基于单片机的函数发生器论文

基于单片机的函数发生器论文内容摘要：

8．强大而完善的输出功能 印制电路板设计环境 1．丰富的设计规则 2．易用的编辑环境 3．智能化的交互式手工布线 4．丰富的封装元件库及便简的元件库编辑和组织操作 5．智能化的基于形状的自动布线功能 6．可靠的设计校验 四、电路板设计 一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为以下 3 大步骤。 1．电路原理图的设计 电路原理图的设计主要是用 Protel 99 SE 的原理图设计系统来绘制电路原理图。 2．产生网络报表 网络表可以从电路原理图中获得，同时 Protel 99 SE 也提供了从电路板中提取网络表的功能。 3．印制电路板的设计 印制电路板的设计主要是利用 Protel 99 SE 的 PCB 设计系统来完成印制电路板图的绘制 第 3 章 系统硬件设计 单片机及其外围电路 单片机介绍 89S52单片机有 44个引脚 PLCC和 TQFP方形封装形式， 40个引脚的双列直插式封装形式，最常用的 40个引脚封装形式及其配置如图 31所示，各个引脚功能说明如下： 图 31 单片机 GND：接地 P0口： P0口是一个 8位漏极开路的双向 I/O口。 作为输出口，每位能驱动 8个TTL逻辑电平。 对 P0端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0口也被作为低 8位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 在 flash编程时， P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1口： P1口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1 输出缓冲器能驱动 4个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使 用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， /计数器 2的外部计数输入（ ）和时器 /计数器 2的触发输入（ ），具体如表 11所示。 在 flash编程和校验时， P1口接收低 8位地址字节。 P2口： P2口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出 电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR）时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2口输出 P2锁存器的内容。 在 flash编程和校验时， P2口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 P3口： P3口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P3输出缓冲器能驱动4个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使 用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3口亦作为 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 12所示。 在 flash编程和校验时， P3口也接收一些控制信号。 RST：复位输入。 晶振工作时， RST脚将持续 2个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96个晶振周期的高电平。 特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能无效。 DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG ：地址锁存控制信号（ ALE） 是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。 在 flash编程时，此引脚（ PROG ）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可以用来作为外部定时器或时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1”， ALE操作将无效。 这一位置 “ 1”， ALE仅在执行 MOVX或 MOVC指令时有效。 否则， ALE 将被微弱拉高。 这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH的 SFR的第 0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN ：外部程序存储器选通信号（ PSEN ）是外部程序存储器选通信号。 当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激活。 EA /VPP：访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH的外部程序存储器读取指令， EA 必须接 GND。 为了执行内部程序指令， EA 应该接 VCC。 在 flash编程期间， EA 也接收 12伏 VPP电压。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 单片机 晶振电路 对于 MSC51 一般的晶振频率可以在 — 12MHz 之间选择，这是电容 C 可以对应的选择 10pF— 30pF。 当使用 89C55 时晶振频率可以提高到 24MHZ。 对于本设计的电容 C 用 30pF，晶振选用。 晶振电路解法图 32，一条引脚接在 XTAL1，另一条接在 XTAL2。 图 32 晶振电路 单片机 的复位电路 为了防止程序执行过程中失步或运行紊乱，此处我们采用了上电复位及手动复位电路，电路图如图 33所示： 10uFC1C A P10KR1R e s 2V C C500R?R e s 2S?S W P BR S T 图 33 单片机复位电路 辅助性电路 （ 1）为了防止各种元器件之间的相互干扰，因此在设计电路时加上一组电容解法如下如 34。 图 34 防干扰电路 UA741AD 312 图 312 由图可知到 U5 的输出将作为 ADC0832(2)的基准电压。 假设运放 U6 的输入为 1V ； ADC0832(2)的内部的电阻为 1R。 设 U5 的输入电压为 2V ； ADC0832(2)的内部的电阻为 2R。 下面进行讨论计算： （ 1） U6 为一个反相比例器： ou t 1 281ou t 1 11 28 1URV UR R R V   ， （ 2） U5 也为一个反相比例器： ou t2 262ou t 2 22 26 2URV UR R R V   ， 这是 U4 的输入为（ out1 out 2U + U ），记为 V 由于 25 14RR ，这是 U4 实际上为为一个反响跟随器，即： o u t 3 o u t 1 o u t 2U V = U + U 所以： 28 26 28 26ou t 3 1 21 2 1 2R R R RU R R R RVV    （ ） = 2．本设计中的运放的连接的第二部分如图 313 图 313 如图 313 中的 U2 输入中的 out3U 为图 312 中 U4 的输出。 对于本运放组成的电路分析采用叠加法： 设 U2 的输出为 out4U。 1当 12 电源全部接地时，有如下 ： 此时的运放实际为一个反相比例器： 1 1 1 1 61 2 1 2( ) / / ( )R R R R R  右 左 1 13 ou t 31 13 14 114 9U U UURRR R RRR  9 1 131 ou t 314 1 13 14()UU()R R RR R R R 2当 12V 和 out3U 接地时 : 2 1 6 1 312( ) / /R R R R 右 22 11 12 213 9U 1 2 UURR R RRR 左 9 2213 2 11 12U 12 R RR R R R 左 3当 12V 和 out3U 接地时 : 3 1 1 1 312( ) / /R R R R 左 33 1 6 12 31 3 9U + 12 UURR R RRR 右 93313 3 11 12U 12 RRR R R R 左 所以综上所述： out4U 为 1U ， 2U ， 3U 三者之和。 o u t4 1 2 3U U + U + U 即： 9 1 13 9 9 32out4 out 3 314 1 13 14 13 2 11 13 3 1112 129 1 13 9 32out 314 1 13 14 13 2 11 3 1112 12()U U 12 U 12()() U 12()R R R R R RRR R R R R R R R R R R RR R R R RRR R R R R R R R R R R                 左 左左 左（ ）下面对 out4U 的结果作一些辅助说明： 特例：当 23RR 时 9 1 13ou t4 1 ou t 314 1 13 14()U U U()R R RR R R R    以下进行代入数据的具体的分析： 于是对于将图 312 与图 313 及连在一起时，这时系统的的框图如图 314 图 314 对于如图 DAC 转换部分电路图如图所示 当单片机分别向 DAC0832（ 1）和 DAC0832（ 2）输入数据 1D 和 2D 时 0 2 2 2U = D V R = 1 2 D / 2 5 6 （ 1） 0 1 1 0 2 1U = D V R = U D / 2 5 6 （ 2） 0 3 1 0 1 0 2 3 1U = R / R U U R / R （ 3） 其中 13R =R =10k， 2R =20k ，代入以上各式，得 0 0 2 1U = U (D /1 2 8 1 )/2 （ 4） 或着： 1 0 0 2D = 1 2 8 (U /U + 1 ) （ 5） 由 （ 4） 式可知，当 1D 在 0～ 255 之间变化时， 0U 可在 02U2 ～ 02U+2 之间 变化，即输出信号的峰峰值可由 02U 控制。 该电路由 102 电位器串接 2 个 1k 电阻实现调节直流偏移，电位器触头在最右端和最左端时，电位器输出的电压分别为 4v和 +4v，电位器的电压与 0U 通过一个加法器后，实现直流偏移的调节。 2．电路性能指标分析 用于调压的 DAC0832 的参考电压是 12V，所以，峰峰值可以调节到的最大值为 12V，由于运放的电源均为  12V，故均未达到饱和。 通过 1k 电位器与两个 1k 的电阻进行直流偏移的调节。 当电位器的滑动触头分别位于最右端与最左端时，输出电压分别为 4v 和 +4v，电位器的电压与输出的电压通过一个加法器实现直流偏移的调节。 由于 DAC0832 存在的非线性，输出信号的幅值存在一定的误差。 由上述计 算可知，该电路产生波形的峰峰值和直流偏移调节的范围达到并超过了题目要求的范围。 波形产生模块设计 一般波形模块的设计方案可以有以下几种。 方案一：用差分放大电路实现三角波到正弦波以及集成运放组成的电路实现函数发生器 见图 315 图 315 方案二：用二极管折线近似电路以及集成运放组成的电路实现函数发生器 根据二极管折线近似电路实现三角波 —— 正弦波的变换的原理图，频率调节部分设计时，可先按三个频率段给定三个电容值： 1000pF、 f、 F 然后再计算 R 的大小。 手控与压控部分线路要求更换方便。 为满足对方波前后沿时间的要求，以及正弦波最高工作频率（ 10kHz）的要求，在积分器、比较器、正弦波转换器和输出级中应选用 Sr 值较大的运放（如 LF353）。 为保证正弦波有较小的失真度，应正确计算二极管网络的电阻参数，并注意调节输出三角波的幅度和对称度。 输入波形中不能含有直流成分。 图 316 是由μ A741 和 5G8038 组成的精密压控震荡器，当 8 脚与一连续可调的直流电压相连时，输出频率亦连续可调。 当此电压为最小值（近似为 0）时。 输出频率最低，当电压为最大值时，。