畢業(yè)設(shè)計--at90s8515單片機多功能波形發(fā)生器的研究

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1波形發(fā)生器簡介1</p><p>　　1.2 論文概述1</p><p>　　第二章 任務與論證3</p><p><b>　　2.1 任務3</b&

2、gt;</p><p>　　2.2 基本思想3</p><p>　　2.3 方案論證及比較3</p><p>　　第三章 電路設(shè)計與原理6</p><p>　　3.1 AT90S8515單片機簡介6</p><p>　　3.2 DAC0832的簡介9</p><p>　　3.3鍵盤及顯

3、示的簡介15</p><p>　　3.4本課題鍵盤與顯示的設(shè)計方案19</p><p>　　第四章 總體電路設(shè)計20</p><p>　　4.1 硬件電路設(shè)計圖20</p><p>　　4.2 部分軟件設(shè)計流程圖24</p><p>　　4.3 整體軟件設(shè)計流程圖26</p><p>

4、;<b>　　結(jié) 論28</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一種用AT90S8515單片機

5、設(shè)計的多功能波形發(fā)生器。該波形發(fā)生器以AT90S8515單片機為核心，F(xiàn)LASH存儲器存儲波形數(shù)據(jù)，通過鍵盤和LED二極管顯示器進行人機交換選擇波形和頻率。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832單極性輸出電路應用運算放大器芯片把電流轉(zhuǎn)化為電壓波輸出，由DAC0832的Vref端輸入來決定其輸出波的幅度。將DAC接到示波器上測出對應的波的頻率。設(shè)定比較明顯的整數(shù)如1Hz、100Hz、1KHz、100KHz等頻率選項。該多功能波形發(fā)生器只設(shè)計產(chǎn)生方波、三

6、角波、鋸齒波、梯形波四種波形。該機操作簡單，易于實現(xiàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: AVR單片機 波形發(fā)生器 FLASH存儲器 DAC0832單極性輸出電路</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　A kind of multifunctional waveform builder that bases

7、 on AT90S8515 single-chip computer is introduced in this paper. AT90S8515 single-chip computer is the focus of the project. The Flash ROM stores all of the waves’ data. We can use keyboard and LED programs to select the

8、different waves and the different frequencies. DAC0832 single pole export changes the current to the voltage to output with the chip of operation amplifier. DAC0832 Vref end import voltage value decides the export wave’s

9、 scope </p><p>　　Key words: AVR single-chip computer, Waveform builder, FLASH ROM, DAC0832 single pole export </p><p>　　第一章 緒 論</p><p>　　1.1波形發(fā)生器簡介</p><p>　　信號源有很多種，

10、包括正弦波信號源、函數(shù)發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、掃描發(fā)生器、任意波形發(fā)生器、合成信號源等。多功能波形發(fā)生器是信號源的一種，它具有信號源所有的特點和要領(lǐng)。一般來講多功能波形發(fā)生器是一種特殊的信號源，綜合具有其它信號源波形生成能力，因而適合各種仿真實驗的需要[1]。 波形發(fā)生器是使用最廣的通用信號源，它能提供正弦波、鋸齒波、方波、三角波、調(diào)變波等波形，有的還同時具有調(diào)制和掃頻能力。眾所周知，在基礎(chǔ)實驗中（如大學電子實驗室、科研機構(gòu)研究實驗

11、室、工廠開發(fā)實驗室等），設(shè)計一種電路，需要驗證其可靠性與穩(wěn)定性，就需要給它施加理想中的波形加以辨別。如我們可使用信號源的DC補償功能對固態(tài)電路控制DC的偏壓電平；我們可對一個懷疑有故障的數(shù)字電路，利用信號源的方波輸出作為數(shù)字電路的時鐘，同時使用方波加DC補償產(chǎn)生有效的邏輯電平模擬輸出，觀察該電路的運行狀況，而證實故障缺陷的地方……總之利用任意波形發(fā)生器這方面的基礎(chǔ)功能，能仿真基礎(chǔ)實驗室所必須的信號[2]。 多功能波形發(fā)生器的設(shè)

12、計思想各有千秋，有的以硬件為主，有的以軟件為主，還有的是軟硬件結(jié)合使用。多功能波形發(fā)生器的區(qū)別主要在于芯</p><p><b>　　1.2 論文概述</b></p><p>　　本文在借鑒前人成果的前提下，結(jié)合所涉獵的知識范圍，本著提出問題，分析問題，解決問題的原則，對該課題的理論與實物進行了詳盡的闡述。在文章的第二章，就課題的目的，要求加以說明。并分析各論證方案，

13、取長補短，確定出本文所使用的方法，思想明確。第三章中，對所涉及的元器件以圖文結(jié)合的方式呈現(xiàn)出來，直觀具體。并進一步分析各元件所使用環(huán)境，確定本文的設(shè)計思路與方向。第四章主要是電路的硬件說明，為清晰明了，文章將電路圖分解成單元塊，標注了相關(guān)引腳，一目了然。論文的電路圖依靠PROTEL完成，流程圖使用Smart Draw完成，正是使用了簡單易懂的畫圖工具，才使論文圖文結(jié)合，更加清晰具體。</p><p><b&

14、gt;　　第二章 任務與論證</b></p><p><b>　　2.1 任務</b></p><p>　　該設(shè)計的目的是制作一個多功能波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生梯形波，三角波，方波，鋸齒波。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示:</p><p><b>　　圖2.1 結(jié)構(gòu)圖</b></p><p

15、>　　2.2 基本思想 </p><p>　　具有產(chǎn)生梯形波、方波、三角波、鋸齒波的功能。波形數(shù)據(jù)存儲在FLASH存儲器中。</p><p>　　輸出單極性0 ～ +5V的波形，主要靠DAC0832的Vref輸入口的電壓來定其輸出幅度，并通過R-2R 8位D/A接口電路來實現(xiàn)。</p><p>　　頻率：1Hz～200KHz。由改變輸出采樣點延時來實現(xiàn)周期

16、頻率值的改變。</p><p>　　由鍵盤鍵入選擇的波形和頻率，同時LED二極管顯示該系統(tǒng)所處的不同狀態(tài)。</p><p>　　2.3 方案論證及比較</p><p>　　方案一：采用模擬分立元件或單片機壓控函數(shù)發(fā)生器MAX038，可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，通過調(diào)整外部元件可改變輸出頻率，但采用模擬器件由于元件分散性太大，即使使用單片函數(shù)發(fā)生器，參數(shù)也與外部元件有

17、關(guān)，外接的電阻電容對參數(shù)影響很大，因而產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定度較差、精度低、抗干擾能力低、成本也高；而且靈活性較差，不能實現(xiàn)任意波形以及波形運算輸出等智能化的功能[3]。</p><p>　　方案二：采用鎖相式頻率合成方案。鎖相式頻率合成是將一個高穩(wěn)定度和高精確度的標準頻率經(jīng)過加減乘除的運算產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和精確度的大量離散的技術(shù)，它在一定程度上解決了既要頻率穩(wěn)定精確，又要頻率在較大范圍可變的矛盾。但頻率受VCO可變頻率范

18、圍的影響，高低頻率比不可能做得很高，而且只能產(chǎn)生方波或正弦波，不能滿足任意波形的要求。</p><p>　　方案三：采用直接數(shù)字頻率合成器（DDS），可用硬件或軟件實現(xiàn)。即用累加器按頻率要求對相應的相位增量進行累加，再以累加相位值作為地址碼，取存放于ROM中的波形數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、濾波既得所需波形。方法簡單，頻率穩(wěn)定度高，易于程控。如用軟件實現(xiàn)，電路更簡單，但對CPU要求較高，且不易產(chǎn)生較高的頻率[4]。 &l

19、t;/p><p>　　方案四：采用集成運算放大器LM741與分立晶體管差分放大器構(gòu)成函數(shù)波形發(fā)生器，先通過比較器產(chǎn)生方波，再將方波通過積分器產(chǎn)生三角波，然后由三角波通過差分放大器產(chǎn)生正弦波。優(yōu)點在于電路結(jié)構(gòu)經(jīng)典，技術(shù)資料齊全。缺點在于該方案需要大量的分立元件，使系統(tǒng)產(chǎn)生的波形穩(wěn)定性差，可靠性低。 方案五：采用由低線性誤差單片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038通過單片機控制D/A輸出電壓控制（VCO）頻率產(chǎn)生波形。I

20、CL8038工作在0.001Hz至300KHz；可同時輸出方波、三角波和正弦波；穩(wěn)定性好，正弦波失真度在1%以內(nèi)；只需接少量的外圍元件，擴展功能強大，可實現(xiàn)掃頻輸出功能。借助外部電路可實現(xiàn)更多功能。 方案六：采用單片機系統(tǒng)由軟件實現(xiàn)方波、三角波、正弦波、鋸齒波等波形信號。采用此方案對所產(chǎn)生的波形頻率等指標的調(diào)節(jié)可以由軟件實現(xiàn)，精確度高。并可隨時增加波形程序。外圍結(jié)構(gòu)電路少，電路器件之間的干擾減少，輸出穩(wěn)定，可靠性高，成本低，易

21、于實現(xiàn)[5]。</p><p>　　本設(shè)計是多功能波形發(fā)生器的研究，基于方案六靈活、方便的優(yōu)點，結(jié)合AT90S8515芯片的功耗低、超小型、功能完整、可靠性高的優(yōu)良性能，AT90S8515 I/O口的強大驅(qū)動能力以及系統(tǒng)的超強處理能力，我準備在本次設(shè)計中采用方案六，以單片機為載體，即以AT90S8515芯片為核心，軟件編程實現(xiàn)波形。 </p><p>　　第三章 電路設(shè)計與原理</p

22、><p>　　3.1 AT90S8515單片機簡介</p><p>　　AT90S8515是波形發(fā)生器的核心器件。AVR高速嵌入式單片機的高速體現(xiàn)在該系列單片機通過在單一時鐘周期內(nèi)執(zhí)行功能強大的指令，每MHZ可實現(xiàn)1MIPS的處理能力。AT90S8515的引腳圖如圖3.1所示，原理方框圖如圖3.2所示。AT90S8518引腳和MCS-51系列單片機的引腳兼容，僅復位電平不同，AVR低電平復位，

23、MCS-51高電平復位。這給用AVR單片機替代MCS-51單片機硬件電路帶來方便[6]。</p><p>　　3.1.1 引腳說明</p><p>　　AT90S8515的引腳與MCS-51系列單片機8X51/8X52的引腳兼容，僅復位電平不同，AVR低電平復位，MCS-51高電平復位。這給用AVR單片機替代MCS-51單片機硬件電路帶來方便。如圖3.2是AT90S8515單片機方框圖。&

24、lt;/p><p>　　Vcc：Vcc為供電引腳，連接到正電源。</p><p>　　GND：GND為接地引腳，連接到電源地。</p><p>　　A口（PA7～PA0）：A口為一個8位雙向I/O口，每一引腳內(nèi)部都有上拉電阻。A輸出口的緩沖器可以吸收20mA的電流，因而能直接驅(qū)動LED顯示器。當A口被用于輸入且內(nèi)部上拉電阻被觸發(fā)時，如果外部被拉低，則會輸出電流。當使用外

25、部SRAM時，A口作為復用的地址/數(shù)據(jù)和輸入/輸出口。</p><p>　　B口（PB7～PB0）：B口為一個8位雙向I/O口。每一引腳內(nèi)部都有上拉電阻。B口的輸出緩沖器可以吸收20mA的電流。當B口被用于輸入且內(nèi)部上拉電阻被觸發(fā)時，如果外部被拉低，則會輸出電流。B口也提供后面列出的AT90系列單片機許多特殊功能。</p><p>　　C口（PC7～PC0）：C口為一個8位雙向I/O口，每

26、一引腳內(nèi)部都有上拉電阻。C口的輸出緩沖器可以吸收20mA的電流。當C口被用于輸入且內(nèi)部上拉電阻被觸發(fā)時，如果外部被拉低，則會輸出電流。當使用外部SRAM時，C口作為地址輸出。</p><p>　　D口（PD7～PD0）：D口為帶有內(nèi)部拉高的8位雙向I/O口。D口的輸出緩沖器可以吸收20mA的電流。當D口被用于輸入且內(nèi)部上拉電阻被觸發(fā)時，如果外部拉低，則會輸出電流。D口也提供后面列出的AT90系列單片機許多特殊功能

27、。</p><p>　　：為復位輸入。當晶振運行時，引腳上一個兩周期的低電平可對器件進行復位。</p><p>　　XTAL1：XTAL1為晶振反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘操作電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：XTAL2為晶振反相放大器的輸出端。</p><p>　　ICP：ICP是定時器/計數(shù)器1的輸出捕獲功能的輸入引腳。&l

28、t;/p><p>　　OC1B：OC1B是定時器/計數(shù)器1的輸出比較功能B的輸出引腳。</p><p>　　ALE：ALE是使用外部存儲器時的地址鎖存器觸發(fā)端。ALE選通門被用于在第一個訪問周期中將低位地址鎖存到地址鎖存器中，而PD0～PD7在第二個訪問周期中被用作傳送數(shù)據(jù)[7]。</p><p>　　AT90S8515的引腳圖</p><p>

29、　　圖3.1 AT90S8515的引腳圖</p><p>　　圖3.2 AT90S8515單片機原理方框圖</p><p>　　3.1.2 AVR Studio調(diào)試窗口</p><p>　　圖3.3為AVR Studio調(diào)試窗口。它在程序調(diào)試仿真中都會被用到。</p><p>　　圖3.3 AVR Studio調(diào)試窗口</p>

30、;<p>　　3.2 DAC0832的簡介</p><p>　　模擬量輸出通道的作用是將經(jīng)智能儀器處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量送出，它是許多智能設(shè)備（例如X-Y繪圖儀、電平記錄儀、波形發(fā)生器等）的重要組成部分。模擬量輸出通道一般有D/A轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)、采樣/保持器等組成。D/A轉(zhuǎn)換器是由電阻網(wǎng)絡、開關(guān)及基準電源等部分組成，目前基本都已集成于一塊芯片上。為了便于接口，有些D/A芯片內(nèi)還含有鎖存器。D

31、/A轉(zhuǎn)換器的組成原理有多種，采用最多的是R-2R梯形網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器，圖3.4顯示了一個4位D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖[8]。</p><p>　　圖3.4 R-2R梯形網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器原理</p><p>　　由圖3.4可見，D/A轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡中電阻的規(guī)格僅為R，2R兩種。UR為基準電壓，它可由內(nèi)電子開關(guān)S3，S2，S1，S0在二進制碼D=D3D2D1D0的控制下分別控制4個支路，并使電流各

32、自進入A3，A2，A1，A0，4個節(jié)點。這種網(wǎng)絡的特點是：任何一個節(jié)點的三個分支的等效電阻都是2R，因此由任一個分支流進節(jié)點的電流都為I=UR/3R，并且I將在節(jié)點處被平分為相等的兩個部分，經(jīng)另外兩個分支流出[8]。現(xiàn)假定數(shù)字輸入D=0001，即S0被接通，S1，S2，S3斷開（如圖所示狀態(tài)），則基準UR經(jīng)開關(guān)S0流入支路所產(chǎn)生的電流為I=UR/3R，此電流經(jīng)過A0，A1，A2，A3等4個節(jié)點，經(jīng)4次平分而得1/16×I注入運

33、算電路，以便將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。設(shè)反饋電阻Rfb=3R，則運算放大器輸出端產(chǎn)生的電壓:</p><p>　　U0=-I/16×3R=-1/16×UR/3R×3R=-1/24×UR （3.1）</p><p>　　根據(jù)疊加原理，可以得出D為任意數(shù)時四位D/A轉(zhuǎn)換器的總輸出電壓</p><p>　　U

34、0=-UR/24(23×D3+22×D2+21×D1+20×D0)= - (-UR/24) ×D （3.2）</p><p>　　當UR為正時，D/A轉(zhuǎn)換器輸出U0為負，反之為正[9]。 </p><p>　　3.2.1 DAC0832的特性</p><p>　　美國國家半導體公司的DAC0832芯片是具有兩個輸入數(shù)

35、據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與MCS-51單片機相連接，其主要特性如下：</p><p>　　分辨率8位；電流輸出，穩(wěn)定時間為1μs；可雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電（+5V～+15V）。 </p><p>　　3.2.2 DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)</p>

36、<p>　　圖3.5為DAC0832的引腳，DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路所構(gòu)成。圖3.6為DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3.5 DAC0832的引腳圖</p><p>　　圖3.6 DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　DI0～DI7：數(shù)據(jù)輸入線。</p><p>

37、;　　ILE：數(shù)據(jù)允許鎖存信號，高電平有效。</p><p>　?。狠斎爰拇嫫鬟x擇信號，低電平有效。為輸入寄存器的寫選通信號。輸入寄存器的鎖存信號由ILE、、的邏輯組合產(chǎn)生。當ILE為高電平、為低電平、輸入負脈沖時，在產(chǎn)生正脈沖；為高電平時，輸入鎖存器的狀態(tài)隨預數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化，的負跳變將輸入數(shù)據(jù)上的信息打入輸入寄存器。</p><p>　?。簲?shù)據(jù)傳送信號，低電平有效。為DAC寄存器的

38、寫選通信號。DAC寄存器的鎖存信號，由、的邏輯組合產(chǎn)生。當為低電平，輸入復脈沖，則在產(chǎn)生正脈沖；為低電平時，DAC寄存器的輸出和輸入寄存器的狀態(tài)一致，負跳變將輸入寄存器的內(nèi)容打入DAC寄存器。</p><p>　　VREF：基準電源輸入引腳。</p><p>　　Rfb：反饋信號輸入引腳，反饋電阻在芯片內(nèi)部。</p><p>　　IOUT1、IOUT2：電流輸入引腳

39、。電流IOUT1和IOUT2的和為常數(shù)，IOUT1、IOUT2隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。</p><p>　　Vcc：電源輸入引腳。</p><p>　　AGND：模擬信號地。</p><p>　　DGND：數(shù)字信號地。</p><p>　　3.2.3 DAC0832的輸出電路</p><p>　　DAC0832是

40、電流輸出型。在單片機應用系統(tǒng)中，通常需要電壓信號，電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換可由運算放大器實現(xiàn)，原理如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 DAC0832的電壓輸出電路</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入端可以分為：不含數(shù)據(jù)鎖存器；含單個數(shù)據(jù)鎖存器；含雙數(shù)據(jù)鎖存器三種情況。第一種與微機接口時一定要外加數(shù)據(jù)鎖存器，以便維持D/A轉(zhuǎn)換輸出穩(wěn)定。后兩種與微機接口時可以不外加數(shù)據(jù)鎖

41、存器。第三種可用與多個D/A轉(zhuǎn)換器同時轉(zhuǎn)換的場合[10]。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電路有單極性和雙極性之分。圖3.8(a)所示的電路是將一個8位D/A轉(zhuǎn)換器連接成單極性輸出方式的電路，其輸出輸入關(guān)系式為Uout=-Vref/28×D，即輸出為全正或為全負。其數(shù)字量與模擬量的關(guān)系如圖3.8(b)所示。</p><p>　　圖3.8 D/A轉(zhuǎn)換器單極性輸出電路<

42、/p><p>　　在實際使用中，有時還需要雙極性輸出，如輸出為-5V～+5V、-10V～+10V。圖3.9給出了將D/A芯片連接成雙極性輸出的電路圖，其電路原理是：基準電壓Vref經(jīng)R1向A2提供一個偏流I1，A1的輸出U1經(jīng)R2向A2提供偏流I2，因此運算放大器的輸入為偏流I1，I2之代數(shù)和。由于R1與R2的比值為2：1，因此，輸出電壓Vout與基準電壓Vref及A1輸出電壓U1的關(guān)系為：</p>&

43、lt;p>　　Uout=-（2U1+Vref）。其數(shù)字量與模擬量的關(guān)系如圖3.9（b）所示</p><p>　　圖3.9 D/A轉(zhuǎn)換器雙極性輸出電路</p><p>　　在與微處理器接口時，DAC0832可以采用雙緩沖方式（雙級輸入鎖存），也可以采用單緩沖方式（只用一級輸入鎖存，另一級始終直通），或者接成全直通的形式，再外加鎖存器與微機接口，因此，這種D/A轉(zhuǎn)換器使用非常靈活方便[1

44、1]。</p><p>　　圖3.10給出了DAC0832與AVR AT90S8515單片機連接的接口方式，即直通式接口電路。這種接口方式中，DAC0832按雙極性輸出方式連接，使用了兩個運算放大器，具體型號不限，選用μA741、LF353等均可。</p><p>　　圖3.10 DAC0832直通式接口電路</p><p>　　3.3鍵盤及顯示的簡介</p&

45、gt;<p>　　人機交互單元是計算機與用戶之間實現(xiàn)信息流通的一個重要渠道。鍵盤及顯示是人機交互的重要組成部分。</p><p><b>　　3.3.1鍵盤簡介</b></p><p>　　鍵盤是計算機系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶可以通過它向計算機輸入指令和數(shù)據(jù)。智能儀器普遍使用由多個按鍵組合在一起而構(gòu)成的按鍵式鍵盤。計算機系統(tǒng)中的鍵盤按其連接方式的不同

46、，可以分為矩陣式鍵盤和非矩陣式鍵盤[12]。其中非矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但占用較多的I/O口，因此適用于按鍵個數(shù)較少的場合；矩陣式鍵盤的編程較為復雜，但為減少I/O的占用，在按鍵個數(shù)較少時，使用該方式。獨立式鍵盤即非矩陣式鍵盤，其結(jié)構(gòu)特點是一鍵一線，即每一個按鍵單獨占有一條檢測線與主機相連，如圖3.11中的上拉電阻保證按鍵斷開時檢測線上有穩(wěn)定的高電平，從而很容易地識別出被按下的鍵。這種連接方式的特點是鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，各線相互獨立

47、，所以按鍵識別容易。按鍵可分為單義鍵和多義鍵。單義鍵即一鍵一義，主要適于功能比較簡單的儀器系統(tǒng)。多義鍵即一鍵具有兩個或兩個以上的含義，適用于功能比較復雜的儀器[13]。 </p><p>　　圖3.11 獨立式鍵盤</p><p>　　直接分析法就是根據(jù)當前按鍵的鍵值，把控制直接分支到相應處理程序的入口。圖3.12顯示了用直接分析法設(shè)計的鍵盤分析程序的典型結(jié)構(gòu)。</p&g

48、t;<p>　　圖3.12 直接分析法設(shè)計的鍵盤分析程序的典型結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.3.2鍵盤的工作方式</p><p>　　智能儀器中CPU對鍵盤進行掃描時，要兼顧兩方面的問題：一是要及時，以保證對用戶每一次按鍵都能做出響應；二是掃描不能占用過多的時間。鍵盤有三種工作方式：編程掃描方式，中斷工作方式和定時掃描方式[14]。</p><p>　

49、　圖3.13 非矩陣鍵盤的查詢流程</p><p>　　鍵盤處理程序通常采用查詢方法來實現(xiàn)按鍵的識別，這時CPU只要一有空閑就調(diào)用按鍵掃描程序，查詢鍵盤，識別鍵值，并予以處理。非矩陣鍵盤的查詢流程如圖3.13所示。</p><p>　　鍵盤輸入信息的流程包括:</p><p>　　(a)要判斷是否有鍵按下；</p><p>　　(b)確定按下

50、是哪個鍵；</p><p>　　(c)等待按鍵釋放；</p><p><b>　　(d)返回鍵值；</b></p><p>　　(e)按鍵消抖處理。</p><p>　　3.3.3 鍵消抖及消除</p><p>　　鍵盤按鍵一般都采用觸點式按鍵開關(guān)。當按鍵被按下或釋放時，按鍵觸點的彈性會產(chǎn)生一種抖

51、動現(xiàn)象。即當按鍵按下時，觸點不會迅速可靠地接通;當按鍵釋放時，觸點也不會立即斷開，而是經(jīng)過一段時間的抖動才能穩(wěn)定下來，抖動時間視按鍵材料的不同一般在5ms –10ms之間。</p><p>　　鍵抖動可能導致計算機將一次按鍵操作識別為多次按鍵，為克服這種由鍵盤抖動所致的誤判，常采用硬件電路消除法和軟件電路消除法。即當判定按鍵按下時，用軟件延時10ms-20ms，等待按鍵穩(wěn)定后重新再判斷一次，以躲過觸點抖動期。

52、</p><p>　　3.3.4 LED顯示器</p><p>　　LED即發(fā)光二極管，是一種由某些特殊的半導體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度較高，當正向偏置時，會產(chǎn)生大量的電子-空穴復合，電子和空穴相互結(jié)合并釋放出能量，把多余的能釋放變成光能，從而輻射出光芒。發(fā)光二極管通常只能發(fā)出紅色光或黃色光，要想獲得白色光，還必須制造出能發(fā)出藍光的發(fā)光二極管。這樣，紅、黃、藍三種光“混合”后，就產(chǎn)

53、生出白光。如圖3.14為綠紅黃藍四色發(fā)光二極管。LED的正向工作壓降一般為1.2-2.6V，發(fā)光工作電流在5mA-20mA，發(fā)光強度基本上與正向電流成正比，故電路須串聯(lián)適當?shù)南蘖麟娮琛?lt;/p><p>　　LED顯示器有單個，七段和點陣等幾種類型。單個LED顯示器常用于儀器的狀態(tài)顯示之用。LED顯示器的接口電路中，當輸出端為低電平時，LED顯示器正向?qū)úl(fā)亮，反之則熄滅。</p><p>

54、;　　圖3.14 發(fā)光二極管</p><p>　　3.4本課題鍵盤與顯示的設(shè)計方案</p><p>　　本實驗要求頻率為1-200KHz，所以需要有鍵盤輸入頻率。又因為鍵數(shù)比較少，因此使用非矩陣式鍵盤，且使用單義鍵。鍵盤采用軟件去抖方式。鍵盤工作方式使用編程掃描方式，不斷對系統(tǒng)進行掃描。同時，要有顯示器顯示所選頻率和所選波形。這里使用發(fā)光二極管，簡單明了，方便快捷，一目了然。</p&

55、gt;<p>　　第四章 總體電路設(shè)計</p><p>　　4.1 硬件電路設(shè)計圖</p><p>　　圖4.1(a) 主機電路圖</p><p>　　如上圖4.1（a）所示是該電路的核心部分，控制部分使用AT90S8515芯片，接有復位電路和晶振電路。主機電路使用8MHz晶振。</p><p>　　圖4.1(b) 鍵盤電路圖&

56、lt;/p><p>　　上圖4.1(b)所示是鍵盤圖，其中用于頻率選擇的四個鍵盤接到A口低四位，用于波形選擇的四個鍵盤接到D口高四位。</p><p>　　圖4.1(c) 顯示電路圖</p><p>　　上圖4.1(c)所示是顯示圖，接到C口，分別顯示所選頻率和波形。</p><p>　　圖4.1 (d) 數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路圖</p>

57、<p>　　如圖4.1所示為總體多功能波形發(fā)生器的設(shè)計電路圖。</p><p>　　本方案的要求是：設(shè)定用八個鍵。1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#。工作過程為：</p><p>　　該設(shè)計設(shè)定四個頻率鍵。1#按下，表示1Hz，相應的發(fā)光二極管亮；2#按下，表示100Hz，相應的發(fā)光二極管亮；3#按下，表示1KHz，相應的發(fā)光二極管亮；4#按下，表示100KHz，相應

58、的發(fā)光二極管亮。 </p><p>　　該設(shè)計設(shè)定四個波形鍵。5#按下表示梯形波，相應的發(fā)光二極管亮；6#按下表示三角波，相應的發(fā)光二極管亮；7#按下表示方波，相應的發(fā)光二極管亮；8#按下表示鋸齒波，相應的發(fā)光二極管亮。</p><p>　　該波形發(fā)生器是以AT90S8515主機中端口A的低四位PA0—PA3和端口B的高四位作為函數(shù)數(shù)據(jù)輸出端。在這里，我只設(shè)定了固定的四個頻率，分別為1Hz

59、，100Hz，1KHz，100KHz。則端口D的高四位鍵分別代表以上頻率。當某頻率選擇鍵按下，即選定了相應頻率。另外，端口A的低四位PA0—PA3是波形選擇輸入端。有0H—FH共16種波形可供選擇，但這里只是編寫了方波，正三角波，鋸齒波，梯形波四種波形，因此只使用了非矩陣式鍵盤，簡單地設(shè)定當有其中一個鍵按下時，即有一種波形被選定。這里設(shè)定主機端口C的八位PC0—PC7作為輸出端口。設(shè)計中使用了簡單的發(fā)光二極管，當有頻率選定時，C端口的高

60、四位中對應的鍵產(chǎn)生低電平，則發(fā)光二極管亮；當有波形被選定時，C端口的低四位對應的鍵產(chǎn)生低電平，相應的發(fā)光二極管亮。</p><p>　　設(shè)計設(shè)置系統(tǒng)時鐘為8MHz，因為主機AT90S8515為低電平復位，這里使用了典型的AT90復位電路方式。電路中，B端口輸出波形。端口B的數(shù)據(jù)共計00H—FFH，共256組。最大為255H，最小為00H，經(jīng)由R-2R的DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出波形，若要精確轉(zhuǎn)換R-2R電阻

61、，需要精度高且溫度系數(shù)小。注意，AVR的供電電源要獨立且穩(wěn)定，一般使用專用D/A，如DAC0832轉(zhuǎn)換電路，后接運算放大器將電流轉(zhuǎn)換成電壓。再接到示波器上進行觀測即可。圖4.2是該設(shè)計的硬件實物圖:</p><p>　　圖4.2 硬件實物圖</p><p>　　4.2 部分軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　圖4.3 頻率選擇流程</p><p&

62、gt;　　如圖4.3：讀取低四位值，判斷是哪個鍵被按下，不同的鍵賦不同的參數(shù)值，按參數(shù)值判斷頻率的選擇。</p><p>　　圖4.4 波形選擇流程</p><p>　　如圖4.4：讀取低四位值，判斷是哪個鍵被按下，不同的鍵賦不同的參數(shù)值，按參數(shù)值判斷波形的選擇。</p><p>　　4.3 整體軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　圖4.5

63、多波形發(fā)生器的軟件流程圖</p><p>　　軟件流程如圖4.5。整體流程思想如下：初始化輸入端口A和D口，輸出端口B和C口，設(shè)置開中斷，設(shè)置所使用參數(shù)。該設(shè)計中鍵盤的工作方式為循環(huán)掃描，CPU一有空閑就調(diào)用鍵盤掃描程序，查詢鍵盤，其中包括鍵盤去抖動程序，當沒有鍵按下時，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)掃描程序，當有鍵按下時，讀PD口高四位，判定是哪個頻率鍵按下，帶回相應頻率設(shè)定值，繼續(xù)再讀PA口低四位，判定選擇哪個波形，帶回相應波

64、形代碼。判定讀值后，調(diào)用子函數(shù)，并以參數(shù)的形式，將波形和頻率代入函數(shù)，然后將波形從PB口輸出。與此同時，從C口輸出A口低四位和D口高四位電平，低電平使相應的發(fā)光二極管亮，以顯示所選波形與頻率。該設(shè)計的輸入與輸出簡單方便，充分利用了AT90S8515單片機各端口。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本多功能波形發(fā)生器是基于AVR單片機（

65、AT90S8515）設(shè)計的多功能波形發(fā)生器。主要功能是產(chǎn)生很寬的頻率范圍的周期波。每種波都有FFFH種頻率輸，而且還能拓展波形存儲，用戶可按同樣的編程方式來加編波形。波形幅度值完全由DAC0832的Vref端的輸入電壓值來決定。而且真正充分利用了AT90S8515的I/O口的強外部驅(qū)動能力，輸出數(shù)據(jù)直接從PB口送到DAC0832輸入口。DAC0832采用直通式的連接方式：實時響應輸出。</p><p>　　另外該

66、設(shè)計還存在一定的局限性，鍵盤的設(shè)計只以簡便為主而忽視了器件的擴展空間，顯示部分也較為簡易，不能顯示其他波形頻率。</p><p>　　軟件編程方面也僅編輯了固定幾個頻率的程序，其中不同頻率的延遲時間是預先計算好的，而不是經(jīng)程序計算出來的，這是論文中的不足之處。實際上，延遲時間完全可以經(jīng)公式計算出，以參數(shù)形式賦值給延遲時間，這樣就實現(xiàn)了頻率的可調(diào)。波形的種類也較為單一，應該擴展為任意波形。</p>&

67、lt;p>　　波形發(fā)生器應以提高精度，增強性能為發(fā)展方向，連同以上所出現(xiàn)的問題都是應該繼續(xù)研究和思考的。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在xx老師的悉心指導下完成的。x老師謙虛嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作原則，始終如一的工作熱情深深地影響了我！在畢業(yè)設(shè)計期間，x老師在學習和生活方面給了我很大幫助。師者，傳道，授業(yè)，

68、解惑也！x老師當之無愧！在此，向xx老師表示我衷心的敬意和謝意！ </p><p>　　在做畢業(yè)設(shè)計的這段日子里，我也得到了副導師xx老師的指導和支持。xxx也在多方面給予了我極大支持和幫助。有劉老師的指點和師兄的幫助，我真的是受益匪淺！衷心地感謝所有關(guān)心、幫助過我的老師同學們！</p><p>　　大四的這個結(jié)尾成了我的人生新的起點！成就了我新的精神狀態(tài)！在此，我也由衷地感謝電信學院對我

69、的多年培養(yǎng)、鼓勵與教誨!</p><p>　　最后向我的母校xx致以最崇高的敬禮！ </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 耿德根, 宋建國等.AVR高速嵌入式單片機原理與應用（修訂版）.北京：北京航空航天大學出版社,2002 </p><p>　　[2

70、] 趙新民.智能儀器原理及設(shè)計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1999</p><p>　　[3] 全國大學生電子設(shè)計競賽組委會.第五界全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編（2001）.北京：北京理工大學出版，2003 </p><p>　　[4] 趙茂泰.智能儀器原理及應用.北京：電子工業(yè)出版社，1990</p><p>　　[5] 張毅剛, 彭喜愿.MCS-51單

71、片機應用設(shè)計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997</p><p>　　[6] 萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)，HTTP：//192.168.16.5：85</p><p>　　[9] 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計（脈沖與數(shù)字電路 第三版）.北京：高等教育出版社，1984</p><p>　　[10] 0843號——多功能波形發(fā)生器，980957號——任意波形發(fā)生器， 980966

72、號——波形發(fā)生器，980983號——函數(shù)發(fā)生器，980911號——多功能波形發(fā)生器等. 長春理工大學圖書館畢業(yè)生論文資料室</p><p>　　[11] 金春林，邱惠芳，張凱喜.AVR系列單片機C語言編程與應用實例.北京：清華大學出版社，2003 </p><p>　　[12] TMEL.AVR RISC Microcontroller Data Book，1999年</p>

73、<p>　　[13] Richard Barnett，Larry O’Cull，Sarah Cox. Embedded C Programming and the Atmel AVR.Published by Thomson Learning，2003</p><p>　　[14] Jonath A. Titus.chriotopher A Titus Peter R. Rong. Microcomp