基于51单片机的低频信号发生器设计

基于51单片机的低频信号发生器设计内容摘要：

7  低功耗， 20m W。 DAC0832 引脚功能简介  D0～ D7： 8 位数据输入线， T TL 电平，有效时间应大于 90ns(否则锁存器的数据会出 错 )；  ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；  CS：片选信号输入线（选通数据锁存器 ），低电平有效；  WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。 由 ILE  CS、 W R 1 的逻辑组合产生 LE1，当 LE1 为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变 换， LE 1 的负跳变时将输入数据锁存；  XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效；  WR2： D AC 寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。  IOUT 1：电流输出端 1，其值随 DAC 寄存器的内容线性变化；  IOUT 2：电流输出端 2， 其值与 IOUT 1 值之和为一常数；  Rfb：反馈信号输入线，改变 Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度；  Vcc：电源输入端， V cc 的范围为 +5V～ +15V；  VRE F：基准电压输入线， V RE F 的范围为 10V～ +10V； AGND：模拟信号地 DGND：数字信号地 数码显示管 原理及分类 一位 LED 显示器由 8 个发光二 极管组成， 其中 7 个发光二极管 ah 控制 7 个笔画段的亮或暗，另一位 控制一个小数点的亮和暗。 L ED 显示 器有共阴极和共阳极 2 种形式，其 结构如图 所示。 共阳极显示器 是发光二极管的阳极连接 在一起，当需要显示某字符时，只 需要将共阳极端接高电平， ah 中 外形结构 共阴极 图 数码管结构图 共阳极 某些位接低电平即可。 共阴极显示 器是发光二极管的阴极连接在一起， 8显 示 字 符 字 形 共阳极 共阴极 dp g f e d c b a 字 型 码 dp g f e d c b a 字 型 码 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0H 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 4 1 0 0 1 1 0 0 1 99H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 0 0 0 0 0 1 1 D7H 8 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 当需要显示某字符时，只需要将共阴极端接低电平， a h 中某些位接高电平即可。 显示器的工作方式 显示器的工作方式分为静态显示方式和动态显示方式两种。 静态显示方式就是显示器在显示一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截 止，例如 a、 b、 c、 e、 f 导通， g 截止时显示 “0”，这种使显示器显示字符的字形数据 常称为 段数据。 静态显示方式的每一个七段显示器，需要由一个 8 位并行口控制。 优点 是显示稳定，提高了工作效率，缺点是位数较多时显示口随之增加。 动态显示方式是一位一位的轮流点亮各位显示器，对于每一位显示器来说，每隔一 段时间点亮一次。 显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有 关。 调整电流和时间参数可以实现亮度较高较稳定的显示，如显示器的位数不大于 8 位， 则控制显示 器公共极的电位只需要一个 8 位口（位数据口），控制字形也需要一个 8 位口（段数据 口）。 显示管字型码 要使 显示管显示不同的数字或者字符，需要使端口输出相应的字型码，显示器的字形 与字码关系如表 ： 表 显示器字形与字型码对应关系表 9 第四章 单元电路的硬件设计 硬件原理硬件电路的设计决定一个系统的的功能，是设计的基础所在，而一般设计 的目标：可靠，简洁，高效，优化，好的硬件电路可以给程序的编写带来极大的优势， 同时使可以很好的提高该信号设计的精度和灵敏度，使整个系统工作协调有序。 硬件原理框图 对于该低频信号发生器的设计，我们采用了以 AT89C51 单片机芯片作为核心处理器， 编程实现各种不同类型信号的产生，最后通过 DA 转换输出到示波器。 结构简单，思路 仅仅有条，而根据设计的基本要求，我们又把其细分为不同的功能模块，各个功能模块 相互联系，相互协调，通过单片机程序构成一个统一的整体，其整体电路原理框图如图 所示： 键盘 输入 单片机 LED 显示 时钟 复位 AT89C51 D/A 转换 放大 电路 波形 显示 图 硬件原理框图 单片机 AT89C51 系统的设计 89C51 单片机是该信号发生器的核心，具有 2 个定时器， 32 个并行 I/O 口， 1 个串 行 I/O 口， 5 个中断源。 由于本设计功能简单，数据处理容易，数据存储空间也足够， 因为我们采用了片选法选择芯片，进行芯片的选择和地址的译码。 在单片机最小最小系 统中，单片机从 P1 口接收来自键盘的信号，并通过 P0 口输出 控制信号，通过 DA 转换芯片最终由示波器显示输出波形， P2 控制显示器段选码， P3 口 通过 74LS138 译码器控制位选码，输出显示信息。 如果有键盘按下，则在 控制器端产生一个读信号，使单片机读入信号，如果有信号输出，则在写控制端产生一 个写信号，并通过示波器和显示器显示相应的信息。 单片机引脚分配如下：  XTAL1， XT AL 2：外接晶振，产生时钟信号； 10  RST：复位电路；  P0 口：键盘输出信号。 具体为： 、 波形选择； 、 、 频率个 位，十位，百位调节； 频率加减控制； 跳出循环。  P1 口： 8 位数字信号输出输出，外接 DAC 0832。  P2 口： LE D 显示器段选码；  P3 口： 锁存器 74HC573 片选信号； 中断控制； 为 74LS138 输入 信号，译码控制 LED 显示器位选。 为 74LS138 片选码。 时钟电路 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。 在引 脚 XTAL 1 和 XTAL 2 外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。 由于单片机内部有一个高增益 的反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动时钟脉冲。 晶振通常选 用 6MHZ、 12M HZ、 24M H Z。 本设计中时钟电路图如图 ，我们选择了 12MHZ和晶振分别接引脚 XTAL 1 和 XTAL 2， 电容 C1， C2 均选择为 30pF，对振荡器的频率有稳定作用，当频率较大时，正弦波、方 波、三角波及锯 齿波中每一点的延时时间为几微妙，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的 频率波形。 复位电路 复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声， 在每个机器周期的 S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到 内部复位操作所需要的信号。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 本 设计选择了按键复位如图 , 在系统运行时，按一下开关，就 在 RST 断出现一段高电平，使 图 时钟电路图 11 器件复位。 此时 ALE、 PSE N、 P0、 P P P4 输出高电平， RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。 图 按键复位 键盘接口电路 常用的键盘电路一般为矩阵式，但是对于此设 计，为了方便程序的简单化，我们采用了一般的 键盘接口，键盘输出信号。 具体为： 、 波形选择，其中当 =0， =0 输出正弦波， 当 =0， =1 输出三角波，当 =1， =0 输出锯齿波；当 =1， =1 输出方波。 ； 、 、 频率个位，十位，百位调节； 频 率加减控制； 跳出循环。 图 键盘接口电路 LED 显示电路 本设计选择了 8 位共阴极数码管如图 ， 它的 8 个发光二极管的阴极（二极管正 端）连接在一起，通常公共阴极接低电平电平，其它管脚接段驱动电路输出端。 当某段 驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同 组合可显示出各种数字或字符。 此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需 根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 12 显示电路用于显示信号的波形种类和信号的频率，并且使系统能根据按键实时显示 先关信息。 该系统中添加 74LHC 573 锁存器，用于驱动数码显示管，使其更易于控制， 增加显示的准确性。 使用 74LS138 译码器，利用 控制数码管的位选。 图 极数码管显示电路 数、模转换及放 大电路 由于单片机输出的是数字信号，因为要得到模拟信号的波形就必须对其进行数模转 换。 我们采用了 DAC0832 数模转换器，该芯片具由 8 位输入锁存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 转换器及转换控制电路四部分构成。 由于其输出为电流输出，因为外加运算放 大器 OP07 使之装换为电压输出。 最后通过示波器显示输出的波形。 图 D/A 转换电路 13 第五章 系统软件设计 主函数 程序流程图 开始 显示 COE 36 3 85 秒 系统初始化 按键是否按下 计算相关参数 定时中断 查询选择波形 送显示端口 LED 显示 波形输出 整体简介 首先对程序初始化，先静态显示学号约 5 秒。 再判断若有按键按下，则计算相关参 数，一方便利用中断定时和查询查表输出波形，另一方便送段选口和位选口数据使 LED 显示相关波形类型和频率，最后反馈回去构成循环，判断按键相关信息。 信号频率数据采集程序 本设计将各种波形的数据通过 口和 口选择，送往在单片机的程序储存器 里，通过改变信号的频率的个位，十位，百位来改变这个频率 ，然后计算其技术初值， 开启中断，通过改变 D/A 转换器输出波形。 电路较为简单，成本较低。 14 正弦波产生 （ 1）输出波形 图 正弦波仿真波 （ 2）程序如下： 形 if(P1_0==0amp。 amp。 P1_1==0) //正弦 { s1++。 ss1=tos in[s1]。 P0=ss1。 tp=0。 } 三角波产生 （ 1）产生三角波的原理。