基于單片機控制的智能函數(shù)信號發(fā)生器畢業(yè)設計論文（帶PCB圖）

1、基于單片機控制的函數(shù)信號發(fā)生器畢業(yè)設計論文（帶 pcb 圖） 函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器 摘要摘要 函數(shù)發(fā)生器采用 atm89s52 單片機作為控制核心，外圍采用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路 （dac0832） 、穩(wěn)壓電路（mc1403） 、運放電路（lm324） 、按鍵和 led 顯示燈電路等。 電路采用 at89s52 單片機和一片 dac0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。函 數(shù)信號發(fā)生器，它具有價格低、性能高和在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、 耗電少等特點。由于采用了 lm324 運算放大器和 mc1403 穩(wěn)壓器，使其電路更加具有 較高的穩(wěn)定性能，性能比高。此電路清晰，出現(xiàn)故障容易

2、查找錯誤，操作簡單、方便。 通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等，同時用 led 顯示燈指示 對應的波形。所產(chǎn)生的波形 vp-p范圍為 2.25 v，頻率范圍為 92.592593hz 217.3913hz,波 形準確并且平滑。本系統(tǒng)設計簡單、性能優(yōu)良，具有一定的實用性。 本設計主要應用 at89s52 作為控制核心。硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系 統(tǒng)可靠，性價比較高等特點，具有一定的使用和參考價值。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機；低頻信號；發(fā)生器；運放器；穩(wěn)壓器 基于單片機控制的函數(shù)信號發(fā)生器畢業(yè)設計論文（帶 pcb 圖） 目 錄 一、緒論一、緒論 .1 1、信號發(fā)生器現(xiàn)狀 .1 2

3、、單片機在低頻信號發(fā)生器中的應用 .1 二、系統(tǒng)設計 .2 1、系統(tǒng)方案的比較 .2 （1）選題論證 .2 （2）方案選擇 .2 2、芯片選擇模塊 .3 三、硬件電路的設計 .3 1、基本原理： .3 2、資源分配： .3 3、最小系統(tǒng)設計 .4 （1）最小單片機系統(tǒng) .4 （2）達盛平臺介紹 .8 4、各部分電路原理 .14 (1)dac0832 芯片原理.14 (2)lm324 工作原理.17 (3)mc1403 工作原理 .17 基于單片機控制的函數(shù)信號發(fā)生器畢業(yè)設計論文（帶 pcb 圖） 四、軟件設計 .18 1、主程序流程圖 .19 2、鋸齒波程序流程圖 .19 3、三角波程序流程圖

4、 .20 4、正弦波程序流程圖 .21 5、方波程序流程圖 .21 6、延時子程序流程圖 .22 五、測試結(jié)論 .22 六、致謝詞 .25 七、結(jié)束語 .25 八、參考文獻 .25 九、附錄 .26 1、元件清單 .26 2、電路原理圖 .27 3、pcb 圖 .28 4、程序清單 . 28 0 一、緒論 1、信號發(fā)生器現(xiàn)狀 波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應 用中必不可少的儀器設備之一。目前，市場上常見的波形發(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。 信號發(fā)生器作為一種常見的應用電子儀器設備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路

5、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。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復雜和體積大 等缺點。在科學研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學，地震模擬機械振動等 領(lǐng)域常常要用到低頻信號源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且 由于低頻信號源所需的 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。一旦工作需求功能有增加，則電路復 雜程度會大大增加。 2、單片機在低頻信號發(fā)生器中的應用 當今是科學技術(shù)及儀器設備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會，電

6、子技術(shù)的進步，給 人們帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機的應用正在不斷的走向深入，這必 將導致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革新。單片機構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價格 比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應用，并走入家庭，從洗 衣機、微波爐到音響汽車，處處可見其應用。因此，單片機技術(shù)開發(fā)和應用水平已逐步 成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志之一。 一塊單片機芯片就是一臺計算機。由于單片機的這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在某些應用 領(lǐng)域中，它承擔了大中型計算機和通用微型計算機無法完成的一些工作。使其具有很多 顯著的優(yōu)點和特點，因此在各個領(lǐng)域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片機的特點歸納起來有 以

7、下幾個方面。 （1）具有優(yōu)異的性能價格比 單片機盡可能地把應用所需的存儲器,各種功能的 i/o 接口集成在一塊芯片內(nèi),因而 其性能很高,而價格卻相對較低廉,即性能價格比很高。 （2）集成度高、體積小、可靠性高 單片機把各種功能部件集成在一塊芯片上，因而集成度高，均為大規(guī)模或超大規(guī)模 集成電路。又內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片之間的連線，這大大提高了單片機的可靠 1 性與抗干擾能力。同時，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣 環(huán)境下工作。 （3）控制功能強 單片機體積雖小，但“五臟俱全” ，它非常適用于專門的控制用途。為了滿足工業(yè)控 制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指

8、令，i/o 口的邏輯操作指令以及位操 作指令。其邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 （4）低電壓、低功耗 單片機大量用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費類產(chǎn)品，低電壓和低功耗尤為重要。目前， 許多單片機已可在 2.2v 電壓下運行,有的已能在 1.2v 或 0.9v 下工作，功耗降至 a 級,一粒鈕扣電池就可長期使用。 利用單片機采用程序設計方法來產(chǎn)生低頻信號，其下限頻率很低。具有線路相對簡 單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強，用途廣泛等優(yōu)點，并且能夠 對波形進行細微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對電路稍加修改，調(diào)整程 序，即可完成功能升級。 這里介紹一種采用 at89

9、s52 單片機和一片 dac0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信 號發(fā)生器，它的特點是價格低、性能高，在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗 電少等。 信號發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點：較分立元件信號發(fā)生器而言，具有頻率 高，工作穩(wěn)定，容易調(diào)試等特性；較專用 dds 芯片的信號發(fā)生器而言，具有結(jié)構(gòu)簡單， 成本低等特性。 二、系統(tǒng)設計 1、系統(tǒng)方案的比較 （1）選題論證 制作低頻信號發(fā)生器可以用一片 dac0832 來實現(xiàn)，它可以分為單極性和雙極性。而 本項目選擇了單片雙極性。之所以選單片雙極性是因為其精度高，濾波好，抗干擾效果 好。 （2）方案選擇 方案一： at89s52 芯片中每一路

10、模擬輸出與 dac0832 芯片相連，構(gòu)成多個 dac0832 同步輸出電路，輸出波形穩(wěn)定，精度高，但是第二級 dac0832 輸出，發(fā)生錯誤 并且電路連接復雜。 方案二： at89s52 芯片中只有一路模擬輸出或幾路模擬信號非同步輸出，這種情況 下 2 對 dac0832 執(zhí)行一次寫操作，則把一個數(shù)據(jù)直接寫入寄存器， dac0832 的輸出模擬信號隨之對應變化。輸出波形穩(wěn)定，精度高，濾波好，抗干擾效果 好，連接簡單，性價比高。因此我們設計中采用方案二。 2 2、芯片選擇模塊 方案一：at89s52 單片機是一種高性能 8 位單片微型計算機。它把構(gòu)成計算機的中央 處理器 cpu、存儲器、寄存器

11、、i/o 接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整 的計算機。 方案二：c8051f005 單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與 at80s52 兼容 的微控制器的內(nèi)核，與 mcs-51 指令集完全兼容。除了具有標準 at80s52 的數(shù)字外設部件 之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件。 方案選擇：方案二中 c8051f005 芯片系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，不易控制，芯片成本高， 對于本系統(tǒng)而言利用率低，at89s52 芯片簡單易控制，成本低，性能穩(wěn)定故采用方案一。 三、硬件電路的設計 1、基本原理： 系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。 at89s52a/d

12、轉(zhuǎn)換 基準電壓 電源 波形指示 鍵盤電流/電壓轉(zhuǎn)換輸出 圖 1 低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖 低頻信號發(fā)生器系統(tǒng)主要由 cpu、d/a 轉(zhuǎn)換電路、基準電壓電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電 路、按鍵和波形指示電路、電源等電路組成。 其工作原理為當分別按下四個按鍵中的任一個按鍵就會分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三 角波、正弦波，并且有四個發(fā)光二極管分別作為不同的波形指示燈。 3 2、資源分配： 軟、硬件設計是設計中不可缺少的，為了滿足功能和指標的要求，資源分配如下 1晶振采用 6mhz； 2內(nèi)存分配 p1 口的 p1.0-p1.3 分別與四個按鍵連接，分別控制鋸齒波、三角波、正弦波和方波， p1.4-p1.7 與四個發(fā)光

13、二極管相連,按鍵一對應發(fā)光二極管一，依次類推，發(fā)光二極管四對 應按鍵四，實現(xiàn)輸出一個波形對應亮一個燈。 p0 口與 dac0832 的 di0-di7 數(shù)據(jù)輸入端相連。 p2 口用來控制 dac0832 的輸入寄存器選擇信號 cs、輸入寄存器寫選通信號 wr1 及 dac 寄存器寫選通信號 wr2 和數(shù)據(jù)傳送信號 xfer。 3、最小系統(tǒng)設計 （1）最小單片機系統(tǒng) at89s52 的引腳圖如圖 2 所示 圖2 at89s52引腳圖 管腳說明 低頻信號發(fā)生器采用 at89s52 單片機作為控制核心，其內(nèi)部組成包括：一個 8 位的 微處理器 cpu 及片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容

14、需要外接；片內(nèi)數(shù) 據(jù)存儲器 ram 低 128 字節(jié)，存放讀/寫數(shù)據(jù)；高 128 字節(jié)被特殊功能寄存器占用；片內(nèi) 程序存儲器 4kb rom；四個 8 位并行 i/o（輸入/輸出）接口 p3 -p0，每個口可以用作輸 入，也可以用作輸出；兩個定時/計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以 對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算 機控制；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 uart（通用異步接收發(fā)送器）的串行 i/o 口。 4 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 rst 腳兩個機器周期的高電平時間。

15、ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字 節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻率周期 輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定 時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ale 脈沖。如想禁 止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令 是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止， 置位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存

16、儲器取指期間，每個機器周期 兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen 信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh） ，不 管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當/ea 端保 持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程電 源（vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 89s52 單片機外部有 32 個端口可供用戶使用，其功能如下： 表 1 89s52

17、 并行 i/o 接口 5 p0 口：p0 口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當 p1 口的 管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定 義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時，p0 口作為原碼輸入口，當 fiash 進行校驗 時，p0 輸出原碼，此時 p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在

18、 flash 編程和校驗時，p1 口作為 第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個內(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 ttl 門電流，當 p2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此 作為輸入時，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 用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2 口輸出地址的高八位。 在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控 制信

19、號。 p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門電流。 當 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。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 6 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時器 0 外部輸入） p3.5 t1（記時器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選

20、通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 at89s52 的晶振及其連接方法 cpu 工作時都必須有一個時鐘脈沖。有兩種方式可以向 89s52 提供時鐘脈沖：一是 外部時鐘方式，即使用外部電路向 89s52 提供始終脈沖，見圖 3-(a)；二是內(nèi)部時鐘方式， 即使用晶振由 89s52 內(nèi)部電路產(chǎn)生時鐘脈沖。一般常用第二種方法，其電路見圖 3-(b)。 圖 3 89s52 的時鐘脈沖 圖 3 中：j 一般為石英晶體，其頻率由系統(tǒng)需要和器件決定，在頻率穩(wěn)定度要求不高 時也可以使用陶瓷濾波器。 c1、c2：使用石英晶體時，c1=c2=30（1

21、0）pf 使用陶瓷濾波器時，c1=c2=40（10）pf at89s52 的復位 使 cpu 開始工作的方法就是給 cpu 一個復位信號，cpu 收到復位信號后將內(nèi)部特 殊功能寄存器設置為規(guī)定值，并將程序計數(shù)器設置為“0000h”。復位信號結(jié)束后，cpu 從 程序存儲器“0000h”處開始執(zhí)行程序。89s52 為高電平復位，一般有 3 種復位方法。 上電復位。接通電源時 手動復位。設置一個復位按鈕，當操作者按下按鈕時產(chǎn)生一個復位信號。 自動復位。設計一個復位電路，當系統(tǒng)滿足某一條件時自動產(chǎn)生一個復位信號。 圖 4 為最簡單的上電復位和手動復位方法。 7 圖 4 89s52 的復位電路 關(guān)于 c

22、pu 的復位電路應當注意，在調(diào)試單片機程序時有兩種工作方式。一是仿真器 方式，主要用于調(diào)試程序。此時程序的執(zhí)行由仿真器控制，復位電路不起作用，系統(tǒng)時 鐘也經(jīng)常設置為仿真器產(chǎn)生，此時用戶的晶振也不起作用。二是用戶方式，即脫離仿真 器的實際工作方式，用戶的時鐘振蕩電路和復位電路都必須正常工作。因此，如果系統(tǒng) 復位電路或晶振電路有故障，就會出現(xiàn)仿真器方式工作正常，而用戶方式不工作的現(xiàn)象， 這是許多初學者常遇到的問題。 芯片擦除 整個 perom 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，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 字

23、節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，at89s52 設有穩(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 停止工作。但 ram，定時器，計數(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，直到下一個硬件復位為止。 （2）達盛平臺介紹 本系統(tǒng)是在達盛的平臺eplay51cpu上設計的，單片機 at89s52 與 dac0832 的是通 過 potr a，potr b，potrc 連接起來，三個接口的定義如下所示： 89s52 8 表 2 port a 接口定義 編號編號定義定義備注備注

24、1+5v 2+5v 數(shù)字電源，無論 cpu 板，還是接口板，所有的數(shù)字電源 都來自這里或由此變換而來。 3dgnd 4dgnd 數(shù)字地，在 cpu 板上，只在電源附近通過 0 歐的電阻與 電源地相連。 5d0/io0 6d1/io1 7d2/io2 8d3/io3 9d4/io4 10d5/io5 11d6/io6 12d7/io7 13d8 14d9 15d10 16d11 17d12 18d13 19d14 20d15 總線中的雙向數(shù)據(jù)線，在 cpu 板上 要通過 16245 驅(qū)動后再與 cpu 芯片的數(shù) 據(jù)線相連，16245 要通過 rd 及由 cs0- cs7 譯碼生成總地址控制信號所

25、控制。在 設計接口板時要保證其數(shù)據(jù)線在空閑時為 高阻狀態(tài)，否則必須加接隔離電路。沒有 用到的數(shù)據(jù)線可懸空。 21a0/io8 22a1/io9 23a2/io10 24a3/io11 25a4 26a5 27a6 28a7 29a8 30a9 31a10 32a11 33a12 34a13 35a14 36a15 總線中的地址線，cpu 板輸出，在 cpu 板上要通過 16244 驅(qū)動后再與接口 引腳相連，接口板上不用時要懸空。 37cs0/io12 38cs1/io13 39cs2/io14 40cs3/io15 片選信號線，cpu 板輸出，接口板輸入， 低電平有效，設計 cpu 板時，不用

26、的引 腳要懸空。而在設計接口板時，要通過 8 選 1 開關(guān)（跳線）來選擇。 總線接口，輸入、 輸出皆為 5v ttl 電平， 芯片 電平與此不符時， 必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn) 換。 9 編號編號定義定義備注備注 41cs4 42cs5 43cs6 44cs7 在分配地址空間時，每個片選信號的 最小地址范圍應大于 256 個字節(jié)。 45/w/r/io16cpu 板輸出，接口板輸入，寫信號低有 效 46/r/d/io17cpu 板輸出，接口板輸入，讀信號低有 效 47/w/a/i/tcpu 板輸入，接口板輸出，等待請求低 有效 48rsroutcpu 板輸出，接口板輸入，復位高有效 49/r/s/t/o/u

27、/tcpu 板輸出，接口板輸入，復位低有效 5v ttl 電平 50exint0 51exint1 52exint2 53exint3 54exint4 外部中斷請求信號，5v ttl 電平，cpu 板輸入，接口板 輸出，低電平有效，在 cpu 板上，沒有用到的中斷線要優(yōu)先 使用低編號的中斷線填充，如果 cpu 是 3v 器件，必須通過 244/245 隔離。在接口板上，所有用到的中斷信號線要用 5 選 1 的開關(guān)（跳線）選擇。 55t0out/c0in/cap0 56t1out/c1in/cap1 定時器輸出/計數(shù)器輸入/捕捉脈沖輸入，5v ttl 電平，在 cpu 板上只有一路時，第二路要

28、用第一路填充，用戶板上要 通過開關(guān)相連。 57spi_nss0/bfsx0spi 片選信號 58spi_clk0/bclkx0spi 時鐘 59spi_miso0/bdr0主入從出 60spi_mosi0/bdx0 主出從入 spi 總線，5v ttl 電平，cpu 功 能引腳（主） ，在設計 cpu 板時，如果 有 spi 總線，應優(yōu)先使用這一組，沒有 用時要懸空。接口板只能做從。復用 mcbsp 信號線。 10 表 3 port b 接口定義 編號編號定義定義備注備注 1+12v 2+12v 模擬電源，所有的模擬電源都由此產(chǎn)生。 3agnd 4agnd 模擬地，在 cpu 板上的電源接口附

29、近通過 0 歐電阻與電 源地相連 5spi_nss1/bfsx1spi 片選信號 6spi_clk1/bclkx1spi 時鐘 7spi_miso1/bdr1主入從出 8spi_mosi1/bdx1主出從入 cpu 功能引腳（主） ，在 cpu 板 上，當只有一路時要懸空。在接口板 上，當 cpu 板上只有一路時也要懸空。 而且在系統(tǒng)中只允許與一路相連。復 用 mcbsp 信號線。 9iic_scliic 時鐘 10iic_sdaiic 數(shù)據(jù) cpu 功能引腳。 11uart-rxd 12uart-txd 簡易串口,cpu 功能引腳。當 cpu 只有一路時，要懸空。cpu 板上要優(yōu)先使用。 1

30、3保留 14保留 暫未定義 15aleale 信號 16bfsr0 17bclkr0 18bfsr1 19bclkr1 mcbsp 信號線 20iis_lrck/bfsx0iis 通道選擇時鐘 21iis_sdi/bdr0iis 數(shù)據(jù)輸入 22iis_sdo/bdx0iis 數(shù)據(jù)輸出 23iis_sclk/bclkx0iis 時鐘 復用 mcbsp 信號線 24iis_cdclkiis 編解碼時鐘 iis 接口，cpu 功能引 腳。不用時要懸空。 25agio0 26agio1 27agio2 28agio3 29agio4 30agio5 31agio6 32agio7 a 組 gio，cp

31、u 功能引腳或 cpu 板的擴展 io。要優(yōu)先 使用。在 cpu 板上當不足時要優(yōu)先使用低編號信號線填充。 在設計接口板時，當 io 少于 4 個時，每個 io 都要通過 4 選 1 開關(guān)（跳線）來選擇；但多于 4 個時要用 244 或 273 通過總 線擴展 io,以免與其它接口板沖突。 33bgio0 34bgio1 35bgio2 36bgio3 37bgio4 38bgio5 39bgi o6 40bgio7 b 組 gio，cpu 功能引腳或 cpu 板的擴展 io。在 cpu 板上當不足時要用 a 組相應信號線填充，順序同 a 組。在接 口板上，同 a 組。 11 編號編號定義定義

32、備注備注 41pwma0 42pwma1 43pwma2 44pwma3 cpu 的 pwm 功能輸出，在 cpu 板上，優(yōu)先布置低編號 的信號線，沒有用到的信號線要用現(xiàn)有的信號線由低到高依 次填充，在接口板上，用戶端的每一路都要通過 4 選 1 開關(guān) （跳線）選擇。 45pwmb0 46pwmb1 47pwmb2 48pwmb3 cpu 的 pwm 功能輸出，在 cpu 板上，如果信號線不足， 要用 a 組以標號由低到高填充。在接口板上的設計同 a 組。 在設計在設計 cpu 板時，如果板時，如果 cpu 的的 pwm 是分組的，且某是分組的，且某 一組的一組的 pwm 數(shù)目大于數(shù)目大于 4

33、 個時，應將個時，應將 a、b 兩組統(tǒng)一布置此組兩組統(tǒng)一布置此組 信號。信號。 49egio0 50egio1 51egio2 52egio3 53egio4 54egio5 55egio6 56egio7 57egio8 58egio9 接口板 io，由接口板擴展產(chǎn)生，cpu 板上不能占用，必 須懸空。接口板可使用。 59agnd模擬地，用以屏蔽輸入模擬信號 60aina0 61aina1 62aina2 63aina3 模擬信號，在 cpu 上為輸入，設計時要優(yōu)先 布置低編號的信號線，空閑信號線要用現(xiàn)有的信 號線由低到高依次填充。在用戶板上，做輸出時 要通過 4 選 1 開關(guān)（跳線）選擇，

34、作輸入時可直 接連接。 64ainb0 65ainb1 66ainb2 67ain7b3 模擬信號，在 cpu 上為輸入，空閑時要用 a 組信號線順序填充，在接口板上要做輸出時要 通過 4 選 1 開關(guān)（跳線）選擇，作輸入時可直接 連接。 在 pcb 布線時， 所有的模 擬輸入集 中獨立布 線，由 agnd 覆 銅。 68agnd模擬地，用以屏蔽輸入模擬信號 69-12v 70-12v 模擬電路的負電源。 12 表 4 port c 接口定義 表 5 編號編號定義定義備注備注 1vrefoutcpu 板參考電壓輸出 2vrefincpu 板參考電壓輸入 不用時要懸空。 3aout0cpu 模擬

35、信號輸出 0 4aout1cpu 模擬信號輸出 1 在 cpu 板上只有一路時，優(yōu)先使用 aout0,aout1 要懸空。 5eaout0接口板模擬信號輸出 0 6eaout1接口板模擬信號輸出 1 由接口板擴展產(chǎn)生，cpu 板上不能占 用，必須懸空。接口板可使用。 7xpon觸摸屏 x 軸 p 8ypon觸摸屏 y 軸 p 9xmon觸摸屏 x 軸 m 10ymon觸摸屏 y 軸 m 在 cpu 板上，不用時要懸空。使用時 要注意：此信號線直接由觸摸屏輸出， 判斷是否需要增加相關(guān)驅(qū)動電路。在 接口板上?？芍苯优c觸摸屏（4 線）相 連。 11r00/cap2 12r01/cap3 13r02/

36、cap4 14r03/cap5 液晶模擬電壓輸入 0 液晶模擬電壓輸入 1 液晶模擬電壓輸入 2 液晶模擬電壓輸出 3 cpu 的捕捉 輸入，接口板輸出。 15com0/vm液晶位輸出公共端 0 16com1/vframe液晶位輸出公共端 1 17com2/vline液晶位輸出公共端 2 18com3/vclk液晶位輸出公共端 3 復用點陣屏的 控制信號。 19seg0/vd0/vr0液晶段輸出 0 20seg1/vd1/vr1液晶段輸出 1 21seg2/vd2/vr2液晶段輸出 2 22seg3/vd3/vr3液晶段輸出 3 23seg4/vd4/vr4液晶段輸出 4 24seg5/vd5

37、/vg0液晶段輸出 5 25seg6/vd6/vg1液晶段輸出 6 26seg7/vd7/vg2液晶段輸出 7 27seg8/vg3液晶段輸出 8 28seg9/vg4液晶段輸出 9 29seg10/vg5液晶段輸出 10 30seg11/vb0液晶段輸出 11 31seg12/vb1液晶段輸出 12 32seg13/vb2液晶段輸出 13 33seg14/vb3液晶段輸出 14 34seg15/vb4液晶段輸出 15 復用點陣屏的 數(shù)據(jù)信號線。當 cpu 具有 tft 和 stn 兩種 lcd 控 制器時，優(yōu)先使用 tft 類型的 lcd 接口。 35seg16/sdclk 36seg17/

38、sdcmd 37seg18/sd0 38seg19/sd1 液晶段輸出 16 液晶段輸出 17 液晶段輸出 18 液晶段輸出 19 復用為 sd 卡的接 口。 cpu 上自帶 段式液晶控制器 的接口，不用時 要選懸空。 39seg20/sd2液晶段輸出 20 40seg21/sd3液晶段輸出 21 13 jtag 接口定義 注：jtag 接口的電源（vcc）要參考 cpu 芯片的技術(shù)手冊和 jtag 電纜線的要求。 4、各部分電路原理 (1)dac0832 芯片原理 管腳功能介紹（如圖 5 所示） 圖 5 dac0832 管腳圖 (1) di7di0：8 位的數(shù)據(jù)輸入端，di7為最高位。 (2

39、) iout1：模擬電流輸出端 1，當 dac 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時，輸出電流最大，當 dac 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時，輸出電流為 0。 (3) iout2：模擬電流輸出端 2， iout2與 iout1的和為一個常數(shù)，即 iout1iout2常數(shù)。 編號arm 定義dsp 定義cygnal 定義 1vcctms vcc 2gndntrstgnd 3ntrsttdignd 4gndgndtck 5tdivcctms 6gnd空tdo 7tmstdotdi 8gndgnd空 9tcktckgnd 10gndgnd空 11tdotck 12nresetgnd 13vccemu0 14gnde

40、mu1 14 (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 部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端 之間。 (5) vref：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，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)絡相連。 (6) vcc：芯片供電電壓，范圍為(+5 15)v。 (7) agnd：模擬量地，即模擬電路接地端。 (8) dgnd：數(shù)字量地。 當 wr2 和 xfer 同時有效時，8 位 da

41、c 寄存器端為高電平“1”，此時 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，當端為低電平“0” 時，第一級 8 位輸入寄存器 q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位 dac 寄存器中，以便第三級 8 位 dac 轉(zhuǎn)換器進行 d/a 轉(zhuǎn)換。 一般情況下為了簡化接口電路，可以把和直接接地，使第二級 8 位 dac 寄存器的輸 入端到輸出端直通，只有第一級 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，即把兩個寄存器都分別接成受控方式 制作低頻信號發(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。 單緩沖方式具

42、有適用于只有一路模擬信號輸出或幾路模擬信號非同步輸出的情形的 優(yōu)點，但是電路線路連接比較簡單。而雙緩沖方式適用于在需要同時輸出幾路模擬信號 的場合，每一路模擬量輸出需一片 dac0832 芯片，構(gòu)成多個 dac0832 同步輸出電路， 程序簡單化，但是電路線路連接比較復雜。根據(jù)以上分析，我們的課題選擇了單緩沖方 式使用方便，程序簡單，易操作。 工作原理 dac0832 主要由 8 位輸入寄存器、8 位 dac 寄存器、8 位 d/a 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制 電路四部分組成。8 位輸入寄存器用于存放主機送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖 和鎖存，由加以控制；8 位 dac 寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字

43、量，由加以控制；8 位 d/a 轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制 2 個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。原理框圖如圖 6 所示。 (m s b ) 7id 6id 5id 4i d 3id 2id 1id 0i d (l s b ) il e c s 1rw 2 rw x f e r 當當 l e = 1時時 , ,輸輸 出出 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 隨隨 輸輸 入入 變變 化化 。 l e 2 fer v 1tuoi 2tuoi rf b a g n d d g n d ccv dq dq dq dq 8位位 輸輸 入入 寄寄 存存 器器 8? d a c ? 8? d

44、 a c 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器 ? 3-3 d a c 0832? 當當 l e = 0時時 , ,輸輸 出出 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 被被 鎖鎖 存存 。 l e 1 15 圖 6 dac0832 的原理框圖 dac0832 與反相比例放大器相連，實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，因此輸出模擬信號的極 性與參考電壓的極性相反，數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 vout1=-vref（數(shù)字碼/256） 若 d/a 轉(zhuǎn)換器輸出為雙極性，如圖 4 所示。 iout1 iout2 vfb da c0832 u1 5 6 7 b 10 9 8 c r2=r r1=2r r3=2r r vout2 vref=(字字 字-128)/128

45、 +5v vout1 i1 i2 圖 7 d/a 轉(zhuǎn)換器雙極性輸出電路 圖 7 中，運算放大器 a2的作用是把運算放大器 a1的單向輸出電壓轉(zhuǎn)換成雙向輸出電 壓。其原理是將 a2的輸入端 通過電阻 r1與參考電壓 vref相連，vref經(jīng) r1向 a2提供 一個偏流 i1，其電流方向與 i2相反，因此運算放大器 a2的輸入電流為 i1、i2之代數(shù)和。 則 d/a 轉(zhuǎn)換器的總輸出電壓為： vout2= -(r3/r2) vout1+(r3/r1) vref 設 r1=r3=2r r2=r，則 vout2= -(2vout1+vref) dac0832 主要是用于波形的數(shù)據(jù)的傳送，是本題目電路中的

46、主要芯片。 dac0832 電路原理圖（如圖 8 所示） 16 s1 s2 s3 s4 r1 1k r2 1k r3 1k r4 1k r5 1k r6 1k r7 1k r8 1k vc c p10 p11 p12 p13 p14 p15 p16 p17 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 31 31 32

47、32 33 33 34 34 35 35 36 36 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 43 44 44 45 45 46 46 47 47 48 48 49 49 50 50 51 51 52 52 53 53 54 54 55 55 56 56 57 57 58 58 59 59 60 60 u1 porta 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23

48、24 24 25 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 31 31 32 32 33 33 34 34 35 35 36 36 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 43 44 44 45 45 46 46 47 47 48 48 49 49 50 50 51 51 52 52 53 53 54 54 55 55 56 56 57 57 58 58 59 59 60 60 61 61 62 62 63 63 64 64 65 65 66 66 67 67 68 68 69 69 70 70 u2 portb vc c d0 d

49、1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 a8 a9a10 cs0 cs1 cs2 cs3 cs4 cs5 cs6 cs7 wr p10 p11 p12 p13 p14 p15 p16 p17 +12v-12v ag ndag nd ag nd cs 1 wr 1 2 ag nd 3 d13 4 d12 5 d11 6 d10 7 vfer 8 rfb 9 gn d 10 iout1 11 iout2 12 d17 13 d16 14 d15 15 d14 16 xfer 17 wr 2 18 ile 19 vc c 20 u3 dac0832 vc c ag nd d0 d1 d2 d3 d4

50、 d5 d6 d7 cs2 cs2 wr wr rw 1k c2 0.2u + 1 2 3 411 - u4a lm324 c1 0.47u vc c r9 10k + 5 6 7 - u4b lm324 r10 20k r11 20k ag nd ag nd +12v -12v li led vc c ri 680r uo 1 2 3 45 6 7 8 u5 1403 l1 l2 l3 l4 ci1 0.1u ci2 0.1u ci3 0.1u vc c ci4 22u ci5 10u ci6 10u +12v-12v ag ndag nd ag nd ag nd (2)lm324 工作原理

51、 （管腳功能如圖 9 所示） 圖 9 lm324 管腳圖 lm324 時四運放集成電路 ，它采用 14 腳雙烈直插塑料封袋，外形如圖 1 所示。他 的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一 組運算放大器可用圖中所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“+”、 “-”為兩個信號輸 入端， “v+”、 “v-”為正、負電源端， “out”為輸出端。兩個信號輸入端中， “-”為反相輸入端， 表示運放輸出端 out 的信號與該輸入端的為相反；“+”為同相輸入端，表示運放輸出端 out 的信號與輸入端的相位相同。lm324 的引腳排列見圖 9。 由于 lm324 四

52、運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可但電源使用，價格低 廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。 在此項目中用了 lm324 的三組運放，分別置于第一級輸出，第一、二級之間，第二 級輸出。 17 (3)mc1403 工作原理 （管腳功能如圖 10 所示） 圖 10 mc1403 管腳圖 mc1403 是低壓基準芯片。一般用作 8 到 12bit 的 d/a 芯片的基準電壓等一些需要基 本精準的基準電壓的場合。 輸出電壓：2.5v+/-25mv 輸入電壓范圍：4.5vto40v 輸出電流：10ma 因為輸出是固定的，所以電路很簡單。就是 vin 接電源輸入，gnd 接地，vout 加一 個

53、0.1uf 到 1uf 的電容就可以了。vout 一般用于 8 到 12bit 的 d/a 芯片的基準電壓。 在此項目里 mc1403 起到了穩(wěn)壓的作用，它基準了 dac0832 的 8 腳需要的 2.5v。使其 dac0832 能夠正常工作。 四、軟件設計 達盛平臺有 dsp、arm、單片機等，經(jīng)過分析和我們所學知識，我們選用單片機平 臺。因為單片機技術(shù)比較成熟，開發(fā)過程可利用的資源和工具豐富，最大的優(yōu)點是價格 便宜，成本低。調(diào)試軟件采用 keil51.keiluvison 是眾多單片機應用開發(fā)軟件中優(yōu)秀軟件之 一，界面友好，易寫易操作。在調(diào)試程序中，軟件仿真功能也很強，軟件調(diào)通，再通過 編

54、程器下載到 at89s52 中，然后插到系統(tǒng)中即可獨立完成所有的控制。 軟件設計上，根據(jù)功能分了幾個模塊編程。模塊主要有：主程序模塊、鋸齒波模塊、 三角波模塊、正弦波模塊、方波模塊、延時子程序模塊等。 顯示波形模塊是利用 dac0832 的 8 位特點，把波形的數(shù)據(jù)以 8 位數(shù)據(jù)的形勢送進 cpu 中，只要一按鍵就能顯示波形。 18 1、主程序流程圖 開始 key1鍵按下了 嗎？ key3鍵按下了 嗎？ key2鍵按下了 嗎？ key4鍵按下了 嗎？ 輸出鋸齒波 輸出三角波 輸出正弦波 輸出方波 y y y y n n n n 本軟件設計過程中主要實現(xiàn)利用按鍵來控制不同波形的輸出，當按鍵 1

55、按下時，函 數(shù)發(fā)生器就輸出鋸齒波；當按鍵 2 按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出三角波；當按鍵 3 按下時， 函數(shù)發(fā)生器就輸出正弦波；當按鍵 4 按下時，函數(shù)發(fā)生器就輸出方波。通過按鍵可以以 任意循環(huán)方式輸出不同波形。 2、鋸齒波程序流程圖 開始 #00ha （a）0832輸出 （a）=f0h？a+1a 置dac0832口地址4000h n y 鋸齒波產(chǎn)生首先將 dac0832 口地址至為 4000h，然后將 00h 送入寄存器 a 中， dac0832 輸出 a 中的內(nèi)容，當 a 中的內(nèi)容等于 f0h 返回開始，當 a 中的內(nèi)容不為 0fh 時，a 中的內(nèi)容累加，從而輸出波形。 3、三角波程序流程圖

56、19 三角波產(chǎn)生 首先將 dac0832 口地址至為 4000h，通過 a 中數(shù)值的加一遞升，當 a 中的內(nèi)容為 0 時，與 0ffh 相比，相等時 a 中的內(nèi)容減一遞減，從而循環(huán)產(chǎn)生三角波。 4、正弦波程序流程圖 開始 置0832口地址000h 查表格取數(shù)送0832 +1 取表格初值r100h 正弦波波形設計通過查表指令得出。 開始 置dac0832口地址4000h （a）? 0832輸出 a+1? a a=0? a-1? a 輸入一個數(shù)字量ffh? a （a）? 0832輸出 輸入一個數(shù)字量00h? a a=0? y n n y 20 5、方波程序流程圖 方波產(chǎn)生首先將dac0832 口地

57、址至為 4000h，當 a 中的內(nèi)容為 0 時，輸出對應模擬量， 然后延時，當 a 中的內(nèi)容為 0ffh 時，同樣輸出 對應模擬量，再延時，從而得到方波。 6、延時子程序流程圖 開始 r6賦初值 r7賦初值 r7減1 r7是否為0？ r6減1 r6是否為0？ 返回 y y n n 開始 置0832口地址000h 輸出對應模擬量 00h? a 延時 h? a 輸出對應模擬量 延時 21 延時程序如下： dely: mov r7,#07h dly0: mov r6,#00h nop dly1: djnz r6,dly1 djnz r7,dly0 ret 方波的上限和下限的延時時間為：3ms s=1

58、+(1+1+2256+2)7=3612s 五、測試結(jié)論 （1）硬件板如圖 11 所示 圖 11 硬件板圖 （2）產(chǎn)生各種波形電壓輸出范圍及頻率如下： 鋸齒波：vp-p min=2.2v t=4.6msf=217.3913hz vp-p max=4.6v 22 三角波：vp-p min=2.4vt=6.2msf=161.28032hz vp-p max=5v 正弦波：vp-p min=2.8vt=9.2msf=108.69565hz vp-p max=3.4v 方波： vp-p min=2.8vt=10.8ms f=92.592593hz vp-p max=3.4v 通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒

59、波、三角波、正弦波等，同時用 led 顯示燈指示對 應的波形。所產(chǎn)生的波形 vp-p范圍為 2.25 v,頻率范圍為 92.592593hz 217.3913hz,波形準 確并且平滑。本系統(tǒng)設計簡單、性能優(yōu)良，具有一定的實用性。 （3）設計電路板及示波器測試的波形 采用型號為固緯gos620(20mhz)的示波器，測試結(jié)果如圖所示。 正弦波： 鋸齒波： 三角波： 23 方波： 六、致謝詞 畢業(yè)設計的完成和論文的完成要感謝很多人。 首先要感謝學校給我提提供了做這個系統(tǒng)的機會，感謝學校的各位領(lǐng)導和老師一直 以來對我的教導和幫助。 感謝指導老師，給我進行了很多的輔導，不僅在技術(shù)上給了我很大幫助，也在

60、系統(tǒng) 需求和設計方面給予了我很大幫助。老師的諄諄教導，使我受益匪淺。 感謝學校其他老師和同學給予的幫助和支持。 經(jīng)過近半年的鍛煉和學習,我們學到了許多書本上沒有的知識,從方案的論證、課題的選擇、 電路原理，到電路上元器件的焊接、電路的調(diào)試，程序的編寫，調(diào)試下載，一步步，我 們收獲很大。在設計中，我們力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件靈活方面的特點，滿足 系統(tǒng)設計要求。這中間，我們也遇到了許多困難，在老師的幫助下，一個個也都戰(zhàn)勝了。 24 七、結(jié)束語 經(jīng)過近半年的鍛煉和學習,我們學到了許多書本上沒有的知識,從方案的論證、課 題的選擇、電路原理，到電路上元器件的焊接、電路的調(diào)試，程序的編寫，調(diào)試下載，