波形發(fā)生器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題主要是設(shè)計(jì)一臺(tái)波形發(fā)生器。它可產(chǎn)生正弦波、三角波和方波，波形的幅值和頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，幅值和頻率的具體數(shù)值可通過數(shù)碼管顯示，方便使用。本課題采用AT89C51單片機(jī)為中心控制單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和幅值頻率調(diào)整模塊組成。其中D/A轉(zhuǎn)換模塊任務(wù)是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換

2、為模擬量，產(chǎn)生相應(yīng)波形，此次設(shè)計(jì)采用常用的DAC0832芯片來完成，幅值頻率調(diào)整模塊通過調(diào)節(jié)連接在ADC0809通道上的電位器來實(shí)現(xiàn)，數(shù)碼顯示模塊使用了ZLG7289芯片來完成幅值和頻率同時(shí)顯示的任務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；波形發(fā)生器；幅值頻率可調(diào)。</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Th

3、is paper is mainly to design a Waveform Generator. It can produce sine, square and triangle wave.The wave's amplitude and frequency is adjustable within a certain scope.It is easy to use that the specific numerical o

4、f the frequency and amplitude can be showed on zhe nixietube.In the design,AT89C51 is the central control unit,and the entire system includes the MCU control module, a key module, digital display module, D/A converter mo

5、dule,the amplitude and frequency adjustment module. The D/A co</p><p>　　Key words: SCM; waveform generator; amplitude and frequency adjustable.</p><p><b>　　目 錄</b></p><

6、p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)意義1</p><p>　　1.2 波形發(fā)生器的發(fā)展和使用價(jià)值1</p><p>　　第二章 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 波形發(fā)生器方案的確定3</p><p>　　2.2 各模塊的

7、工作原理4</p><p>　　2.2.1 鍵盤輸入模塊4</p><p>　　2.2.2 數(shù)碼顯示模塊5</p><p>　　2.2.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊6</p><p>　　2.3.4 幅值頻率調(diào)整模塊6</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 D/A

8、電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇8</p><p>　　3.1.2 DAC0832芯片介紹8</p><p>　　3.1.3 DAC的應(yīng)用10</p><p>　　3.1.4 DAC與單片機(jī)的連接12</p><p>　　3.1.5 LM324芯片介紹13</p>

9、<p>　　3.2 A/D電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.1 A/D芯片的選擇14</p><p>　　3.2.2 ADC0809引腳及功能14</p><p>　　3.3.2 ADC0809結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理15</p><p>　　3.3.3 ADC0809與單片機(jī)的接口16</p><p&

10、gt;　　3.3 AT89C51單片機(jī)的介紹18</p><p>　　3.3.1 AT89C51芯片介紹18</p><p>　　3.3.2 AT89C51引腳功能介紹19</p><p>　　3.3.3 AT89C51最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.4 鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì)21</p><p>

11、　　3.4.1 LED驅(qū)動(dòng)芯片的選擇21</p><p>　　3.4.2 ZLG7289芯片介紹22</p><p>　　3.4.3 ZLG7289引腳圖功能說明23</p><p>　　3.4.4 ZLG7289芯片SPI串行接口24</p><p>　　3.4.5 ZLG7289與單片機(jī)的接口電路26</p>&l

12、t;p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1程序總體概述27</p><p>　　4.2各程序模塊說明29</p><p>　　4.2.1 初始化模塊29</p><p>　　4.2.2 A/D采樣模塊30</p><p>　　4.2.3 計(jì)算并顯示頻率和幅值模塊31</p>

13、;<p>　　4.2.4 波形產(chǎn)生模塊35</p><p><b>　　第五章 結(jié)論38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　致謝40</b></p><p>　　附錄1 主程序41</p>

14、<p>　　附錄2 整機(jī)電路圖49</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)意義</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高，我國儀器儀表行業(yè)也將發(fā)生新的變化并獲得新的發(fā)展。</p><p>　　當(dāng)前，來自很多行業(yè)的用戶都需要應(yīng)付速

15、率越來越高的新型電路。在設(shè)計(jì)和測(cè)試這些電路的過程當(dāng)中用戶通常需要向被測(cè)設(shè)備輸入一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)，用以模擬或者替代來自某個(gè)尚未安裝的原件的信號(hào)或者某些在測(cè)試過程中很難通過原件或傳感器生成的信號(hào)。因此，信號(hào)發(fā)生器在這里就顯得必不可少，波形發(fā)生器就是其中應(yīng)用最普遍的一種。而單片機(jī)作為一個(gè)發(fā)展比較成熟的電子產(chǎn)品，已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)，它的體積小，成本低，可靠性好，易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)[1]。所以運(yùn)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)一臺(tái)波形

16、發(fā)生器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可充分滿足用戶的需要。</p><p>　　1.2 波形發(fā)生器的發(fā)展和使用價(jià)值</p><p>　　中國使用單片機(jī)的歷史只有短短的30年，在初始的短短五年時(shí)間里發(fā)展極為迅速。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，我們上因特網(wǎng)輸入一個(gè)“單片機(jī)”的搜索，將會(huì)看到上萬個(gè)介紹單片機(jī)的網(wǎng)站，這還不包括國外的?？v觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)

17、的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC 卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能產(chǎn)做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長(zhǎng)期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣

18、產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長(zhǎng)期使用也不會(huì)擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會(huì)有更多的人來接受它、使用它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)3 億片，且每年以大約20%的速度增長(zhǎng)，但相對(duì)于世界市場(chǎng)我國的占有率還不到1%。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)品多數(shù)用到單片機(jī)，并不斷地輻</p><p>　　信號(hào)源作為一種基本的電子設(shè)備，無論是在教學(xué)、科研還是部隊(duì)技術(shù)保障中，都有著廣泛的使用。波形發(fā)生器就

19、是其中最普遍的一種。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)波形發(fā)生器的要求也越來越高，如要求頻率穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換速度快，具有調(diào)幅、調(diào)頻等功能。對(duì)于我們，即將步入社會(huì)，從事于各種工作的大學(xué)生，需要做的首先是了解其原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而后才能夠更好地使用并有所創(chuàng)新。而且波形發(fā)生器是教學(xué)中必不可少的教學(xué)設(shè)備，因此對(duì)于我們來說自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器，了解其原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是很必要的。</p><p>　　因此，這種情況下，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一

20、臺(tái)波形發(fā)生器是可行的，成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，可用于教學(xué)、實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　第二章 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 波形發(fā)生器方案的確定</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一臺(tái)波形發(fā)生器。它可產(chǎn)生正弦波、三角波和方波，波形的幅值和頻率可調(diào)，幅值和頻率的具體數(shù)值可通過數(shù)碼管顯示，方便使用。本課題以C51單片機(jī)為中心控制單元進(jìn)行設(shè)計(jì)

21、，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、幅值頻率調(diào)整模塊5部分組成。設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　通過按鍵可任意選擇所需的波形（正弦波、三角波、方波），所選波形種類可通過LED小燈清楚看到，調(diào)節(jié)幅值和頻率對(duì)應(yīng)的電位器可得到想要的幅值和頻率，選好后，系統(tǒng)送相應(yīng)的信息給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理送至D/A

22、轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換可得到所需的波形，同時(shí)單片機(jī)送相應(yīng)信息至數(shù)碼顯示模塊，經(jīng)7289處理可顯示出幅值和頻率對(duì)應(yīng)的數(shù)值。</p><p>　　選擇波形的按鍵與單片機(jī)的中斷接口相連，通過中斷方法來控制波形的選擇?？紤]到功耗及整機(jī)的精度和價(jià)格等問題,系統(tǒng)中采用了常用的AT89C51單片機(jī)作為中心控制單元，并有按鍵復(fù)位功能。波形的輸出通過D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，采用了DAC0832來完成，它的分辨率為8位。頻率和幅值

23、的調(diào)節(jié)可通過電位器改變輸入電壓來實(shí)現(xiàn)，需要有模擬量輸入，ADC0809有8路模擬輸入，8位數(shù)字量輸出，可滿足。顯示模塊采用ZLG7289芯片，該芯片是串行通訊，可節(jié)省I/O口，6個(gè)數(shù)碼管可將幅值和頻率同時(shí)顯示。</p><p>　　2.2 各模塊的工作原理</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、幅值頻率調(diào)整模塊5部分組成。</p&g

24、t;<p>　　2.2.1 鍵盤輸入模塊</p><p>　　鍵盤輸入模塊可控制波形種類的選擇，電路非常簡(jiǎn)單（如圖2.2），一個(gè)按鍵直接接在單片機(jī)的INT1中斷接口上，通過中斷來控制波形的選擇[2]。</p><p>　　圖2.2 按鈕與單片機(jī)的接口</p><p>　　根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)用按鈕切換波形，可考慮采用查詢或中斷方式進(jìn)行，這兩種方式比較起來

25、后者效率更高。若采用查詢方式檢測(cè)按鈕，則系統(tǒng)需要花費(fèi)大量的時(shí)間去定期檢測(cè)P3.3口管腳點(diǎn)位，這樣就增加了軟件開銷，降低了效率，因而采用中斷方式編程比較理想。其編程思想是安排一個(gè)存儲(chǔ)單元存放按鈕次數(shù)，初值設(shè)為0，對(duì)應(yīng)于某種波形，每中斷一次數(shù)據(jù)加1，以對(duì)應(yīng)另一種波形。因此中斷程序的任務(wù)僅僅是通過改變按鈕次數(shù)來存放單元的數(shù)據(jù)而已，波形切換在主程序中進(jìn)行。具體的按鈕次數(shù)和對(duì)應(yīng)波形如下：</p><p>　　表2.1 按鈕

26、次數(shù)對(duì)應(yīng)的波形</p><p>　　2.2.2 數(shù)碼顯示模塊</p><p>　　這個(gè)模塊主要作用是將波形幅值和頻率在數(shù)碼管上顯示。</p><p>　　用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示的芯片是ZLG7289,它與單片機(jī)的接口電路如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 ZLG7289與單片機(jī)接口電路</p><p>　　ZLG

27、7289的片選端與單片機(jī)的P1.0相連接，當(dāng)P1.0口輸入一個(gè)低電平時(shí)，它被選中，芯片開始工作。CLK為同步時(shí)鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效，因此與CLK連接的P1.1在發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)時(shí)置為‘1’，在發(fā)送和讀取數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)置為‘0’。DIO端為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端，當(dāng)芯片接受指令時(shí)，此引腳為輸入端；當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳在‘讀’指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆恕EY為按鍵有效輸出端，平時(shí)為高

28、電平，當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)中ZLG7289驅(qū)動(dòng)了6個(gè)數(shù)碼管，前2個(gè)用于顯示波形的幅值，0.0至5.0，后4位用于顯示波形的頻率。</p><p>　　ZLG7289采用串行方式與微處理器通訊，串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片，并由CLK端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?，DATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫入ZLG7289的緩沖寄存器。&l

29、t;/p><p>　　上電后，所有的顯示均為空。所有顯示位的顯示屬性均為“顯示”及“不閃爍”。當(dāng)有鍵按下時(shí)，KEY引腳輸出低電平，此時(shí)如果接收到“讀鍵盤”指令，ZLG7289將輸出所按下鍵的代碼。如果在沒有按鍵的情況下收到“讀鍵盤”指令ZLG7289將輸出0FFH（255）。</p><p>　　注意：如果有2個(gè)鍵同時(shí)按下，ZLG7289將只能給出其中一個(gè)鍵的代碼，因此ZLG7289不適于應(yīng)用

30、在需要2個(gè)或2個(gè)以上鍵同時(shí)按下的場(chǎng)合。</p><p>　　2.2.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換模塊主要用于將從C51送來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓，產(chǎn)生波形。這里我選用了DAC0832芯片，該芯片具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器，是8位的DAC，能直接與MCS-51單片機(jī)相連接。DAC0832與單片機(jī)的接口電路在第三章第一節(jié)中會(huì)詳細(xì)介紹。</p><p>

31、　　DAC0832的WR1和Xfer都接地，CS與單片機(jī)的P2.6相連，所以地址為8000H，當(dāng)P2.6給低電平時(shí)，0832開始工作，單片機(jī)將預(yù)先設(shè)定好的數(shù)字量通過P0口傳給DAC0832。DAC0832經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，并以差分方式送給運(yùn)算放大器LM324，后者將其變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出。</p><p>　　2.3.4 幅值頻率調(diào)整模塊</p><p>　　幅值和頻率的調(diào)整

32、是通過電位器來調(diào)節(jié)的，電位器與ADC0809相連，將模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，運(yùn)用在程序中，以達(dá)到調(diào)整的目的。</p><p><b>　　工作原理圖如下：</b></p><p>　　圖2.4 幅值頻率調(diào)整模塊的工作原理框圖</p><p>　　為了方便敘述，調(diào)節(jié)頻率的電位器定為電位器1，調(diào)節(jié)幅值的電位器定為電位器2，電位器1接在ADC0809的

33、IN0通道上，電位器2接在ADC0809的IN1通道上。</p><p>　　當(dāng)程序執(zhí)行MOV @DPTR,#7000H時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)給START引腳送入脈沖，開始對(duì)通道IN0中的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電位器1連接在IN0通道，所以它的模擬量電壓送入ADC0809開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)結(jié)束信號(hào)，置EOC腳為高電平，EOC引腳與單片機(jī)的INT0中斷接口相連，用于中斷。當(dāng)讀允許信號(hào)到，OE端有高電平，則可以讀

34、出轉(zhuǎn)換數(shù)字量。利用MOVX A,#DPTR把該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到A累加器中。該數(shù)字量作為2次D/A轉(zhuǎn)換之間的延時(shí)基值去延時(shí)，這樣輸出波形的頻率就和模擬電壓聯(lián)系起來，只要調(diào)整電位器1的旋鈕就可以改變輸入電壓模擬量，就可以改變波形的頻率。</p><p>　　幅值的調(diào)節(jié)是通過電位器2調(diào)節(jié)DAC0832的Vref端的輸入電壓基值來改變的。調(diào)節(jié)電位器2可使的模擬量電壓在0V至5V之間變換，此時(shí)，DAC0832輸入端的數(shù)字量

35、00H到FFH轉(zhuǎn)換后所對(duì)應(yīng)的模擬量就會(huì)在0V到5V之間變化，這樣就達(dá)到了調(diào)節(jié)幅值的目的。通過調(diào)節(jié)電位器2，波形的幅值就會(huì)在0V到5V之間變化，用戶可選擇需要的幅值。同時(shí)，調(diào)節(jié)電位器2得到的模擬電壓會(huì)送到ADC0809的IN1通道。當(dāng)程序執(zhí)行MOV @DPTR,#7020H時(shí)，IN1通道的模擬量就送入ADC0809開始轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送入單片機(jī)用于顯示。</p><p><b>　　第三章 硬件

36、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　整個(gè)硬件設(shè)計(jì)可分為：D/A電路設(shè)計(jì)、A/D電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)電路設(shè)計(jì)及鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì)。本章將詳細(xì)講解這些電路的構(gòu)成。</p><p>　　3.1 D/A電路設(shè)計(jì)</p><p>　　D/A電路是把單片機(jī)送來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓，用來生成波形的電路。</p><p>　　3.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器

37、的選擇</p><p>　　由于D/A轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口時(shí)，微機(jī)是靠指令輸出數(shù)字量供數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換之用，而指令送出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上的時(shí)間是短暫的，所以DAC和微機(jī)間，需有數(shù)據(jù)寄存器來保持微型計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)，供DAC轉(zhuǎn)換用。目前生產(chǎn)的DAC芯片可分為兩類，一類內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器，不需外加電路就可直接與微機(jī)接口。另一類內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號(hào)隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，不能直接與微機(jī)接口，須通過并

38、行接口與微機(jī)接口。DAC0832芯片內(nèi)部有輸入寄存器和DAC寄存器，所以它不需要外加其他電路便可以與微機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接相連。</p><p>　　3.1.2 DAC0832芯片介紹</p><p>　　(1)DAC0832的特性</p><p>　　美國國家半導(dǎo)體公司的DAC0832芯片是具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與MCS-51單片機(jī)相連接，其主要

39、特性如下：</p><p><b>　?、?分辨率8位；</b></p><p>　?、?電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為1us；</p><p>　?、?可雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入；</p><p>　　④ 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；</p><p>　?、?單一電源供電（+5~+15V）；</

40、p><p>　　⑥ 低功耗，20mW[3]。</p><p>　　(2)DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　DAC0832的引腳如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 DAC0832引腳圖</p><p><b>　　各引腳功能如下：</b></p><p&

41、gt;　　DI0~DI7為8位數(shù)字信號(hào)輸入端，與CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于輸入CPU送來的待轉(zhuǎn)換數(shù)字量，DI7為最高位。</p><p>　　CS：片選端，當(dāng)CS為低電平時(shí)，本芯片被選中工作。</p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制端，高電平有效。</p><p>　　WR1:第一級(jí)輸入寄存器寫選通控制，低電平有效，當(dāng)CS=0、ILE=1、WR1=0時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)

42、被鎖存到第一級(jí)8位輸入寄存器中。</p><p>　　XFER:數(shù)據(jù)傳送控制，低電平有效。</p><p>　　WR2：DAC寄存器寫選通控制端，低電平有效，當(dāng)XFER=0、WR1=0時(shí)，輸入寄存器狀態(tài)傳入8位DAC寄存器中。</p><p>　　Iout1：D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出1端，輸入數(shù)字量全“1”時(shí)，Iout1最大，輸入數(shù)字量全“0”時(shí)，Iout1最小。<

43、;/p><p>　　Iout2：電流輸出2端，Iout2+Iout1=常熟。</p><p>　　Rfb：外部反饋信號(hào)輸入端，內(nèi)部已有反饋電阻，根據(jù)需要也可外接反饋電阻。</p><p>　　Vref：參考電壓（也稱基準(zhǔn)電壓）輸入端，電壓范圍（-10~+10）V之間。</p><p>　　DGND:數(shù)字信號(hào)接地端。</p><

44、p>　　AGND：模擬信號(hào)接地端，最好與參考電壓共地。</p><p>　　DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 DAC0832原理框圖</p><p>　　DAC0832內(nèi)部由三部分電路組成，如圖3.2所示?！?位輸入寄存器”用于存放CPU送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由LE1加以控制?！?位DAC寄存器”用于存

45、放待轉(zhuǎn)換數(shù)字量，由LE2控制，T型電阻網(wǎng)絡(luò)能輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流。因此，DAC0832通常需要外接運(yùn)算放大器才能得到模擬輸出電壓。</p><p>　　3.1.3 DAC的應(yīng)用</p><p>　　按照輸入數(shù)字量位數(shù)，DAC?？煞譃?位、10位和12位三種。MCS-51與它的接口常和DAC的應(yīng)用有關(guān)，因此這里線討論DAC的應(yīng)用問題，然后介紹它與單片機(jī)的接口。</p>

46、<p>　　DAC用途很廣，現(xiàn)以DAC0832為例介紹它在如下三方面的應(yīng)用[4]。</p><p>　　（1）DAC用做單極性電壓輸出</p><p>　　在需要單極性模擬電壓環(huán)境下，我們采用圖3.5所示接線。由于DAC0832是8位的D/A轉(zhuǎn)換器，故可得輸出電壓對(duì)輸入數(shù)字量的關(guān)系為</p><p>　　Vout=-（B*Vref）/255</p&g

47、t;<p>　　式中，B為輸入的數(shù)字量，范圍是0～255；Vref/255為一常數(shù)。</p><p>　　很顯然，Vout和B成正比的關(guān)系。當(dāng)輸入數(shù)字量B為0時(shí)，Vout也為0，輸入數(shù)字量為255時(shí)，Vout為最大值，輸出電壓為單極性。</p><p>　?。?）DAC用作雙極性電壓輸出</p><p>　　在需要用到雙極性電壓的場(chǎng)合下，可以采用圖3.

48、3所示接線。</p><p>　　圖3.3 雙極性DAC的接法</p><p>　　圖中，DAC0832的數(shù)字量由CPU送來，OA1和OA2均為運(yùn)算放大器，Vout通過2R電阻反饋到運(yùn)算放大器OA2輸入端，其他如圖所示。G電為虛擬地，故由基爾霍夫定律列出方程組，并解得：</p><p>　　Vout=（B-128）*Vref/128</p><p

49、>　　由上式可知，在選用+Vref時(shí)，若輸入數(shù)字量最高位b7為“1”，則輸出模擬電壓Vout為正；若輸入數(shù)字量最高位為“0”，輸出模擬電壓Vout為負(fù)。選用-Vref時(shí)，Vout輸出值正好和選用+Vref時(shí)極性相反。</p><p>　?。?）DAC用作程控放大器</p><p>　　DAC還可以用作程控放大器，其電壓放大倍數(shù)可由CPU通過程序設(shè)定。圖3.4為用作電壓放大器的DAC接

50、線。</p><p>　　由圖可見，需要放大的電壓Vin和反饋輸入端Rfb相接，運(yùn)算放大器輸出Vout還作為DAC的基準(zhǔn)電壓Vref，數(shù)字量由CPU送來，其余如圖所示。DAC0832內(nèi)部Iout一邊和T型電阻網(wǎng)絡(luò)相連，另一邊又通過反饋電阻Rfb和Vin相通。</p><p>　　由圖可得出，當(dāng)選R=Rfb時(shí)，</p><p>　　Vout=-（256/B）*Vin&

51、lt;/p><p>　　式中256/B看做放大倍數(shù)。但數(shù)字量B不得為“0”，否則放大倍數(shù)為無限大，放大器因此而處于飽和狀態(tài)。</p><p>　　圖3.4 DAC0832用作程控放大器</p><p>　　3.1.4 DAC與單片機(jī)的連接</p><p>　　MCS-51與DAC0832接口時(shí)，可以有三種連接方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式

52、。本設(shè)計(jì)中采用的單緩沖方式[5]。</p><p>　　圖3.5 單緩沖方式下的DAC0832</p><p>　　單緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器有一個(gè)處于直通方式，另一個(gè)處于受MCS-51控制的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求多路輸出同步的情況下，就可采用單緩沖方式。</p><p>　　單緩沖方式的

53、接口電路如圖3.5所示.</p><p>　　由圖可見，WR2和XFER接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”（見圖3.2）工作于直通方式。8位輸入寄存器受CS和WR1端信號(hào)控制，而且CS由P2.6端信號(hào)控制。因此，單片機(jī)執(zhí)行以下兩條指令時(shí)，就可以使DAC0832工作。 </p><p>　　MOV DPTR,#8000H</p><p>　　MOVX

54、@DPTR,A</p><p>　　3.1.5 LM324芯片介紹</p><p>　　LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。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。</p><p>　　每一組運(yùn)算放大器可用圖3.6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

55、源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324 的引腳排列見圖3.7。</p><p>　　圖3.6 運(yùn)算放大器符號(hào) 圖3.7LM324引腳圖</p><p>　　由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜

56、態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，DAC0832轉(zhuǎn)換得到的模擬量，經(jīng)過LM324后輸出。電路圖如圖3.8所示，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換得到的電流信號(hào)以差分方式送給運(yùn)算放大器LM324,LM324將此信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出，就可得到波形[6]。</p><p>　　圖3.8 DAC0832與LM324的接口電路</p>

57、<p>　　3.2 A/D電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 A/D芯片的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，頻率和幅值的調(diào)節(jié)都是通過電位器改變輸入電壓來實(shí)現(xiàn)的，所以需要有兩個(gè)模擬量輸入。所以就要用到A/D轉(zhuǎn)換芯片。各型號(hào)的ADC芯片都具有如下的信號(hào)線：數(shù)據(jù)輸出線D7～D0（8位ADC），啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)SC與轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC。首先單片機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，

58、ADC送出EOC信號(hào)通知單片機(jī)；單片機(jī)用輸入指令從ADC的數(shù)據(jù)輸出線D7～D0讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。ADC與單片機(jī)的接口就是要正確處理上述三種信號(hào)與單片機(jī)的連接問題。ADC的數(shù)據(jù)輸出端的連接要視其內(nèi)部是鎖存器還是三態(tài)輸出鎖存器。若是后者，則可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連；若是前者，則應(yīng)將其數(shù)據(jù)輸出端通過三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連。</p><p>　　ADC0809芯片有8路模擬信號(hào)輸入端，片內(nèi)由三臺(tái)輸出鎖存器，可直接與單片

59、機(jī)數(shù)據(jù)總線相連，滿足要求，所以采用ADC0809芯片來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。下面將對(duì)ADC0809芯片機(jī)器接口電路作詳細(xì)的介紹。</p><p>　　3.2.2 ADC0809引腳及功能</p><p>　　ADC0809是一種主次逼近式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。其引腳如圖3.9所示[7]。</p><p>　　由引腳圖可見，ADC0809共有28引腳，

60、采用雙列直插式封裝。其主要引腳功能如下：</p><p>　　① IN0~IN7是8路模擬信號(hào)輸入端。</p><p>　?、?D0~D7是8位數(shù)字量輸出端。</p><p>　?、?A、B、C與ALE控制8路模擬通道的切換，A、B、C分別與三根地址線或數(shù)據(jù)線相連，三者編碼對(duì)應(yīng)8個(gè)通道地址口。C、B、A=000~111分別對(duì)應(yīng)IN0~IN7通道地址。</p&g

61、t;<p>　　強(qiáng)調(diào)說明一點(diǎn)：ADC0809雖然有8路模擬通道可以同時(shí)輸入8路模擬信號(hào)，但每個(gè)瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?、?OE、START、CLK為控制信號(hào)端，OE為輸出允許端，START為啟動(dòng)信號(hào)輸入端，CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。</p><p>　　⑤ Vr（+）和Vr（-）為參考電壓輸入端。</p>&l

62、t;p>　　圖3.9 ADC0809引腳圖</p><p>　　3.3.2 ADC0809結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理</p><p>　　ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.10所示。0809是采用主次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的。由單一的+5V電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選1的模擬開關(guān)，由C、B、A的編碼來決定所選的通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需100us左右。輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接

63、連到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對(duì)0~5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ADC0809工作過程如下：首先用指令選擇ADC0809的一個(gè)模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行MOVX @DPTR,A時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)給START引腳送入脈沖，開始對(duì)選中通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后發(fā)出結(jié)束信號(hào)，置EOC腳為高電平，該信號(hào)可作為中斷申請(qǐng)信號(hào)；當(dāng)讀允許信號(hào)到，OE端有高電平，則可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。利用

64、MOVX A,@DPTR把該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到A累加器中。</p><p>　　圖3.10 ADC0809結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3.3 ADC0809與單片機(jī)的接口</p><p>　　在討論MCS051與0809的接口設(shè)計(jì)之前，先來討論單片機(jī)如何控制ADC的問題[8]。</p><p>　　用單片機(jī)控制ADC時(shí)，多數(shù)采用查詢和中斷控

65、制兩種方法。查詢法是在單片機(jī)把啟動(dòng)命令送到ADC之后，執(zhí)行別的程序，同時(shí)對(duì)ADC的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查ADC變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。</p><p>　　中斷控制法是在啟動(dòng)信號(hào)送到ADC之后，單片機(jī)執(zhí)行別的程序。當(dāng)ADC變換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，單片機(jī)相應(yīng)此中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回到原程序。這種方法單片機(jī)無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換

66、時(shí)間的管理，CPU效率高，所以特別適合于變換時(shí)間較長(zhǎng)的ADC。</p><p>　　如果對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求高，采用上述兩種ADC控制方式往往不能滿足要求，可采用DMA（直接存儲(chǔ)器存?。┑姆椒ǎ@時(shí)可在ADC與單片機(jī)之間插入一個(gè)DMA接口（例如Intel公司的8237DMA控制器）。傳輸已開始，AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就可以從輸出寄存器經(jīng)過DMA中的數(shù)據(jù)寄存器直接傳輸?shù)街鞔鎯?chǔ)器，因而不必受程序的限制。</p>&l

67、t;p>　　在ADC0809與單片機(jī)的接口電路中，中斷方式與軟件延時(shí)方式的不同之處在于：中斷方式是將ADC0809的EOC腳經(jīng)過與非門接在AT89C51的INT0腳，而軟件延時(shí)方式不需要經(jīng)過，直接接在INT0腳，只需查詢P3.2腳是否為高電平，當(dāng)為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。本設(shè)計(jì)中，在AD轉(zhuǎn)換時(shí)，不需要執(zhí)行其他的程序，所以可用軟件延時(shí)的方式連接電路。</p><p><b>　　軟件延時(shí)方式：<

68、;/b></p><p>　　ADC0809與單片機(jī)的接口如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 ADC0809與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，可利用AT89C51提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)過74LS74芯片四分頻后獲得，ALE腳的頻率是AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1、6（但要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存

69、儲(chǔ)器時(shí)，將少一個(gè)ALE脈沖）。單片機(jī)的時(shí)鐘頻率采用的是12MHz，則ALE腳的輸出頻率為2MHz，再經(jīng)過74LS74四分頻后為500kHz，恰好符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，其8位地址譯碼引腳A、B、C分別與P0.0、P0.1和P0.2相連，，以選通IN0~IN7中的一個(gè)通道。將P2.7（地址總線A15）作為片選信號(hào)，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫信號(hào)和P2.7控制ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)

70、，由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)和P2.7腳經(jīng)一級(jí)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。</p><p>　　由以上分析可知：在軟件編寫時(shí)，應(yīng)令P2.7=A15=0；P0.0、P0.1、P0.2給出被選擇的模擬通道的地址；執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p&g

71、t;<p>　　3.3 AT89C51單片機(jī)的介紹</p><p>　　3.3.1 AT89C51芯片介紹</p><p>　　CPU為本設(shè)計(jì)的核心部分，它是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理的核心?？紤]到功耗及整機(jī)的精度和價(jià)格等問題我采用MCS-51系列的單片機(jī), MCS-51系列單片機(jī)還有集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可靠性高，處理功能強(qiáng)、速度高等特點(diǎn)。</p>&

72、lt;p>　　本設(shè)計(jì)中采用的是AT89C51芯片。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用

73、場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　功能特性概述[9]：</p><p>　　AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32各I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式?？臻e方式停止CPU的工作

74、，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所以部件工作知道下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　3.3.2 AT89C51引腳功能介紹</p><p><b>　　Vcc：電源電壓</b></p><p><b>　　GND：地</b></p&g

75、t;<p>　　P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字

76、節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，檢驗(yàn)時(shí)，需要外接上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。</p><p>　　Flash編程和程序校驗(yàn)期

77、間，P1接收低8位地址。</p><p>　　P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。</p><p>　　在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MO

78、VX @DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX @RI指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。</p><p>　　Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸

79、收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。</p><p>　　P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：</p><p>　　表3.1 P3口第二功能</p><p>　　P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和暢銷校驗(yàn)

80、的控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存

81、儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。</p><p>　　EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址位0000H—FFFFH）

82、，EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　如EA端位高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端[10]。</p><p&

83、gt;　　3.3.3 AT89C51最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用來構(gòu)成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)該是一個(gè)最小應(yīng)用系統(tǒng)，但由于應(yīng)用系統(tǒng)中有一些功能器件無法集成到芯片內(nèi)部，如晶振、復(fù)位電路等，需要在片外加接相應(yīng)的電路。對(duì)于片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，還應(yīng)該配置片外程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　AT8

84、9C51是片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)只要將單片機(jī)接上外部的晶振電路和復(fù)位電路即可[11]，如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12 AT89C51最小系統(tǒng)</p><p>　　這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，其特點(diǎn)是沒有外部擴(kuò)展，有可供用戶使用的大量I/O線。</p><p>　　3.4 鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p&

85、gt;　　3.4.1 LED驅(qū)動(dòng)芯片的選擇</p><p>　　現(xiàn)在隨著芯片集成技術(shù)的發(fā)展，使得許多儀器越來越微型化，功能也更強(qiáng)大，對(duì)人機(jī)交互的要求也越來越高。其中應(yīng)用非常廣泛的一種方法就是LED的對(duì)外顯示。本設(shè)計(jì)中我選用了ZLG7289芯片來完成LED顯示幅值和頻率的任務(wù)。它功能強(qiáng)大，編程簡(jiǎn)單，控顯可靠，可廣泛用于工業(yè)控制器等方面的數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)，比較成熟的應(yīng)用即為與單片機(jī)的結(jié)合。</p><

86、p>　　ZLG7289是廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)的，具有SPI串行接口功能的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立LED）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能[12]。ZLG7289內(nèi)部含有顯示譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式。此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。利用片選信號(hào)，多片ZLG7289還

87、可以并接在一起使用，能夠方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64只按鍵的應(yīng)用。ZLG7289可廣泛地應(yīng)用于儀器儀表，工業(yè)控制器，條形顯示器，控制面板等領(lǐng)域。</p><p>　　在實(shí)際使用的過程中，單片機(jī)的串行發(fā)送/接收口常常被占用掉，去實(shí)現(xiàn)其他的數(shù)據(jù)交換，ZLG7289采用SPI串行總線與微控制器接口，僅占用少數(shù)幾根I/O口線，可為其他芯片提供方便。</p><p>　　3.4.2 ZLG72

88、89芯片介紹</p><p>　　ZLG7289芯片的引腳圖如圖3.13</p><p>　　圖3.13 ZLG7289引腳圖</p><p>　　ZLG7289的主要特性</p><p>　　很寬的工作電壓范圍：+2.7~6V；</p><p>　　直接驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（1英寸以下）或64只獨(dú)立的LED；<

89、/p><p>　　能夠管理多達(dá)64只按鍵，自動(dòng)消除抖動(dòng)；</p><p>　　段電流可達(dá)15mA以上，字電流可達(dá)100mA；</p><p>　　利用功率電路可以方便地驅(qū)動(dòng)1英寸以上的大型數(shù)碼管；</p><p>　　具有左移、右移、閃爍、消隱、段點(diǎn)亮等強(qiáng)大功能；</p><p>　　要顯示的數(shù)據(jù)提供有兩種不同的譯碼方式（

90、也可以選擇不譯碼）；</p><p>　　不接數(shù)碼管而僅使用鍵盤功能時(shí)，工作電流可降至3mA；</p><p>　　與微控制器之間采用SPI串行總線接口，操作方便，占用I/O資源少；</p><p>　　工作溫度范圍：-40~+85℃；</p><p>　　封裝：SOP-28,DIP-28。</p><p>　　3.4

91、.3 ZLG7289引腳圖功能說明</p><p>　　表3.2 ZLG7289引腳功能</p><p>　　3.4.4 ZLG7289芯片SPI串行接口</p><p><b>　　SPI串行接口信號(hào)</b></p><p>　　表3.3 ZLG7289的SPI串行接口信號(hào)</p><p>　

92、　ZLG7289與微控制器的接口采用3線制SPI串行總線，由CS、CLK和DIO這3根信號(hào)線組成。CS和CLK是輸入信號(hào)，由微控制器提供。DIO信號(hào)是雙向的，必須接到微控制器上具有雙向功能的I/O 。SPI 信號(hào)線的具體意義請(qǐng)參見表3.3。</p><p>　　操作SPI總線的時(shí)序圖請(qǐng)參見圖3.14、圖3.15 和圖3.16。其中圖3.16 是讀按鍵值的時(shí)序圖，只有當(dāng)INT 引腳出現(xiàn)下跳沿時(shí)才允許去讀取按鍵值，否

93、則將得不到有意義的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　SPI總線時(shí)序圖</b></p><p>　　圖3.14 純指令時(shí)序圖</p><p>　　圖3.15 帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序圖（命令字在前，輸入數(shù)據(jù)在后）</p><p>　　圖3.16 讀鍵盤指令時(shí)序圖（命令字在前，鍵值在后）</p><p>　　

94、時(shí)序圖中各項(xiàng)延遲時(shí)間</p><p>　　表中各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試條件為：Vcc=5.0V，F(xiàn)osc=16MHz。</p><p>　　表3.4 時(shí)序圖中的各項(xiàng)延遲時(shí)間</p><p>　　3.4.5 ZLG7289與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　ZLG7289和單片機(jī)通過P1口的4個(gè)端口相連接[13]。如下圖：</p>&l

95、t;p>　　圖3.17 ZLG7289與單片機(jī)接口電路</p><p>　　圖中，CS與P1.0相連，當(dāng)P1.0送入低電平時(shí)，ZLG7289芯片被選中，開始工作。CLK為時(shí)鐘引腳，與單片機(jī)的P1.1引腳相連，上升沿有效，平時(shí)P1.1置位“0”，當(dāng)需要傳數(shù)據(jù)的時(shí)候，把P1.1置“1”。DIO口為雙向數(shù)據(jù)傳輸口，因?yàn)槭褂么型ㄐ?，?jié)省了I/O的使用。KEY為鍵盤中斷請(qǐng)求信號(hào)，平時(shí)為“1”，當(dāng)有鍵按下時(shí)，為“0”

96、。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1程序總體概述</b></p><p>　　根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)用按鈕切換波形，可考慮采用查詢或中斷方式進(jìn)行，這兩種方式比較起來后者效率更高。若采用查詢方式檢測(cè)按鈕，則系統(tǒng)需要花費(fèi)時(shí)間去定期檢測(cè)P3.3口管腳電位，這樣就增加了軟件開銷，

97、減低了效率，因而采用中斷方式編程比較理想。其編程思想是安排一個(gè)存儲(chǔ)單元存放按鈕的次數(shù)，初值設(shè)為0，每中斷一次，數(shù)據(jù)加1，0~2分別代表正弦波，三角波和方波。因此中斷程序的任務(wù)僅僅是通過改變按鈕次數(shù)來存放單元的數(shù)據(jù)而已，波形切換在主程序中進(jìn)行。</p><p>　　波形的頻率是通過改變兩次輸出數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)的。具體做法是首先對(duì)模擬量采樣，得到相應(yīng)的A/D值，用這個(gè)值作為延時(shí)基數(shù)來延時(shí)，這樣輸出波形的頻率就

98、和模擬電壓聯(lián)系起來，只要調(diào)整電位器旋鈕改變輸入電壓模擬量，就可以改變波形的頻率。</p><p>　　波形的幅值調(diào)整是通過調(diào)節(jié)DAC0832的Vref（參考電壓）來實(shí)現(xiàn)的[14]。具體做法是在DAC0832的Vref端連接一個(gè)電位器，通過改變電位器來改變Vref的輸入值,Vref的值改變，DAC0832輸出的電壓值也會(huì)變換。程序的最后部分是顯示部分，它可顯示波形的幅值和頻率。</p><p&g

99、t;　　具體方法是，從ADC0809的IN0通道取得與頻率有關(guān)的數(shù)字量，從IN1通道取得與幅值有關(guān)的數(shù)字量，經(jīng)過計(jì)算，把數(shù)據(jù)送給ZLG7289，在數(shù)碼管上顯示。這樣輸出波形的頻率就和模擬電壓聯(lián)系起來，只要調(diào)整電位器旋鈕改變輸入電壓模擬量，就可以改變波形的頻率。波形的幅值調(diào)整是通過調(diào)節(jié)DAC0832的Vref（參考電壓）來實(shí)現(xiàn)的。具體做法是在DAC0832的Vref端連接一個(gè)電位器，通過改變電位器來改變Vref的輸入值,Vref的值改變，

100、DAC0832輸出的電壓值也會(huì)變換。這樣輸出波形的頻率就和模擬電壓聯(lián)系起來，只要調(diào)整電位器旋鈕改變輸入電壓模擬量，就可以改變波形的頻率。波形的幅值調(diào)整是通過調(diào)節(jié)DAC0832的Vref（參考電壓）來實(shí)現(xiàn)的。具體做法是在DAC0832的Vref端</p><p>　　連接一個(gè)電位器，通過改變電位器來改變Vref的輸入值,Vref的值改變，DAC0832輸出的電壓值也會(huì)變換。程序的最后部分是顯示部分，它可顯示波形的幅

101、值和頻率。具體方法是，從ADC0809的IN0通道取得與頻率有關(guān)的數(shù)字量，從IN1通道取得與幅值有關(guān)的數(shù)字量，經(jīng)過計(jì)算，把數(shù)據(jù)送給ZLG7289，在數(shù)碼管上顯示。</p><p>　　該設(shè)計(jì)的軟件部分主要思想如流程圖（圖4.1）所示。</p><p>　　首先進(jìn)行初始化，然后確定按鈕的次數(shù)，存放在R4中，判斷出選的何種波形。之后從ADC0809的0通道讀入轉(zhuǎn)換值D0，根據(jù)所選波形進(jìn)行計(jì)算出

102、頻率，并送ZLG7289進(jìn)行顯示，然后從1通道讀入轉(zhuǎn)換值D1，計(jì)算出幅值，并顯示在數(shù)碼管上。此時(shí)，轉(zhuǎn)到產(chǎn)生波形的子程序中，根據(jù)D0值進(jìn)行延時(shí)，從而產(chǎn)生出所要的波形。</p><p>　　4.2各程序模塊說明</p><p>　　4.2.1 初始化模塊</p><p>　　硬件通電后，需要對(duì)各個(gè)芯片進(jìn)行初始化，以保證程序運(yùn)行的可靠和正確性。</p>&l

103、t;p>　　初始化的流程如下： </p><p>　　圖4.2 初始化流程圖</p><p>　　首先需要定義一些程序中用到的變量，及一些與單片機(jī)連接的芯片的引腳，如：</p><p>　　BIT_COUNT DATA 7FH</p><p>　　TIMER DATA 7EH</p><p>　　TEN DA

104、TA 7CH</p><p>　　CS7289 BIT P1.0</p><p>　　CLK7289 BIT P1. 1</p><p>　　DAT7289 BIT P1.2</p><p>　　KEY7289 BIT P1.3</p><p>　　定義好了變量，要對(duì)各個(gè)芯片進(jìn)行初始化。P0口連接到了DAC083

105、2的數(shù)字量輸入口和ADC0809的數(shù)字量輸出口，所以需要把P0口全部置“0”。P1口的P1.0~P1.3與DAC0832相連，P1.4~P1.6連接的是用于確定波形類型的LED燈，根據(jù)需要，P1口的初值為09H。中斷允許位的初始化為：</p><p>　　MOV IE，#84H</p><p><b>　　CLR IT0</b></p><p>

106、;　　還用其他一些定義的變量需要賦初值，如上升標(biāo)志、按鈕次數(shù)標(biāo)志、正弦波數(shù)據(jù)指針、三角波初值、方波初值等。</p><p>　　4.2.2 A/D采樣模塊</p><p>　　各個(gè)芯片初始化之后，就要開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集了。數(shù)據(jù)采集模塊就是將接收到的模擬量(0~5V電壓)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,傳給單片機(jī)以便使用。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集使用的是ADC0809芯

107、片，它是一種逐次逼近式8路模擬量輸入和8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器[15]。實(shí)際程序中需要采集的是一個(gè)影響波形頻率的模擬量和一個(gè)影響波形幅值的模擬量。這兩個(gè)模擬量通過調(diào)節(jié)電位器來改變輸入電壓取得的。影響頻率的模擬量從通道0輸入，影響幅值的模擬量從通道1輸入。</p><p><b>　　通道0數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　通道0與影響頻率的電位器相連，調(diào)節(jié)電位

108、器可使輸入ADC0809的通道0的模擬電壓改變，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送入CPU，用作DAC0832兩次輸出之間的延時(shí)基數(shù)，這樣就可以改變波形的頻率[16]。</p><p>　　流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　執(zhí)行MOV DPTR,#7000H 時(shí)，啟動(dòng)了ADC0809并選中了通道0，執(zhí)行 MOVX @DPTR,A 時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)給START引腳送入脈沖，開始對(duì)通道0的模擬

109、量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，發(fā)出結(jié)束信號(hào)，置EOC腳為高電平。當(dāng)讀允許信號(hào)到，OE端有可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，利用MOVX A,@DPTR把通道0的轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到A累加器中，然后保存到D0中。</p><p>　　圖4.3 A/D通道0數(shù)據(jù)采集 圖4.4 A/D通道1數(shù)據(jù)采集</p><p><b>　　通道1數(shù)據(jù)采集</b></p>

110、<p>　　通道1與影響波形幅值的電位器相連。同通道0相同，也是通過調(diào)節(jié)電位器改變輸入通道1的模擬電壓，轉(zhuǎn)換到的數(shù)保存在D1中。經(jīng)過計(jì)算可用作波形幅值的顯示。</p><p>　　流程圖如圖4.4所示。</p><p>　　執(zhí)行 MOV DPTR,#7020H 可啟動(dòng)AD并選中通道1，其他指令與通道0中的指令相同。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量保存在D1中，用于幅值顯示。</p>

111、<p>　　4.2.3 計(jì)算并顯示頻率和幅值模塊</p><p>　　頻率和幅值是波形的兩個(gè)重要的特征，當(dāng)波形的類型選出后，確定了這兩項(xiàng)，波形基本上就確定了。</p><p><b>　　頻率的計(jì)算</b></p><p>　　將D0中的數(shù)字量用作DAC0832兩次輸出之間的延時(shí)基數(shù)就可以改變頻率。頻率的計(jì)算公式是：頻率=1/周期，所