用單片機(jī)制作的波形發(fā)生器

1、用單片機(jī)制作的波形發(fā)生器波形發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)：（1）波形類型：方型、正弦波、三角波、鋸齒波；（2）幅值電壓：1V、2V、3V、4V、5V；（3）頻率值：10Hz、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；（4）輸出極性：雙極性操作設(shè)計(jì)1、機(jī)器通電后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，LED在面板上顯示6個(gè)0，表示系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，等待用戶輸入設(shè)置命令，此時(shí)，無(wú)任何波形信號(hào)輸出。 2、用戶按下“F”、“V”、“W”，可以分別進(jìn)入頻率，幅值波形設(shè)置，使系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，相應(yīng)的數(shù)碼管顯示“一”，此時(shí)，按其它鍵，無(wú)效；3、在進(jìn)入某一設(shè)置狀態(tài)后，輸入09等數(shù)字鍵，（數(shù)字鍵僅在設(shè)置狀態(tài)時(shí)，有效）為欲

2、輸出的波形設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，LED將參數(shù)顯示在面板上；4、如果在設(shè)置中，要改變已設(shè)定的參數(shù)，可按下“CL”鍵，清除所有已設(shè)定參數(shù)，系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)，LED顯示6個(gè)0，等待重新輸入命令；5、當(dāng)必要的參數(shù)設(shè)定完畢后，所有參數(shù)顯示于LED上，用戶按下“EN”鍵，系統(tǒng)會(huì)將各波形參數(shù)傳遞到波形產(chǎn)生模塊中，以便控制波形發(fā)生，實(shí)現(xiàn)不同頻率，不同電壓幅值，不同類型波形的輸出；6、用戶按下“EN”鍵后，波形發(fā)生器開(kāi)始輸出滿足參數(shù)的波形信號(hào)，面板上相應(yīng)類型的運(yùn)行指示燈閃爍，表示波形正在輸出，LED顯示波形類型編號(hào)，頻率值、電壓幅值等波形參數(shù)；7、波形發(fā)生器在輸出信號(hào)時(shí)，按下任意一個(gè)鍵，就停止波形信號(hào)輸出，等待重新設(shè)置

3、參數(shù)，設(shè)置過(guò)程如上所述，如果不改變參數(shù)，可按下“EN”鍵，繼續(xù)輸出原波形信號(hào)；8、要停止波形發(fā)生器的使用，可按下復(fù)位按鈕，將系統(tǒng)復(fù)位，然后關(guān)閉電源。硬件組成部分通過(guò)綜合比較，決定選用獲得廣泛應(yīng)用，性能價(jià)格高的常用芯片來(lái)構(gòu)成硬件電路。單片機(jī)采用MCS-51系列的89C51（一塊），74LS244和74LS373（各一塊），反相驅(qū)動(dòng)器 ULN2803A（一塊），運(yùn)算放大器 LM324（一塊）波形發(fā)生器的硬件電路由單片機(jī)、鍵盤(pán)顯示器接口電路、波形轉(zhuǎn)換（D/ A）電路和電源線路等四部分構(gòu)成。1.單片機(jī)電路功能：形成掃描碼，鍵值識(shí)別，鍵功能處理，完成參數(shù)設(shè)置；形成顯示段碼，向LED顯示接口電路輸出；產(chǎn)生

4、定時(shí)中斷；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到D/A接口電路；如電路原理圖所示： 89C51的P0口和P2口作為擴(kuò)展I/O口，與8255、0832、74LS373相連接，可尋址片外的寄存器。單片機(jī)尋址外設(shè)，采用存儲(chǔ)器映像方式，外部接口芯片與內(nèi)部存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，8951提供16根地址線P0（分時(shí)復(fù)用）和P2，P2口提供高8位地址線，P0口提供低8位地址線。P0口同時(shí)還要負(fù)責(zé)與8255，0832的數(shù)據(jù)傳遞。P2.7是8255的片選信號(hào)，P2.6是0832（1）的片選，P2.5是0832（2）的片選，低電平有效，P0.0、P0.1經(jīng)過(guò)74LS373鎖存后，送到8255的A1、A2作，片內(nèi)A口，B口，C口，控

5、制口等寄存器的字選。89C51的P1口的低4位連接4只發(fā)光三極管，作為波形類型指示燈，表示正在輸出的波形是什么類型。單片機(jī)89C51內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在波形發(fā)生器中使用T0作為中斷源。不同的頻率值對(duì)應(yīng)不同的定時(shí)初值，定時(shí)器的溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求?？刂贫〞r(shí)器中斷的特殊功能寄存器設(shè)置如下：定時(shí)控制寄存器TCON（）工作方式選擇寄存器（TMOD）（）中斷允許控制寄存器（IE）（）2、鍵盤(pán)顯示器接口電路功能：驅(qū)動(dòng)6位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示；提供響應(yīng)界面；掃面鍵盤(pán)；提供輸入按鍵。由并口芯片8255，鎖存器74LS273，74LS244，反向驅(qū)動(dòng)器ULN2803A，6位共陰極數(shù)碼管（LED）和4×

6、;4行列式鍵盤(pán)組成。8255的C口作為鍵盤(pán)的I/O接口，C口的低4位輸出到掃描碼，高4位作為輸入行狀態(tài)，按鍵的分布如圖所示。8255的A口作為L(zhǎng)ED段碼輸出口，與74LS244相連接，B口作為L(zhǎng)ED的位選信號(hào)輸出口，與ULN2803A相連接。8255內(nèi)部的4個(gè)寄存器地址分配如下：控制口：7FFFH , A口：7FFFCH , B口：7FFDH ,  C口：7FFEH3、D/A電路功能：將波形樣值的數(shù)字編碼轉(zhuǎn)換成模擬值；完成單極性向雙極性的波形輸出；構(gòu)成由兩片0832和一塊LM324運(yùn)放組成。0832（1）是參考電壓提供者，單片機(jī)向0832（1）內(nèi)的鎖存器送數(shù)字編碼，不同的編碼會(huì)產(chǎn)生不

7、同的輸出值，在本發(fā)生器中，可輸出1V、2V、3V、4V、5V等五個(gè)模擬值，這些值作為0832（2）的參考電壓，使0832（2）輸出波形信號(hào)時(shí)，其幅度是可調(diào)的。0832（2）用于產(chǎn)生各種波形信號(hào)，單片機(jī)在波形產(chǎn)生程序的控制下，生成波形樣值編碼，并送到0832（2）中的鎖存器，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，得到波形的模擬樣值點(diǎn)，假如N個(gè)點(diǎn)就構(gòu)成波形的一個(gè)周期，那么0832（2）輸出N個(gè)樣值點(diǎn)后，樣值點(diǎn)形成運(yùn)動(dòng)軌跡，就是波形信號(hào)的一個(gè)周期。重復(fù)輸出N個(gè)點(diǎn)后，由此成第二個(gè)周期，第三個(gè)周期這樣0832（2）就能連續(xù)的輸出周期變化的波形信號(hào)。運(yùn)放A1是直流放大器，運(yùn)放A2是單極性電壓放大器，運(yùn)放A3是雙極性驅(qū)動(dòng)放大器，

8、使波形信號(hào)能帶得起負(fù)載。地址分配：0832（1）：DFFFH，0832（2）：BFFFH4、電源電路：功能：為波形發(fā)生器提供直流能量；構(gòu)成由變壓器、整流硅堆，穩(wěn)壓塊7805組成。220V的交流電，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)，保險(xiǎn)管（1.5A/250V），到變壓器降壓，由220V降為10V，通過(guò)硅堆將交流電變成直流電，對(duì)于諧波，用4700F的電解電容給予濾除。為保證直流電壓穩(wěn)定，使用7805進(jìn)行穩(wěn)壓。最后，5V電源配送到各用電負(fù)載。軟件結(jié)構(gòu)在波形產(chǎn)生器系統(tǒng)中，程序由人機(jī)交互模塊和波形產(chǎn)生模塊組成，人機(jī)交互模塊又可分成鍵盤(pán)子模塊和LED子模塊。人機(jī)交互模塊作為主程序，管理單片機(jī)系統(tǒng)，波形發(fā)生模塊作為中斷服務(wù)程序，實(shí)

9、現(xiàn)系統(tǒng)的波形輸出模塊又可分成鍵盤(pán)子模塊和LED子模塊。人機(jī)交互模塊作為主程序，管理單片機(jī)系統(tǒng)，波形發(fā)生模塊作為中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的波形輸出。如圖（2）所示：（A）是波形發(fā)生器的主流圖，由系統(tǒng)初始化和人機(jī)交互模塊組成，其中LED顯示子模塊和鍵盤(pán)輸入處理子模塊占用單片機(jī)主要處理時(shí)間，單片機(jī)反復(fù)運(yùn)行該模塊程序人機(jī)交互模塊相當(dāng)于系統(tǒng)的監(jiān)控程序；（B）是定時(shí)中斷服務(wù)流程圖，波形發(fā)生模塊放置在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，系統(tǒng)每隔一定時(shí)間，產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)中斷，暫停主流程運(yùn)行，轉(zhuǎn)到定時(shí)中斷服務(wù)程序起始處，執(zhí)行波形發(fā)生模塊，該模塊輸出一個(gè)樣值后，結(jié)束此次中斷服務(wù)，返回主流程斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行。反復(fù)多次定時(shí)中斷服務(wù)，從而完

10、成波形生成。片內(nèi)RAM有128B的容量， 30H3FH定義為堆棧區(qū)，40H45H定義為L(zhǎng)ED顯示緩沖儲(chǔ)存區(qū)，40H存放波形編號(hào)，41H44H存放頻率值，45H存放參考電壓值，46H定義為設(shè)置標(biāo)志區(qū)。1、人機(jī)交互模塊（）LED顯示子模塊在單片機(jī)內(nèi)部RAM中的40H45H是LED顯示器的顯示緩沖區(qū)，40H的內(nèi)容送到左邊的第一只數(shù)碼管顯示，41H的內(nèi)容送左邊的第二只數(shù)碼管，45H的內(nèi)容送左邊的第六只數(shù)碼管（最后一位）。顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容如何形成可以顯示的段碼呢？在設(shè)計(jì)中，我們采用查表的方式來(lái)形成。編寫(xiě)程序前，根據(jù)共陰極LED顯示器的工作原理，確定顯示數(shù)字（1、2、38、9）的段碼，將它們按大小順序編制

11、成顯示碼表，存于ROM中。在編程時(shí)，可以由顯示緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)字，通過(guò)查表的方法得到相應(yīng)的段碼。顯示子模塊的程序流程圖如圖（）所示。R1存位選信號(hào)，R2存顯示次數(shù)，R0存顯示緩沖區(qū)地址。程序執(zhí)行過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)先向8255的PB口送位選信號(hào)，修改R1中的內(nèi)容，形成下次位選信號(hào)；從顯存取數(shù)字，通過(guò)查表，得到顯示段碼，送到8255的PC口；調(diào)用延時(shí)子程序，保持顯示；修改RO的內(nèi)容；判斷是否已執(zhí)行顯示6次，若不滿6次，轉(zhuǎn)到開(kāi)始處，重復(fù)執(zhí)行，若已執(zhí)行6次，則結(jié)束顯示。（2）鍵盤(pán)輸入處理子模塊在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，鍵值識(shí)別部分作為主程序，鍵功能處理部分作為子程序，它們之間的關(guān)系是主程序調(diào)用子程序。鍵盤(pán)的工作過(guò)程：（

12、1）掃描鍵盤(pán)，獲得列掃描碼和行狀態(tài)碼，從而確定被按下的按鍵的鍵值；（2）根據(jù)鍵值，通過(guò)散轉(zhuǎn)表，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能處理部分；（3）進(jìn)入鍵處理部分，完成鍵功能；（4）完成一次鍵輸入工作。通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，每按一次鍵，鍵盤(pán)都會(huì)有上述的處理過(guò)程，每次僅能完成一個(gè)鍵功能。在實(shí)際設(shè)置波形參數(shù)時(shí)，一個(gè)參數(shù)需要多個(gè)鍵功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，那么相應(yīng)的鍵盤(pán)也要多次完成鍵值識(shí)別，跳轉(zhuǎn)鍵處理的工作過(guò)程。工作過(guò)程如圖（）和圖（）所示。各功能鍵處理，設(shè)計(jì)如下：“F”鍵的處理，進(jìn)入“KEY-F-PRO”子程序段，將設(shè)置標(biāo)志區(qū)（ROM46H）設(shè)為01H，表示是頻率參數(shù)設(shè)定；送42H到R5中，41H是頻率值顯示緩沖區(qū)首址；將

13、ROM中41H、42H、43H等存儲(chǔ)單元送#0AH，使LED顯示“-0”，最后退回到鍵盤(pán)主程序，處理流程圖（6）?！癡”鍵處理：將設(shè)置標(biāo)志區(qū)（ROM46H存儲(chǔ)單元），設(shè)為02H，表示是參考電壓設(shè)定；將ROM中46H存儲(chǔ)單元置為#0AH，使相應(yīng)位的LED顯示“-”。處理流程圖（7）?！癢”鍵處理，將設(shè)置標(biāo)志區(qū)設(shè)為03H，表示是波形編號(hào)設(shè)定；將40H存儲(chǔ)單元的內(nèi)容置#0AH，使相應(yīng)位的LED顯示“-”。處理流程圖（8）?！?9”鍵處理：首先查看設(shè)置標(biāo)志區(qū)46H的內(nèi)容，判斷有無(wú)設(shè)置，若有設(shè)置，則判斷是頻率設(shè)置，還是參考電壓設(shè)置，或者是波形編號(hào)設(shè)置，確定是某種設(shè)置，則進(jìn)入設(shè)定操作，即將數(shù)字（09）送到

14、顯存相應(yīng)的地址單元。如果無(wú)設(shè)置，則直接退回到主程序。處理流程圖（9）?！癈L”鍵處理：將顯示緩沖區(qū)ROM40H45H的內(nèi)容全部清零，使LED顯示“000000”；將設(shè)置標(biāo)志區(qū)ROM46H的內(nèi)空清零，使其處于“無(wú)設(shè)置”狀態(tài)；將定時(shí)器TO的初值清零，并停止TO的定時(shí)運(yùn)行，使定時(shí)器TO不工作；之后，退回主程序，處理流程圖（10）?！癊N”鍵處理：首先檢查W、V、F等參數(shù)值是否已全部設(shè)置，如果已經(jīng)全部設(shè)置；（1）從ROM45H取出參考電壓值，通過(guò)查表，獲得電壓的數(shù)字編碼，送到0832（1），產(chǎn)生輸出，作為0832（2）參考電壓；（2）從ROM41H43H中取頻率值，判定該值，判定該值，根據(jù)判斷結(jié)果，進(jìn)入相應(yīng)的程序段，實(shí)現(xiàn)“頻率與定時(shí)初值的轉(zhuǎn)換”，完成TMOD的設(shè)定和初值設(shè)定；（3）開(kāi)啟定時(shí)中斷，向R6賦于樣值初始編號(hào)；最后，退回到主程序，處理流程圖（11）2、波形產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)思想：（1）將一個(gè)周期T的信號(hào)分離成32個(gè)點(diǎn)（按X軸等分），每面點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T(mén)，用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生。（2）一個(gè)周期被分離成32個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的三種波形的32個(gè)數(shù)據(jù)存放在以TAB1TAB3為起始地址的存儲(chǔ)器