畢業(yè)設(shè)計(jì)---簡(jiǎn)易多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目 簡(jiǎn)易多功能信號(hào)發(fā)生器的電路設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 通信與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息工程063班 </p><

2、;p>　　學(xué)生姓名 XXX </p><p>　　指導(dǎo)教師 XXX </p><p>　　成 績(jī) </p><p><b>　　摘 要</b>

3、</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的信號(hào)發(fā)生器大部分是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，且特殊波形發(fā)生器的價(jià)格昂貴。所以本設(shè)計(jì)使用的是AT89c51單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變。在單片機(jī)上加外圍器件距陣式鍵盤，通過鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并用了LCD顯示頻率大小。在單片機(jī)

4、的輸出端口接DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再通過運(yùn)放進(jìn)行波形調(diào)整，最后輸出波形接在示波器上顯示。本設(shè)計(jì)具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整</p><p>　　關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整</p><p><b>　　Abstract</b></p><

5、p>　　]Signal-generator is a kind of signal source in common use, broadly applied at the electronics electric circuit, auto control system and teaching experiment etc. Currently used mostly function signal generator sig

6、nal generator, waveform generator and a special price of expensive . So the dissertation is usage of the AT89s51 single-chip microcomputer constitute of wave-form generator, which can generate triangle wave, square wave,

7、 sine wave etc variety wave-form, the period of wave can be control</p><p>　　[Keywords]signal generator;  MCU;  wave-form adjustment</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

8、t;<b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第 1 章 緒 論1</p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外的研究狀況3</p><

9、p><b>　　1.3.1 3</b></p><p><b>　　1.3.2 4</b></p><p><b>　　第2章 5</b></p><p><b>　　2.1 5</b></p><p><b>　　2.1.1

10、 5</b></p><p><b>　　2.1.2 6</b></p><p><b>　　2.1.3 7</b></p><p><b>　　2.1.4 8</b></p><p><b>　　2.2 11</b><

11、;/p><p>　　2.2.1 11</p><p>　　2.2.2 12</p><p><b>　　2.3 15</b></p><p>　　第 3 章 16</p><p><b>　　3.1 16</b></p><p><

12、;b>　　3.2 17</b></p><p><b>　　3.3 17</b></p><p>　　3.3.1 17</p><p>　　3.3.2 19</p><p><b>　　3.4 19</b></p><p>　　3.4.1

13、 19</p><p>　　3.4.2 20</p><p>　　3.4.3 21</p><p><b>　　3.5 23</b></p><p>　　3.5.1 23</p><p>　　3.5.2 24</p><p>　　3.5.3 25

14、</p><p><b>　　3.626</b></p><p>　　第 4 章 27</p><p><b>　　4.1 27</b></p><p><b>　　4.2 27</b></p><p><b>　　4.3 2

15、8</b></p><p><b>　　4.4 28</b></p><p>　　4.4.1 28</p><p>　　4.4.2 29</p><p><b>　　4.5 30</b></p><p><b>　　4.6 31<

16、;/b></p><p><b>　　4.7 31</b></p><p><b>　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　附錄135</b></p><p

17、><b>　　附錄242</b></p><p><b>　　致謝48</b></p><p>　　（上面為目錄格式，具體章節(jié)的數(shù)量還有各小節(jié)的數(shù)量可以自己規(guī)定，不一定按照上面的數(shù)量寫，目錄是在寫好正文后，再自動(dòng)生成的，不用在這里填寫）</p><p>　　第 1 章 緒 論</p><p&

18、gt;<b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著電子測(cè)量及其他部門對(duì)各類信號(hào)發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號(hào)發(fā)生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，更促使信號(hào)發(fā)生器向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，許多信號(hào)發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測(cè)量?jī)x器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試

19、系統(tǒng)。當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率精度、多功能、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。</p><p>　　在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器。而在我們?nèi)粘Ｉ钪校约耙恍┛茖W(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號(hào)是常用的基本測(cè)試信號(hào)。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏

20、顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。信號(hào)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測(cè)控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 但市面上能看到的儀器在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求。加之各類功能的半導(dǎo)體集成芯片的快速生產(chǎn)，都使我們研制一種低功耗、寬頻帶，能產(chǎn)生多種波形并具有程控等低頻的信號(hào)發(fā)生器成為可能。</p><p><b>　　1.2 課題意義</b&

21、gt;</p><p>　　便攜式和智能化越來越成為儀器的基本要求，對(duì)傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化，智能化，集成化也就明顯得尤為重要。平時(shí)常用信號(hào)源產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等常見波形作為待測(cè)系統(tǒng)的輸入，測(cè)試系統(tǒng)的性能。單在某些場(chǎng)合，我們需要特殊波形對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，這是傳統(tǒng)的模擬信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器很難勝任的。利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能，設(shè)計(jì)合適的人機(jī)交互界面，使用戶能夠通過手動(dòng)的設(shè)定，設(shè)置所需波形。</p>&

22、lt;p>　　該設(shè)計(jì)課題的研究和制作全面說明對(duì)低頻信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)要有一個(gè)全面的解、對(duì)低頻信號(hào)的發(fā)生原理要理解掌握，以及低頻信號(hào)發(fā)生器工作流程：波形的設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，單片機(jī)（51單片機(jī)，顯示電路，鍵盤控制），顯示和各模塊的連接通信等各個(gè)部分要熟練聯(lián)接調(diào)試，能夠正確的了解常規(guī)芯片的使用方法、掌握簡(jiǎn)單信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉了我們?cè)谛盘?hào)處理方面的實(shí)際工作能力。</p><p>　　1.3

23、國(guó)內(nèi)外的研究狀況</p><p>　　1.3.1波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r </p><p>　　波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)用信號(hào)源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場(chǎng)上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。信號(hào)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生

24、正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會(huì)

25、大大增加。</p><p>　　波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。</p><p>　　在

26、 70 年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時(shí)，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。同時(shí)，主要表現(xiàn)為兩個(gè)突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一

27、固定值；二是脈沖的占空比</p><p><b>　　不可調(diào)節(jié)。</b></p><p>　　在 70 年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這時(shí)期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì) DAC的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單的波形。 </p><p>　　90

28、年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價(jià)格的函數(shù)發(fā)生器、但是HP公司推出了型號(hào)為 HP770S的信號(hào)模擬裝置系統(tǒng)，它由 HP8770A任意波形數(shù)字化和 HP1776A波形發(fā)生軟件組成。HP8770A實(shí)際上也只能產(chǎn)生8 中波形，而且價(jià)格昂貴。不久以后，Analogic公司推出了型號(hào)為 Data-2020的多波形合成器，Lecroy 公司生產(chǎn)的型號(hào)為9100 的任意波形發(fā)生器等。 </p><p>　　而近幾年來，國(guó)際上波形

29、發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　　（1）過去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來越廣的領(lǐng)域。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡(jiǎn)單的公式復(fù)合成 v=f (t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)

30、生。從而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的飛速發(fā)展也對(duì)任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動(dòng)作用。目前可以利用可視化編程語(yǔ)言(如Visual Basic ,Visual C 等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計(jì)算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來實(shí)現(xiàn)波形的輸入。 </p><p>　?。?）與VXI資源結(jié)合。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。由

31、于VXI總線的逐漸成熟和對(duì)測(cè)量?jī)x器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測(cè)量產(chǎn)生復(fù)雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā)VXI模塊的周期長(zhǎng)，而且需要專門的VXI機(jī)箱的配套使用，使得波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國(guó)防等大型領(lǐng)域。在民用方面，VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。 </p><p>　?。?）隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來。不過</p&

32、gt;<p>　　現(xiàn)在新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。這些新一代臺(tái)式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。 </p><p>　　2、 國(guó)內(nèi)外波形發(fā)生器產(chǎn)品比較 </p><p>　　早在 1978 年，由美國(guó) Wavetek 公司和日本東亞電波工業(yè)公司公布了最高取樣頻率為 5MHz ，可以形成 256 點(diǎn)(存儲(chǔ)長(zhǎng)

33、度)波形數(shù)據(jù)，垂直分辨率為8bit，主要用于振動(dòng)、醫(yī)療、材料等領(lǐng)域的第一代高性能信號(hào)源，經(jīng)過將近30年的發(fā)展，伴隨著電子元器件、電路、及生產(chǎn)設(shè)備的高速化、高集成化，波形發(fā)生器的性能有了飛速的提高。變得操作越來越簡(jiǎn)單而輸出波形的能力越來越強(qiáng)。波形操作方法的好壞，是由波形發(fā)生器控制軟件質(zhì)量保證的，編輯功能增加的越多，波形形成的操作性越好。 </p><p>　　以下給出了幾種波形發(fā)生器的性能指標(biāo)，從中可以看出當(dāng)今世界

34、上重要電子儀器生產(chǎn)商在波形發(fā)生器上的研制水平。</p><p>　　1.3.2 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過 GHz 的DDS 芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003 年，Agilent的產(chǎn)品 33220A能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M，2005 年的產(chǎn)品N6030A 能夠產(chǎn)生高

35、達(dá) 500MHz 的頻率，采樣的頻率可達(dá) 1.25GHz。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快。 </p><p>　　對(duì)目前而言，國(guó)外（美）研究和使用的信號(hào)發(fā)生器大多要求頻率在10HZ-50MHZ，產(chǎn)生正弦、三角、鋸齒、方波、調(diào)幅、直流等波形，而國(guó)內(nèi)則對(duì)頻率在5*10HZ-40MHZ，能產(chǎn)生正選-三角等基本波形已經(jīng)調(diào)幅、調(diào)頻、TTL等的信號(hào)發(fā)生器需求大。</p><p>　　第

36、2章 低頻信號(hào)發(fā)生器的方案研究</p><p>　　2.1 總體方案論證與設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種：</p><p>　　方案一：用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。</p><p>　　方案二：可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信

37、號(hào)發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。</p><p>　　方案三：利用專用直接數(shù)字合成ＤＤＳ芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。</p><p>　　方案四：采用AT89

38、C51單片機(jī)和DAC0832芯片，直接連接鍵盤和顯示。該種方案主要對(duì)AT89C51單片機(jī)的各個(gè)I/O口充分利用. P1口是連接鍵盤以及接顯示電路,P2口連接DAC0832輸出波形.這樣總體來說,能對(duì)單片機(jī)各個(gè)接口都利用上,而不在多用其它芯片,從而減小了系統(tǒng)的成本.也對(duì)按照系統(tǒng)便攜式低頻信號(hào)發(fā)生器的要求所完成.占用空間小,使用芯片少,低功耗。</p><p>　　綜合考慮，方案四各項(xiàng)性能和指標(biāo)都優(yōu)于其他幾種方案，能

39、使輸出頻率有較好的穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)的要求，而且這些芯片及器件均為通用器件，在市場(chǎng)上較常見，價(jià)格也低廉，樣品制作成功的可能性比較大，所以本設(shè)計(jì)采用方案四。</p><p><b>　　模塊結(jié)構(gòu)劃分</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)所研究的就是對(duì)所需要的某種波形輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，在通過D/A轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)部分的轉(zhuǎn)換輸出一組連續(xù)變化的0~5V的電壓脈沖值。

40、在通過顯示部分顯示其頻率，和波形。在設(shè)計(jì)時(shí)分塊來做，按照波形設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，51單片機(jī)連接，鍵盤控制和顯示五個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。最后通過聯(lián)調(diào)仿真，做出電路板成品。從而簡(jiǎn)化人機(jī)交互的問題，具體設(shè)計(jì)模塊如圖</p><p><b>　　模塊介紹：</b></p><p>　　1.波形設(shè)定：對(duì)任意波形的手動(dòng)設(shè)定</p><p>　　2.D/A轉(zhuǎn)換：主要選

41、用DAC0832來把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，在送入單片機(jī)進(jìn)行處理。</p><p>　　3.單片機(jī)部分：最小系統(tǒng)</p><p>　　4.鍵盤：用按鍵來控制輸出波形的種類和數(shù)值的輸入</p><p>　　5.顯示部分：采用LCD顯示波形的頻率</p><p>　　系統(tǒng)要求是便攜式低功耗的，所以在硬件電路建立前首先粗略計(jì)算一下整個(gè)系統(tǒng)所需的功耗

42、?？紤]單片機(jī)部分（有最小系統(tǒng)，D/A轉(zhuǎn)換，鍵盤接口，擴(kuò)展部分顯示等部分）的功耗大小，機(jī)器體積小，價(jià)格便宜，耗電少，頻率適中，便于攜帶。</p><p>　　第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 基本原理</b></p><p>　　低頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)主要由CPU、D/A轉(zhuǎn)換電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和顯示電路、

43、電源等電路組成。</p><p>　　其工作原理為當(dāng)按下第一個(gè)按鍵就會(huì)分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波，并且LCD顯示器波形數(shù)據(jù)和頻率。</p><p><b>　　3.2資源分配</b></p><p>　?、僦骺匦酒捎肁TMEL公司的89C51；</p><p>　?、诓捎?2MHz的晶振器為89C51提供時(shí)鐘

44、信號(hào)；</p><p>　?、厶峁?2V、-12V和5V電壓；</p><p>　?、軐?duì)于89C51內(nèi)存分配</p><p>　　P1口的P1.0-P1.4分別與五個(gè)按鍵連接，分別控制鋸齒波、三角波、正弦波和方波以及他們頻率的調(diào)節(jié)和占空比，P1.5-P1.7以及P0口與LCD連接，P2口與DAC0832的DI0-DI7數(shù)據(jù)輸入端相連。P2口的數(shù)據(jù)采用74LS373進(jìn)

45、行鎖存后經(jīng)過DAC0808進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換；</p><p>　?、莶捎肔CD1602顯示頻率；</p><p>　?、?位D/A轉(zhuǎn)換器采用DAC0808；</p><p>　?、哌\(yùn)算放大器采用LM324。</p><p>　　3.3各模塊具體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 AT89C51單片機(jī)介紹</p&

46、gt;<p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效

47、微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　圖3-1是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。</p><p>　　圖3-1 AT89C51芯片</p><p>　　它有40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)

48、有箭頭的為第1腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第2腳、第3腳……第40腳。</p><p>　　在40個(gè)管腳中，其中有32個(gè)腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個(gè)腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個(gè)端口都有一個(gè)特定的名字，比如第一腳的那個(gè)端口叫做“P1.0”。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)的功能：</p>&l

49、t;p><b>　　1．主要特性：</b></p><p>　　·與MCS-51 兼容 </p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 </p><p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器

50、鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 </p><p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p

51、>　　2．管腳說明（圖3-2）：</p><p>　　圖3-2 AT89C51管腳分布</p><p>　　·VCC：供電電壓，</p><p>　　·GND：接地。 </p><p>

52、;　　·P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　·P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收

53、輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作

54、為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 </p><p>　　·

55、;P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 </p><p>　　·P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。</p><p>　　

56、·P3口管腳備選功能： </p><p>　　·P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　·P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　·P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　·P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　

57、·P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　·P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　·P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　·P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p

58、><p>　　·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　·ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>　　在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周</p><p>　　期輸出

59、正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈</p><p>　　沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)</p><p>　　ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行</p><p>　　MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外&

60、lt;/p><p>　　部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　·PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　·EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不

61、管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　·XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　·XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b

62、>　　3．振蕩器特性：</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　4．芯

63、片擦除：</b></p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工

64、作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　5.復(fù)位電路（圖3-3）：</p><p>　　MCS-51 單片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。因而

65、，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　圖3-3 復(fù)位電路</b></p><p>　?。?）復(fù)位功能：復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而

66、影響復(fù)位。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位（如圖3-4(a)）和按鈕復(fù)位(如圖3-4(b))兩種方式。</p><p>　　圖3-4 RC復(fù)位電路</p><p>　

67、　（2）單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見表1。 </p><p>　　值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是

68、十分必要的。 </p><p>　　說明：表中符號(hào)*為隨機(jī)狀態(tài)；</p><p>　　表1 寄存器復(fù)位后狀態(tài)表</p><p>　　PSW＝00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組； SP＝07H，表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫入到

69、08H單元中；Po-P3＝FFH，表明已向各端口線寫入1，此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出 。IP＝×××00000B，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)； IE＝0××00000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。</p><p>　　51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過2

70、4個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。</p><p><b>　　6.晶振電路：</b></p><p>　

71、　晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容

72、C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作.</p><p>　　晶振有一個(gè)重要的參

73、數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。</p><p>　　晶體振蕩電路如圖3-5：</p><p><b>　　圖3-5晶振電路</b></p><p>　　3.3.2 最小應(yīng)用系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可

74、以工作的系統(tǒng).對(duì)51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路.下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖（圖3-6）。</p><p>　　在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器。單片機(jī)結(jié)合簡(jiǎn)單的晶體振蕩電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測(cè)控、監(jiān)控的重要組

75、成部分。</p><p>　　圖3-6 最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　下面是用單片機(jī)和八個(gè)數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)流水燈的仿真(圖3-7)</p><p>　　圖3-7 流水燈仿真圖</p><p>　　下圖3-8為流水燈程序在KEIL中進(jìn)行編譯.</p><p>　　圖3-8流水燈程序編譯</p><

76、p><b>　　流水燈程序:</b></p><p>　　ORG 0000H </p><p>　　START:MOV P1,#01111111B </p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　MOV P1,#10111111B </p>

77、;<p>　　LCALL DELAY </p><p>　　MOV P1,#11011111B </p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　MOV P1,#11101111B </p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　MOV P1,#

78、11110111B </p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　MOV P1,#11111011B </p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　MOV P1,#11111101B </p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　

79、MOV P1,#11111110B </p><p>　　LCALL DELAY </p><p>　　MOV P1,#11111111B </p><p>　　AJMP START </p><p><b>　　DELAY:</b></p>&l

80、t;p><b>　　MOV R4,#2</b></p><p>　　L3: MOV R2 ,#250</p><p>　　L1: MOV R3 ,#250</p><p>　　L2: DJNZ R3 ,L2 </p><p>　　DJNZ R2 ,L1</p><p>　　DJNZ R4 ,

81、L3 </p><p><b>　　RET </b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　按鍵電路</b></p><p>　　一、人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì)</p><p>　　所謂人機(jī)交互接口，是指人與計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系、

82、交互信息的輸入/輸出設(shè)備的接口[8]。這些輸入/輸出設(shè)備主要有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等。他們是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設(shè)備，是控制系統(tǒng)與操作人員之間的交互窗口。一個(gè)安全可靠的控制系統(tǒng)必須具有方便的交互功能。操作人員可以通過系統(tǒng)顯示的內(nèi)容，及時(shí)掌握生產(chǎn)情況，并可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)，傳遞命令，對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行人工干擾，使其隨時(shí)能按照操作人員的意圖工作。</p><p>　　二、鍵盤設(shè)計(jì)需要解決的幾個(gè)問題&

83、lt;/p><p>　　鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤能自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)代碼，以并行或串行方式發(fā)給CPU。它使用方便，接口簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，但需要專用的硬件電路。非編碼鍵盤則是通過軟件來確定按鍵并計(jì)算鍵值。這種方法雖然沒有編碼鍵盤速度快，但它不需要專用的硬件支持，因此得到了廣泛的應(yīng)用[9]。鍵盤是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)重要

84、組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須解決下述一些問題。</p><p><b>　　1.按鍵的確認(rèn)</b></p><p>　　鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合，其中每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開關(guān)量輸入裝置。鍵的閉合與否，取決于機(jī)械彈性開關(guān)的通、斷狀態(tài)。反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，若高電平表示斷開，那么低電平鍵閉合。所以，通過電平狀態(tài)（高或低）的檢測(cè)，便可確定相應(yīng)按鍵是否已被按下。&

85、lt;/p><p>　　2.重鍵與連擊的處理</p><p>　　實(shí)際按鍵操作中，若無意中同時(shí)或先后按下兩個(gè)以上的鍵，系統(tǒng)確定哪個(gè)鍵操作是有效的，完全取決設(shè)計(jì)者的意圖。如視按下時(shí)間最長(zhǎng)者為有效鍵，或認(rèn)為最先按下的鍵為當(dāng)前的按鍵，也可以將最后釋放的鍵看成是輸入鍵。不過單片機(jī)控制系統(tǒng)的資源有限，交互能力不強(qiáng)，通?？偸遣捎脝捂I按下有效，多鍵同時(shí)按下無效的原則。</p><p>

86、;　　有時(shí)，由于操作人員按鍵動(dòng)作不夠熟練，會(huì)使一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果，及重鍵的情形。為消除重鍵的影響，編制程序時(shí)可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能程序，以防止一次擊鍵多次執(zhí)行的錯(cuò)誤發(fā)生。</p><p><b>　　3.按鍵防抖動(dòng)技術(shù)</b></p><p>　　鍵盤作為向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令的接口，以其特定的按鍵代表著各種確定

87、操作命令。所以準(zhǔn)確無誤地辨認(rèn)每個(gè)鍵的動(dòng)作及其所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。</p><p>　　多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。一個(gè)電信號(hào)通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程，完成高、低電平的切換。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動(dòng)。</p><p>　　消除按鍵盤抖動(dòng)通常有兩種方法：硬件消抖和軟件消抖。通過硬件電路消除按鍵過程中抖動(dòng)的影響是一種廣

88、為采用的措施。這種做法，工作可靠，且節(jié)省機(jī)時(shí)。 硬件消抖是通過在按鍵輸出電路上加一定的硬件線路來消除抖動(dòng)，一般采用R—S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路。如圖3-17所示。軟件消抖則是利用延時(shí)來跳過抖動(dòng)過程。</p><p>　　圖3-17 單穩(wěn)態(tài)硬件消抖電路</p><p>　　鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨(dú)立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根I/O口線，每根I/O口線

89、上的按鍵都不會(huì)影響</p><p>　　其它的I/O口線，示例如圖3-18所示[2]。矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如4×4的行、列結(jié)構(gòu)可組成16個(gè)鍵的鍵盤，比一個(gè)鍵位用一根I/O口線的獨(dú)立式鍵盤少了一半的I/O口線。對(duì)矩陣鍵盤的工作過程可分兩步：第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下。</p><p&

90、gt;　　圖3-18 獨(dú)立式鍵盤</p><p>　　三、矩陣鍵盤的工作方式</p><p><b>　　1．查詢工作方式</b></p><p>　　這種方式是直接在主程序中插入鍵盤檢測(cè)子程序，主程序每執(zhí)行一次，則鍵盤檢測(cè)子程序就對(duì)鍵盤進(jìn)行檢測(cè)一次。如果沒有鍵按下，則跳過鍵識(shí)別，直接執(zhí)行其他程序；如果有鍵按下，則通過鍵盤掃描子程序識(shí)別按鍵，

91、得到按鍵的編碼值。然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理完后再回到主程序執(zhí)行。鍵盤掃描子程序流程如圖3-19所示 。</p><p>　　圖3-19 鍵盤掃描流程圖</p><p><b>　　2.中斷工作方式</b></p><p>　　如圖3-20所示，就是中斷工作方式，當(dāng)有中斷的時(shí)候，就去執(zhí)行掃描程序，沒有中斷的時(shí)候，CPU可以去做其他的事

92、情。這樣可以提高CPU的效率。</p><p>　　圖3-20 鍵盤中斷工作方式</p><p><b>　　顯示模塊的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　通過液晶1602顯示輸出的波形、頻率，其電路圖如下：</p><p>　　如上圖所示，1602的八位數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P1口，其三個(gè)使能端RS、RW、E分別接單片機(jī)的P

93、1.5—P1.7。通過軟件控制液晶屏可以顯示波形的種類以及波形的頻率。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　DAC0832是CMOS工藝制造的8位D/A轉(zhuǎn)換器，屬于8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us，片內(nèi)帶輸入數(shù)字鎖存器。DAC0832與單片機(jī)接成數(shù)據(jù)直接寫入方式，當(dāng)單片機(jī)把一個(gè)數(shù)據(jù)寫入DAC寄存器時(shí)，DAC0832的輸出模擬電壓信號(hào)隨之對(duì)應(yīng)變化。利用D

94、/A轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生各種波形，如方波、三角波、正弦波、鋸齒波等以及它們組合產(chǎn)生的復(fù)合波形和不規(guī)則波形。</p><p>　　1.DAC0832主要性能：</p><p>　　◆輸入的數(shù)字量為8位；</p><p>　　◆采用CMOS工藝，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；</p><p>　　◆數(shù)據(jù)輸入可以采用雙緩沖、單緩沖和直通方式；</

95、p><p>　　◆轉(zhuǎn)換時(shí)間：1us；</p><p><b>　　◆精度：1LSB；</b></p><p><b>　　◆分辨率：8位；</b></p><p>　　◆單一電源：5—15V，功耗20mw；</p><p>　　◆參考電壓：-10—+10V；</p>

96、<p>　　DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料:芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接。 </p><p>　　該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范

97、圍，可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接，下面是芯片電路原理圖3-20</p><p>　　圖3-20 DAC0832電路原理圖</p><p>　　如圖3-20所示，待轉(zhuǎn)換的8位數(shù)字量由芯片的8位數(shù)據(jù)輸入線D0～D7輸入，經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換后，通過2個(gè)電流輸出端IOUT1和IOUT2輸出，IOUT1是邏輯電平為"1"的各位輸出電流之和，IOUT2是邏輯電平為"

98、0"的各位輸出電流之和。另外，ILE、、、和是控制轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)?！　AC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。輸入寄存器和DAC寄存器作為雙緩沖，因?yàn)樵贑PU數(shù)據(jù)線直接接到DAC0832的輸入端時(shí)，數(shù)據(jù)在輸入端保持的時(shí)間僅僅是在CPU執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi)，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。有時(shí)，微機(jī)控制系統(tǒng)要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量參數(shù)，此時(shí)對(duì)應(yīng)于每一種參數(shù)需要一片DAC0832，每片DAC

99、0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間相同，就可采用DAC寄存器對(duì)CPU分時(shí)輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時(shí)刻開始鎖存，進(jìn)而同時(shí)產(chǎn)生各模擬信號(hào)?！　】刂菩盘?hào)ILE、、用來控制輸入寄存器。當(dāng)ILE為高電平，為低電平，為負(fù)脈沖時(shí)，在LE產(chǎn)生正脈沖；其中LE為高電平時(shí)，輸入寄存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線狀態(tài)變化，LE的負(fù)跳變將輸入數(shù)據(jù)線上的信息存入輸入寄存器?！　】刂菩盘?hào)和用來控</p><p>　　DAC0832的數(shù)據(jù)輸出方式在微機(jī)應(yīng)用系

100、統(tǒng)中,通常使用的是電壓信號(hào),而DAC0832輸出的是電流信號(hào)，這就需要由運(yùn)算放大器組成的電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。其中有輸出電壓各自極性固定的單位性輸出和在隨動(dòng)系統(tǒng)中輸出電壓有正負(fù)極性的雙極性輸出兩種輸出方式。3. DAC 0832同CPU的連接</p><p>　　微處理器與DAC0832之間可以不加鎖存器，而是利用DAC0832內(nèi)部鎖存器，將CPU</p><p>　　通過數(shù)據(jù)總線直接向DAC08

101、32輸出的停留時(shí)間很短的數(shù)據(jù)保存，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束?！　AC0832同CPU的接口如圖3-21所示.DAC0832作為微處理器的一個(gè)端口，用地址92H的選通作為和的控制信號(hào)，微處理器的寫信號(hào)直接來控制和。</p><p>　　圖3-21 DAC0832和CPU連接電路</p><p>　　本系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換電路圖3-22</p><p>　　圖3-22 D/A轉(zhuǎn)換電

102、路圖</p><p>　　DAC0832芯片原理</p><p>　?、俟苣_功能介紹（如圖5所示）</p><p>　　圖5 DAC0832管腳圖</p><p>　　(1) DI7～DI0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。</p><p>　　(2) IOUT1：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸

103、出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0。</p><p>　　(3) IOUT2：模擬電流輸出端2， IOUT2與IOUT1的和為一個(gè)常數(shù)，即IOUT1＋I(xiàn)OUT2＝常數(shù)。</p><p>　　(4) RFB：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。&l

104、t;/p><p>　　(5) VREF：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度，VREF范圍為(+10～-10)V。VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。</p><p>　　(6) Vcc：芯片供電電壓，范圍為(+5~ 15)V。</p><p>　　(7) AGND：模擬量地，即模擬電路接地端。&

105、lt;/p><p>　　(8) DGND：數(shù)字量地。 </p><p>　　當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時(shí)DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄存器Q端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“0”時(shí)，第一級(jí)8位輸入寄存器Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級(jí)8位DAC寄存器中，以便第三級(jí)8位DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。</p><p>　　一般情

106、況下為了簡(jiǎn)化接口電路，可以把和直接接地，使第二級(jí)8位DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí)8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式</p><p>　　制作低頻信號(hào)發(fā)生器有許多方案：主要有單緩沖方式，雙緩沖方式和直通方式。</p><p>　　單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號(hào)輸出或幾路模擬信號(hào)非同步輸出的

107、情形的優(yōu)點(diǎn)，但是電路線路連接比較簡(jiǎn)單。而雙緩沖方式適用于在需要同時(shí)輸出幾路模擬信號(hào)的場(chǎng)合，每一路模擬量輸出需一片DAC0832芯片，構(gòu)成多個(gè)DAC0832同步輸出電路，程序簡(jiǎn)單化，但是電路線路連接比較復(fù)雜。根據(jù)以上分析，我們的課題選擇了單緩沖方式使用方便，程序簡(jiǎn)單，易操作。</p><p>　　DAC0832主要是用于波形的數(shù)據(jù)的傳送，是本題目電路中的主要芯片</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)

108、換器的性能指標(biāo)[16]：</p><p>　　1.分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分0～2n-1共2n個(gè)輸入數(shù)字量。表示方法：</p><p>　　（1）用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如8位。</p><p>　?。?) 用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。DAC0808的分辨率為1/256。</p><p>　

109、　2．精度：DAC實(shí)際輸出電壓與理想的輸出電壓的偏差。 DAC0808的最大滿刻度偏差為+1LSB 。</p><p>　　3．線性度：DAC實(shí)際傳輸特性曲線與理想的傳輸特性曲線的偏差。 DAC0808的最大誤差為+0.19% 。</p><p>　　4．溫度靈敏度：在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1℃，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系

110、數(shù)。</p><p>　　5．轉(zhuǎn)換速度：用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間——建立時(shí)間Tset來衡量。建立時(shí)間：輸入信號(hào)從開始變化到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差1/2LSB范圍以內(nèi)的時(shí)間。輸入信號(hào)由全0變?yōu)槿?所需時(shí)間最長(zhǎng)。當(dāng)外接運(yùn)放時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下降）時(shí)間。</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　式中為轉(zhuǎn)換時(shí)

111、間 ，為建立時(shí)間，輸出最大電壓值，為運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率。</p><p>　　二、D/A轉(zhuǎn)換器的分類</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異。按輸入數(shù)字量的位數(shù)分：8位、10位、12位和16位等；按輸入的數(shù)碼分：二進(jìn)制方式和BCD碼方式；按傳送數(shù)字量的方式分：并行方式和串行方式；按輸出形式分：電流輸出型和電壓輸出型，電壓輸出型又有單極性和雙極性；按與單片機(jī)的接口分：帶輸入鎖存的

112、和不帶輸入鎖存的。</p><p>　　I/V轉(zhuǎn)換波形輸出電路</p><p>　　DAC0832為電流輸出型轉(zhuǎn)換器,一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。</p><p>　　如圖3-23所示為一種用兩級(jí)運(yùn)算放大器組成的模擬電壓輸出電路。從第一個(gè)運(yùn)放輸出為單極性模擬電壓，從第二個(gè)運(yùn)放輸出為雙極性模擬電壓。如果參考電壓為+5V，則點(diǎn)a輸出

113、電壓為0～-5V，點(diǎn)b輸出電壓為±5V。 </p><p>　　圖3-23 I/V轉(zhuǎn)換波形發(fā)生電路</p><p><b>　　一、LM324簡(jiǎn)介</b></p><p>　　LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大

114、器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。&l