單片機(jī)在低頻信號(hào)發(fā)生器中的應(yīng)用.doc

第1章 緒論1.1 概述波形發(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。當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會(huì)，電子技術(shù)的進(jìn)步，給人們帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測(cè)技術(shù)的日益革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響汽車，處處可見其應(yīng)用。因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。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)的一般可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、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要很大。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)大大增加。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來產(chǎn)生低頻信號(hào)，其頻率底線很低。具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。1.2 設(shè)計(jì)要求本課題利用at89c51單片機(jī)和兩片dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，組成數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器，要求：（1）該裝置用鍵盤控制輸出方波、三角波、正弦波；（2）用鍵盤控制輸出幅度和頻率的變化，并將幅值和頻率用數(shù)碼管顯示，幅度范圍1v5v，頻率范圍010khz。1.3硬件電路的實(shí)現(xiàn)原理與構(gòu)思1.3.1at89c51單片機(jī)控制兩片dac0832的原理圖輸出基準(zhǔn)電壓at89c51單片機(jī)dac0832dac0832圖1.1 at89c51控制兩片dac0832原理圖因?yàn)閍t89c51單片機(jī)自身便有一個(gè)64k的程序存儲(chǔ)器，所以不用擴(kuò)展外加程序存儲(chǔ)器。由單片機(jī)編程即可由單片機(jī)輸出所需要信號(hào)的數(shù)字量，再由d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬電流輸出，通過運(yùn)放轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出。因?yàn)閐/a數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準(zhǔn)電壓來控制的，所以只要能控制d/a的基準(zhǔn)電壓便可以控制輸出幅度，實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。所以設(shè)計(jì)用兩片dac0832來輸出信號(hào)，第一片d/a用來輸出信號(hào)，第二片d/a用來控制第一片d/a的基準(zhǔn)點(diǎn)壓。其中用p0口作為兩片d/a的數(shù)據(jù)總線，p2口的p2.0和p2.1口用來控制兩片d/a的選通。1.3.2鍵盤顯示電路的構(gòu)思由于本設(shè)計(jì)要求控制波形的幅度和頻率，所需按鍵較多，所以設(shè)計(jì)選用p1口來擴(kuò)展44鍵盤。由于44鍵盤的設(shè)計(jì)已很普遍，所以在本文中不加以介紹。本設(shè)計(jì)中要求用數(shù)碼管顯示輸出信號(hào)的幅度和頻率等信息，而這些信息在信號(hào)輸出的時(shí)候是不需要時(shí)刻改變的，所以設(shè)計(jì)中選用靜態(tài)數(shù)碼管顯示，由單片機(jī)的串行通信口輸出顯示數(shù)據(jù)。這樣可以節(jié)省單片機(jī)的端口來做其它的用途，給予了裝置可優(yōu)化性。at89c51單片機(jī)74ls16474ls164數(shù)碼管數(shù)碼管圖 1.2顯示電路方框圖圖中只給出兩位數(shù)碼管的顯示，可以按要求任意擴(kuò)展n位數(shù)碼顯示，每擴(kuò)展一片74ls164，可以增加一位led顯示器。所要顯示的數(shù)據(jù)由rxd串行發(fā)送出去，由74ls164轉(zhuǎn)化為并行輸出，再由led顯示。這樣，在顯示數(shù)據(jù)輸送完畢之后，主程序可以不必掃描顯示器，從而使cpu能用于其它工作。1.4軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思1.4.1幅度控制由于d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的最大幅度可以用其基準(zhǔn)電壓來控制，所以控制第二片d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給第一片d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電壓值就可控制信號(hào)幅度。因此，送入第二片的值是幾個(gè)固定的值。由于dac0832內(nèi)部具有鎖存器，所以只需向第二片d/a送值一次，直到下一次改變信號(hào)幅度。1.4.2頻率控制單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0、1之分，所產(chǎn)生的信號(hào)也都是離散信號(hào)。為了能夠讓單片機(jī)輸出所需的數(shù)字信號(hào)，我們采用對(duì)信號(hào)采樣、量化的方法來實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)產(chǎn)生所需信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)信號(hào)的四分之一周期采樣19個(gè)幅度值，通過反復(fù)查表來輸出幅度值，而整個(gè)信號(hào)是通過正查表和逆向查表來實(shí)現(xiàn)的。采樣的點(diǎn)越密，信號(hào)失真度也就越小。兩次采樣點(diǎn)的輸出時(shí)間間隔是由定時(shí)、計(jì)數(shù)器來控制的，因此，通過控制不同的計(jì)數(shù)初值就可以控制整個(gè)信號(hào)的頻率。計(jì)數(shù)時(shí)間=信號(hào)周期/72。計(jì)數(shù)次數(shù)=計(jì)數(shù)時(shí)間/機(jī)器周期。對(duì)應(yīng)的，計(jì)數(shù)初值=65536計(jì)數(shù)次數(shù)。單片機(jī)只能產(chǎn)生離散頻率的信號(hào)，所以所得到的信號(hào)頻率不是連續(xù)的，而是離散的頻率點(diǎn)。由于這部分計(jì)算位數(shù)較多，不適合用單片機(jī)編程來計(jì)算計(jì)數(shù)初值，所以本設(shè)計(jì)中將各頻率的計(jì)數(shù)初值算出，讓單片機(jī)按控制命令來查表控制頻率。正弦波和三角波的頻率控制方法都與上述方法相同，而方波的頻率控制是半周期計(jì)數(shù)，經(jīng)過半周期只需改變輸出為最大或最小電平即可。本設(shè)計(jì)為低頻信號(hào)發(fā)生器，在頻率只有幾十赫茲的時(shí)候計(jì)數(shù)次數(shù)將很大，因此計(jì)數(shù)器的工作方式選為工作方式1，每次計(jì)數(shù)器溢出時(shí)需要重新裝入計(jì)數(shù)初值。1.5 本章小結(jié)本章主要介紹了低頻信號(hào)發(fā)生器目前的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀。對(duì)課題進(jìn)行了說明和論證，并提出了解決方案的初步方法，列出了總體方案框圖。系統(tǒng)方案的論證是十分重要的，它是設(shè)計(jì)工作的開始，也給出了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的工作步驟。有了充分的準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)才能有條不紊開始實(shí)施。第2章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 電路總體方框圖輸出單片機(jī)鍵盤電路顯示電路d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換電路放大輸出電路圖2.1 電路總體方框圖2.2 各部分電路設(shè)計(jì)2.2.1 輸入電路設(shè)計(jì)按鍵是本設(shè)計(jì)的輸入設(shè)備，是控制單片機(jī)的唯一途徑。設(shè)計(jì)中與一共使用了17個(gè)按鍵，44鍵盤和一個(gè)復(fù)位鍵。44鍵盤中包含了09的數(shù)字鍵和三個(gè)波形選擇鍵，一個(gè)清除鍵和一個(gè)確認(rèn)鍵。由于功能鍵較多，所以在輸入控制命令的時(shí)候非常方便。由于機(jī)械的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)穩(wěn)定的接通，在斷開時(shí)也不會(huì)立即斷開。因而在閉合和斷開的時(shí)候，均會(huì)伴有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長度一般在5ms10ms。由于按鍵抖動(dòng)引起一次按鍵被誤讀多次，所以為了確保cpu的正確處理，必須對(duì)按鍵信息進(jìn)行消除抖動(dòng)處理。消抖的處理方法基本上分為軟件消抖和硬件消抖兩種方法。在本設(shè)計(jì)中，采用了軟件消抖的方法。具體應(yīng)用是在掃描鍵盤時(shí)，通過延時(shí)10ms后，再掃描鍵盤，確認(rèn)的確是有鍵按下的時(shí)候，跳到讀鍵值的子程序，等待按鍵的動(dòng)作完成，然后才繼續(xù)執(zhí)行其它操作。2.2.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)能否正常工作，首先要檢查其復(fù)位電路是否工作正常。rst為外部復(fù)位信號(hào)的輸入引腳。在mcs51器件內(nèi)部，rst接到一個(gè)施密特觸發(fā)器的輸入端。這樣可以濾掉低于施密特觸發(fā)電平的噪聲干擾信號(hào)。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，rst引腳上保持至少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平輸入信號(hào)，復(fù)位過程即可完成。為響應(yīng)這一過程，cpu發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號(hào)。內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn)rst為高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行的，并且此后的每個(gè)周期都重復(fù)進(jìn)行復(fù)位操作，直到rst變成低電平為止。外部復(fù)位信號(hào)與內(nèi)部時(shí)鐘是不同步的。rst引腳電平在每個(gè)機(jī)器周期的s5p2均被采樣一次。采樣到邏輯1后，各引腳可維持它們的現(xiàn)行活動(dòng)長達(dá)19個(gè)振蕩周期之久，即在外部復(fù)位信號(hào)加到rst引腳后，仍維持1930個(gè)振蕩周期。復(fù)位電路的連接方法有很多，有上電復(fù)位電路、采用反向器的復(fù)位電路、按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。本設(shè)計(jì)中采用的是按鍵電平復(fù)位，并帶有上電復(fù)位功能，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用電阻分壓的方式給rst提供高電平。這種設(shè)計(jì)使用元件少，而且計(jì)算簡(jiǎn)便，只要兩個(gè)分壓電阻的阻值選擇適當(dāng)，可以使得分壓值達(dá)到復(fù)位需要，也可以使時(shí)間常數(shù)不太大，及時(shí)復(fù)位。具體電路如圖2.2所示：圖2.2 復(fù)位電路方框圖2.2.3時(shí)鐘電路部分考慮成本和性能問題，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。利用at89c51內(nèi)部一個(gè)高增益的反向放大器，把一個(gè)晶體振蕩器和兩個(gè)電容器組成自激振蕩電路，接于xtal1和xtal2之間，電路如圖所示。圖2.3 外部時(shí)鐘電路原理圖圖中晶體振蕩器是石英晶體或陶瓷結(jié)構(gòu)，振蕩頻率一般選在1.2mhz12mhz之間，單片機(jī)常選擇6mhz或12mhz，c1，c2在30pf左右；對(duì)于陶瓷振蕩器，c1，c1約為47pf左右。2.2.4顯示電路的設(shè)計(jì)顯示數(shù)據(jù)由單片機(jī)串口輸出，因此必須有由移位寄存器來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)中采用74ls164移位寄存器來實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)。由于采用靜態(tài)顯示方法，為了減輕單片機(jī)的負(fù)載，選用共陽型的led數(shù)碼管顯示，并且在每個(gè)數(shù)碼管的共陽極接一個(gè)保護(hù)電阻來保護(hù)電路。圖2.4 顯示電路圖2.2.5d/a轉(zhuǎn)換器連接電路和運(yùn)算放大電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的信號(hào)幅度為-5v+5v，所以兩片d/a的輸出均采用雙極性電壓輸出，采用的運(yùn)算放大器選用的是lf356，電路圖如圖2.5所示：第二片d/a轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后作為第一片d/a轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓，這樣就可以達(dá)到控制輸出幅度的作用。圖2.5 輸出電路圖此電路的電壓特性是：輸出v=（b-128）。2.3 單片機(jī)簡(jiǎn)介at89c51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4kb快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的8位cmos微控制器，使用高密度、非易丟失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與80c51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的flash存儲(chǔ)器允許在線編程或采用通用的非易丟失存儲(chǔ)編程器重復(fù)編程。at89c51將具有多種功能的8位cpu與flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一個(gè)芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又價(jià)格適宜的方案，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于8751。1. 89c51的性能及特點(diǎn)89c51的主要性能包括： 與msc51微控制器產(chǎn)品系列兼容。 片內(nèi)有4kb可在線重復(fù)編程的快閃擦寫存儲(chǔ)器。 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入/擦除1000次。 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年。 寬工作電壓范圍：vcc可為2.7v6v。 全靜態(tài)工作：可從0hz至16hz。 程序存儲(chǔ)器具有3級(jí)加密保護(hù)。 1288位內(nèi)部ram。 32條可編程i/o線。 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級(jí)。 可編程雙工串行通道。 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。2. 片內(nèi)快閃存儲(chǔ)器由于eeprom具有在線改寫，并在掉電后仍能保存數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可為用戶的特殊應(yīng)用提供便利。但是，擦除和寫入對(duì)于要求數(shù)據(jù)高速吞吐的應(yīng)用還顯得時(shí)間過長，這是eeprom芯片的主要性能缺陷。表2.1給出了幾種典型eeprom芯片的主要性能特點(diǎn)。由表2.1可見，所列各種芯片的字節(jié)擦除時(shí)間和寫入時(shí)間基本上為10ms，這樣長的時(shí)間對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用是不能接受的。因此，為了將存儲(chǔ)器集成到微控制器芯片內(nèi)，設(shè)法縮短此類存儲(chǔ)器的擦除和寫入時(shí)間是一個(gè)首要問題。片內(nèi)快閃存儲(chǔ)器的概念就是在這種背景下提出來的。表2.1幾種典型eeprom芯片主要性能型號(hào)28162816a28172817a去數(shù)時(shí)間/ms250200/250250200/250擦/寫電壓/v215215字節(jié)擦除時(shí)間/ms109151010寫入時(shí)間/ms1091510103. 89c51的基本組成在89c51芯片上，集中了微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，它包括： 一個(gè)8位微處理器。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram，用于存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 片內(nèi)快閃存儲(chǔ)器eeprom，用于存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 四個(gè)8位并行i/o接口。 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 一個(gè)全雙工uart的串行i/o口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩器頻率為24mhz。4. 89c51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和一般微處理器相比，89c51增加了四個(gè)8位i/o口，一個(gè)串行口，4kb fperom，128b ram，很多工作寄存器及特殊功能寄存器。各部分的功能如下。(1) 中央處理單元cpu是89c51的核心，是計(jì)算機(jī)的控制和指揮中心，由運(yùn)算器和控制器兩個(gè)部分電路組成。 運(yùn)算器運(yùn)算器包括一個(gè)可進(jìn)行8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元alu，8位的暫存器1、暫存器2，8位的累加器acc，寄存器b和程序狀態(tài)寄存器psw等。alu：可對(duì)4位、8位和16位數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，能做例如加、減、乘、除、bcd數(shù)十進(jìn)制調(diào)整及比較等算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、求補(bǔ)碼及循環(huán)移位等邏輯操作。acc：累加器acc經(jīng)常作為一個(gè)運(yùn)算數(shù)暫存器2進(jìn)入alu的輸入端，與另一個(gè)來自寄存器1的運(yùn)算數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果又送回acc。在指令中用助記符a來表示。psw：程序狀態(tài)字寄存器，8位，用于指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，相當(dāng)于一般微處理器的標(biāo)志寄存器。psw中各位狀態(tài)供程序查詢和判別用。b：8位寄存器，在乘、除運(yùn)算時(shí)它用來存放一個(gè)操作數(shù)和運(yùn)算后的一部分結(jié)果；不做乘、 除運(yùn)算時(shí)，作通用寄存器使用。 控制器控制器包括程序計(jì)數(shù)器pc、指令寄存器ir、指令譯碼器id、振蕩器及定時(shí)電路等。程序計(jì)數(shù)器pc：由兩個(gè)8位的計(jì)數(shù)器pch及pcl組成，共16位。pc實(shí)際上是程序的字節(jié)地址計(jì)數(shù)器，pc中的內(nèi)容是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。改變pc的內(nèi)容就可以改變程序執(zhí)行的方向。指令寄存器ir及指令譯碼器id：由pc中的內(nèi)容指定rom地址，取出來的指令經(jīng)指令寄存器ir送至指令譯碼器id，由id對(duì)指令譯碼并送pla產(chǎn)生一定序列的控制信號(hào)，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。振蕩器及定時(shí)電路：89c51單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容，其頻率范圍為1.2mhz12mhz。該脈沖信號(hào)作為89c51工作的基本節(jié)拍及時(shí)間的最小單位。(2) 存儲(chǔ)器89c51的存儲(chǔ)器有片內(nèi)外之分。片內(nèi)存儲(chǔ)器集成在芯片內(nèi)部；片外存儲(chǔ)器又稱外部存儲(chǔ)器。片內(nèi)和片外存儲(chǔ)器中，又有rom和ram之分。 rom存儲(chǔ)器89c51片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量為4kb，地址從0000h開始，用于存放程序和表格常數(shù)。 ram存儲(chǔ)器89c51的ram存儲(chǔ)器有片內(nèi)外之分：片內(nèi)ram共128b，地址范圍為00h7fh；片外ram共64kb，地址范圍為0000hffffh。為了指示是到片內(nèi)ram尋址還是到片外ram尋址，89c51的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的數(shù)據(jù)傳送指令符。 特殊功能寄存器sfrcpu訪問片內(nèi)rom指令用mov，訪問片外ram指令用movx。片內(nèi)ram共128b，分為工作寄存器區(qū)、位尋址和便簽區(qū)。1工作寄存器區(qū)這32個(gè)ram單元共分四組，每組占8個(gè)ram單元，分別用代號(hào)r0r7表示。r0r7可以指向四組中任一組，由psw中rs1、rs2的狀態(tài)決定。2位尋址區(qū)這16個(gè)ram單元具有雙功能。它們既可以像普通ram單元一樣按字節(jié)存取，也可以對(duì)每個(gè)ram單元中的任何一位單獨(dú)存取，就是位尋址。3便簽區(qū)便簽區(qū)共有80個(gè)ram單元，用于存放用戶數(shù)據(jù)或作堆棧區(qū)使用。89c51對(duì)便簽區(qū)中每個(gè)ram單元是按字節(jié)存取的。在21個(gè)sfr寄存器中，用戶可通過直接尋址指令對(duì)它們進(jìn)行字節(jié)存取，也可以對(duì)acc、b、psw等11個(gè)寄存器進(jìn)行位尋址。(3) i/o端口i/o端口又稱為i/o接口，是89c51對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，它們都是雙向端口。每個(gè)端門各有8條i/o線，均可輸入/輸出?？梢园裪/o口當(dāng)作一般特殊功能寄存器來尋址。圖2.6 at89c51單片機(jī)引腳圖5. 89c51的引腳及其功能at89c51采用了40管腳雙列直插封裝形式。其引腳分為電源引腳、輸入/輸出端口引腳、控制信號(hào)引腳和時(shí)鐘電路引腳這四類。其引腳如圖2.6所示: 電源引腳vcc：為+5v供電電壓引腳。 gnd：為接地引腳。 i/o端口引腳89c51共有四個(gè)并行i/o端口，每個(gè)端口有8個(gè)端口線，用于傳送數(shù)據(jù)/地址。由于每個(gè)端口的結(jié)構(gòu)不相同，因此它們?cè)诠δ芎陀猛旧系牟顒e很大。p0口：p0口共有8個(gè)引腳，其中p0.7為最高位，p0.0為最低位。這8條引腳有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同情況。第一種情況是89c51不帶片外存儲(chǔ)器，p0口可以作為通用i/o口使用，p0.0p0.7用于傳送cpu的輸入/輸出數(shù)據(jù)。這時(shí)，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89c51帶片外存儲(chǔ)器，p0.0p0.7在cpu訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送cpu對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。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，其緩沖器可接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高電平，用作輸入；被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流。p2口：p2口的第一功能和p0口的第一功能相同，即它可以作為通用i/o口使用。它的第二功能和p0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但并不能像p0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。p3口：作輸入/輸出時(shí)同p1口。p3口也可作為89c51的一些特殊功能口。如表2.2所示： 控制信號(hào)引腳rst：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。它可以使89c51處于復(fù)位工作狀態(tài)。復(fù)位后，89c51的四個(gè)端口p0、p1、p2、p3為全高，即它們的值均為ffh。ale/prog：地址鎖存允許/編程端。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩頻率的1/6。因此，它可用作外部輸出的脈沖。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在外部程序存儲(chǔ)器取址期間，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)。/ea/vpp：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/編程電壓輸入端。 時(shí)鐘電路引腳xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。若采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。表2.2 p3口第二功能p3口第二功能注 釋p3.0rxd串行數(shù)據(jù)接收口p3.1txd串行數(shù)據(jù)發(fā)送口p3.2into外部中斷0輸入p3.3int1外部中斷1輸入p3.4t0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入p3.5t1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入p3.6wr外部ram寫選通信號(hào)p3.7rd外部ram讀選通信號(hào)6. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器89c51內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，命名為t0和t1。t0由兩個(gè)8位寄存器tho和tlo拼裝而成，其中tho為高8位，tlo為低8位。t1也和t0類同。tho、tlo、th1和tl1均為特殊功能寄存器中的一個(gè)，用戶可以通過指令對(duì)它們存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。t0和t1的最大計(jì)數(shù)值為65535，即需要65535個(gè)脈沖才能把它們從全“0”變?yōu)槿?”。下面介紹定時(shí)器的控制。定時(shí)器共有兩個(gè)控制字，由軟件寫入tmod和tcon兩個(gè)8位寄存器，用來設(shè)置t0、t1的操作模式和控制功能。當(dāng)89c51系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，兩個(gè)寄存器所有位都被清零。 工作模式寄存器tmodtmod用于控制t0和t1的工作模式，其各位的定義格式如表2.3所示。表2.3 工作模式寄存器tmod的位定義tmod d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0gatec/tm1m0gatec/tm1m0其中低四位用于t0，高四位用于t1。以下介紹各位的功能。m1和m0：操作模式控制位。兩位可形成四種編碼，對(duì)應(yīng)于四種操作模式，見表2.4。表2.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式m1 m0工作模式功能描述0 0模式013位計(jì)數(shù)器0 1模式116位計(jì)數(shù)器1 0模式2自動(dòng)再裝入8位計(jì)數(shù)器1 1模式3定時(shí)器0:分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器c/t：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器方式選擇位。c/t=0，設(shè)置為定時(shí)方式。定時(shí)器計(jì)數(shù)89c51片內(nèi)脈沖，亦即對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)。c/t=1，設(shè)置為計(jì)數(shù)方式。gate：門控位。gate=0時(shí)，只要用軟件使tro置1就可以啟動(dòng)定時(shí)器，而不管into的電平是高還是低。gate=1時(shí)，只有into引腳為高電平且由軟件使tro置1時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。 控制寄存器tcon定時(shí)器控制寄存器tcon除可用于字節(jié)尋址外，各位還可位尋址。各位的定義格式如下表所式：表2.5 控制寄存器tcon的位定義tcon8fh8eh8dh8ch8bh8ah89h88h(88h)tr1tf0tf0tr0ie1it1ie0it0tf1：t1溢出標(biāo)志位。當(dāng)t1溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)使tf置“1”，并且申請(qǐng)中斷。響應(yīng)中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，tf1又被硬件自動(dòng)清0。tf1也可被軟件清0。tf0：t0溢出標(biāo)志位。其功能和操作情況同tf1。tr1：t1運(yùn)行控制位?？赏ㄟ^軟件置1或清0啟動(dòng)或關(guān)閉t1。在程序中用指令“setb tr1”使tr1位置1，定時(shí)器t1便開始計(jì)數(shù)。tro：t0運(yùn)行控制位。其功能和操作情況同tr1。ie1、it1、ie0、it0：外部中斷請(qǐng)求及請(qǐng)求方式控制位。2.4 其它芯片簡(jiǎn)介2.4.1 dac0832功能簡(jiǎn)介1、芯片簡(jiǎn)介d/a轉(zhuǎn)換器的功能在于把對(duì)其輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成與此數(shù)值成正比的模擬電壓或電流。dac0832是以cmos工藝制造的8位d/a轉(zhuǎn)換芯片，價(jià)格低廉，接口簡(jiǎn)單，在單片機(jī)制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。dac0832主要由兩個(gè)8位寄存器和一個(gè)8位d/a轉(zhuǎn)換器組成。其運(yùn)作原理可從它的20個(gè)引腳之功能中領(lǐng)略到。d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入引腳，d7為最高位。ile：輸入數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。cs：芯片選擇信號(hào)，輸入，低電平有效。wr1：輸入鎖存器的寫選通信號(hào)，輸入，低電平有效。從上述三信號(hào)的邏輯關(guān)系中可以看出，當(dāng)ile為高電平，cs和wr1均為低電平時(shí)，輸入鎖存器的鎖存允許信號(hào)ie1將為高電平。此時(shí)輸入鎖存器的內(nèi)容根據(jù)輸入數(shù)據(jù)變化，但當(dāng)le1由于三輸入信號(hào)的變化而跳變成低電平時(shí)，則來自d0d7的輸入數(shù)據(jù)被鎖定在輸入鎖存器中。wr2：寄存器的寫選通信號(hào)，輸入，低電平有效。xfer：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)，輸入，低電平有效。若wr2和xfer兩信號(hào)均為低電平，則dac寄存器的鎖存信號(hào)le2為高電平，此時(shí)輸入鎖存器的輸入數(shù)據(jù)被傳送至dac寄存器中；但當(dāng)le2因上述兩信號(hào)的變化而跳變成低電平時(shí)，第二級(jí)，即dac寄存器中的數(shù)據(jù)被鎖定。d/a轉(zhuǎn)換器隨時(shí)對(duì)dac寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換。vref：基準(zhǔn)電壓（可為-10v+10v）輸入引腳?；鶞?zhǔn)電壓決定d/a轉(zhuǎn)換器輸出電壓的范圍：若vref接+10v，則輸出電壓范圍為0-10v；若接-5v，則輸出電壓為+5v0v。rfb:內(nèi)部反饋電阻對(duì)外引腳，用以輸入來自片外運(yùn)算放大器的反饋信號(hào)。iout1和iout2：電流輸出引腳。dac0832屬電流輸出型，且兩輸出電流之和為常數(shù)。欲得到與輸入數(shù)字量成正比的電壓輸出，必須外接運(yùn)算放大器，把此兩引腳輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓形式。對(duì)于這類d/a轉(zhuǎn)換器，通常以電流建立時(shí)間來表示其轉(zhuǎn)換速度。所謂電流建立時(shí)間，系指輸入數(shù)字量由全0變成1時(shí)，輸出電流自初始值達(dá)到滿量程lsb/2所需要的時(shí)間。本芯片的電流建立時(shí)間為1s。vcc：供電電源引腳，可接+5v+10v電壓。dgnd：數(shù)字量地，即vcc、數(shù)據(jù)、地址及控制信號(hào)的0電平輸入引腳。agnd：模擬量地，即vref及模擬電壓的地線。 2、與mcs51單片機(jī)的接口從前面對(duì)dac0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)的講述中得知，其前級(jí)輸入鎖存器和dac寄存器可允許數(shù)據(jù)進(jìn)入其中，亦可鎖定數(shù)據(jù)，拒絕新數(shù)據(jù)進(jìn)入。這拒絕于內(nèi)部信號(hào)le1和le2各自受外部信號(hào)控制的情況。據(jù)此我們可歸納出三點(diǎn)：?jiǎn)尉彌_方式：le2和le1受控于同一組外部信號(hào)，兩級(jí)積存器同時(shí)鎖存數(shù)據(jù)。雙緩沖方式：le2和le1分別受不同信號(hào)控制，兩級(jí)寄存器先后接收數(shù)據(jù)。直通方式：le1和le2均恒為1，外來數(shù)據(jù)直接通過前兩級(jí)到達(dá)d/a轉(zhuǎn)換器。2.4.274ls164簡(jiǎn)介雙列直插式74ls164引腳定義：qaqh為并行輸出的數(shù)據(jù)，單片機(jī)串口輸出的數(shù)據(jù)從ab輸入；clr信號(hào)用于清除輸出數(shù)據(jù)（通常用在移位完成時(shí)）；內(nèi)部數(shù)據(jù)移位依靠時(shí)鐘clk信號(hào)上升沿（由單片機(jī)tx提供）控制。2.4.3 led數(shù)碼管簡(jiǎn)介欲顯示十進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)字及某些其他簡(jiǎn)單字符，可選用七段led顯示器。ag七段及十進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)dp均為一發(fā)光二極管。若系共陽結(jié)構(gòu)，則它們的陽極為一公共點(diǎn)，接電源正極。八只發(fā)光二極管的陰極互相獨(dú)立，哪一段陰極接地，哪一段即發(fā)光，陰極也接高電平者便成暗狀。如果是共陰結(jié)構(gòu)，那么陰極公共點(diǎn)接地，各陽極獨(dú)立，接高電平者發(fā)光，陽極接地者呈暗狀。根據(jù)以上討論可知，欲在一個(gè)led顯示器上顯示某特定字符，必須向某公共點(diǎn)及各段施加正確的電壓。對(duì)公共點(diǎn)的施壓操作稱為位選；對(duì)各段的操作為段選。段選碼亦稱字形碼。2.5 本章小結(jié)本章主要介紹了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的的硬件解決方案。文中對(duì)各部分電路進(jìn)行了細(xì)致的論證。介紹了主要應(yīng)用的集成芯片的使用方法和基本資料。第3章 軟件部分的設(shè)計(jì)3.1 軟件總體流程軟件是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂。如果沒有軟件，整個(gè)系統(tǒng)就是一個(gè)空殼。本設(shè)計(jì)中軟件分為初始化模塊、顯示模塊、鍵盤掃描模塊、鍵值處理模塊和波形產(chǎn)生模塊。整個(gè)軟件的流程圖如圖3.1：圖3.1 整體軟件流程圖3.2 各部分軟件設(shè)計(jì)3.2.1 初始化模塊的設(shè)計(jì)初始化模塊的作用是將用戶需要的內(nèi)存單元清0，清除系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的影響。之后在顯示電路中顯示全0，對(duì)以后的觀察數(shù)據(jù)輸入情況有很大幫助。本設(shè)計(jì)中主要用到了30h到50h的內(nèi)存空間。因此，此部分主要對(duì)這部分單元清0，并且將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指針置數(shù)。具體程序如下：org 0000hajmp start org 0050hstart: acall firsta ;調(diào)用初始化main: acall keysca;調(diào)用鍵盤掃描acallkeyred;調(diào)用讀鍵值acallkeypc;調(diào)用鍵值處理acall display;調(diào)用顯示ajmp main ;出錯(cuò)處理ajmp startfirsta:mov r0, #30h;初始化mov r1, #20h;30h50h循環(huán)清零clloop:mov r0, #00h;(r1為個(gè)數(shù)指針)inc r0djnz r1, clloopmov weicod, #43h acall displayret3.2.2 顯示模塊的設(shè)計(jì)顯示模塊的作用是讓用戶了解系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)情況?？梢耘袛嗍欠裼姓`操作。本設(shè)計(jì)中共顯示5位，有波形、幅度和頻率。由于采用的輸出方式為串行輸出方式和靜態(tài)led顯示，最先輸出的數(shù)據(jù)將距離串行口越遠(yuǎn)，所以在輸出時(shí)可以按用戶需要從高地址開始輸出，提高可視化。設(shè)計(jì)中將輸入數(shù)據(jù)存放在40h到44h的地址空間，所以只要按順序?qū)⑺鼈円来嗡偷酱锌谳敵黾纯?。程序如下：display:mov scon,#00hmov r1,#05h ;顯示五位mov r0, #44h mov dptr, #distabloop: mov a, r0 movc a, a+dptr mov sbuf, a ；cpu自動(dòng)開始發(fā)送wait: jnb ti, wait clr ti dec r0 djnz r1, loop retdistab:db 03h,9fh,25h,0dh,99h ;01234db 49h,41h,1fh,01,09h ;567893.2.3 鍵盤掃描程序的設(shè)計(jì)鍵盤掃描程序的作用是從鍵盤獲取按鍵信息，根據(jù)按鍵信息來執(zhí)行命令操作。這部分是用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作的唯一途徑。這部分程序的正確編寫是確保人機(jī)正常對(duì)話的前提保證。鍵盤掃描程序流程圖如圖3.2所示：圖3.2 鍵盤掃描流程圖鍵盤全掃描的作用是判斷是否有按鍵按下。其方法是先在p1口輸出0f0h，再從p1口讀數(shù)據(jù)，若高四位不全為1的話，則說明有按鍵按下。由于采用的按鍵是機(jī)械按鍵，會(huì)有一定的抖動(dòng)，一般抖動(dòng)持續(xù)510ms，影響判斷。為了消除干擾，在判斷有按鍵按下后要調(diào)用延時(shí)程序消除抖動(dòng)，然后再判斷是否有按鍵按下。鍵盤逐行掃描的作用是在已經(jīng)判斷有鍵按下之后確定鍵值。其方法是使p1的行線依次為0，其余各位均為1，然后讀p1口，保存行字，屏蔽掉低四位，如果高四為不全為1，則本行有按鍵按下。保存列字，再與行字組合，取反后就得到按鍵的特征值。最后用查表的方法就可以得到鍵值。3.2.4 鍵值處理的程序設(shè)計(jì)鍵值處理的作用是按照鍵值來選擇命令操作，以達(dá)到操作的目的。鍵值處理是否合理，直接影響人機(jī)對(duì)話的順利進(jìn)行。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中一共只有16個(gè)按鍵，所以首先要判斷鍵值是否合法，若鍵值大于16則視為非法，返回主程序。判斷鍵值合法后還要判斷按鍵是功能鍵還是數(shù)字鍵，之后再選擇相應(yīng)的操作。數(shù)字鍵處理程序：由于本設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化程序，要求必須首先選擇波形，當(dāng)波形未設(shè)置時(shí)，數(shù)字鍵是無效的，必須返回。所以本段程序要首先判斷波形位是否已經(jīng)設(shè)定。若數(shù)字鍵合法，就按照輸入的先后順序?qū)㈡I值送入規(guī)定的地址單元。當(dāng)5位數(shù)據(jù)送滿之后，系統(tǒng)雖然掃描鍵盤，但對(duì)數(shù)字鍵只做放棄處理。功能鍵處理程序：功能鍵包括三個(gè)波形按鍵、一個(gè)清除鍵和一個(gè)確認(rèn)鍵。波形鍵按下時(shí)，將向波形存儲(chǔ)單元送入相應(yīng)的數(shù)值。正弦波為1，三角波為2，方波為3。清除鍵的作用是對(duì)用戶所用的地址單元清0，以便重新輸入鍵值。確認(rèn)鍵的作用比較關(guān)鍵。一旦確認(rèn)鍵按下，則系統(tǒng)不再進(jìn)行鍵盤掃描，而是按照輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)是幅度和頻率選擇處理，然后進(jìn)入相應(yīng)的波形輸出程序。由于設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，用途也只是使用于一般場(chǎng)合，所以系統(tǒng)中沒有采用中斷的方法來改變系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)開始輸出信號(hào)之后，相當(dāng)于系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)不斷輸出信號(hào)的死循環(huán)程序。用戶只能通過復(fù)位鍵才能停止系統(tǒng)并重新操作。這樣大大簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，但并不影響系統(tǒng)的性能。對(duì)于這種不太復(fù)雜的系統(tǒng)，采用這種簡(jiǎn)單的程序操作是十分有利的。頻率的處理是系統(tǒng)信號(hào)可調(diào)性的一個(gè)關(guān)鍵。由于系統(tǒng)的時(shí)鐘和采樣密度的限制，本設(shè)計(jì)在頻率點(diǎn)的選擇上并沒有均等地設(shè)定頻率點(diǎn)。而是選擇10hz、20hz100hz、200hz800hz。根據(jù)這一特性，采用列表的方法將這些頻率點(diǎn)依次列出，并且在最前面加上0頻率的值。然后在查表處理的時(shí)候先判斷頻率百位是否為0，如果百位不為0，則將百位的數(shù)據(jù)加9，再進(jìn)行查表。如果百位為0，則直接用其數(shù)據(jù)作為變址查表。具體程序如下：frcy: mov a, 42h ;取頻率 cjne a, #00h, hund2 ;看百位是否為0 mov a, 41h mov dptr, #frctab rl a mov r0, a movc a, a+dptr inc r0 mov r6, a mov a, r0 movc a, a+dptr mov r5, a lcall fdclyhund2: mov dptr, #frctab ;百位有數(shù)據(jù) mov a, 42h add a, #9 rl a mov r0, a movc a, a+dptr inc r0 mov r6, a mov a, r0 movc a, a+dptr mov r5, a lcall fdclyfrctab:db 00h,00h,0fah,93h,0fdh,4ah,0feh,31hdb 0feh,0a5h,0feh,0eah,0ffh,19hdb 0ffh,3ah,0ffh,52h,0ffh,66h,0ffh,75h db 0ffh,0bbh,0ffh,0d2h,0ffh,0ddhdb 0ffh,0e4h,0ffh,0e9h,0ffh,0ech,0ffh,0efh;10-800hz,三角波和正弦波17個(gè)頻率點(diǎn)計(jì)數(shù)初值對(duì)于這種頻率間隔較大的列表采用了這種查詢方法，如果對(duì)于密集的頻率點(diǎn)就要采用比較復(fù)雜的查詢方法。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，重在討論實(shí)現(xiàn)參數(shù)可調(diào)的信號(hào)輸出的方法，所以在細(xì)節(jié)方面略有欠缺。只要在此基礎(chǔ)上調(diào)整一些細(xì)節(jié)程序便可以增多頻率點(diǎn)。3.2.5 波形產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)波形產(chǎn)生模塊是設(shè)計(jì)是否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)要求輸出三種波形，其精度如何，關(guān)鍵都在于波形產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)的合理性。本設(shè)計(jì)中采用的是用單片機(jī)產(chǎn)生信號(hào)，而單片機(jī)只能產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，無論是信號(hào)頻率還是信號(hào)幅度都是離散的點(diǎn)，所以采用按照控制要求查表輸出的方法來輸出信號(hào)。其中方波的產(chǎn)生方法比較簡(jiǎn)單只要定時(shí)地向外輸出0ffh和00h即可。正弦波和三角波的產(chǎn)生原理比較相近，在此以正弦波產(chǎn)生方法為例加以介紹。正弦波的產(chǎn)生是通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)正弦波進(jìn)行采樣輸出而得到的，采樣間隔越小，正弦波的輸出精度就越高，失真度越小。本設(shè)計(jì)中為了提高信號(hào)的精度，對(duì)信號(hào)的四分之一周期采樣19個(gè)點(diǎn)。每隔一定的時(shí)間間隔送出一個(gè)幅度值，幅度值可以用查表的方法得到。信號(hào)的頻率可以用控制每兩個(gè)輸出的時(shí)間間隔來完成。這部分控制是由定時(shí)計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的。向計(jì)數(shù)器裝入計(jì)數(shù)初值，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)就表示時(shí)間到，查表輸出下一個(gè)數(shù)。各個(gè)頻率點(diǎn)的計(jì)數(shù)初值是人工計(jì)算列表，在用程序查表得到的。這一部分程序是在確認(rèn)鍵處理中進(jìn)行的。由于所計(jì)算的時(shí)間間隔是一個(gè)理論值，在實(shí)際中會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的傳輸延時(shí)而使頻率略微偏離所設(shè)計(jì)的頻率點(diǎn)。同樣的，點(diǎn)的輸出是靠程序?qū)崿F(xiàn)的，而程序指令的執(zhí)行也是需要一定的機(jī)器周期的，而且不同的指令執(zhí)行需要的機(jī)器周期是不同的，所以在頻率控制這一方面很難達(dá)到十分精準(zhǔn)，只能盡量降低誤差。正弦波的軟件流程圖如圖3.3。3.3 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的軟件解決方案，詳細(xì)給出了對(duì)課題的理解和解決思路。對(duì)整體軟件進(jìn)行了分模塊闡述，對(duì)大部分內(nèi)容附加了流程圖加以詳解。 圖3.3 正弦波產(chǎn)生流程圖第4章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安裝與調(diào)試。設(shè)計(jì)是最終要投入實(shí)際應(yīng)用的，因此，整個(gè)設(shè)計(jì)的安裝、調(diào)試便是設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件焊接和軟件調(diào)試。硬件焊接是整個(gè)調(diào)試的基礎(chǔ)，而軟件調(diào)試又是系統(tǒng)是否正常工作的核心內(nèi)容。因此，這兩部分調(diào)試要按照嚴(yán)格的順序，并要有嚴(yán)格認(rèn)真的態(tài)度來對(duì)待。4.2 系統(tǒng)的各部分調(diào)試4.2.1 系統(tǒng)的硬件調(diào)試硬件的調(diào)試要從硬件電路焊接開始，硬件電路的焊接也是整個(gè)調(diào)試過程的基礎(chǔ)。在硬件焊接之前，我們仔細(xì)檢查了根據(jù)自己的電路圖所需要的各個(gè)元件，核對(duì)其型號(hào)和數(shù)值，以免出現(xiàn)錯(cuò)焊的現(xiàn)象。在檢查之后，盡量按照電路模塊擺放各元件，使電路美觀，并且為各部分留出充裕的空間，這樣會(huì)為電路的調(diào)試和檢查電路提供很大的方便。在這些準(zhǔn)備工作做好后，開始焊接電路。焊接的時(shí)候是一部分一部分的焊上去，焊完之后要仔細(xì)檢查電路的焊接情況，用萬用表檢查電路是否有短路現(xiàn)象，尤其是電源和地之間的短路現(xiàn)象，如果短路現(xiàn)象沒有被發(fā)現(xiàn)的話，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的非正常工作，甚至是系統(tǒng)崩潰。檢查無誤后，可以用偉福仿真器來將相應(yīng)的程序部分在電路上進(jìn)行仿真，這樣可以檢查電路的工作情況，也是分級(jí)調(diào)試的重要方法。在整個(gè)電路焊接完成后，首先測(cè)量系統(tǒng)的整體內(nèi)阻，一個(gè)正常的系統(tǒng)都會(huì)有一定的內(nèi)阻，如果內(nèi)阻為0，則必須立即找到短路點(diǎn)，否則將導(dǎo)致電源的損壞。硬件的檢查還要將一些元件通電測(cè)試，看其是否工作正常。例如：電路焊接好后，要將單片機(jī)插在插座上，通電，然后用示波器看其晶體振蕩器兩端是否有方波產(chǎn)生。如果出現(xiàn)方波，則表示晶體振蕩器完好。之后還要測(cè)量單片機(jī)的30引腳，看它是否也會(huì)輸出方波，并且其輸出頻率是晶體振蕩器的1/6。這些工作都是保證單片機(jī)能夠正常工作的前提。4.2.2 系統(tǒng)的軟件調(diào)試系統(tǒng)的軟件相當(dāng)于系統(tǒng)的內(nèi)臟，軟件的正確編寫是系統(tǒng)能否按要求工作的前提。由于對(duì)軟件知識(shí)的缺乏，對(duì)最初的軟件調(diào)試出現(xiàn)了很多困難。在對(duì)程序指令及運(yùn)行時(shí)序的了解之后，程序完成的比較順利。在軟件編寫的開始，我先畫了軟件的流程圖，然后按照程序流程圖來編寫相應(yīng)的子程序，使程序易于理解和更正。程序的編寫要層次分明，盡量減少復(fù)雜多變的跳轉(zhuǎn)指令，因?yàn)榘殡S著跳轉(zhuǎn)指令的增加，系統(tǒng)執(zhí)行指令的時(shí)序常常出現(xiàn)錯(cuò)亂，并且經(jīng)常出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。在發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題之后，盡量運(yùn)用一些可重復(fù)調(diào)用的子程序，盡量避免程序的錯(cuò)亂。最先進(jìn)行調(diào)試的模塊是鍵盤模塊。在這部分調(diào)試中，用仿真器仿真，在計(jì)算機(jī)中可以很明了的看到系統(tǒng)的內(nèi)存單元是否按照要求存入按鍵的相應(yīng)信息，如果沒有檢測(cè)到任何信息，說明硬件部分沒有響應(yīng)，一定出現(xiàn)了電路故障，通過這樣的檢查可以反復(fù)檢測(cè)系統(tǒng)。由于有了計(jì)算機(jī)的幫助，在仿真調(diào)試的時(shí)候可以了解到系統(tǒng)每執(zhí)行完一條指令后的狀態(tài)，程序運(yùn)行的步驟，也更加了解了程序。這對(duì)今后的編程都有很大的幫助。在顯示模塊的調(diào)試中，首先測(cè)量數(shù)碼管是否有壞段，確認(rèn)數(shù)碼管不亮的地方不是由軟件及其他電路引起的故障。然后用仿真器仿真，觀察顯示是否正常。開始時(shí)，進(jìn)行單步仿真，可以清楚的看到顯示的移位，如果沒有正常的移位的話，則是時(shí)鐘信號(hào)或移位寄存器的連接有問題。在實(shí)際的調(diào)試中，由于電路沒什么大的問題，這部分電路調(diào)試比較順利。單片機(jī)與d/a的轉(zhuǎn)化、波形產(chǎn)生部分的程序調(diào)試比較復(fù)雜。這部分的仿真調(diào)試主要是查看波形產(chǎn)生程序的工作是否正常，還有監(jiān)視數(shù)據(jù)輸出端口，也就是p0口是數(shù)據(jù)是否變化。對(duì)兩片d/a的選通信號(hào)也是重要的監(jiān)視對(duì)象。4.3 在調(diào)試過程中遇到的問題在鍵盤的調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)第三列的鍵都不能被系統(tǒng)檢測(cè)。而通過單片機(jī)的行線和列線的連通情況看卻沒有問題。用萬用表測(cè)量按鍵的連接也沒有問題，最后發(fā)現(xiàn)與vcc連接的上拉電阻短路，這表明無論這一列鍵是否有按下，p1.6口始終為高電平，所以系統(tǒng)無法識(shí)別。找到原因后就開始找短路點(diǎn)，電路連線并不多，但卻沒有發(fā)現(xiàn)焊接造成的短路，但故障原因不會(huì)錯(cuò)，最終，發(fā)現(xiàn)是萬用板本身有兩個(gè)不該連的點(diǎn)連上了，導(dǎo)致了電路的短路。在把連接點(diǎn)斷開后，一切正常。故障得到了解決。在顯示電路的調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能接收數(shù)據(jù)。首先用萬用表檢查移位寄存器的各管腳的電壓，發(fā)現(xiàn)8、9管腳總是相等，測(cè)量電阻則顯示短路。發(fā)現(xiàn)這一問題后立即查找短路點(diǎn)，結(jié)果還是一個(gè)板子上的短路，而非人為短路。解決這一問題后一切正常。通過對(duì)這兩個(gè)故障的排查，總結(jié)出電路短路是調(diào)試中的最大問題，所以在今后的調(diào)試中都要仔細(xì)排查這一問題。在波形產(chǎn)生模塊的調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)d/a始終無法接收的數(shù)據(jù)。用仿真器單步仿真的過程中發(fā)現(xiàn)p0口根本沒有變化。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，仔細(xì)檢查了軟件的編寫。問題出在沒有向p0口送數(shù)據(jù)，原來的程序指令是向d/a的地址里送數(shù)據(jù)，這種方法我也是第一次使用，結(jié)果不能實(shí)現(xiàn)。在此情況下我更改了指令，直接向p0口送數(shù)據(jù)，結(jié)果p0口開始按要求傳送數(shù)據(jù)，故障解決。由此問題我學(xué)到了關(guān)于編程的解決問題，指令也許沒有錯(cuò)，但是在特定的功能上有些指令是不能替代的，也必須多加調(diào)試才能解決。調(diào)試的過程中，當(dāng)信號(hào)不能正常輸出時(shí)，很難判斷問題出在哪里。這個(gè)時(shí)候，將軟件仿真暫停，然后可以用萬用表測(cè)量由單片機(jī)輸出給d/a轉(zhuǎn)換器各位的電平，也可以測(cè)量d/a轉(zhuǎn)換器的輸出管腳，看輸出的電平是否符合理論要求。用這種方法可以檢測(cè)到具體是哪個(gè)電路出了問題，是檢查電路的一個(gè)好方法。在實(shí)際接收波形信號(hào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)頻率總是和要求有一定差距。分析其原因是計(jì)數(shù)器的定