电子信息工程专业毕业论文—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：

的错误发生。 键盘作为向系统提供操作人员的干预命令的接口，以其特定的按键代表着各种确定操作命令。 所以准确无误地辨认每个键的动作及其所处的状态，是系统能否正常工作的关键。 多数键盘的按键均采用机械弹性开关。 一个电信号通过机械触点的断开、闭合过程，完成高、低电平的切换。 由于机械触点的弹性作用，一个按键开关闭合及断开的 瞬间必然伴随有一连串的抖动。 消除按键盘抖动通常有两种方法：硬件消抖和软件消抖。 通过硬件电路消除按键过程中抖动的影响是一种广为采用的措施。 这种做法，工作可靠，且节省机时。 硬件消抖是通过在按键输出电路上加一定的硬件线路来消除抖动，一般采用 R― S 触发器或单稳态电路。 如图 317 所示。 软件消抖则是利用延时来跳过抖动过程。 图 317 单稳态硬件消抖电路 键盘的结构形式一般有两种：独立式键盘与矩阵式键盘。 独立式键盘就是各按键相互独立，每个按键各接一根 I/O 口线，每根 I/O 口线上的按键都不会影响 其它的 I/O 口线 ，示例如图 318 所示 [2]。 矩阵式键盘又叫行列式键盘。 用I/O 口线组成行、列结构，键位设置在行列的交点上。 例如 4 4 的行、列结构可组成 16个键的键盘，比一个键位用一根 I/O口线的独立式键盘少了一半的 I/O口线。 对矩阵键盘的工作过程可分两步：第一步是 CPU 首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪一个键按下。 图 318 独立式键盘 三、矩阵键盘的工作方式 1．查询工作方式 这种方式是直接在主程序中插入键盘检测子程序，主程序每执行一次，则键盘检测子程序就对键盘进行检测一次。 如果没有键按下，则跳过键识别 ，直接执行其他程序；如果有键按下，则通过键盘扫描子程序识别按键，得到按键的编码值。 然后根据编码值进行相应的处理，处理完后再回到主程序执行。 键盘扫描子程序流程如图 319 所示。 图 319 键盘扫描流程图 如图 320 所示，就是中断工作方式，当有中断的时候，就去执行扫描程序，没有中断的时候， CPU 可以去做其他的事情。 这样可以提高 CPU 的效率。 图 320 键盘中断工作方式 显示模块的设计 通过液晶 1602 显示输出的波形、频率，其电路图如下： 如上图所示， 1602 的八位数据端接单 片机的 P1 口，其三个使能端 RS、 RW、E 分别接单片机的 ―。 通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以及波形的频率。 D/A 转换电路的设计 DAC0832 是 CMOS 工艺制造的 8 位 D/A 转换器，属于 8 位电流输出型 D/A 转换器，转换时间为 1us，片内带输入数字锁存器。 DAC0832 与单片机接成数据直接写入方式，当单片机把一个数据写入 DAC 寄存器时， DAC0832 的输出模拟电压信号随之对应变化。 利用 D/A 转换器可以产生各种波形，如方波、三角波、正弦波、锯齿波等以及它们组合产生的复合波形和不规则波形。 主要性能： ◆输入的数字量为 8 位； ◆采用 CMOS 工艺，所有引脚的逻辑电平与 TTL 兼容； ◆数据输入可以采用双缓冲、单缓冲和直通方式； ◆转换时间： 1us； ◆精度： 1LSB； ◆分辨率： 8 位； ◆单一电源： 5― 15V，功耗 20mw； ◆参考电压： 10― +10V； DAC0832 内部结构资料 :芯片内有两级输入寄存器，使 DAC0832 具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要 如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等。 D/A 转换结果采用电流形式输出。 要是需要相应的模拟信号，可 通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。 运放的反馈电阻可通过 RFB 端引用片内固有电阻，还可以外接。 该片逻辑输入满足 TTL 电压电平范围，可直接与 TTL 电路或微机电路相接，下面是芯片电路原理图 320 图 320 DAC0832 电路原理图 如图 320所示，待转换的 8位数字量由芯片的 8位数据输入线 D0～ D7输入，经 DAC0832 转换后，通过 2 个电流输出端 IOUT1 和 IOUT2 输出， IOUT1 是逻辑电平为 1的各位输出电流之和， IOUT2 是逻辑电平为 0的各位输出电流之和。 另外， ILE、和是 控制转换的控制信号。 DAC0832 由 8 位输入寄存器、 8 位 DAC 寄存器和 8 位 D/A 转换电路组成。 输入寄存器和 DAC 寄存器作为双缓冲，因为在 CPU 数据线直接接到 DAC0832 的输入端时，数据在输入端保持的时间仅仅是在 CPU 执行输出指令的瞬间内，输入寄存器可用于保存此瞬间出现的数据。 有时，微机控制系统要求同时输出多个模拟量参数，此时对应于每一种参数需要一片 DAC0832，每片 DAC0832 的转换时间相同，就可采用 DAC 寄存器对 CPU 分时输入到输入寄存器的各参数在同一时刻开始锁存，进而同时产生各模拟信号。 控制信号 ILE、用来控制输入寄存器。 当 ILE 为高电平，为低电平，为负脉冲时，在 LE 产生正脉冲；其中 LE 为高电平时，输入寄存器的状态随数据输入线状态变化， LE 的负跳变将输入数据线上的信息存入输入寄存器。 控制信号和用来控制 8 位 A/D 转换器。 当为低电平，输入负脉冲时，则在LE 产生正脉冲；其中 LE 为高电平时， DAC 寄存器的输入与输出的状态一致， LE负跳变，输入寄存器内容存入 DAC 寄存器。 DAC0832 的数据输出方式在微机应用系统中 ,通常使用的是电压信号 ,而DAC0832 输出的是电流信号，这就需要由运算 放大器组成的电路实现转换。 其中有输出电压各自极性固定的单位性输出和在随动系统中输出电压有正负极性的双极性输出两种输出方式。 3. DAC 0832 同 CPU 的连接 微处理器与 DAC0832 之间可以不加锁存器，而是利用 DAC0832 内部锁存器，将 CPU 通过数据总线直接向 DAC0832 输出的停留时间很短的数据保存，直至转换结束。 DAC0832 同 CPU 的接口如图 321所示 .DAC0832 作为微处理器的一个端口，用地址 92H 的选通作为和的控制信号，微处理器的写信号直接来控制和。 图 321 DAC0832 和 CPU 连接电路 本系统 D/A 转换电路图 322 图 322 D/A 转换电路图 DAC0832 芯片原理 ①管脚功能介绍如图所示 图 DAC0832 管脚图 1 DI7～ DI0： 8 位的数据输入端， DI7 为最高位。 2 IOUT1：模拟电流输出端 1，当 DAC 寄存器中数据全为 1 时，输出电流最大，当 DAC 寄存器中数据全为 0 时，输出电流为 0。 3 IOUT2：模拟电流输出端 2， IOUT2 与 IOUT1 的和为一个常数，即 IOUT1＋ IOUT2＝常数。 4 RFB：反馈电阻引出端， DAC0832 内部已经有 反馈电阻，所以 RFB 端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。 5 VREF：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定 0 至 255 的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度， VREF 范围为 +10～ 10 V。 VREF 端与 D/A 内部 T 形电阻网络相连。 6 Vcc：芯片供电电压，范围为 +5~ 15 V。 7 AGND：模拟量地，即模拟电路接地端。 8 DGND：数字量地。 当 WR2 和 XFER 同时有效时， 8 位 DAC 寄存器端 为高电平“ 1”，此时 DAC 寄存器的输出端 Q 跟随输入端 D 也就是输入寄存器 Q 端的电平变化；反之，当端为低电平“ 0”时，第一级 8 位输入寄存器 Q 端的状态则锁存到第二级 8 位 DAC 寄存器中，以便第三级 8 位 DAC 转换器进行 D/A 转换。 一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，使第二级 8 位 DAC 寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级 8 位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式制作低频信号发生器有许多方案：主要有单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。 单缓冲方式适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形的优点电路线路连接比较简单双缓冲方式适用于在需要同时输出几路模拟信号的场合每一路模拟量输出需一片 DAC0832 芯片，构成多个 DAC0832 同步输出电路程序简单化电路线路连接比较复杂。 根据以上分析，我们的课题选择了单缓冲方式使用方便，程序简单，易操作。 DAC0832 主要是用于波形的数据的传送，是本目电路中的主要芯片 （ 1）用输入二进制数的位数表示；如 8 位。 （ 2 用输出模拟电压的最小值与最大值的比值表示。 指最小输出电压和最大输出电压之比。 DAC0808 的分辨率为 1/256。 2．精度： DAC 实际输出电压与理想的输出电压的偏差。 DAC0808 的最大满刻度偏差为 +1LSB。 3．线性度： DAC 实际传输特性曲线与理想的传输特性曲线的偏差。 DAC0808的最大误差为 +%。 4．温度灵敏度：在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。 一般用满刻度输出条件下温度每升高 1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数。 5．转换速度：用完成一次转换所需的时间――建立时间 Tset 来衡量。 建立时间：输入信号从开始变化到输出电压进入与稳态值相差 1/2LSB 范围以内的时间。 输入信号由全 0 变为全 1 所需时间最长。 当外接运放时，转换时间还应加上运放的上升（下降）时间。 （ 3― 2） 式中为转换时间 ，为建立时间，输出最大电压值，为运放输出转换速率。 二、 D/A 转换器的分类 D/A 转换器的品种繁多、性能各异。 按输入数字量的位数分： 8 位、 10 位、12 位和 16 位等；按输入的数码分：二进制方式和 BCD 码方式；按传送数字量的方式分：并行方式和串行方式；按输出形式分：电流输出型 和电压输出型，电压输出型又有单极性和双极性；按与单片机的接口分：带输入锁存的和不带输入锁存的。 I/V 转换波形输出电路 DAC0832 为电流输出型转换器一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。 如图所示为一种用两级运算放大器组成的模拟电压输出电路。 从输出为单极性模拟电压，从输出为双极性模拟电压。 如果参考电压为 +5V，则点 a 输出电压为 0～ 5V，点 b 输出电压为 5V。 LM324 是四运放集成电路，它采用 14 脚双列直插塑料封装，外形如图所示。 它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除 电源共用外 ,四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图 1 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“ +”、“ ”为两个信号输入端，“ V+”、“ V”为正、负电源端，“ Vo”为输出端。 两个信号输入端中， Vi（ ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反； Vi+（ +）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324 的引脚排列见图 2。 由于 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 LM324 图 33 各 对应管脚 由于 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 如下图 33 各对应管脚。 LM324 工作原理 （管脚功能如图所示 图 LM324管脚图在此项目中用了 LM324的三组运放，分别置于第一级输出，第一、二级之间，第二级输出。 D/A 转换器输出为双极性， 图 7 D/A 转换器双极性输出电路 图 7 中，运算放大器 A2 的作用是把运算放大器 A1 的单向输出电压转换成双向输出电压。 其原理是将 A2 的输入端∑通过电阻 R1 与参考电压 VREF 相连， VREF经 R1 向 A2 提供一个偏流 I1，其电流方向与 I2 相反，因此运算放大器 A2 的输入电流为 I I2 之代数和。 则 D/A 转换器的总输出电压为： （ 11） （ 12） 为 DAC0832 提供的参考电压，输入的波形数据。 由上两式可得： （ 13） 取，当时，；时，；时。 由上述分析可看出，取不同数据时（ 0～，则式（ 11）可表示为： 由上式可知，输出信号的幅度受 的改变而改变。 第 4 章 软件设计 软件总体设计 应用系统中的应用软件是根据系统功能要求而设计的，能可靠地实现系统的各种功能。 一个优秀的应用系统的应具有下列特点： 1 根据软件功能要求，将系统软件分成若干个独立的部分。 设计出软件的总体。