基于单片机的信号发生器设计初稿

基于单片机的信号发生器设计初稿内容摘要：

1在计数溢出的那个周期的 S5P2被置位。 它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。 然而，定时器 2 的标志位 TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。 表 16 中断允许控制寄存器（ IE） （ MSB） (LSB) EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 M1 M0 工作方式 方式说明 0 0 0 13位定时 /计数器 0 1 1 16位定时 /计数器 1 0 2 8位自动重置定时 /计数器 1 1 3 T0为两个 8位定时 /计数器 10 EA：中断允许总控位。 EA=0，屏蔽所有的中断请求； EA=1，开放中断。 ET2：定时器 /计数器 T2 的溢出中断允许位 ES：串行口中断允许位。 ET1：定时器 /计数器 T1 的溢出中断允许位。 EX1：外部中断 INT1 的中断允许位。 ET0：定时器 /计数器 T0 的溢出中断允许位。 EX0：外部中断 INT0 的中断 允许位。 信号发生器 概 述 目前，市场上的信号发生器多种多样，一般按频带分为以下几种： 超高频：频率范围 1MHz 以上，可达几十兆赫兹。 高频：几百千赫兹到几兆赫兹。 低频：频率范围为几十赫兹到几百千赫。 超低频：频率范围为零点几赫兹到几百赫兹。 超高频信号发生器，产生波形一般用 LC振荡电路。 高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即 RC 振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。 用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调。 而且价格也比较贵， 一般在几百元左右。 在实际应用中，超低频波和高频波一般是不用的，一般用中频，即几十赫兹到几十千赫兹。 用单片计算机 89S52,加上一片 DAC0808,就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受计算机运行的程序的控制。 我们可以把产生各种波形的程序，写在 ROM 中，装入本机，按用户的选择，运行不同的程序，产生不同的波形。 再在 DAC0808 输出端加上一些电压变换电路，就完成了一个频率、幅值、零点均可调的多功能信号发生器的设计。 这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。 本论文主要研究的内容 本设计采用 89S52及其外围扩展系统，软件方面主要是应用 C语言设计程序。 系统以 89S52 单片机为核心，配置相应的外设及接口电路，用 C语言开发，组成一个多功能信号发生系统。 该系统的软件可运行于 Windows XP 环境下，硬件电路设计具有典型性。 同时，本系统中任何一部分电路模块均可移植于实用开发系统的设计中，电路设计具有实用性。 本设计将完成以下几个方面的工作： （ 1）选芯片，尽量满足一般工业控制要求、以增强其实用性。 （ 2）原理图设计在保证其正确的前提下，尽量 采用典型的电路设计。 （ 3）印制板设计既要精巧，又要便于摆放及测试。 （ 4）固化于单片机芯片中的软件采用模块设计，层次清楚，具有上电复位及初始化功能，具有很好的软件开发框架。 （ 5）掌握单片机仿真软件 的使用。 为此，论文包括以下内容： Ⅰ 绪论。 主要介绍单片机发展概况和信号发生器的 概述 ，为以后几章的介绍奠定基础。 11 Ⅱ 系统总体方案设计。 本章主要考虑系统性能、功能和器件选择。 包括两个主要内容：系统分析和系统总体方案设计。 其中系统分析包括问题定义、可行性研究和需求分析。 问题定义中对设计的课 题进行定义，详述设计环境。 可行性分析中分别从经济可行性、元器件具备程度和对可能遇到的问题的可解决性几个方面论证设计是否可行。 需求分析对系统功能要求、性能要求和运行环境要求说明。 系统总体方案设计包括算法设计、系统总体框图设计以及系统中使用的主要芯片。 Ⅲ 系统的硬件设计。 本章完成系统的硬件总体设计，详细说明了设计思路。 Ⅳ 系统软件设计实现。 本章是系统的具体实现。 对系统按功能模块进行介绍。 Ⅴ 系统测试报告。 分别对系统的功能测试、调试过程和系统的使用方法进行介绍。 Ⅵ 总结与展望未来。 12 第二章 系统设计方案 问题定义 基于单片机的信号发生系统是一个实际应用系统，可为相关实验及实际应用提供支持。 本论文包括硬件系统的详细设计及 C语言在基本控制中的应用。 此系统具有的功能如下： 硬件部分 （ 1）单片机所需的平稳电压（电源设计177。 12V,5V）； （ 2） 8 位七段数码动态扫描显示； （ 3） 2 4的 8位矩阵键盘； （ 4）时钟电路与复位电路； （ 5）具有 8位精度的 D/A转换功能； （ 6）波形产生与电压变换功能； 软件部分 （ 7）系统复位初始化； （ 8）键盘扫描与处理； （ 9）按键服务程序 （ 10）定时器 0中断服务程序； （ 11）正弦波发生程序； （ 12）三角波发生程序； （ 13）方波发生程序； （ 14）锯齿波发生程序。 系统可行性分析 设计环境 （ 1）硬件环境 CPU： Intel P4 显示器： 17 寸， GF5200 显卡、 512MB 内存 硬盘： 80G 搭建单片机开发环境 （ 2）软件环境 本设计主要用 电子设计软件进行电子线路的设计和仿真。 Proteus 软件的功能很强大，它不仅可以在线仿真模拟电子， 数字电子和单片机，还可以将设计直接转换成 PCB 版图。 因此，受到众多电子工程师的喜爱。 电路原理图的设计是仿真中的第一步，也是非常重要的一步。 电路原理图设计得好坏将直接影响到后面的工作。 首先，原理图的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的；其次，原理图应该布局合理，这样不仅可以尽量避免出错，也便于读图、便于查找和纠正错误；最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。 电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤： ①设置电路图纸参数及相关信息 13 根据电路图的复杂程度设置图纸的格式 、尺寸、方向等参数以及与设计有关的信息，为以后的设计工作建立一个合适的工作平面。 ②装入所需要的元件 将所需的元件装入设计系统中，以便从中查找和选定所需的元器件。 ③设置元件 将选定的元件放置到已建立好的工作平面上，并对元件在工作平面上的位置进行调整，对元件的序号、参数、显示状态等进行定义和设置，以便为下一步的仿真工作打好基础。 ④连线电路图 利用 Proteus 所提供的各种工具、命令进行画图工作，将事先放置好的元器件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，布线结束后，一张完整的电路原理图基本完成。 ⑤调整 、检查和修改 利用 Proteus 所提供的各种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修改。 ⑥补充完善 对原理图做一些相应的说明、标注和修饰，增加可读性和可观性。 ⑦仿真 这部分工作主要是对设计完成的原理图结合 KEIL 在线仿真，调试并修改程序。 可行性分析 （ 1）元器件的选择及其可行性讨论 根据技术指标及系统设计目的，经研究芯片的选择如下： ①主控芯片采用 ATMEL 公司的 89S52。 ②采用 的晶振器为 89S52 提供时钟信号。 ③稳压块选用 7812 与 7805 相串联，提供 12V 和 5V 电 压 ,7912 产生 12V 电压。 ④对于 89S52 的 P0 口的数据采用 74LS373 进行锁存后经过 DAC0808 进行 D/A转换。 ⑤数码显示器采用高亮 8位共阴极数码管。 ⑥ 8 位 D/A 转换器采用 DAC0808； ⑦运放采用 LM324。 大部分的的芯片及器件都可以通过网络购买，所以器件的选择完全可行。 （ 2）设计中可能存在的问题及解决方案 —— 排除问题的可行性讨论 此设计要求最终制作出实体，因此，设计原理图时应着重考虑设计最终的电路板的可行性。 在设计时要对每一个电路模块仔细检查，查阅其他书籍进行校对，还要进 行实物实验，以确保设计的可实现性。 在最后的电路板的调试阶段，需要诊断模块程序和单片机仿真机合作进行，从而克服调试程序本身的不可靠性，可方便地进行调试及错误诊断。 以上对设计中可能遇到的较为重要的问题进行了分析并提出了解决方法，基本上可以解决。 （ 3）经济上的可行性讨论 本设计是一个实验系统，芯片的选择在前面已经讨论，从前面的讨论中可见芯片大部分可在网上找到。 因此，设计费用主要集中在购买元器件上，而大部分的元器件又不是很贵，所以经济上本设计完全可行。 系统需求分析 14 系统功能要求 系统具 有 D/A 转换功能，信号幅度放大功能，八位七段数码显示功能，上电自动复位功能， 2 4键盘输入接口。 系统性能要求 （ 1）系统的 D/A转换功能具有 8位精度； （ 2）动态扫描七段数码显示器； （ 3） 89S52 单片机时钟信号为 ； （ 4）系统上电自动复位； （ 5）系统具有 8位行列扫描键盘。 运行环境要求 微机与实验系统电路板的通讯软件包运行环境如下： CPU： Intel P4 显示器： 17 寸， GF5200 显卡、 512MB 内存，串行通讯口； 硬盘： 80G 软件平 台： Windows XP 系列， ,keil. 算法设计 本设计涉及的算法较少，将在第四章软件设计中介绍。 系统总体结构框图设计 一个单片机主系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是单片机系统扩展部分设计，它包括存储器扩展和接口扩展。 存储器扩展指 EPROM、 EEPROM 和 RAM的扩展。 接口扩展是指各接口芯片以及其他功能器件的扩展。 二是各功能模块的设计，如信号检测功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等，根据系统功能要求配置相应的 D/A、键盘、显示器等外围设备。 本机硬件设计包括两部分，即电源部分设计和主系统设计。 电源设计和主系统框图如图所示。 15 16 第三章 硬件设计 单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元（如 ROM、 I/O、定时 /计数器等）容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计适当的电路。 二是系统配置，即按照 功能要求配置外围设备如显示器、 D/A转换等，要设计合适的电路。 系统的扩展和模块设计应遵循下列原则： (1)尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性。 (2)系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求。 (3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。 硬件结果与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。 但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件响应来的长，而且占用 CPU 时间。 所以，选择软件方案时，要考虑到这些因 素。 (4)可靠性及抗干扰性设计是硬件系统设计不可缺少的部分，它包括芯片、器件选择，去耦滤波等。 (5)单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。 驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动器或减少芯片功耗，降低总线负载。 (6)系统的扩展及各功能模块的设计在满足系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。 (8)在考虑硬件总体结构的同时要注意通用性的问题。 根据以上原则，进行硬件设计。 系统采用较为普及的 89S52 单片机作为系统的核心。 它不但容易实现设计指 标，而且还有较好的性价比。 （ 1）程序存贮器 89S52 内部自带 8K 的 ROM， 512B 的 RAM，所以不需要对其扩展存储器。 （ 2）键盘接口 矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，系统采用了行列式键盘设计即矩阵键盘，用 I/O 线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上， 2 4 的行列结构可构成 8 个键的键盘。 因此，在按键数量较多时，可以节省 I/O线。 按键的识别方法有两种，一种为扫描法，另一种为线反转法。 此设计采用了行列式及与之相适应的行列扫描法。 （ 3）数码管驱动 本设计实现了 89S52 的 I/O 口对 2 4键盘和 8位数码 管显示的控制。 为增加对数码管显示器的驱动能力及稳定性，在它与 89S52 之间设置了提高驱动能力的 74LS373。 （ 4） D/A 转换 本设计 D/A 转换部分采用 DAC0808 芯片，由于它不带锁存器，故在使用时必须加 74LS373 进行数据锁存。 17 （ 5）运算放大部分 对信号的放大部分采用 四运放集成 芯片 LM32。