畢業(yè)設計---基于單片機的智能信號發(fā)生器設計

1、<p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題 目 基于單片機的智能信號發(fā)生器設計 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學 號

2、 </p><p>　　院 （系） </p><p>　　指導教師 </p><p>　　完成時間 </p><p>　　基于單片機的智能信號發(fā)生器設計</p

3、><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文所設計的系統(tǒng)是利用AT89S52單片機和數(shù)模轉換器件DAC0832產生所需不同信號的低頻信號源，即采用AT89S52 單片機作為控制核心，而在外圍采用數(shù)字/模擬轉換電路（DAC0832）、運放電路（LM324）、按鍵和LED顯示燈電路等，通過按鍵可控制產生方波、鋸齒波、三角波、正弦波，同時用LED顯示燈指示對

4、應的波形輸出。</p><p>　　文中簡要介紹了DAC0832數(shù)模轉換器的結構原理和使用方法，單片機AT89S52的基礎理論，以及與電路設計有關的各種芯片，并著重介紹了利用單片機控制D/A轉換器產生上述信號的硬件電路設計和軟件編程。</p><p>　　本文所設計的系統(tǒng)設計簡單、性能優(yōu)良、性價比高，可用于多種需要低頻信號源的場所，具有一定的實用性。</p><p>

5、;　　關鍵詞 單片機 信號發(fā)生器 D/A轉換 運算放大</p><p>　　Design of intelligent signal generator based on single chip</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This article by design of system is us

6、ing AT89S52 single tablets machine and array die conversion devices DAC0832 produced by required different signal of low frequency signal source, is used AT89S52 single tablets machine as control core, and in perimeter u

7、sed digital/simulation conversion circuit (DAC0832), and operational amplifiercircuit (LM324), and press and LED display lamp circuit,, by press can control produced square, and sawtooth wave, and triangle wave, and sine

8、 wave, while with LED </p><p>　　Brief introduction of DAC0832 in the text structure and the use method of digital-analog converter, basic theory of single-chip microcomputer AT89S52, and chip and circuit des

9、ign, and focus on using d/a converter producing such signals on single chip microcomputer design of hardware circuit and software programming.</p><p>　　This simple system designed by design, excellent perfor

10、mance, cost-effective, places with low frequency signal source can be used for a variety of needs, with a certain degree of practicality.</p><p>　　Key words The single chip computer The signal generator D/

11、A conversion Operational amplifier</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><p><b>　　1 緒 論1<

12、/b></p><p><b>　　2 系統(tǒng)設計3</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的選擇3</p><p>　　2.2 控制芯片的選擇3</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設計4</p><p>　　3.1 基本原理4</p><p>　　3.2

13、 單片機介紹及資源分配4</p><p>　　3.2.1 單片機的介紹4</p><p>　　3.2.2 資源分配9</p><p>　　3.3 各部分電路原理9</p><p>　　3.3.1 鍵盤電路原理9</p><p>　　3.3.2 LED顯示電路原理11</p><p>

14、　　3.3.3 DAC0832芯片原理12</p><p>　　3.3.4 LM324工作原理15</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設計17</p><p>　　4.1 主程序流程圖17</p><p>　　4.2 子程序流程圖18</p><p><b>　　5 測試結果23</b>

15、</p><p><b>　　6 結論25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p>　　附錄A 元件清單28</p><p>　　附錄B 電路原理圖29<

16、/p><p>　　附錄C 程序清單30</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。</p><p>

17、;　　波形發(fā)生器是能夠產生大量的標準信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換和頻率穩(wěn)定性高等優(yōu)點，不僅可以模擬各種復雜信號，還可對頻率、幅值、相移、波形進行動態(tài)、及時的控制，并能夠與其它儀器進行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、震動激勵、通訊和儀器儀表領域。</p><p>　　在 70 年代前，信號發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖

18、波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標準波形，產生其它波形時，需要采用較復雜的電路和機電結合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術，而且模擬器件構成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點。</p><p>　　在 70 年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴大，產生更加復雜的波形。這時期的波形發(fā)生器多以軟

19、件為主，實質是采用微處理器對 DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。[1] </p><p>　　當今是科學技術及儀器設備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會，電子技術的進步，給人們帶來了根本性的轉變，在現(xiàn)代電子領域中，單片機的應用正在不斷的走向深入，這必將帶來一場儀器設備高度智能化的全面革命。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構成各種信號波形發(fā)生器，而用集成電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相

20、比，其波形質量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標，都有了很大的提高，特別是單片機應用技術的不斷成熟，導致傳統(tǒng)控制與檢測技術的快速革新。單片機構成的儀器具有高可靠性、高性能價格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領域中得以極為廣泛的應用，特別是在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術領域處處可以看見它的應用。[2]</p><p>　　一塊單片機芯片就是一臺微型計算機，在某些應用領域中，它能

21、夠承擔大中型計算機和通用微型計算機無法完成的一些工作。單片機之所以能夠在各個領域中都得到如此迅猛的發(fā)展，主要是因為它具有很多顯著的優(yōu)點和特點，歸納起來有以下幾方面：</p><p>　　1. 具有優(yōu)異的性能價格比：單片機盡可能地把應用所需的存儲器,各種功能的I/O 接口集成在一塊芯片內,因而其性能很高,而價格卻相對較低廉,即性能價格比很高。</p><p>　　2. 集成度高、體積小、可靠

22、性高：單片機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)模或超大規(guī)模集成電路。又內部采用總線結構，減少了芯片之間的連線，這大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。同時，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。</p><p>　　3. 控制功能強：單片機體積雖小，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，一般單片機的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉移指令，I/O口的

23、邏輯操作指令以及位操作指令。其邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。</p><p>　　4. 低電壓、低功耗：單片機大量用于攜帶式產品和家用消費類產品，低電壓和低功耗尤為重要。目前，許多單片機已可在2.2V電壓下運行,有的已能在1.2V或0.9V下工作，功耗降至μA級,一粒鈕扣電池就可長期使用。[3]</p><p>　　利用單片機采用程序設計方法來產生低頻信號，其下限頻率很低。具

24、有線路相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠對波形進行細微調整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調整程序，即可完成功能升級。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的選擇</p><p>　　方案一：采用分立元件實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振振蕩器

25、，然后根據(jù)需要加入積分電路等構成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種信號發(fā)生器輸出頻率范圍窄，而且電路參數(shù)設定較繁瑣，其頻率大小的測量往往需要通過硬件電路的切換來實現(xiàn)，操作不方便。</p><p>　　方案二：采用DDS即直接數(shù)字頻率合成技術設計信號發(fā)生器是一種要運用數(shù)字技術來實現(xiàn)產生信號的方法。由于運用了全數(shù)字大規(guī)模集成技術，具有體積小、頻率分辨率高、信號純度高等特點，但是DDS芯片價格較為昂貴，且設計較為復雜。

26、</p><p>　　方案三：采用單片機和DAC0832數(shù)模轉換器生成波形，由于是軟件濾波，所以不會有寄生的高次諧波分量，生成的波形比較純凈。它的特點是價格低、性能比高，在低頻范圍內穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。</p><p>　　方案選擇：方案三較方案一而言，具有頻率高，工作穩(wěn)定，容易調試等特性；較方案二而言，具有結構簡單，成本低等特性。因此方案三既可滿足畢業(yè)設計的基本要求，又能

27、充分發(fā)揮其電路簡單、易控制、性價比較高的優(yōu)勢，經(jīng)比較采用方案三。</p><p>　　2.2 控制芯片的選擇</p><p>　　方案一：AT89S52單片機是一種高性能8位單片微型計算機。它把構成計算機的中央處理器CPU、存儲器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構成較為完整的微型計算機。</p><p>　　方案二：C8051F005單片機是完全集

28、成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與AT80S52兼容的微控制器的內核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標準AT80S52的數(shù)字外設部件之外，片內還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件。</p><p>　　方案選擇：方案二中C8051F005芯片系統(tǒng)內部結構復雜，不易控制，芯片成本高，對于本系統(tǒng)而言利用率低，AT89S52芯片比較常用，簡單易控制，成本低，性能穩(wěn)定，故采用方案一。&l

29、t;/p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p><b>　　3.1 基本原理</b></p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖</p><p>　　低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由CPU、D/A轉換電路、電流

30、/電壓轉換電路、按鍵和波形指示電路、電源等電路組成。</p><p>　　其工作原理為當分別按下四個按鍵中的任一個按鍵就會分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波，并且有四個發(fā)光二極管分別作為不同的波形指示燈。</p><p>　　3.2 單片機介紹及資源分配</p><p>　　3.2.1 單片機的介紹</p><p>　?。?）AT89S52

31、的引腳圖 如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 AT89S52引腳圖</p><p>　　（2）管腳說明 低頻信號發(fā)生器采用AT89S52單片機作為控制核心，其內部組成包括：一個8位的微處理器CPU及片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接；片內數(shù)據(jù)存儲器RAM低128字節(jié)，存放讀/寫數(shù)據(jù)；高128字節(jié)被特殊功能寄存器占用；片內程序存儲器4KB ROM；四個8位并

32、行I/O（輸入/輸出）接口P3 -P0，每個口可以用作輸入，也可以用作輸出；兩個定時/計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口。</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p&

33、gt;<b>　　GND：接地。</b></p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　/PROG/ALE：當訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。

34、因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，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。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪

35、問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩

36、放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。[4]</p><p>　　89S52 單片機外部有32個端口可供用戶使用，其功能如下表所示：</p><p>　　表3-1 89S52并行I/O接口</p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1

37、口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，

38、這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位

39、。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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。&

40、lt;/p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：    </p><p><b>　　口管腳 備選功能</b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入通道）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出通道）</p><p>　　

41、P3.2 /INT0（外中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（定時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（定時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通

42、）[5]</p><p>　?。?）AT89S52的晶振及其連接方法 CPU工作時都必須有一個時鐘脈沖。有兩種方式可以向89S52提供時鐘脈沖：一是外部時鐘方式，即使用外部電路向89S52提供時鐘脈沖，見圖3-3(a)；二是內部時鐘方式，即使用晶振由89S52內部電路產生時鐘脈沖。一般常用第二種方法，其電路見圖3-3(b)。</p><p>　　圖3-3 89S52的時鐘脈沖</p

43、><p>　　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)定度要求不高時也可以使用陶瓷濾波器。一般來說，使用石英晶體時，C1=C2=30pF。使用陶瓷濾波器時，C1=C2=47pF。</p><p>　?。?）AT89S52的復位 復位是單片機的初始化操作，其主要的作用是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯

44、或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復位鍵以重新啟動。除使PC歸零外，復位操作還對其他一些專用寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表所示：</p><p>　　表3-2 復位后的內部寄存器狀態(tài)</p><p>　　另外，復位操作還對單片機的個別引腳有影響，例如會把ALE和/PSEN變成無效狀態(tài)，即使ALE=0，/PSEN=1。RST變成低電平后，退出復位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始

45、工作。[6]</p><p>　　89S52復位操作有3種方式：上電復位、上電按鈕復位和系統(tǒng)復位。上電復位電路如圖3-4所示。對于CMOS型單片機因RST引腳的內部有一個拉低電阻，故電阻R可不接。單片機在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個機器周期以上的高電平，就能使單片機有效地復位。當晶體振蕩頻率為12MHz時，RC的典型值為C=10uF，R=8.2K歐姆。簡單復位電路中，干擾信

46、號易串入復位端，可能會引起內部某些寄存器錯誤復位，這時可在RST引腳上接一去耦電容。</p><p>　　通常因為系統(tǒng)運行等的需要，常常需要人工按鈕復位，復位電路如圖3-5所示，其中R2>>R1，只需將一個常開按鈕開關并聯(lián)于上電復位電路，按下開關一定時間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機復位。[7]</p><p>　　圖3-4 上電復位電路

47、 圖3-5 上電按鈕復位電路</p><p>　　3.2.2 資源分配</p><p>　　P1口的P1.0-P1.3分別與四個按鍵連接，分別控制鋸齒波、三角波、正弦波和方波，P1.4-P1.7與四個發(fā)光二極管相連,按鍵一對應發(fā)光二極管一，依次類推，發(fā)光二極管四對應按鍵四，實現(xiàn)輸出一個波形對應亮一個燈。其中晶振采用12MHZ。</p><p>　

48、　P0口與DAC0832的DI0-DI7數(shù)據(jù)輸入端相連。</p><p>　　P2口用來控制DAC0832的輸入寄存器選擇信號/CS和數(shù)據(jù)傳送信號/XFER。</p><p>　　3.3 各部分電路原理</p><p>　　3.3.1 鍵盤電路原理</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，應用系統(tǒng)應設

49、有按鍵或鍵盤，實現(xiàn)簡單的人機會話。鍵盤是一組按鍵的組合，鍵通常是一種常開型按鈕開關，平時鍵的兩個出點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時他們才閉合。從鍵盤的結構來分類，鍵盤可以分為獨立式和矩陣式兩類，每一類按其識別方法又都可以分為編碼和未編碼鍵盤兩種。鍵盤上閉合鍵的識別由專門的硬件譯碼器實現(xiàn)并產生編號或鍵值的稱為編碼鍵盤，由軟件識別的稱未編碼鍵盤。在由單片機組成的測控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得較多的是未編碼鍵盤，我這里也使用未編碼鍵盤。未編碼鍵盤又分為

50、獨立式鍵盤跟矩陣式鍵盤。</p><p>　?。?）獨立式未編碼鍵盤結構的工作原理及接口 在單片機應用系統(tǒng)中常常需要用簡單的幾個鍵完成數(shù)據(jù)、命令的輸入，此時可采用獨立式鍵盤的結構。其接口如圖3-6所示。此接口電路的工作原理很簡單，無鍵按下時，各輸入線為高電平；有鍵按下時，相應的輸入線為低電平，CPU查詢此輸入口的狀態(tài)就可知是哪個鍵閉合。采用一鍵一線的方法，當按鍵的數(shù)目增加時，將增加輸入口的數(shù)量，為了減少占用輸入

51、線數(shù)，可采用矩陣式結構的鍵盤。</p><p>　　圖3-6 獨立式未編碼鍵盤</p><p>　?。?）矩陣式未編碼鍵盤結構的工作原理 如圖3-7所示是4*4的鍵盤接口，它是矩陣式的結構。圖中鍵盤的行線（X0～X3）與列線（Y0～Y3）的交叉處通過一個按鍵來聯(lián)通，行線通過電阻接+5V，當鍵盤上沒有鍵閉合時所有的行線和列線都斷開，則行線都呈高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，則該鍵所對應的行

52、線和列線被短路。例如：6號鍵被按下閉合時，行線X1和列線Y2被短路，此時X1的電平由Y2的電位所決定。如果把行線接到單片機的輸入口，列線接到單片機的輸出口，則在單片機的控制下，先使列線Y0為低電平，其余三根列線Y1、Y2、Y3都為高電平，讀行線狀態(tài)。如果X0、X1、X2、X3、都為高電平，則Y0這一列上沒有鍵合。如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和Y0相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果Y0這一列上沒有鍵合，接著使列線Y1為低電平，

53、其余列線為高電平，用同樣方法檢查Y1這一列上有無鍵閉合。依此類推，最后使列線Y3為低電平，其余的列線為高電平，檢查Y3這一列上是否有鍵閉合。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。CPU對鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機方式，CPU空閑時掃描鍵盤；也可以采</p><p>　　圖3-7 4*4矩陣式未編碼鍵盤結構圖</p><p>　　根據(jù)設計的電路特點，只需要用到4個按鈕來選

54、擇波形，實現(xiàn)的功能也比較簡單，所以采用獨立式未編碼鍵盤結構。鍵盤原理圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 鍵盤原理圖</p><p>　　3.3.2 LED顯示電路原理</p><p>　　在這里使用的是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管通常用砷化鎵、磷化鎵等所制成的。當這種管子通以電流時將發(fā)出光來，這是由于電子與空穴直接復合而放出的能量的結果。當PN結處加以一個

55、適當?shù)恼妷簳r，此管即導通，也就會發(fā)光。這樣我們就能知道我們所需要了解的信息，在此設計中發(fā)光二極管通過軟件的控制顯示波形種類。LED電路圖如圖3-9所示。[9]</p><p>　　圖3-9 LED電路圖</p><p>　　4個LED的陰極分別接P1.4～P1.7，當P1口高4位任意一個為低電平時，其對應的LED就會導通，從而發(fā)光，通過程序的控制可以設計波形類型的顯示。</p&g

56、t;<p>　　3.3.3 DAC0832芯片原理</p><p>　　管腳功能介紹如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 DAC0832管腳圖</p><p>　　DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸

57、入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。</p><p>　　DAC0832的主要特性參數(shù)如下：</p><p><b>　　分辨率為8位；</b></p><p>　　電流穩(wěn)定時間1us；</p><p>　　可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；</p><p>　　只需在

58、滿量程下調整其線性度；</p><p>　　單一電源供電（+5V～+15V）；</p><p>　　低功耗，僅需要200mW。</p><p>　　DI7～DI0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。</p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。</p><p>　　/CS：選片信號輸入線（選通數(shù)

59、據(jù)鎖存器），低電平有效。</p><p>　　/WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選選通輸入線，負脈沖有效，由ILE、/CS、/WR1的邏輯組合產生/LE1，當/LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變化，/LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存。</p><p>　　/XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖有效。</p><p>　　/WR2：DAC寄存器選通輸入線

60、，負脈沖有效，由/WR2、/XFER的邏輯組合產生/LE2，當/LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，/LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內容打入DAC寄存器并開始D/A轉換。</p><p>　　Iout1：模擬電流輸出端1，當DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時，輸出電流最大，當 DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時，輸出電流為0。</p><p>　　Iout2：模擬電流輸出端2，Iou

61、t1與Iout2的和為一個常數(shù)，即Iout1＋Iout2＝常數(shù)。</p><p>　　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。</p><p>　　VREF：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，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

62、，VREF范圍為(+10～-10)V。VREF端與D/A內部T形電阻網(wǎng)絡相連。</p><p>　　Vcc：芯片供電電壓，范圍為(+5～+15)V。</p><p>　　AGND：模擬量地，即模擬電路接地端。</p><p>　　DGND：數(shù)字量地。</p><p>　　DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換器以

63、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換的數(shù)字量，由加以控制；8位D/A轉換器輸出與數(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個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)[10]。原理框圖如圖3-11所示：</p><p>　　圖3-11 DAC0832原理框圖</p><p>　　當/WR

64、2和/XFER同時有效時，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時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，當端為低電平“0”時，第一級8位輸入寄存器Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級8位DAC寄存器中，以便第三級8位DAC轉換器進行D/A轉換。</p><p>　　一般情況下為了簡化接口電路，可以把/WR2和/XFER直接接地，使第二級8位DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級8位輸入寄

65、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，即把兩個寄存器都分別接成受控方式。[11]</p><p>　　制作低頻信號發(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。</p><p>　　單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號輸出或幾路模擬信號非同步輸出的情形，電路線路連接比較簡單。而雙緩沖方式適用于在需要同時輸出幾路模擬信號的場合，每一路模擬量輸出

66、需一片DAC0832芯片，構成多個DAC0832同步輸出電路，程序簡單化，但是電路線路連接比較復雜。根據(jù)以上分析，本設計選擇了單緩沖方式，此種方式使用方便，程序簡單，易操作。[12]</p><p>　　這里采用DAC0832與單片機89S52的典型的單緩沖方式接口電路。ILE接高電平，/WR1和/WR2相連后接89S52的/WR，/CS和/XFER相連后接89S52的地址高位，這樣就同時片選了DAC0832的數(shù)

67、據(jù)鎖存器和DAC寄存器，89S52對DAC0832執(zhí)行一次寫操作就把一個數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)鎖存器的同時也直接寫入到了DAC寄存器，模擬量輸出隨之變化。</p><p>　　DAC0832與反相比例放大器相連，實現(xiàn)電流到電壓的轉換，因此輸出模擬信號的極性與參考電壓的極性相反，數(shù)字量與模擬量的轉換關系為</p><p>　　Vout1=-Vref×（數(shù)字碼/256）</p>

68、<p>　　DAC0832內部的8位D/A轉換電路由8位T型電阻網(wǎng)絡和電子開關組成，電子開關受8位DAC寄存器輸出的數(shù)字量控制，T型電阻網(wǎng)絡能輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流。因此，DAC0832通常需要外接運算放大器，進行電流電壓轉換，才能得到模擬輸出電壓。</p><p>　　運算放大器A2的作用是把運算放大器A1的單向輸出電壓轉換成雙向輸出電壓。其原理是將A2的輸入端Σ通過電阻R5與參考電壓VREF相

69、連，VREF經(jīng)R5向A2提供一個偏流I1，其電流方向與I2相反，因此運算放大器A2的輸入電流為I1、I2的代數(shù)和。即DAC0832的輸出是電流，使用運算放大器可以將其電流輸出線性地轉換成電壓輸出。根據(jù)運算放大器和DAC0832的連接方法，運算放大器的輸出可以分為單極性和雙極性兩種。[13]這里采用雙極性的輸出方式，如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 DAC0832雙極性電壓輸出電路</p&g

70、t;<p>　　當輸入到DAC0832的數(shù)字量最高位為1時，則輸出的模擬電壓為正；當輸入到DAC0832的數(shù)字量最高位為0時，則輸出的模擬電壓為負，從而實現(xiàn)了模擬電壓的雙極性輸出。</p><p>　　3.3.4 LM324工作原理</p><p>　　LM324管腳排列如下圖所示：</p><p>　　圖3-13 LM324管腳圖

71、 </p><p>　　LM324時四運放集成電路 ，它采用14腳雙列直插塑料封袋，外形如上圖所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖中所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“OUT”為輸出端。兩個信號輸入端中，“-”為反相輸入端，表示運放輸出端OUT的信號與該

72、輸入端的為相反；“+”為同相輸入端，表示運放輸出端OUT的信號與輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3-13。</p><p>　　由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。[14]</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件設

73、計主要由主程序和產生波形的子程序組成，其著重點是產生各種波形的子程序的編程，通過編程來得到各種波形。系統(tǒng)軟件根據(jù)功能分了以下幾個模塊編程：主程序模塊、鋸齒波模塊、三角波模塊、正弦波模塊、方波模塊、延時子程序模塊等。其中各種波形的頻率改變可通過采用插入延時子程序的方法來實現(xiàn)。[15]</p><p>　　顯示波形模塊是利用DAC0832的8位特點，把波形的數(shù)據(jù)以8位數(shù)據(jù)的形式送進CPU中，只要一按鍵就能顯示波形。&

74、lt;/p><p>　　4.1 主程序流程圖</p><p><b>　　如圖4-1所示：</b></p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　本軟件設計過程中主要實現(xiàn)利用按鍵來控制不同波形的輸出，當按鍵1按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出鋸齒波；當按鍵2按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出三角波；當按鍵3按下時，函數(shù)發(fā)生器就

75、輸出正弦波；當按鍵4按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出方波。通過按鍵可以以任意循環(huán)方式輸出不同波形。[16]</p><p>　　4.2 子程序流程圖</p><p>　　鋸齒波流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 鋸齒波流程圖</p><p>　　鋸齒波產生將00H送入寄存器A中，DAC0832輸出A中的內容，當A中的內容等于FFH返

76、回開始，當A中的內容不為FFH時，A中的內容累加，從而輸出波形。</p><p>　　鋸齒波產生子程序如下：</p><p>　　SANTOO： MOV A ,#00H </p><p>　　MOV DPTR,#7FFFH</p><p>　　LOOP： MOVX @DPTR,A </p><p><b

77、>　　INC A ；</b></p><p>　　CJNE A,FFH, LOOP </p><p><b>　　RET</b></p><p>　　三角波流程圖如圖4-3所示</p><p>　　圖4-3 三角波流程圖</p><p>　　三角波產生通過A中數(shù)值的加一遞升，

78、當A中的內容加到為0時， A中的內容減一遞減，從而循環(huán)產生三角波。</p><p>　　三角波產生子程序如下：</p><p>　　TRIAN ：MOV A ,#00H</p><p>　　MOV DPTR,#7FFFH</p><p>　　UP:    MOVX @DPTR,A  &

79、#160;      INC A          JNZ UP DOWN:  DEC A         MOVX @DPTR,A     

80、    JNZ DOWN RET</p><p>　　正弦波程序流程圖如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 正弦波程序流程圖</p><p>　　正弦波波形設計通過查表指令得出。其產生子程序如下：</p><p>　　SINE: MOV DPTR1,#sinTab</

81、p><p>　　MOV DPTR,#7FFFH </p><p>　　LOOP: CLR A</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR1</p><p>　　CJNE A,#129,LOOP1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　

82、　LOOP1: MOVX @DPTR,A</p><p>　　INC DPTR1</p><p>　　LJMP LOOP</p><p>　　sinTab: DB 128,132,137,141,146,150,154,159,163,167</p><p>　　DB 171,176,180,184,188,191,195,199,2

83、03,206</p><p>　　DB 210,213,216,219,222,225,228,231,233,236</p><p>　　DB 238,240,242,244,246,247,249,250,251,252</p><p>　　DB 253,254,254,255,255,255,255,255,254,254</p><p&g

84、t;　　DB 253,252,251,250,249,247,246,244,242,240</p><p>　　DB 238,236,233,231,228,225,222,219,216,213</p><p>　　DB 210,206,203,198,195,192,188,184,180,176</p><p>　　DB 172,167,163,159,15

85、5,150,146,141,137,133</p><p>　　DB 128,124,119,115,111,106,102,97,93,89,85</p><p>　　DB 81,77,73,69,65,61,57,54,50,47,43,40,37</p><p>　　DB 34,31,28,25,23,20,18,16,14,12,10,9,7</p&g

86、t;<p>　　DB 6,5,4,3,2,2,1,1,1,1,1,2,2,3,4,5,6</p><p>　　方波程序流程圖如圖4-5所示</p><p>　　圖4-5 方波程序流程圖</p><p>　　方波產生是當A中的內容為0時，輸出對應模擬量，然后延時，當A中的內容為0FFH時，同樣輸出對應模擬量，再延時，從而得到方波。</p>

87、<p>　　方波產生子程序如下：</p><p>　　SQUN：MOV DPTR,#7FFFH </p><p>　　MOV A ,#0FFH </p><p>　　MOVX @DPTR,A </p><p>　　LCALL Delay </p&

88、gt;<p>　　MOV A ,#00H</p><p>　　MOVX @DPTR,A </p><p>　　LCALL Delay </p><p>　　RET </p><p>　　延時子程序流程圖如圖4-6所示 </p>&l

89、t;p>　　圖4-6 延時子程序流程圖</p><p><b>　　延時程序如下：</b></p><p>　　DELY: MOV R7,#07H</p><p>　　DLY0: MOV R6,#00H</p><p><b>　　NOP</b></p><

90、p>　　DLY1: DJNZ R6,DLY1</p><p>　　DJNZ R7,DLY0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　方波的上限和下限的延時時間為：3ms</p><p>　　S=1+(1+1+2×256+2)×7=3612μS</p>

91、<p><b>　　5 測試結果</b></p><p>　　在確定編程思路并將各部分的程序及各子程序編好，就可以對本文所設計的硬件電路和系統(tǒng)軟件進行總體測試了。本文調試軟件采用的是Keil51，它是眾多單片機應用開發(fā)軟件中優(yōu)秀軟件之一，界面友好，易寫易操作。程序在Keil51軟件中調試完畢后，會自動生成.hex文件，再通過編程器下載到AT89S52中，然后直接加載到protue

92、s軟件電路中進行仿真，即可得到測試結果。[17]</p><p>　　當按鍵1撥下時，波形為鋸齒波，同時指示燈1發(fā)光。仿真圖如圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 鋸齒波仿真圖</p><p>　　當按鍵2撥下時，波形為三角波，同時指示燈2發(fā)光。仿真圖如圖5-2所示：</p><p>　　圖5-2 三角波仿真圖</p>

93、<p>　　當按鍵3撥下時，波形為正弦波，同時指示燈3發(fā)光。仿真圖如圖5-3所示：</p><p>　　圖5-3 正弦波仿真圖</p><p>　　當按鍵4撥下時，波行為方波，同時指示燈4發(fā)光。仿真圖如圖5-4所示：</p><p>　　圖5-4 方波仿真圖</p><p>　　在對系統(tǒng)進行波形仿真時可以在protues軟件的虛擬示

94、波器上觀察到鋸齒波、三角波、正弦波和方波的波形，仿真得到的波形較為理想。從而可得到以下結論：本文設計的硬件電路和系統(tǒng)軟件均能滿足此次設計的要求。</p><p><b>　　6 結論</b></p><p>　　基于單片機的智能信號發(fā)生器的設計這個課題的設計目的是充分運用大學期間所學的專業(yè)知識，考察現(xiàn)在正在使用的信號發(fā)生器的基本功能，完成一個基本的實際系統(tǒng)的設計全過程

95、。關鍵是這個實際系統(tǒng)設計的過程，在整個過程中我可以充分發(fā)揮單片機知識，特別是這個信號發(fā)生器的設計中涉及到一個典型的控制過程，即通過單片機AT89S52控制一個模數(shù)轉換器DAC0832產生所需要的電流，然后使用兩個運算放大器LM324將其電流輸出線性地轉換成電壓輸出，通過程序的控制，可以產生一系列有規(guī)律的波形。這樣的一個信號發(fā)生裝置在控制領域中有相當廣泛的應用范圍。</p><p>　　此設計方案硬件較為簡單，主要

96、是由單片機AT89S52跟DAC0832兩個芯片構成，連線也較簡便。鍵盤電路使用的是獨立未編碼結構，一個鍵控制一個波形。顯示電路主要是由發(fā)光二極管構成，利用發(fā)光二極管的導通即發(fā)光的特性來顯示是哪個波形的輸出，簡單易懂。軟件程序方面較為復雜一點，此方案主要是靠程序的控制，由四個波形產生的子程序加上有承上啟下作用的主程序構成，外加能夠改變各波形頻率的延時子程序的調用，程序設計思路還是比較清晰的。其中正弦波的程序最為繁瑣，因為是通過查表指令產

97、生的，所以要列出一個含有較多字符的表格。但總體設計結果還是相當令人滿意的，硬件電路和軟件程序都能滿足本設計的各方面要求，且具有電路簡單、易控制、性價比較高等優(yōu)點。</p><p>　　當然本設計還是存在一些不足之處，比如在程序設計中如何實現(xiàn)程序結構的最優(yōu)化以達到較高的質量，顯示電路以及鍵盤電路都有待進一步改進。</p><p><b>　　致 謝</b></p

98、><p>　　本文從選題的確定，論文的寫作、修改到最后定稿得到了我的指導老師xx老師的悉心指導。特別是她多次詢問寫作進程，并為我指點迷津，幫助我開拓思路，精心點撥，熱忱鼓勵。她嚴肅的教學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風深深地感染和激勵著我。在此，謹向xx老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　同時，論文的順利完成，還離不開其它各位老師、同學和朋友的關心與幫助。在整個論文的

99、寫作過程中，各位老師、同學和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我順利的寫完了整個論文。</p><p>　　再次衷心地感謝所有在我論文寫作過程中給予過我?guī)椭娜藗?，謝謝!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】楊恢先,黃輝先.單片機原理及應用[M

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109、taneous two-dimensionalendoscopic pulsed digital holography for evaluation of</p><p>　　dynamic displacements”, Appl. Optics 45, 4534–4539(2006).</p><p><b>　　附錄A 元件清單</b></p>&

110、lt;p><b>　　附錄B 電路原理圖</b></p><p><b>　　附錄C 程序清單</b></p><p>　　KEY1 BIT P1.0</p><p>　　KEY2 BIT P1.1</p><p>　　KEY3 BIT P1.2</p><p&

111、gt;　　KEY4 BIT P1.3</p><p>　??；按鍵KEY1:鋸齒波 按鍵KEY2:三角波 按鍵KEY3: 正弦波 </p><p>　??；按鍵KEY4: 方波；</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP MAIN</p><p>　　ORG 0030H</

112、p><p>　　MAIN:MOV SP,#50H</p><p>　　SCAN_KEY1:MOV A,P1</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　CJNE A,#0EH,SCAN_KEY2</p><p><b>　　LJMP B1</b></p><p&g