毕业设计（论文）-单片机控制信号发生器.doc

2010届届 分类号 ： 单位代码：1045210452 学士学位毕业 设计 单单 片片 机机 控控 制制 信信 号号 发发 生生 器器 姓 名 学 号 年 级 2006 级级 专 业 电电子信息工程子信息工程 系（院） 信信 息息 学学 院院 指导教师 2010 年 1 月 controlled signal generator by yao guangpeng supervisor: meng fanfang january 2010 诚诚 信信 声声 明明 本人呈交给临沂师范学院的这篇毕业论文，除了所注参考文献和世 所公认的文献外，全部是本人在指导老师指导下的设计成果。 学生签名： 日 期： 经检查该毕业设计（论文）为独立完成，不存在抄袭现象。 指导老师签名： 日 期： 单片机控制信号发生器 摘摘 要要 信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教 学实验等领域。本次课程设计使用单片机构成的信号发生器可产生方波、三角波、 锯齿波、正弦波等多种波形，波形的周期可以用程序改变，可通过按钮设定所需要 的波形频率，波形可用示波器显示。 本次设计采用 atm89s52 单片机作为控制核心，外围采用模拟/数字转换电路 （dac0832） 、稳压电路（mc1403） 、运放电路（lm324） 、按键和 led 显示灯电路等。 电路采用 at89s52 单片机和一片 dac0832 数模转换器组成数字式低频信号发生器。 此次信号发生器设计电路具有较高的稳定性能，性能比高。此电路清晰，操作简单、 方便。 关键词：关键词：单片机；低频信号；发生器；运放器；稳压器 单片机控制信号发生器 abstract signal generator is a common source, widely used in electronic circuits, control systems, and teaching experiments and other fields. the composition of curriculum design based on single chip signal generator can produce square wave, triangle wave, sine wave and other wave, wave period can be used procedural changes may be required by button to set the waveform frequency, waveform oscilloscope can display. the design uses atm89s52 microcontroller as the control, external analog / digital conversion circuit (dac0832), voltage regulator circuit (mc1403), operational amplifiers (lm324), buttons and led indicator circuit. at89s52 microcontroller and a circuit composed of digital dac0832 dac low frequency signal generator. the signal generator circuit has a high stability, performance is high. the circuit more clear, simple and convenient. keywords: microcontroller; low frequency signal; generator; op-amp device; regulators 单片机控制信号发生器 目目 录录 前 言.1 第 1 章 设计的背景与意义.2 1.1、信号发生器现状.2 1.2、单片机在低频信号发生器中的应用.2 第 2 章 系统设计方案.3 2.1、系统方案的比 较.3 2.1.1 选题论证.3 2.1.2 方案选择.3 2.2、芯片选择模 块.3 第 3 章 硬件电路的设计.4 3.1、基本原理 4 3.2、资源分配 4 3.3、最小系统设 计.4 3.3.1 最小单片机系统4 3.3.2 达盛平台介绍8 3.4、各部分电路原 理14 3.4.1 dac0832 芯片原 理14 3.4.2 lm324 工作原理17 3.4.3 mc1403 工作原理17 第 4 章 软件设计.18 4.1、主程序流程 图18 4.2、锯齿波程序流程 图19 4.3、三角波程序流程 图20 单片机控制信号发生器 4.4、正弦波程序流程 图20 4.5、方波程序流程 图21 4.6、延时子程序流程 图22 结 论.23 附 录.25 参考文献.29 谢 词.30 单片机控制信号发生器 - 1 1 前前 言言 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展， 促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着 70 年代微处理器的出现，更促使信号发 生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器带有微处理器，因而具备了 自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测 量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器的趋势是向着宽频率覆盖、低功 耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。 在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试 验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到信号发生器。而且我们日常 生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本检测信号。 譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定的规律运动，以利用荧光屏显示 图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号发生器做为一种通用的电子仪器，在生 产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。但市面上能看到的仪器在频率精度、 宽带、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半 导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能生产多种波形并具有 程控等低频的信号发生器成为可能。 便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集 成化也就显得尤为重要。平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待 检测系统的输入，测试系统的性能。单在某些场合，我们需要特殊波形对系统进行测试， 这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机的强大功能，设 计合适的人及交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形。 单片机控制信号发生器 - 2 2 第第 1 1 章章 设计的背景与意义设计的背景与意义 1.11.1、信号发生器现状、信号发生器现状 波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应 用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成， 且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用 555 振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电 路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如 工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低 频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的 rc 很大；大电阻，大电容在制作上有困难， 参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则 电路复杂程度会大大增加。 1.21.2、单片机在低频信号发生器中的应用、单片机在低频信号发生器中的应用 当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给 人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必 将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格 比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗 衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步 成为一个国家工业发展水平的标志之一。 一块单片机芯片就是一台计算机。由于单片机的这种特殊的结构形式，在某些应用 领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。使其具有很多 显著的优点和特点，因此在各个领域中都得到了迅猛的发展。单片机的特点归纳起来有 以下几个方面。 1.2.11.2.1 具有优异的性能价格比具有优异的性能价格比 单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的 i/o 接口集成在一块芯片内,因而 其性能很高,而价格却相对较低廉,即性能价格比很高。 1.2.21.2.2 集成度高、体积小、可靠性高集成度高、体积小、可靠性高 单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因而集成度高，均为大规模或超大规模 集成电路。又内部采用总线结构，减少了芯片之间的连线，这大大提高了单片机的可靠 性与抗干扰能力。同时，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣 环境下工作。 1.2.31.2.3 控制功能强控制功能强 单片机体积虽小，但“五脏俱全” ，它非常适用于专门的控制用途。为了满足工业控 制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令，i/o 口的逻辑操作指令以及位操 单片机控制信号发生器 - 3 3 作指令。其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 1.2.41.2.4 低电压、低功耗低电压、低功耗 单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗尤为重要。目前， 许多单片机已可在 2.2v 电压下运行,有的已能在 1.2v 或 0.9v 下工作，功耗降至 a 级,一粒钮扣电池就可长期使用。 利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其下限频率很低。具有线路相对简 单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够 对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程 序，即可完成功能升级。 这里介绍一种采用 at89s52 单片机和一片 dac0832 数模转换器做成的数字式低频信 号发生器，它的特点是价格低、性能高，在低频范围稳定性好、操作方便、体积小、耗 电少等。 信号发生器与其它相比还具有如下优点：较分立元件信号发生器而言，具有频率高，工作稳定， 容易调试等特性；较专用 dds 芯片的信号发生器而言，具有结构简单，成本低等特性。 第第 2 2 章章 系统设计方案系统设计方案 2.12.1、系统方案的比较、系统方案的比较 2.1.12.1.1 选题论证选题论证 制作低频信号发生器可以用一片 dac0832 来实现，它可以分为单极性和双极性。而本项目选择了 单片双极性。之所以选单片双极性是因为其精度高，滤波好，抗干扰效果好。 2.1.22.1.2 方案选择方案选择 方案一： at89s52 芯片中每一路模拟输出与 dac0832 芯片相连，构成多个 dac0832 同步输出电路，输出波形稳定，精度高，但是第二级 dac0832 输出，发生错误 并且电路连接复杂。 方案二： at89s52 芯片中只有一路模拟输出或几路模拟信号非同步输出，这种情况 下 对 dac0832 执行一次写操作，则把一个数据直接写入寄存器，dac0832 的输出模拟信号 随之对应变化。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。因此我们设 计中采用方案二。 2.22.2、芯片选择模块、芯片选择模块 方案一：at89s52 单片机是一种高性能 8 位单片微型计算机。它把构成计算机的中央 处理器 cpu、存储器、寄存器、i/o 接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整 的计算机。 方案二：c8051f005 单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与 at80s52 兼容 的微控制器的内核，与 mcs-51 指令集完全兼容。除了具有标准 at80s52 的数字外设部件 单片机控制信号发生器 - 4 4 之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。 方案选择：方案二中 c8051f005 芯片系统内部结构复杂，不易控制，芯片成本高，对于本系统而 言利用率低，at89s52 芯片简单易控制，成本低，性能稳定故采用方案一。 第第 3 3 章章 硬件电路的设计硬件电路的设计 3.13.1、基本原理：、基本原理： 系统框图如图 1 所示。 at89s52a/d转换 基准电压 电源 波形指示 键盘电流/电压转换输出 图 1 低频信号发生器系统框图 低频信号发生器系统主要由 cpu、d/a 转换电路、基准电压电路、电流/电压转换电 路、按键和波形指示电路、电源等电路组成。 其工作原理为当分别按下四个按键中的任一个按键就会分别出现方波、锯齿波、三角波、正弦波， 并且有四个发光二极管分别作为不同的波形指示灯。 3.23.2、资源分配：、资源分配： 软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配如下: 1晶振采用 6mhz； 2内存分配 p1 口的 p1.0-p1.3 分别与四个按键连接，分别控制锯齿波、三角波、正弦波和方波， p1.4-p1.7 与四个发光二极管相连,按键一对应发光二极管一，依次类推，发光二极管四对 应按键四，实现输出一个波形对应亮一个灯。 p0 口与 dac0832 的 di0-di7 数据输入端相连。 p2 口用来控制 dac0832 的输入寄存器选择信号 cs、输入寄存器写选通信号 wr1 及 dac 寄存器写 选通信号 wr2 和数据传送信号 xfer。 3.33.3、最小系统设计、最小系统设计 3.3.13.3.1 最小单片机系统最小单片机系统 单片机控制信号发生器 - 5 5 at89s52 的引脚图如图 2 所示 图2 at89s52引脚图 管脚说明 低频信号发生器采用 at89s52 单片机作为控制核心，其内部组成包括：一个 8 位的 微处理器 cpu 及片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接；片内数 据存储器 ram 低 128 字节，存放读/写数据；高 128 字节被特殊功能寄存器占用；片内 程序存储器 4kb rom；四个 8 位并行 i/o（输入/输出）接口 p3 -p0，每个口可以用作输 入，也可以用作输出；两个定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以 对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算 机控制；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 uart（通用异步接收发送器）的串行 i/o 口。 vcc：供电电压。 gnd：接地。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字 节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale 端以不变的频率周期 输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定 时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。如想禁 止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时， ale 只有在执行 movx，movc 指令 是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁止， 置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期 两次/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen 信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh） ，不 管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/ea 将内部锁定为 reset；当/ea 端保 持高电平时，此间内部程序存储器。在 flash 编程期间，此引脚也用于施加 12v 编程电 源（vpp） 。 单片机控制信号发生器 - 6 6 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 89s52 单片机外部有 32 个端口可供用户使用，其功能如下： 表 1 89s52 并行 i/o 接口 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流。当 p1 口的 管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定 义为数据/地址的第八位。在 fiash 编程时，p0 口作为原码输入口，当 fiash 进行校验 时，p0 输出原码，此时 p0 外部必须被拉高。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接收输出 4ttl 门电流。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为 低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 flash 编程和校验时，p1 口作为 第八位地址接收。 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此 作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当 用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。 在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控 制信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。 当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为 单片机控制信号发生器 - 7 7 低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断 0） p3.3 /int1（外部中断 1） p3.4 t0（记时器 0 外部输入） p3.5 t1（记时器 1 外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 at89s52 的晶振及其连接方法 cpu 工作时都必须有一个时钟脉冲。有两种方式可以向 89s52 提供时钟脉冲：一是 外部时钟方式，即使用外部电路向 89s52 提供始终脉冲，见图 3-(a)；二是内部时钟方式， 即使用晶振由 89s52 内部电路产生时钟脉冲。一般常用第二种方法，其电路见图 3-(b)。 图 3 89s52 的时钟脉冲 图 3 中：j 一般为石英晶体，其频率由系统需要和器件决定，在频率稳定度要求不高 时也可以使用陶瓷滤波器。 c1、c2：使用石英晶体时，c1=c2=30（10）pf 使用陶瓷滤波器时，c1=c2=40（10）pf at89s52 的复位 使 cpu 开始工作的方法就是给 cpu 一个复位信号，cpu 收到复位信号后将内部特 殊功能寄存器设置为规定值，并将程序计数器设置为“0000h”。复位信号结束后，cpu 从 程序存储器“0000h”处开始执行程序。89s52 为高电平复位，一般有 3 种复位方法。 上电复位。接通电源时 手动复位。设置一个复位按钮，当操作者按下按钮时产生一个复位信号。 单片机控制信号发生器 - 8 8 自动复位。设计一个复位电路，当系统满足某一条件时自动产生一个复位信号。 图 4 为最简单的上电复位和手动复位方法。 图 4 89s52 的复位电路 关于 cpu 的复位电路应当注意，在调试单片机程序时有两种工作方式。一是仿真器 方式，主要用于调试程序。此时程序的执行由仿真器控制，复位电路不起作用，系统时 钟也经常设置为仿真器产生，此时用户的晶振也不起作用。二是用户方式，即脱离仿真 器的实际工作方式，用户的时钟振荡电路和复位电路都必须正常工作。因此，如果系统 复位电路或晶振电路有故障，就会出现仿真器方式工作正常，而用户方式不工作的现象， 这是许多初学者常遇到的问题。 芯片擦除 整个 perom 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ale 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储 字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，at89s52 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电 模式。在闲置模式下，cpu 停止工作。但 ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电 模式下，保存 ram 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 3.3.23.3.2 达盛平台介绍达盛平台介绍 本系统是在达盛的平台eplay51cpu上设计的，单片机 at89s52 与 dac0832 的是通过 potr a，potr b，potrc 连接起来，三个接口的定义如下所示： 89s52 单片机控制信号发生器 - 9 9 表 2 port a 接口定义 编号编号定义定义备注备注 1+5v 2+5v 数字电源，无论 cpu 板，还是接口板，所有的数字电源 都来自这里或由此变换而来。 3dgnd 4dgnd 数字地，在 cpu 板上，只在电源附近通过 0 欧的电阻与 电源地相连。 5d0/io0 6d1/io1 7d2/io2 8d3/io3 9d4/io4 10d5/io5 11d6/io6 12d7/io7 13d8 14d9 15d10 16d11 17d12 18d13 19d14 20d15 总线中的双向数据线，在 cpu 板上 要通过 16245 驱动后再与 cpu 芯片的数 据线相连，16245 要通过 rd 及由 cs0- cs7 译码生成总地址控制信号所控制。在 设计接口板时要保证其数据线在空闲时为 高阻状态，否则必须加接隔离电路。没有 用到的数据线可悬空。 21a0/io8 22a1/io9 23a2/io10 24a3/io11 25a4 26a5 27a6 28a7 29a8 30a9 31a10 32a11 33a12 34a13 35a14 36a15 总线中的地址线，cpu 板输出，在 cpu 板上要通过 16244 驱动后再与接口 引脚相连，接口板上不用时要悬空。 37cs0/io12 38cs1/io13 39cs2/io14 40cs3/io15 片选信号线，cpu 板输出，接口板输入， 低电平有效，设计 cpu 板时，不用的引 脚要悬空。而在设计接口板时，要通过 8 选 1 开关（跳线）来选择。 总线接口，输入、 输出皆为 5v ttl 电平， 芯片 电平与此不符时， 必须经过电平转 换。 单片机控制信号发生器 - 10 10 编号编号定义定义备注备注 41cs4 42cs5 43cs6 44cs7 在分配地址空间时，每个片选信号的 最小地址范围应大于 256 个字节。 45/w/r/io16cpu 板输出，接口板输入，写信号低有 效 46/r/d/io17cpu 板输出，接口板输入，读信号低有 效 47/w/a/i/tcpu 板输入，接口板输出，等待请求低 有效 48rsroutcpu 板输出，接口板输入，复位高有效 49/r/s/t/o/u/tcpu 板输出，接口板输入，复位低有效 5v ttl 电平 50exint0 51exint1 52exint2 53exint3 54exint4 外部中断请求信号，5v ttl 电平，cpu 板输入，接口板 输出，低电平有效，在 cpu 板上，没有用到的中断线要优先 使用低编号的中断线填充，如果 cpu 是 3v 器件，必须通过 244/245 隔离。在接口板上，所有用到的中断信号线要用 5 选 1 的开关（跳线）选择。 55t0out/c0in/cap0 56t1out/c1in/cap1 定时器输出/计数器输入/捕捉脉冲输入，5v ttl 电平，在 cpu 板上只有一路时，第二路要用第一路填充，用户板上要 通过开关相连。 57spi_nss0/bfsx0spi 片选信号 58spi_clk0/bclkx0spi 时钟 59spi_miso0/bdr0主入从出 60spi_mosi0/bdx0 主出从入 spi 总线，5v ttl 电平，cpu 功 能引脚（主） ，在设计 cpu 板时，如果 有 spi 总线，应优先使用这一组，没有 用时要悬空。接口板只能做从。复用 mcbsp 信号线。 单片机控制信号发生器 - 11 11 表 3 port b 接口定义 编号编号定义定义备注备注 1+12v 2+12v 模拟电源，所有的模拟电源都由此产生。 3agnd 4agnd 模拟地，在 cpu 板上的电源接口附近通过 0 欧电阻与电 源地相连 5spi_nss1/bfsx1spi 片选信号 6spi_clk1/bclkx1spi 时钟 7spi_miso1/bdr1主入从出 8spi_mosi1/bdx1主出从入 cpu 功能引脚（主） ，在 cpu 板 上，当只有一路时要悬空。在接口板 上，当 cpu 板上只有一路时也要悬空。 而且在系统中只允许与一路相连。复 用 mcbsp 信号线。 9iic_scliic 时钟 10iic_sdaiic 数据 cpu 功能引脚。 11uart-rxd 12uart-txd 简易串口,cpu 功能引脚。当 cpu 只有一路时，要悬空。cpu 板上要优先使用。 13保留 14保留 暂未定义 15aleale 信号 16bfsr0 17bclkr0 18bfsr1 19bclkr1 mcbsp 信号线 20iis_lrck/bfsx0iis 通道选择时钟 21iis_sdi/bdr0iis 数据输入 22iis_sdo/bdx0iis 数据输出 23iis_sclk/bclkx0iis 时钟 复用 mcbsp 信号线 24iis_cdclkiis 编解码时钟 iis 接口，cpu 功能引 脚。不用时要悬空。 25agio0 26agio1 27agio2 28agio3 29agio4 30agio5 31agio6 32agio7 a 组 gio，cpu 功能引脚或 cpu 板的扩展 io。要优先 使用。在 cpu 板上当不足时要优先使用低编号信号线填充。 在设计接口板时，当 io 少于 4 个时，每个 io 都要通过 4 选 1 开关（跳线）来选择；但多于 4 个时要用 244 或 273 通过总 线扩展 io,以免与其它接口板冲突。 33bgio0 34bgio1 35bgio2 36bgio3 37bgio4 38bgio5 39bgi o6 40bgio7 b 组 gio，cpu 功能引脚或 cpu 板的扩展 io。在 cpu 板上当不足时要用 a 组相应信号线填充，顺序同 a 组。在接 口板上，同 a 组。 单片机控制信号发生器 - 12 12 表 4 port c 接口定义 编号编号定义定义备注备注 41pwma0 42pwma1 43pwma2 44pwma3 cpu 的 pwm 功能输出，在 cpu 板上，优先布置低编号 的信号线，没有用到的信号线要用现有的信号线由低到高依 次填充，在接口板上，用户端的每一路都要通过 4 选 1 开关 （跳线）选择。 45pwmb0 46pwmb1 47pwmb2 48pwmb3 cpu 的 pwm 功能输出，在 cpu 板上，如果信号线不足， 要用 a 组以标号由低到高填充。在接口板上的设计同 a 组。 在设计 cpu 板时，如果 cpu 的 pwm 是分组的，且某一 组的 pwm 数目大于 4 个时，应将 a、b 两组统一布置此组信 号。 49egio0 50egio1 51egio2 52egio3 53egio4 54egio5 55egio6 56egio7 57egio8 58egio9 接口板 io，由接口板扩展产生，cpu 板上不能占用，必 须悬空。接口板可使用。 59agnd模拟地，用以屏蔽输入模拟信号 60aina0 61aina1 62aina2 63aina3 模拟信号，在 cpu 上为输入，设计时要优先 布置低编号的信号线，空闲信号线要用现有的信 号线由低到高依次填充。在用户板上，做输出时 要通过 4 选 1 开关（跳线）选择，作输入时可直 接连接。 64ainb0 65ainb1 66ainb2 67ain7b3 模拟信号，在 cpu 上为输入，空闲时要用 a 组信号线顺序填充，在接口板上要做输出时要 通过 4 选 1 开关（跳线）选择，作输入时可直接 连接。 在 pcb 布线时， 所有的模 拟输入集 中独立布 线，由 agnd 覆 铜。 68agnd模拟地，用以屏蔽输入模拟信号 69-12v 70-12v 模拟电路的负电源。 单片机控制信号发生器 - 13 13 编号编号定义定义备注备注 1vrefoutcpu 板参考电压输出 2vrefincpu 板参考电压输入 不用时要悬空。 3aout0cpu 模拟信号输出 0 4aout1cpu 模拟信号输出 1 在 cpu 板上只有一路时，优先使用 aout0,aout1 要悬空。 5eaout0接口板模拟信号输出 0 6eaout1接口板模拟信号输出 1 由接口板扩展产生，cpu 板上不能占 用，必须悬空。接口板可使用。 7xpon触摸屏 x 轴 p 8ypon触摸屏 y 轴 p 9xmon触摸屏 x 轴 m 10ymon触摸屏 y 轴 m 在 cpu 板上，不用时要悬空。使用时 要注意：此信号线直接由触摸屏输出， 判断是否需要增加相关驱动电路。在 接口板上。可直接与触摸屏（4 线）相 连。 11r00/cap2 12r01/cap3 13r02/cap4 14r03/cap5 液晶模拟电压输入 0 液晶模拟电压输入 1 液晶模拟电压输入 2 液晶模拟电压输出 3 cpu 的捕捉 输入，接口板输出。 15com0/vm液晶位输出公共端 0 16com1/vframe液晶位输出公共端 1 17com2/vline液晶位输出公共端 2 18com3/vclk液晶位输出公共端 3 复用点阵屏的 控制信号。 19seg0/vd0/vr0液晶段输出 0 20seg1/vd1/vr1液晶段输出 1 21seg2/vd2/vr2液晶段输出 2 22seg3/vd3/vr3液晶段输出 3 23seg4/vd4/vr4液晶段输出 4 24seg5/vd5/vg0液晶段输出 5 25seg6/vd6/vg1液晶段输出 6 26seg7/vd7/vg2液晶段输出 7 27seg8/vg3液晶段输出 8 28seg9/vg4液晶段输出 9 29seg10/vg5液晶段输出 10 30seg11/vb0液晶段输出 11 31seg12/vb1液晶段输出 12 32seg13/vb2液晶段输出 13 33seg14/vb3液晶段输出 14 34seg15/vb4液晶段输出 15 复用点阵屏的 数据信号线。当 cpu 具有 tft 和 stn 两种 lcd 控 制器时，优先使用 tft 类型的 lcd 接口。 35seg16/sdclk 36seg17/sdcmd 37seg18/sd0 38seg19/sd1 液晶段输出 16 液晶段输出 17 液晶段输出 18 液晶段输出 19 复用为 sd 卡的接 口。 cpu 上自带 段式液晶控制器 的接口，不用时 要选悬空。 39seg20/sd2液晶段输出 20 40seg21/sd3液晶段输出 21 单片机控制信号发生器 - 14 14 表 5 jtag 接口定义 注：jtag 接口的电源（vcc）要参考 cpu 芯片的技术手册和 jtag 电缆线的要求。 3.43.4、各部分电路原理、各部分电路原理 3.4.13.4.1 dac0832dac0832 芯片原理芯片原理 管脚功能介绍（如图 5 所示） 图 5 dac0832 管脚图 (1) di7di0：8 位的数据输入端，di7为最高位。 (2) iout1：模拟电流输出端 1，当 dac 寄存器中数据全为 1 时，输出电流最大，当 dac 寄存器中数据全为 0 时，输出电流为 0。 (3) iout2：模拟电流输出端 2， iout2与 iout1的和为一个常数，即 iout1iout2常数。 编号arm 定义dsp 定义cygnal 定义 1vcctms vcc 2gndntrstgnd 3ntrsttdignd 4gndgndtck 5tdivcctms 6gnd空tdo 7tmstdotdi 8gndgnd空 9tcktckgnd 10gndgnd空 11tdotck 12nresetgnd 13vccemu0 14gndemu1 单片机控制信号发生器 - 15 15 (4) rfb：反馈电阻引出端，dac0832 内部已经有反馈电阻，所以 rfb端可以直接接到外 部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端 之间。 (5) vref：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定 0 至 255 的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度，vref范围为(+10-10)v。vref端与 d/a 内部 t 形电阻网络相连。 (6) vcc：芯片供电电压，范围为(+5 15)v。 (7) agnd：模拟量地，即模拟电路接地端。 (8) dgnd：数字量地。 当 wr2 和 xfer 同时有效时，8 位 dac 寄存器端为高电平“1”，此时 dac 寄存器 的输出端 q 跟随输入端 d 也就是输入寄存器 q 端的电平变化；反之，当端为低电平“0” 时，第一级 8 位输入寄存器 q 端的状态则锁存到第二级 8 位 dac 寄存器中，以便第三级 8 位 dac 转换器进行 d/a 转换。 一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，使第二级 8 位 dac 寄存器的输 入端到输出端直通，只有第一级 8 位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式 制作低频信号发生器有许多方案：主要有单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。 单缓冲方式具有适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形的 优点，但是电路线路连接比较简单。而双缓冲方式适用于在需要同时输出几路模拟信号 的场合，每一路模拟量输出需一片 dac0832 芯片，构成多个 dac0832 同步输出电路， 程序简单化，但是电路线路连接比较复杂。根据以上分析，我们的课题选择了单缓冲方 式使用方便，程序简单，易操作。 工作原理 dac0832 主要由 8 位输入寄存器、8 位 dac 寄存器、8 位 d/a 转换器以及输入控制 电路四部分组成。8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲 和锁存，由加以控制；8 位 dac 寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8 位 d/a 转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制 2 个寄存器的选通或锁存状态。原理框图如图 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 当当 l e = 1时时 , ,输输 出出 数数 据据 随随 输输 入入 变变 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 输输 入入 寄寄 存存 器器 8? d a c ? 8? d a c 转转 换换 器器 ? 3-3 d a c 0832? 当当 l e = 0时时 , ,输输 出出 数数 据据 被被 锁锁 存存 。 l e 1 单片机控制信号发生器 - 16 16 图 6 dac0832 的原理框图 dac0832 与反相比例放大器相连，实现电流到电压的转换，因此输出模拟信号的极 性与参考电压的极性相反，数字量与模拟量的转换关系为 vout1=-vref（数字码/256） 若 d/a 转换器输出为双极性，如图 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=( -128)/128 +5v vout1 i1 i2 图 7 d/a 转换器双极性输出电路 图 7 中，运算放大器 a2的作用是把运算放大器 a1的单向输出电压转换成双向输出电 压。其原理是将 a2的输入端 通过电阻 r1与参考电压 vref相连，vref经 r1向 a2提供 一个偏流 i1，其电流方向与 i2相反，因此运算放大器 a2的输入电流为 i1、i2之代数和。 则 d/a 转换器的总输出电压为： vout2= -(r3/r2) vout1+(r3/r1) vref 设 r1=r3=2r r2=r，则 vout2= -(2vout1+vref) dac0832 主要是用于波形的数据的传送，是本题目电路中的主要芯片。 dac0832 电路原理图（如图 8 所示） 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 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 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 d1 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 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 单片机控制信号发生器 - 17 17 3.4.23.4.2 lm324lm324 工作原理工作原理 （管脚功能如图 9 所示） 图 9 lm324 管脚图 lm324 时四运放集成电路 ，它采用 14 脚双烈直插塑料封袋，外形如图 1 所示。他 的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一 组运算放大器可用图中