基于單片機的波形發(fā)生器設(shè)計

1、沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）I基于單片機的波形發(fā)生器設(shè)計基于單片機的波形發(fā)生器設(shè)計沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）II摘摘 要要各種各樣的信號是通信領(lǐng)域的重要組成部分，其中正弦波、三角波和方波等是較為常見的信號。在科學(xué)研究及教學(xué)實驗中常常需要這幾種信號的發(fā)生裝置。為了實驗、研究方便，研制一種靈活適用、功能齊全、使用方便的信號源是十分必要的。本文介紹的是利用 AT89C51 單片機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件 DAC0832 產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號源，其信號幅度和頻率都是可以按要求控制的。文中簡要介紹了DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，AT89C51 的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計電路有關(guān)的各種

2、芯片。根據(jù)對畢業(yè)生設(shè)計的要求，文中著重介紹了利用單片機控制 D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程。信號頻率幅度也按要求可調(diào)。本次產(chǎn)生不同低頻信號的信號源的設(shè)計方案，不僅在理論和實踐上都能滿足實驗的要求，而且具有很強的可行性。該信號源的特點是：體積小、價格低廉、性能穩(wěn)定、實現(xiàn)方便、功能齊全。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：信號源；單片機；DAC0832沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）III目目 錄錄第 1 章 緒 論.11.1 課題背景 .11.2 波形發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀.11.3 波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢.21.4 本文研究的主要內(nèi)容.21.5 論文內(nèi)容及安排 .3第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計.42.1 概

3、述 .42.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案 .52.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 .6第 3 章 波形發(fā)生器硬件設(shè)計.83.1 波形產(chǎn)生電路的設(shè)計.83.1.1 D/A 轉(zhuǎn)換器.83.1.2 D/A 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo).83.1.3 DAC0832 轉(zhuǎn)換器 .93.2 單片機的選擇 .103.2.1 單片機及其外圍電路的設(shè)計.103.2.2 復(fù)位電路.133.2.3 時鐘電路.143.3 鍵盤輸入電路設(shè)計 .153.4 顯示電路的設(shè)計 .163.5 顯示驅(qū)動的設(shè)計 .173.6 運算放大器的設(shè)計 .18第 4 章 波形發(fā)生器軟件設(shè)計.204.1 波形產(chǎn)生模塊的設(shè)計.204.1.1 方波產(chǎn)生設(shè)計.214.1.2

4、 三角波產(chǎn)生設(shè)計.224.1.3 鋸齒波產(chǎn)生設(shè)計.244.1.4 正弦波產(chǎn)生設(shè)計.254.2 幅值及頻率的控制 .26第 5 章 系統(tǒng)抗干擾措施.275.1 形成干擾的基本要素.27沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）IV5.2 提高單片機系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段.27第 6 章 系統(tǒng)調(diào)試故障及原因分析.296.1 硬件調(diào)試 .296.2 軟件調(diào)試 .306.3 波形發(fā)生器的系統(tǒng)聯(lián)調(diào).30結(jié) 論.31社會經(jīng)濟效益分析.32致 謝.33參考文獻(xiàn).34附錄 單片機的波形發(fā)生器硬件電路原理圖.35附錄 基于單片機的波形發(fā)生器程序.37附錄 波形發(fā)生器元器件清單.52沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-0-

5、第第 1 章章 緒緒 論論1.1 課課題題背背景景波形發(fā)生器是一種廣泛應(yīng)用于電子電路、自動控制和科學(xué)試驗等領(lǐng)域的信號源。比如電參量的測量、雷達(dá)、通信、電子對抗與電子系統(tǒng)、宇航和遙控遙測技術(shù)等等，從某種意義上說高質(zhì)量信號源更是實現(xiàn)高性能指針的關(guān)鍵，很多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能都直接依賴于所用信號源的性能，因此高質(zhì)量信號源被人們喻為眾多電子系統(tǒng)的“心臟” 。隨著通信、雷達(dá)、的不斷發(fā)展，對信號源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出頻率的個數(shù)以及信號波形的形狀提出越來越多的要求。為了提高信號源輸出頻率穩(wěn)定度，可以采用晶體振蕩器等方法來解決。為了滿足頻率個數(shù)多的要求，可以采用頻率合成技術(shù)，即通過對頻率

6、進(jìn)行加、減、乘、除的運算，可從一個高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源，產(chǎn)生大量的具有同一穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的不同頻率。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器只能產(chǎn)生一些常規(guī)的信號如正弦波、方波、脈沖波、三角波等。隨著科學(xué)實驗研究的需求的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的波形發(fā)生器在一些特定的場合已經(jīng)不能滿足要求，因為在許多應(yīng)用研究領(lǐng)域中,不但需要一些規(guī)則的信號,而且還需要一些不規(guī)則的信號用于系統(tǒng)特性的研究。如電鍍電源對于鍍層影響、電子設(shè)備的性能指針測試、及對系統(tǒng)中各種瞬變波形和電子設(shè)備中出現(xiàn)的各種干擾的模擬等研究中，就需要能提供一些非常規(guī)的測試信號以至于任意波形信號的信號源，即能產(chǎn)生現(xiàn)場所需要波形的任意波形發(fā)生器(Arbitrarry Wa

7、veformGenerator,AWG)。對任意波形發(fā)生器的研制開發(fā)我國起步晚，技術(shù)大大落后于國外先進(jìn)技術(shù)。因此，開發(fā)高性價比的任意波形發(fā)生器是迫在眉睫，對發(fā)展我國電子行業(yè)有著非常重大的意義，具有廣泛的應(yīng)用前景，與國外同類產(chǎn)品保持在性價比上的優(yōu)勢，可打破國外的技術(shù)壟斷和封鎖。1.2 波波形形發(fā)發(fā)生生器器的的發(fā)發(fā)展展現(xiàn)現(xiàn)狀狀任意波形發(fā)生器是在 1975 年開發(fā)成功的，從此，信號發(fā)生器產(chǎn)品增加了一個新品種。在任意波形發(fā)生器作為測量用信號激勵源進(jìn)入市場之前，為了產(chǎn)生非正弦波信號，已使用函數(shù)發(fā)生器提供三角波、斜波、方波和余弦波等幾種特殊波形。聲音沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-1-和振動分析需要復(fù)雜

8、調(diào)制的信號源，以便仿真真實的信號，只有借助任意波形發(fā)生器，例如醫(yī)療儀器測試往往需要心電波形，任意波形發(fā)生器很容易產(chǎn)生各種非標(biāo)準(zhǔn)的振動信號。 早期的任意波形發(fā)生器主要著重音頻頻段，現(xiàn)在的任意波形發(fā)生器已擴展到射頻頻段，它與數(shù)字示波器（DSO）密切配合，只要數(shù)字示波器捕獲的信號，任意波形發(fā)生器就能復(fù)制出同樣的波形。在電路構(gòu)成上，數(shù)字示波器是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，任意波形發(fā)生器是數(shù)字/模擬的逆轉(zhuǎn)換，目前任意波形發(fā)生器的帶寬達(dá)到 2GHz，足夠仿真許多移動通信、衛(wèi)星電視的復(fù)雜信號。任意波形發(fā)生器在原理上可仿真任意波形，只要數(shù)字示波器或其它記錄儀捕捉到的波形，任意波形發(fā)生器都可復(fù)制出，特別有用的是仿真單次偶發(fā)

9、的信號，例如地震波形、汽車碰撞波形等等。1.3 波波形形發(fā)發(fā)生生器器的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢任意波形發(fā)生器的發(fā)展趨勢是更高取樣率，更高分辨率和更大存儲量，目前實時帶寬超過 1GHz 的產(chǎn)品比較少，而且分辨率只有 8 位，不能滿足快速發(fā)展的移動通信和高速網(wǎng)絡(luò)的測量要求。與數(shù)字存儲示波器相比，任意波形發(fā)生器的全面指標(biāo)存在明顯差距，前者的取樣率達(dá)到 20GS/s 和帶寬 6GHz，后者的取樣率是 4.8GS/s和帶寬 2GHz。任意波形發(fā)生器首先要趕上數(shù)字存儲示波器，然后再往前發(fā)展，因為在電路構(gòu)成方面，任意波形發(fā)生器的核心部件是高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，它的工藝潛力還很大，顯然缺少的是市場需求。1.4 本本文文

10、研研究究的的主主要要內(nèi)內(nèi)容容單片機是實現(xiàn)各種控制策略和算法的載體。波形發(fā)生器采用單片機技術(shù)，通過軟件設(shè)計和硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、斜波等幅值可調(diào)的信號。信號頻率，可通過鍵盤輸入，并顯示。要求產(chǎn)生的數(shù)字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單方便，人機接口友好，成本低，適合于實驗室教學(xué)與實驗使用。設(shè)計要求：（1）能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等 4 種周期性波形。（2）用鍵盤輸入可生成正弦波的基波及各次諧波單獨的波形，也可生成基波和各次諧波線形組合的波形。（3）輸出波形的頻率可以通過鍵盤輸入進(jìn)行粗調(diào)。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-2-（4）輸出波形幅度范圍可通過可變電阻

11、任意調(diào)整。（5）具有顯示輸出波形類型、及其粗調(diào)頻率和幅度的功能。1.5 論論文文內(nèi)內(nèi)容容及及安安排排本文對基于單片機的波形發(fā)生器的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，共分五章。第 1 章簡要介紹了整個課題的研究背景、目的、意義及整個任務(wù)的要求安排；第 2 章是針對此次課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，尤其重要的點明了動態(tài)部分相應(yīng)的處理方案，及其優(yōu)劣取舍，之后還包含了硬件方案和軟件方案分析；第 3 章具體介紹了的硬件設(shè)計，包括單片機的選擇，放大電路，積分電路，鍵盤，顯示電路的設(shè)計；第 4 章闡述了波形發(fā)生器的軟件設(shè)計，包括波形產(chǎn)生子程序，鍵盤處理子程序，顯示子程序的設(shè)計。第 5 章是針對硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整機聯(lián)調(diào)的結(jié)

12、果進(jìn)行了具體的分析和說明。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-3-第第 2 章章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 概概述述波形發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件(如低頻信號函數(shù)發(fā)生器 S101 全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊 8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由 51 單片機算與 DAC0832 共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。本文介紹的是利用 AT89C51 單片機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件 DAC083

13、2 產(chǎn)生所需不同信號的低頻信號源，其信號幅度和頻率都是可以按要求控制的。文中簡要介紹了DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，AT89C51 的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計電路有關(guān)的各種芯片。根據(jù)對畢業(yè)設(shè)計的要求，文中著重介紹了如何利用單片機控制D/A 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號的硬件電路和軟件編程。信號頻率幅度也按要求可調(diào)。產(chǎn)生鋸齒波、正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法。由比較器和積分

14、器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由積分電路來完成。積分電路具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是當(dāng)采用直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。通過鍵盤可以進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)，對頻率能夠進(jìn)行增大和減小的設(shè)置。本設(shè)計以方波為核心積分出不同的波形，波形采用同步輸出的方式，用示波器有選擇的分別進(jìn)行顯示。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-4-2.2 系系統(tǒng)統(tǒng)硬硬件件設(shè)設(shè)計計方方案案圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖 2.1 所示為系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，主要

15、分為幾個部分：單片機、波形產(chǎn)生電路、鍵盤電路、LED 顯示電路、積分電路。1. 電壓放大電路DAC0832 的輸出電壓比較小。因此，要將該電壓信號在示波器中顯示出來，需要有一個放大器將此電信號放大到所需范圍之內(nèi)。由于放大電路的增益是可調(diào)的，故運用運算放大電路能將電壓信號放大到所要求的范圍。2. 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路由于模擬量更容易通過儀器進(jìn)行觀察，所以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量。本設(shè)計采用 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，更精確的進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。3. 單片機單片機作為一個接收、處理、輸出信號的儀器裝置，將單片機與 LED 顯示連接成一個有機的整體。其主要是完成數(shù)據(jù)處理，并通過與之有關(guān)的軟件來實

16、現(xiàn)軟件的編程使顯示值與稱重值對應(yīng)。因此，此部分是整個設(shè)計最重要的組成部分。4. LED 顯示電路根據(jù)本次設(shè)計的要求，需要使波形的頻率通過 LED 進(jìn)行顯示。如果波形頻率在設(shè)定范圍內(nèi)，則通過 4 位 LED 來進(jìn)行顯示。5. 復(fù)位電路89C51 的復(fù)位輸入引腳 RST（即 RESET）為 89C51 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。在 89C51 工作后，只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片單片機74HC595LEDDAC0832LM741復(fù)位電路鍵盤積分電路沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-5-機

17、內(nèi)部則初始復(fù)位。只要 RST 保持高電平，則 89C51 循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng) RST 由高電平變成低電平以后，89C51 才從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。2.3 系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件設(shè)設(shè)計計方方案案如果硬件是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，那軟件就是整個設(shè)計的靈魂所在，它可以使儀器的主要功能得以實現(xiàn)。而在軟件設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計是使用最廣泛的，用模塊化設(shè)計的思想進(jìn)行程序設(shè)計。根據(jù)這一原則和畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，本課題的軟件主要包括：波形產(chǎn)生子程序，鍵盤處理子程序，LED 顯示子程序幾大部分。各程序以模塊形式，獨立成章，運行過程中可以調(diào)用執(zhí)行，整個波形發(fā)生器的軟件流程圖如圖 2.3 所示。 開始初始化波形產(chǎn)生子

18、程序鍵盤處理子程序LED 顯示子程序結(jié)束圖 2.2 軟件原理流程框圖1.鍵盤處理子程序鍵盤處理子程序主要是采用中斷系統(tǒng)的方式進(jìn)行按鍵的掃描，判斷按鍵是否按下。通過延時子程序?qū)Π存I的抖動進(jìn)行消除。2.波形產(chǎn)生子程序主要是通過調(diào)用單片機內(nèi)的方波子程序，同時通過程序?qū)?DAC0832 芯片的地址進(jìn)行設(shè)定，從而進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生波形。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-6-3. LED 顯示子程序顯示子程序的任務(wù)是將測量結(jié)果送顯示器顯示，通過對 LED 顯示子程序的編譯、鏈接、調(diào)試等操作實現(xiàn)對所測得的物體質(zhì)量進(jìn)行顯示，它是人機對話的組成部分之一。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-7-第第 3 章章 波形發(fā)

19、生器硬件設(shè)計波形發(fā)生器硬件設(shè)計3.1 波波形形產(chǎn)產(chǎn)生生電電路路的的設(shè)設(shè)計計本設(shè)計主要是通過 AT89C51 和 DAC0832 組成的 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出方波，經(jīng)積分電路后產(chǎn)生波形。并通過鍵盤進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)，用 4 位 LED 進(jìn)行頻率的顯示。3.1.1 D/AD/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A 轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出的是模擬量。轉(zhuǎn)換過程是先將 MCS-51 送到 D/A 轉(zhuǎn)換器的各位二進(jìn)制數(shù)，按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬分量，然后再以疊法把各模擬分量相加，其和就是 D/A 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。D/A 轉(zhuǎn)換器有兩種輸出形式，一種是電壓輸出形式，即給 D/A 轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，而輸出為電壓。另一

20、種是電流輸出形式，即輸出為電流。在實際應(yīng)用中，對于電流輸出的 D/A 轉(zhuǎn)換器，如需要模擬電壓輸出，可在其輸出端加一個由運算放大器構(gòu)成的 I-V 轉(zhuǎn)換電路，將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。由于 D/A 轉(zhuǎn)換時需要一定時間的，在這段時間內(nèi) D/A 轉(zhuǎn)換器輸入端的數(shù)字量應(yīng)保持穩(wěn)定，為此應(yīng)當(dāng)在 D/A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端前面設(shè)置鎖存器，以提供數(shù)據(jù)鎖存功能。根據(jù)轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)是否帶有鎖存器，可以把 DAC 分為內(nèi)部無鎖存器的和內(nèi)部有鎖存器的兩類。3.1.2 D/A 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率當(dāng)輸入的數(shù)字信號發(fā)生單位數(shù)碼變化，即最低位產(chǎn)生一次變化，所對應(yīng)的輸出模擬量的變化量即為分辨率。在實

21、際應(yīng)用中，更常用的方法是用輸入的數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率。如 8 位二進(jìn)制的 D/A 轉(zhuǎn)換器，常簡稱為分辨率為 8 位。2.精度如果不考慮 D/A 的轉(zhuǎn)換誤差，D/A 轉(zhuǎn)換的精度為其分辨率的大小。因此，要獲得一定的精度的 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果，首要的條件是選擇有足夠分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)然 D/A 轉(zhuǎn)換的精度不僅與 D/A 轉(zhuǎn)換器的本身有關(guān)，也于外電路以及電源有關(guān)。影響轉(zhuǎn)換精度的主要誤差因素有失調(diào)誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差等。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-8-3.建立時間建立時間是描述 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換速度，其值為從輸入數(shù)字量到輸出達(dá)到終值誤

22、差（1/2）LSB（最低有效位）時所需的時間。輸出形式為電流的轉(zhuǎn)換時間較短，而輸出形式為電壓的轉(zhuǎn)換器，由于要加上 IV 轉(zhuǎn)換的運算放大器的延遲時間，因此建立時間要長一些?？焖俚?D/A 轉(zhuǎn)換器的建立時間可達(dá) 1 秒以下。3.1.3 DAC0832 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832 由 8 位輸入寄存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器及邏輯控制單元等功能部件所組成。其中，8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器是核心部件，它的內(nèi)部采用了 256級的倒 R2R 電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由電流開關(guān)電路控制基準(zhǔn)電壓 VREF，提供電阻網(wǎng)絡(luò)的電流來進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，因此轉(zhuǎn)換速度較快。兩級寄存器可以進(jìn)一步提高 D/A 轉(zhuǎn)

23、換器的速度，這是因為在 8 位 DAC 寄存器輸出的同時，8 位輸入寄存器可以接收新的數(shù)據(jù)。DAC0832 采用 R-2RT 型電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由二級緩沖寄存器（實為鎖存器）和D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路組成。圖 3.1 為 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1 腳為輸入寄存器選擇信號，低電平有效。2 腳為輸入寄存器寫選通信號，低電平有效。17 腳為數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效。18 腳為 DAC 寄存器的寫選通信號，低電平有效。19 腳為輸入鎖存允許信號，高電平有效。DI0DI7 為 8 位數(shù)字輸入端，DI0 為最低端，DI7 為最高端。11 腳為 DAC電流輸出端 1，為數(shù)字輸入端邏輯電平為 1

24、的各位輸出電流之和，DAC 寄存器內(nèi)容隨輸入端代碼線性變化，DAC 寄存器的內(nèi)容為全 1 時 Iout1 最大，全為 0 時 Iout1 最小。12 腳為電流輸出端 2，Iout2 等于常數(shù)減去 Iout1，即 Iout1+Iout2=常數(shù)。此常數(shù)對應(yīng)于一固定基準(zhǔn)電壓的滿量程電流。8 腳為基準(zhǔn)電源輸入端。Vref 一般在-1010V 范圍內(nèi)，由外電路提供。20 腳為邏輯電源輸入端，取值范圍為+5+15V，+15V 最佳。3 腳為模擬地，為芯片模擬電路接地點。10 腳為數(shù)字地，為芯片數(shù)字電路接地點。Rfb 為回饋電阻，制作在芯片內(nèi)部，用作 DAC 提供輸出電壓的運放的回饋電阻。在使用時，如環(huán)境電

25、磁干擾不嚴(yán)重的情況下模擬地可與數(shù)字地相連。否則應(yīng)分別走線，在保護地點匯合，一點接地。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-9- 圖 3.1 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）數(shù)字輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通數(shù)字輸入。（2）與所有通用微處理器可直接接口。（3）滿足 TTL 電平規(guī)范的邏輯輸入。（4）分辨率為 8 位，滿刻度誤差1LSB，建立時間為 1s，功耗 20mW。（5）電壓輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器。3.2 單單片片機機的的選選擇擇現(xiàn)在市場上的單片機種類繁多，功能各異。我們通過比較和分析，采用 51 系列單片機中的 AT89C51 單片機，該單片機功能強大，滿足設(shè)計者的需求。3.2

26、.1 單片機及其外圍電路的設(shè)計單片機及其外圍電路的設(shè)計追溯單片機的歷史，8 位單片機是 80 年代以來工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。市場上常用的 8 位單片機有 Intel 公司的 MCS-51 系列，日本松下公司的 MN6800 系列等。其中，MCS-51 由于單片機應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強，價格低等特點，很容易形成產(chǎn)品而更受青睞。然而作為本系統(tǒng)的核心組件，選擇哪一型號的 MCS-51 系列單片機是關(guān)鍵的問題。8031 單片機片內(nèi)不帶程序內(nèi)存 ROM，使用時需外接程序內(nèi)存和一片邏輯電路74LS373，外接的程序內(nèi)存多為 EPROM 的 2764 系列。用戶若想對寫入到 EPROM 中

27、的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-10-入到外接程序內(nèi)存的程序代碼沒什么保密性可言。8051 單片機片內(nèi)有 4KROM，無須外接內(nèi)存和 74LS373，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是編的程序無法燒寫到其 ROM 中，只有將程序交芯片廠代為改寫，并是一次性的，今后都不能改寫其內(nèi)容。8751 單片機與 8051 單片機基本一樣，但 8751 單片機片內(nèi)有 4K 的 EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C的 EPROM 中進(jìn)行現(xiàn)場實驗與應(yīng)用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線照射一定時間擦除后再捎寫。89C51 單片機為 E

28、PROM 型，在實際電路中可以直接互換 8051 單片機或 8751單片機，不但和 8051 單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序內(nèi)存是FLASH 工藝的。 89C51 是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計，由美國公司生產(chǎn)八位單片機 。它是一種低功耗高性能的具有 8K 字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序 ROM 的八位CMOS 單片機。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術(shù)制造并且與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51 單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。綜上所述，從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89C51 比較合適的。本系統(tǒng)采用 CPU 為 89C51 的單片微機，89C51 本身帶有 4K

29、的內(nèi)存儲器，其管腳如圖 3.2 所示。下面介紹 89C51 的主要管腳功能如下：VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；XTAL1（19）和 XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器；P0 口（32-39）：雙向 I/O 口，既可作低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通 I/O 口；P1 口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用 I/O 口；P2 口（21-28）：既可作高 8 位地址總線，也可作普通 I/O 口；P3 口（10-17）：多用途埠，既可作普通 I/O 口，也可按每位定義的第二功能操作；RST（9）：復(fù)位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內(nèi)部和外部程序

30、內(nèi)存選擇線。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-11-圖 3.2 89C51 管腳圖CPU 可包括運算部件，控制器，程序狀態(tài)字，B 寄存器，累加器 Acc（或 A） ，位處理器等。運算部件由算術(shù)邏輯單元、累加器、暫存寄存器、標(biāo)志寄存器、十進(jìn)制調(diào)整單元組成。它的功能是進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算。它不但對 8 位變量進(jìn)行邏輯：“與” 、“或” 、 “異或” 、循環(huán)、取補、清零等基本操作，還可以進(jìn)行算術(shù)的加、減、乘、除操作。功能很強的位操作是一般微型計算機標(biāo)準(zhǔn) ALU 所不具備的，它可以對位變量進(jìn)行置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與” ， “或”等操作。對半字節(jié)（4 位）和雙字節(jié)（16 位）類型數(shù)據(jù)也可進(jìn)行

31、操作。Acc 為累加寄存器。但是，對累加器操作指令中累加器的助記簡寫為 A。MCS-51 指令系統(tǒng)中大部分單操作指令的操作數(shù)取自累加器 A，雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自累加器 A。B 寄存器用于除法和乘法操作。除法指令中，被除數(shù)取自 A，除數(shù)取自 B，商數(shù)存放在 A 中而余數(shù)存放在 B 中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取 A 和 B，其積則存放在 AB 寄存器對中。對于其它指令，B 寄存器作為緩存器使用。程序存貯器用于存放編好的程序表格和常數(shù)。程序狀態(tài)字寄存器 PSW 是一個 8位的寄存器，它包含了程序狀態(tài)信息。PSW 用于指示指令寄存狀態(tài)供程序查詢和判別之用。其中被定義的有七位，定義格式如表 3

32、.1 所示：表 3.1 PSW 的格式沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-12-CyAcF0RS1RS0OVF1PPSW 寄存器具有位元元組地址和位地址，即每一個標(biāo)志位都有一個地址，可方便地對其中某一位進(jìn)行操作。AT89C51 是一種低功耗，高性能的片內(nèi)含有 4KB 快閃可編程/擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8 位 COMS 微控制器，使用高密度，非易失存儲技術(shù)制造，并且與 80C51 引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的 FPEROM 允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對內(nèi)存重復(fù)編程。 將具有

33、多種功能的 8 位 CPU 與 FPEROM 結(jié)合在一個芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又便宜的方案，其性能價格比遠(yuǎn)高于 8751。由于片內(nèi)帶EPROM 的 87C51 價格偏高，而片內(nèi)帶 FPEROM 的 89C51 價格低且與 INTEL80C51兼容，這就顯示出了 89C51 的優(yōu)越性。 AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失內(nèi)存制造技術(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 和閃爍內(nèi)存組合在單個芯片中，ATM

34、EL的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C51 是它的一種精簡版本。AT89C51 機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示。圖 3.3. MCS-51 單片機內(nèi)部機構(gòu)框圖3.2.2 復(fù)位電路復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作，只要給 RESET 引腳加上 2 個機器周期以上的高電平信號，就可以使 MCS-51 單片機復(fù)位。復(fù)位的主要功能是把 PC 初始化為 0000H使 MCS-51 單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-13-當(dāng)由程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為

35、擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵重新啟動。此外，復(fù)位操作對寄存器也有影響。MCS-51 片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)見圖 3.4。復(fù)位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種，本次設(shè)計采用按鈕電平復(fù)位方式。其電路如圖3.5 所示。復(fù)位后，P0 到 P3 并行 I/O 口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF寄存器狀態(tài)不確定。 3.2.3 時鐘電路時鐘電路MCS-51 單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實

36、現(xiàn)，MCS-51 單片機應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格的按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。其電路如圖 3.6 和 3.7 所示。MCS-51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為芯片引腳 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自

37、激振蕩器。外部時鐘電路是使用外部振蕩脈沖信號，常用于 MCS-51 單片機同時工作，以便于同步。當(dāng)使用內(nèi)振蕩圖 3.4 MCS-51 的片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)RST 片內(nèi)復(fù)位電阻斯密特觸發(fā)器復(fù)位電路+5VCRST MCS-51單片機1k+5V200圖 3.5 按鍵電平復(fù)位電路沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-14-器時，XTAL1 和 XTAL2 引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其它芯片提供時鐘，但需要加驅(qū)動能力，因此本次設(shè)計采用內(nèi)部時鐘電路。3.3 鍵鍵盤盤輸輸入入電電路路設(shè)設(shè)計計鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手段。在鍵閉合測試，檢查是否有鍵閉合去抖動。當(dāng)測

38、試到有鍵閉合后，需進(jìn)行去抖動處理。由于按鍵閉合時的機械彈性作用，按鍵閉合時不會馬上穩(wěn)定接通，按鍵斷開時也不會馬上斷開，由此在按鍵閉合與斷開的瞬間，會出現(xiàn)電壓抖動。鍵盤抖動的時間一般為 510ms，抖動現(xiàn)象會引起 CPU 對一次鍵操作進(jìn)行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤，因而必須設(shè)法消除抖動的不良后果。通過去抖動處理，可以得到按鍵閉合與斷開的穩(wěn)定狀態(tài)。去抖動的方法有硬件與軟件兩種：硬件方法是加去抖動電路，如可通過 RS 觸發(fā)器實現(xiàn)硬件去抖動；軟件方法是在第一次檢測到鍵盤按下后，執(zhí)行一段 10ms 的延遲子程序后再確認(rèn)該鍵是否確實按下，躲過抖動，待信號穩(wěn)定之后，再進(jìn)行鍵掃描。通常多采用軟件方法。按照鍵盤

39、與單片機的連接方式可分為獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤相互獨立，每個按鍵占用一根 I/O 口線，每根 I/O 口在線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它按鍵的工作狀態(tài)。這種按鍵軟件程序簡單，但占用 I/O 口線較多（一根口線只能接一個鍵） ，適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中，由于本系統(tǒng)設(shè)置的按鍵較少，因此采用的是獨立式鍵盤。其鍵盤接口如圖 3.8 所示。圖 3.7 MCS-51 外部時鐘方式的電路VssXTAL1XTAL2外部時鐘信號TTLVccMCS-51單片機圖 3.6 MCS-51 內(nèi)部時鐘方式的電路XTAL2XTAL1至內(nèi)部時鐘電路晶振12MHZMCS-51 單片機30PF30PF沈陽航空工業(yè)

40、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-15-K1K2K3單片機P2.0P2.1P2.2圖 3.8 鍵盤接口電路3.4 顯顯示示電電路路的的設(shè)設(shè)計計LED 即發(fā)光二極管，它是由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的 PN 結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)流成正比，故電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?。LED 很適于脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖工作比直流工作狀態(tài)產(chǎn)生的亮度增強 20%左右。LED 顯示器有單個、七段和點陣式等幾種類型，本次設(shè)計采用七段式 LED 數(shù)碼管。圖 3.9 為 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖。圖 3.9 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖LED 顯示器的發(fā)光管分別為 a、b、c、d、e、f、g、dp,通過八個發(fā)光段的不同組合

41、?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。LED 顯示器有共陽極和共陰極兩種。本次設(shè)中采用共陰極，共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-16-一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極接正電壓時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。正向偏置時，會產(chǎn)生大量的電子空穴，把多余的能釋放變?yōu)楣饽堋ED 顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長（約十萬小時） 、響應(yīng)速度快（小于 1S） ，顏色豐富等特點，是智能儀器最常用的顯示器。LED 的正向工作壓降一般在 1.2V-2.6V，發(fā)光工作電流在 5mA -20mA,發(fā)光強度基本上與正向電流成正比，故電路須

42、串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?。共陽極結(jié)構(gòu)如圖 3.10 所示：圖 3.10 共陽極結(jié)構(gòu)圖靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示各有利弊。靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的 CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較多，如果顯示的位數(shù)比較多，硬件的開銷、電源的功耗等問題將變得更加突出；動態(tài)顯示需要分時顯示，需要 CPU 時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感。占用的CPU 時間較多，但使用的硬件少，可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗，還可以節(jié)省線路板空間。但考慮到開銷的問題，我們選擇靜態(tài)顯示。3.5 顯顯示示驅(qū)驅(qū)動動的的設(shè)設(shè)計計本設(shè)計采用74HC595芯片作為顯示部分的驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)如圖3.

43、11所示。該芯片為16引腳，芯片內(nèi)部由數(shù)據(jù)移位元觸發(fā)器和j態(tài)輸出鎖存器組成，其中：SER為串行輸入數(shù)據(jù)，SRCUK為移位元時鐘脈沖，RCLK為鎖存時鐘脈沖，SRCLR為復(fù)位清零信號(低電平有效)，QAQH為數(shù)據(jù)輸出，Q1為向下一芯片(位)的串行數(shù)據(jù)輸出，0E為數(shù)據(jù)輸出控制信號(低電平有效)，74HC595芯片輸出電流最大值為35mA，可以直接驅(qū)動數(shù)碼管，其移位元及鎖存信號頻率高，最大值為25MHz，這2個脈沖信號都沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-17-采用上升沿觸發(fā)。為解決串傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示之間的矛盾我們采用了74HC595 作為列驅(qū)動，因為74HC595具有一個8bit的串入并

44、出的移位寄存器和一個8bit輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)而且為寄存器和輸出鎖存器的控制各自獨立這使得行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示可以同時進(jìn)行。74HC595的外形如圖3.11所示圖 3.11 74HC595 芯片引腳接內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.6 運運算算放放大大器器的的設(shè)設(shè)計計集成運算放大器是一種高放大倍數(shù)、高輸入阻抗、低輸出阻抗的直接耦合多級放大電路，具有兩個輸入端和一個輸出端，可對直流信號和交流信號進(jìn)行放大。外接負(fù)反饋電路后，輸出電壓與輸入電壓的運算關(guān)系僅取決于外接反饋網(wǎng)絡(luò)與輸UoVi入的外接阻抗，而與運算放大器本身無關(guān)。本設(shè)計采用的是 LM741 運算放大器。圖3.12 為 741 運算放大器的引腳圖。 圖 3.12

45、 LM741 引腳圖LM741 放大器引腳功能說明：1、5 為調(diào)零端 87651234LM741LM7411234567沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-18-2 為反相輸入端 3 為同相輸入端7 為電源電壓正端4 為電源電壓負(fù)端6 為輸出端LM741 放大器是透過外部的電阻搭配來調(diào)整放大的增益比，然而外部電阻值并非只要增益比相同即可任意給定。如果電阻太小，放大器與電源的負(fù)載變太大，這時可能會產(chǎn)生非線性操作，甚至出現(xiàn)更奇怪的狀況；反之，若使用過大的電阻，電阻的熱噪聲增加，這時偏壓電流造成的直流補償也會影響輸出。一般而言，741 放大器外部電阻值合理使用范圍在 1100之間，大部分的應(yīng)用則是在1

46、0100，本測試項目主要就是要了解相同增益的情形下，各種不同的電阻搭配組合對訊號放大有不同影響，希望能找出最佳的電阻使用范圍，以提供實際應(yīng)用時。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-19-第第 4 章章 波形發(fā)生器軟件設(shè)計波形發(fā)生器軟件設(shè)計4.1 波波形形產(chǎn)產(chǎn)生生模模塊塊的的設(shè)設(shè)計計本設(shè)計用定時器中斷產(chǎn)生方波，方波通過一級積分電路可以變成三角波，再積分可以成正弦波。這樣比直接用 DA 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生波形，可以達(dá)到更高的頻率，而且程序更簡單。積分運算在自控系統(tǒng)中，常用積分電路和微分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；此外，它們廣泛應(yīng)用于波形的產(chǎn)生和變換以及儀器儀表之中。其電路圖如圖 4.1 所示。-+RRCNuIu0uI

47、uciRi圖 4.1 積分電路以集成運放作為放大電路，利用電阻和電容作為回饋網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)這兩種運算電路。如圖所示的積分運算電路中，由于集成運放的同相輸入端通過 接地，根據(jù) “虛短”的原則 ， “虛地” 。根據(jù)“虛斷”的原則可得，流過電容 C的電流等于流過電阻 R 的電流 (4.1)RuRuuiiINIRc輸出電壓與電容上電壓的關(guān)系為 (4.2)cuu0而電容上電壓等于其電流的積分，故 (4.3)dtuRCdtiCuIC110在求解 t1到 t2時間段的積分值時 沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-20- (4.4) )(110021tudtuRCuttI式中 為積分起始時刻的輸出電壓，即積分運

48、算的起始值，積分的終值是)(10tut2時刻的輸出電壓。當(dāng)為常量時，Iu )()(110120tuttuRCuI(4.5)圖 4.2 為波形產(chǎn)生的系統(tǒng)軟件流程圖。圖 4.2 系統(tǒng)軟件流程圖4.1.1 方波產(chǎn)生方波產(chǎn)生設(shè)計設(shè)計方波的周期用定時器 T0 來確定，即在 T0 中設(shè)置一個初值，在初值的基礎(chǔ)上進(jìn)行計數(shù)，每隔 1計數(shù)溢出 1 次，即 TO 每隔 1產(chǎn)生一次中斷，CPU 相應(yīng)中斷后，msms在中斷服務(wù)程序中，CPU 相應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中對 P2.0 取反。T0 中斷入口地址為 000BH。為此，要做如下幾步工作。開 始初始化輸出方波波形積分產(chǎn)生各種所需波形顯示波形YNK1、K2 鍵是

49、否按下結(jié)束沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-21-機器周期=2=2，要裝入 T0 的初值為 X，則有ss610（） X16236101102500216 X65036X化為 16 進(jìn)制，即=FE0CH=1111111000001100BXX所以，T0 的初值為 TH0=0FEH，TL0=0CH（2）初始化程序設(shè)計本設(shè)計采用定時器中斷方式工作。初始化程序包括定時器初始化和中斷系統(tǒng)初始化，主要是對寄存器 IP、IE、TCON、TMOD 的相應(yīng)位進(jìn)行正確的設(shè)置，并將計數(shù)初值送入定時器中。（3）程序設(shè)計中斷服務(wù)程序除了完成要求的產(chǎn)生方波這一工作之外，還要注意將計數(shù)初值重新裝入定時器中，為下一次產(chǎn)生中斷

50、做準(zhǔn)備。主程序可以完成任何其他工作，一般情況下常常是鍵盤程序和顯示程序。圖 4.3 為在 P2.0 引腳上輸出方波。通過改變定時初值，可以改變方波的周期，從而改變方波的周期。圖 4.3 在 P2.0 引腳上輸出方波4.1.2 三角波產(chǎn)生三角波產(chǎn)生設(shè)計設(shè)計在方波發(fā)生電路中，當(dāng)滯回比較器的閾值電壓數(shù)值較小時，可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。但是，一方面這個三角波的線性度較差，另一方面帶負(fù)載后將使電路的性能產(chǎn)生變化。實際上，只要將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算電路的輸出就得到三角波電壓，如圖 4.4 所示。P2.01ms1msT=2ms沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-22-tt1o

51、uou00圖 4.4 三角波產(chǎn)生流程圖當(dāng)方波發(fā)生電路的輸出電壓時，積分運算電路的輸出電壓將線性下降；而當(dāng)Uo時，將線性上升；波形如 4.5 圖所示。Uo圖 4.5 經(jīng)積分產(chǎn)生的三角波積分成三角波開 始初始化輸出方波YNK1、K2 鍵是否按下顯示波形結(jié)束沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-23-tt01ouou04.1.3 鋸齒波產(chǎn)生鋸齒波產(chǎn)生設(shè)計設(shè)計只要將輸出的三角波再次積分，在積分運算電路的輸出就得到鋸齒波電壓。如圖 4.6 所示，為鋸齒波產(chǎn)生流程圖。圖 4.6 鋸齒波產(chǎn)生流程圖如圖 4.7 所示，三角波經(jīng)積分后產(chǎn)生鋸齒波。圖 4.7 經(jīng)積分產(chǎn)生的鋸齒波積分成鋸齒波開 始初始化輸出方波積分成三

52、角波YNK1、K2 鍵是否按下顯示波形結(jié)束沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-24-4.1.4 正弦波產(chǎn)生正弦波產(chǎn)生設(shè)計設(shè)計同理，只要將鋸齒波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算電路的輸出就得到正弦波電壓，如圖 4.8 所示。圖 4.8 正弦波產(chǎn)生流程圖N積分成正弦波開 始Y初始化積分成三角波積分成鋸齒波輸出方波K1、K2 鍵是否按下顯示波形N結(jié)束沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-25-K1K2K3單片機P2.0P2.1P2.2DAC08323296tt0ou 1ou0如圖 4.9 所示，鋸齒波經(jīng)積分后產(chǎn)生正弦波。圖 4.9 經(jīng)積分產(chǎn)生的正弦波4.2 幅幅值值及及頻頻率率的的控控制制波形的幅值

53、通過改變電阻的阻值來改變幅值，本設(shè)計采用 3296 電位器做可變電阻，即把中間的管腳和任何一端的管腳短路連接就可以接成兩個管腳的可變電阻。從而通過改變 3296 的阻值進(jìn)行幅值的調(diào)節(jié)。通過按鍵對頻率進(jìn)行控制，系統(tǒng)通過中斷程序判斷是否有鍵被按下。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn) K1 鍵被按下時，方波的頻率增加 1HZ，積分后的波形隨之增加；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn) K2鍵被按下時，方波的頻率降低 1HZ，積分后的波形隨之減小。如果連續(xù)的按鍵，則波形的頻率發(fā)生連續(xù)的變化。如圖 4.10 所示。圖 4.10 頻率及幅值調(diào)節(jié)電路圖沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-26-第第 5 章章 系統(tǒng)抗干擾措施系統(tǒng)抗干擾措施5.1 形形成成干干擾

54、擾的的基基本本要要素素影響單片機系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素主要來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾,并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構(gòu)成單片機系統(tǒng)的干擾因素,常會導(dǎo)致單片機系統(tǒng)運行失常,輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,重則會導(dǎo)致事故,造成重大經(jīng)濟損失。 形成干擾的基本要素有三個： （1）干擾源。指產(chǎn)生干擾的組件、設(shè)備或信號, 用數(shù)學(xué)語言描述如下：du/dt, di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源。（2）傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。 （3）敏感器件。指容易被干擾

55、的對象。如：A/D、 D/A 變換器,單片機,數(shù)字 IC,弱信號放大器等。 干擾的分類有好多種,通?？梢园凑赵肼暜a(chǎn)生的原因、傳導(dǎo)方式、波形特性等等進(jìn)行不同的分類。按產(chǎn)生的原因 可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。干擾的分類按波形分：可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。按傳導(dǎo)方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲。 5.2 提提高高單單片片機機系系統(tǒng)統(tǒng)抗抗干干擾擾能能力力的的主主要要手手段段 1.降低外時鐘頻率 外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達(dá)標(biāo)。在對系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一

56、。以 8051 單片機為例，最短指令周期1s 時，外時鐘是 12Mhz。而同樣速度的 motorola 單片機系統(tǒng)時鐘只需 4mhz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來，一些生產(chǎn) 8051 兼容單片機的廠商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的需求降至原來的 1/3。而 motorola 單片機在新推出的 68hc08 系列以及其 16/32 位單片機中普遍采用了內(nèi)部瑣相環(huán)技術(shù)，將外沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-27-部時鐘頻率降至 32khz，而內(nèi)部總線速度卻提高到 8mhz 乃至更高。2.低噪聲系列單片機 傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計中，在電源、地的引出上通常將其安排在對稱的兩邊。如左

57、下角是地，右下角是電源。這使得電源噪聲穿過整個硅片。改進(jìn)的技術(shù)將電源、地安排在兩個相鄰的引腳上，這樣一方面降低了穿過整個硅片的電流，一方面使外部去耦電容在 pcb 設(shè)計上更容易安排，以降低系統(tǒng)噪聲。另一個在集成電路設(shè)計上降低噪聲的例子是驅(qū)動電路的設(shè)計。一些單片機提供若干個大電流的輸出引腳，從幾十毫安到數(shù)百毫安。這些大功率的驅(qū)動電路集成到單片機內(nèi)部無疑增加了噪聲源。而跳變沿的軟化技術(shù)可消除這方面的影響，辦法是將一個大功率管做成若干個小管子的并聯(lián)，再為每個管子輸出端串上不同等效阻值的電阻。以降低 di/dt。3.時鐘監(jiān)測電路、看門狗技術(shù)與低電壓復(fù)位 監(jiān)測系統(tǒng)時鐘，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)時鐘停振時產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位信

58、號以恢復(fù)系統(tǒng)時鐘，是單片機提高系統(tǒng)可靠性的措施之一。而時鐘監(jiān)控有效與省電指令 stop 是一對矛盾。只能使用其中之一?？撮T狗技術(shù)是監(jiān)測應(yīng)用程序中的一段定時中斷服務(wù)程序的運行狀況，當(dāng)這段程序不工作時判斷為系統(tǒng)故障，從而產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。低電壓復(fù)位技術(shù)是監(jiān)測單片機電源電壓，當(dāng)電壓低于某一值時產(chǎn)生復(fù)位信號。由于單片機技術(shù)的發(fā)展，單片機本身對電源電壓范圍的要求越來越寬。電源電壓從當(dāng)初的 5v 降至 3.3v并繼續(xù)下降到 2.7v、2.2v、1.8v。在是否使用低電壓復(fù)位功能時應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況權(quán)衡一下。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-28-第第 6 章章 系統(tǒng)調(diào)試故障及原因分析系統(tǒng)調(diào)試故障及原因分析本節(jié)

59、就波形發(fā)生器的設(shè)計中遇到的故障和調(diào)試方面出現(xiàn)的問題作一概要的敘述。本畢業(yè)設(shè)計的調(diào)試分硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩大部分，并且還要進(jìn)行具體的聯(lián)調(diào)過程。本畢業(yè)設(shè)計的調(diào)試過程經(jīng)過以下幾個步驟：1 先將各個模塊單獨運行，便于調(diào)試，這也正是模塊化程序設(shè)計的優(yōu)點之一。2 合各個模塊成一個完整的程序并運行調(diào)試。3 硬件調(diào)試。4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。當(dāng)軟件，硬件分別調(diào)試通過后，將硬件中放大的輸出電壓接入DAC0832 進(jìn)行綜合調(diào)試，使 LED 上顯示的幅值和頻率與輸入的模擬信號相對應(yīng)。6.1 硬硬件件調(diào)調(diào)試試在調(diào)試硬件時，常常需要加入一些信號，以觀察電路工作是否正常。用一般的信號發(fā)生器，不但笨重，而且只發(fā)一些簡單的波形，不能滿

60、足需要。要調(diào)試串口通信程序，就要在計算機上寫好一段程序，再用線連接計算機和用戶實驗板，如果不正常，不知道是通訊線有問題還是程序有問題。所以在進(jìn)行硬件的焊接時要盡量避免虛焊，以免影響后續(xù)調(diào)試工作的進(jìn)程。硬件調(diào)試過程中容易出現(xiàn)的故障主要有兩個：1.線路錯誤在實際焊硬件電路的過程中遇到了這樣的情況。譬如，在焊完放大電路的那一部分后，進(jìn)行調(diào)試時出現(xiàn)輸入電壓可調(diào)而輸出電壓不變的情況，按照硬件電路圖拿萬用表檢查后發(fā)現(xiàn)電路板中電阻外面的線接錯了，是由于焊接時一個電阻的兩端焊在一條線上造成的；再如，由于芯片的管腳繁多，數(shù)錯了管腳的位置，同時錯誤還包括邏輯出錯、開路、短路、多線粘連等等。2.元器件失效在調(diào)試 D