn)利用按鍵來控制不同波形的輸出，當(dāng)按鍵KEY1按下1次時(shí)，函數(shù)發(fā)生器就輸出方波；當(dāng)按鍵KEY1按下2次時(shí)，函數(shù)發(fā)生器就輸出三角波；當(dāng)按鍵KEY1按下3次時(shí)，函數(shù)發(fā)生器就輸出鋸齒波；當(dāng)按鍵KEY1按下4次時(shí)，函數(shù)發(fā)生器就輸出正弦波。通過按鍵可以以任意循環(huán)方式輸出不同波形。按鍵KEY2按下時(shí)復(fù)位。43方波程序設(shè)計(jì)開始P0=0延時(shí) P0=255延時(shí) 圖4-2 方波程序流程圖 方波產(chǎn)生首先將DAC0832口地址至為4000H，當(dāng)A中的內(nèi)容為0時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)模擬量，然后延時(shí)，當(dāng)A中的內(nèi)容為0FFH時(shí)，同樣輸出對(duì)應(yīng)模擬量，再延時(shí)，從而得到方波。44三角波程序設(shè)計(jì)開始P0=0P0+ 如果P0=255 P0-如果P0=0 圖4-3三角波程序流程圖三角波產(chǎn)生首先將DAC0832口地址至為4000H，通過A中數(shù)值的加一遞升，當(dāng)A中的內(nèi)容為0時(shí)，與0FFH相比，相等時(shí)A中的內(nèi)容減一遞減，從而循環(huán)產(chǎn)生三角波。45鋸齒波程序設(shè)計(jì)開始 P0=0