电子信息工程专业精品毕业论文—基于单片机的简易多功能信号发生器的电路设计

电子信息工程专业精品毕业论文—基于单片机的简易多功能信号发生器的电路设计内容摘要：

10 总体方案论证与设计 信号发生器的实现方法通常有以下几种： 方案一： 用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。 方案二： 可以由晶体管、运放 IC 等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器 IC产生。 早期的函数信号发生器 IC，如 L803 BA20 XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有 300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。 方案三： 利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。 但成本较高。 方案四： 采用 AT89C51 单片机和 DAC0832 芯片，直接连接键盘和显示。 该种方案主要对 AT89C51 单片机的各个 I/O 口充分利用 . P1口 是连接键盘 以及接显示电路 ,P2口连接 DAC0832输出波形 .这样总体来说 ,能对单片机各个接口都利用上 ,而不在多用其它芯片 ,从而减小了系统的成本 .也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成 .占用空间小 ,使用芯片少 ,低功耗。 综合考虑，方案 四 各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案 四。 模块结构划分 本次设计 所研究的就是 对所需要的某种波形输出对应的数字信号，在通过 D/A转换器和单片机部分的转换输出一组 连续变化的 0~5V的电压脉冲值。 在通过显示部分显示其频率，和波形。 在设计时分块来做，按照波形设定，D/A 转换， 51 单片机连接，键盘控制和显示五个模块的设计。 最后通过联调仿真，做出电路板成品。 从而简化人机交互的问题，具体设计模块如图 11 模块介绍： ：对任意波形的手动设定 ： 主要选用 DAC0832 来把 数字信号转换为模拟信号 ，在送入单片机进行处理。 ：最小系统 ： 用按键来控制输出 波形的 种类和数值的输入 ： 采用 LCD 显示波形的频率 系统要求是便携式低功耗 的，所以在硬件电路建立前首先粗略计算一下整个系统所需的功耗。 考虑单片机部分（有最小系统， D/A 转换，键盘接口，扩展部分显示等部分）的功耗大小， 机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。 12 第 3 章 硬件电路的设计 基本原理 低频信号发生器系统主要由 CPU、 D/A 转换电路、电流 /电压转换电路、按键和 显示电路 、电源等电路组成。 其工作原理为当按下 第一 个按键就会 分别 出现方波、锯齿波、三角波、正弦波， 并且 LCD 显 示器波形数据和频率。 资源分配 ①主控芯片采用 ATMEL 公司的 89C51； ②采用 12MHz 的晶振器为 89C51 提供时钟信号； ③提供 12V、 12V 和 5V 电压； ④对于 89C51 内存分配 P1 口的 分别与 五 个按键连接，分别控制锯齿波、三角波、正弦波按键 复位电路 AT89C51 LCD 显示 D/A 转换芯片 电流电压转换电流 波形输出 13 和方波 以及他们频率的调节和占空比， 以及 P0 口 与 LCD 连接， P2 口与 DAC0832 的 DI0DI7 数据输入端相连。 P2口的数据采用 74LS373 进行锁存后经过 DAC0808 进行 D/A 转换； ⑤采用 LCD1602 显示频率 ； ⑥ 8 位 D/A 转换器采用 DAC0808； ⑦运算放大器采用 LM324。 各模块具体设计 AT89C51单片机介绍 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8位 CPU 和闪烁 存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图 31 是常用的一种单片机，型号为 AT89C51，它将计算机的功能都集成到这个芯片内部去了，就这么一个小小的芯片就能构成一台小型的电脑，因此叫做单片机。 图 31 AT89C51 芯片 它有 40个管脚，分成两排，每一排各有 20 个脚，其中左下角标有箭头的为第 1 脚，然后按逆时针方向依次为第 2脚、第 3脚„„第 40 脚。 在 40 个管脚中，其中有 32个脚可用于各种控制，比如控制小灯 的亮与灭、控制电机的正转与反转、控制电梯的升与降等，这 32 个脚叫做单片机的“端口”， 14 在单片机技术中，每个端口都有一个特定的名字，比如第一脚的那个端口叫做“ ”。 AT89C51 单片机的功能： 1．主要特性： 178。 与 MCS51 兼容 178。 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10年 178。 全静态工作： 0Hz24Hz 178。 三级程序存储器锁定 178。 128*8 位内部 RAM 178。 32 可编程 I/O 线 178。 两个 16 位定时器 /计数器 178。 5 个中断源 178。 可编程串行通道 178。 低功耗的闲置和掉电模式 178。 片 内振荡器和时钟电路 2．管脚说明 （图 32） ： 15 图 32 AT89C51管脚分布 178。 VCC ：供电电压 ， 178。 GND ：接地。 178。 P0 口： P0口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当P1 口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校 验时， P0输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 178。 P1 口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部 16 数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 178。 P3 口： P3口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL门电流。 当 P3 口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 178。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口。 178。 P3 口管脚备选功能 ： 178。 RXD （串行输入口） 178。 TXD （串行输出口） 178。 /INT0 （外部中断 0） 178。 /INT1 （外部中断 1） 178。 T0 （记时器 0外部输入） 178。 T1 （记时器 1外部输入） 178。 /WR （外部数据存储器写选通） 178。 /RD （外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 178。 RST ：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 178。 ALE/PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE端以不变的频率周 期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存 储器时，将跳过一个 17 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外 部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 178。 PSEN ：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。 178。 EA/VPP ：当 /EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA将内部锁定为 RESET；当 /EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 178。 XTAL1 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 178。 XTAL2 ：来自反向振荡器的输出。 3．振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保 证脉冲的高低电平要求的宽度。 4．芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 （图 33） ： 18 MCS51 单片机复位电路 是指 单片机的初始化操作。 单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使 CPU 和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 因而，复位是一个很重要的操作方式。 但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。 图 33 复位电路 （ 1） 复位 功能 ： 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。 为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分 合过程中引起的抖 动而影响复位。 单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。 片内复位电路是复位引脚 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，它的输出在每个机器周期的 S5P2，由复位电路采样一次。 复位电路通常采用上电自动复位（如图 34(a)）和按钮复位 (如图 34(b))两种方式。 图 34 RC复位电路 19 （ 2） 单片机复位后的状。