毕业设计（论文）-基于单片机的波形发生器设计.doc

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文摘 要信号发生器又称信号源，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程表达式来表示。各种各样的信号又是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。通常能够产生多种波形，如三角波、矩形波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。所以为了实验和研究的方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号发生器是十分必要的。全套设计加扣3012250582 本文主要是介绍一种基于单片机的波形发生器的设计，整个系统通过单片机STC89C52控制DAC0832实现将数字量转化为正弦波、三角波、方波等波形的模拟量的输出。文中介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，STC89C52的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。文中着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。同时信号频率可以按要求进行调节。关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，同时具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格便宜、性能稳定、实现方便、功能齐全、性价比高。关键词：51单片机、波形发生器、数模（D/A）转换、proteus仿真AbstractThe signal generator and signal source, has been widely used in the productionpractice and science and technology. All kinds of waveform can be used to represent the trigonometric function equation. A variety of signals is an important part of the communication field, including sine wave, triangle wave, and Fang Bo is the more common signal. Usually can produce a variety of waveforms, such as circuit triangle wave, rectangular wave, sine wave is called a function generator.Function signal generator is widely used in circuit experiment and test equipment.For example, in communication, broadcasting television system, require radio frequency (HF) emission, where the radio wave is the carrier, the audio (low frequency), the video signal or pulse signal carry out, we need to produce high-frequency oscillator. In industry, agriculture, biomedical and other fields, such ashigh frequency induction heating, melting, ultrasound, magnetic resonance imaging, all need power or big or small, or high or low frequency oscillator. So in order to facilitate the study and experiment, develop a suitable, complete function,convenient use of signal generator is very necessary.This paper mainly introduces a design of waveform generator based on MCU, the system control DAC0832 to realize the output of digital conversion for the analogsine wave, triangle wave, Fang Bo wave by single chip STC89C52. This paper introduces the structure principle of DAC0832 converter and the use of methods,the basic theory of AT89C52, and a variety of chip related circuit design. This paper mainly introduces the hardware circuit and software programming to control the use of single-chip D/A converter to generate the signal. At the same time, the signal frequency can be adjusted according to the requirements.Design of signal source of different frequency signal, can meet the requirements of the experiment not only in theory and practice, and has strong feasibility. The source is characterized by: small volume, low price, stable performance, easy realization, full-featured, cost-effective.Keywords: 51 microcontroller,waveform generator, digital analog conversion (D/A), proteus simulation目 录 前 言11课题背景12 课题目的意义33 波形发生器的发展趋势44论文的主要工作41 总体设计方案设计与论证51.1 方案一51.2 方案二51.3 方案三61.4 方案四62 硬件设计与原理82.1 总设计框图82.2 硬件设计分析92.2.1 单片机最小系统92.2.2 STC89C52简介102.2.3时钟电路设计152.2.4 复位电路设计152.2.5 数模转换电路设计162.2.6按键电路设计192.2.7 LCD1602液晶显示电路设计202.2.8 运算放大电路设计233软件设计方案273.1 主流程图273.2 Keil uVision4 编辑283.2.1 系统概述283.2.2 整体结构293.2.3 编辑环境303.2.4 常用菜单项简介313.3源程序314 PROTEUS软件仿真324.1 PROTEUS简介324.2仿真图334.3波形发生器原理图344.4所需元件清单344.5 仿真结果图364.5.1 三角波374.5.2 方波384.5.3 正弦波39致 谢42参考文献43附录1 实物图44附录2 实物显示波形图45附录3 源程序47V前 言 波形发生器有很多，它包括正弦波信号源，函数发生器，脉冲发生器，扫描发生器，任意波形发生器，合成信号源。一般来说任意波形发生器，都是一种特殊的信号源，综合其他信号源的生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。1课题背景 信号发生器亦称函数发生器，作为一种历史悠久的测量仪器，早在电子设备刚出现的20年代就出现了。随着电子测量以及其他应用对各类信号发生器广泛的需求及电子技术的飞速发展，信号发生器的种类逐渐增多，性能也得到了极大的提高。特别是随着微处理器的出现，人们可以利用处理器、A/D、 D/A、硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 D/C的程序控制，就可以得到各种简单的波形。这更是促进了信号发生器朝着智能化、自动化的方向发展。 80年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而是使用数字电路实现，实现从一个频率基准由数字合成电路产生可变频率信号。在90年代末期出现了几种真正高性能的函数信号发生器，HP公司推出型号为HP770S的信号模拟装置系统，它是由HP8770A任意波形数字化和HP1770A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只是能产生8种波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为 Data-2020的多波形合成器，Lecroy 公司生产型号为9100 的任意波形发生器等。 进入二十一世纪以后，伴随着集成电路技术高速发展，出现了许多种工作频率可以超过 GHz 的DDS 芯片，与此同时也促进了信号发生器的快速发展。在2003 年，Agilent推出的产品 33220A能够产生十几种波形，最高的频率为500MHz ，采样频率可以达到 1.25GHz。近几年来，国际上信号发生器技术发展主要体现在以下几个方面： （）过去由于频率很低因此应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域内。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入到存储器。同时可以用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成 v=f (t）形式的波形方程的数学表达式产生出来。从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展与应用。各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到推动作用。目前可以利用可视化编程语言（如Visual Basic ,Visual C 等）编写任意波形发生器的软面板，这样实现从计算机显示屏上输入任意波形，来实现任意波形的输入。 （）与VXI（任意波形发生器）资源有效结合。目前，波形发生器由独立台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的VXI模块。由于VXI总线逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域要使用VXI系统测量产生复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，由于开发VXI模块的周期性长，而且需要专门VXI机箱的配套使用，使得VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便、高性价比。 （）随着信息技术的飞速发展，台式仪器在走着一条很长的下坡后再度繁荣。但现在新的台式仪器的形状和几年前就已经不同了。这些新一代的工具有不同的特点，可以执行多种功能。而且规模和价格，同类产品比过去减少了一半。总之，目前信号发生器总的趋势是向着低功耗、自动化、宽频率覆盖、多功能、高频率精度和智能化一体的方向发展。2 课题目的意义信号发生器主要给被测电路提供所需的已知信号，然后再用其他仪表测量出较容易测量的参量。在日常生活、科学研究以及生产实践中，三角波、正弦波和方波信号是常用基本信号。几乎所有电参量的测量都需要用到信号发生器，作为一种通用的电子仪器，在生产、测控、科研及通讯等领域得到了广泛的应用。便携式和智能化特点越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化、智能化、集成化就显得特别重要了。单在某些场合，我们就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都很难胜任的。现在很多都用单片机和软件编程以及其外设电路来构成的智能函数信号发生器，再用软件控制的方法来产生三角波、正弦波、方波等信号。可以用子程序的形式来编写产生不同波形的程序，当需要哪一种波形时，直接调节相应的子程序，由D/A转换、运算放大处理后，再从该信号源输出。改变这种信号发生器所发出信号的频率很方便，而且构造简单，方便调试和修理。如果要得到一种特定的波形，只需改变软件中一部分程序，并不需要花大量时间去改变电路就可以产生复杂的信号，而且还可以通过外置按键或者键盘来选择需要的信号。还可以加入显示部件，可以时时显示波形的频率。51单片机是一种较先进的而且应用日益广泛的高性能的单片机，用51单片机设计和实现一台信号发生器，不仅可让我从一个比较实用的角度来利用好单片机的运用能力，同时还可以锻炼自己科技创新能力。该设计课题的研究和制作要求要对信号发生器系统要有一个全面的了解。对信号的发生原理要理解掌握，以及信号发生器的工作流程：波形设定、D/A转换、51单片机、波形产生电路、显示电路按键控制、显示和各模块的连接通讯等各个部分要很好的联接调试。正确的了解常见芯片的使用方法、掌握较简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，可以进一步锻炼我在信号处理方面的实际工作能力。3 波形发生器的发展趋势任意波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量。目前实时带宽超过1GHz的产品较少，而且分辨率只有8位，不能满足高速发展的移动通信和高速网络的测量要求。同数字存储示波器相比，任意波形发生器的全面指标存在明显差距，前者的取样率达到20GS/s和带宽6GHz，后者的取样率却是4.8GS/s和带宽2GHz。任意波形发生器首先要赶上数字存储示波器，然后才可再往前发展。因为在电路构成方面，任意波形发生器的核心部件为高速数/模转换器。它的工艺潜力很大，显然缺少的是市场需求。任意波形发生器的另一重要应用领域在低频方面。例如心电图、防撞气囊、汽车点火、医疗仪器等。频率范围在声频以下，多组信号输出，16位以上分辨率。这类任意波形发生器以VXI总线、PC总线和PXI总线模块较多，每年都有新产品推出。4论文的主要工作本设计研究的内容是根据信号发生器的应用情况及特点，结合新一代高性能的芯片设计一种性能优良、使用方便的波形发生器。该波形发生器以51单片机为控制核心，外围采用数/模转换电路（DAC0832）进行精准的数字量和模拟量的转换，产生所需的三角波、正弦波、方波等波形。论文主要探讨波形发生器设计时如何确定的合理方案，在系统的硬件设计时应注意的问题以及硬件电路该怎么设计，还有单片机软件和生成常用波形软件的编写等问题。1 总体设计方案设计与论证依据不同的应用场合，需要实现的不同波形，波形发生器的具体指标要求会有所不同。按不同的设计要求选取不同的设计方案。通常，波形发生器需要实现的波形主要有正弦波(频率范围：10100Hz；步进值：10Hz)、方波（频率范围：2002000Hz ；步进值：200Hz）和三角波（频率范围：50500Hz；步进值：50Hz）。在一些场合可能还需要任意波形的产生。各波形共有的指标有：波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。对不同波形，具体的指标要求也有所差异。例如，占空比是脉冲波形特有的指标。波形发生器的设计方案多种多样，基本可以分为三大类：纯硬件设计法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。波形发生器可以由多种方案来实现，在设计前对比多种方案，找到合适自己的。1.1 方案一采用直接数字式频率合成器（DDS技术）。该技术的特点是对硬件方面的要求比较低，具有高频率分辨率、高频率稳定度以及极短的频率转换时间。除此之外，全数字式控制对系统的集成也是有利，而且输出相位是连续的，还可以实现对相位、幅值和频率的控制功能，在理论上还能实现产生任意波形的功能。1.2 方案二采用单片函数发生器（如ICL8038集成模拟芯片），ICL8038可同时产生正弦波、三角波、方波等，而且方法简单易行。用DA转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但该模块产生的波形都不是纯正的波形，会存在一些高次谐波分量。如果采用其他的措施虽然可以滤去一些，但是不能完全的滤除。 显 示运算电路ICL8038 输出DA键盘单片机 DA 图1-1 方案二方框图1.3 方案三纯软件法：波形发生器的设计还可以采用纯软件的方法来实现。虚拟仪器使传统仪器发生了革命性的变化，是21世纪测试仪器领域技术发展的重要趋向。它以计算机为基础，软件为核心，不用传统仪器那样具体的物理结构。在计算机上实现仪器的虚拟面板，通过软件设计实现和改变仪器的功能。如用图形化编程工具LabVIEW来实现任意波形发生器的功能。完成的软件打包后，可脱离编程环境独立运行，实现任意波形发生器的功能。采用纯软件的虚拟仪器设计思路可使设计简单、高效，仅仅改变软件程序就可以轻松实现波形功能的改变或升级。从长远角度来看，纯软件法成本较低。纯软件法的缺点是波形的响应速度和精度逊色于硬件法。1.4 方案四采用单片机STC89C52和8位的数模转换芯片DAC0832共同实现正弦波、三角波、方波等波形，并且可以接受外接按键开关量的输入。在一定范围内实现频率的调节，特点是价格低、性能高，在低范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少，适合我们学生毕业设计。综合以上四种设计方案，从制作和性能成本考虑，本设计采用方案四，即采用单片机通过按键开关输入控制D/A转换器产生可调频率的波形信号。 2 硬件设计与原理波形的产生是通过STC89C52单片机执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。STC89C52单片机的最小系统有三种联接方式：一种是两级缓冲器型，即输入的数据经过两级缓冲器后，送D/A转换电路；第二种是单级缓冲器型，输入的数据先经输入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A转换电路；第三种是两个缓冲器直通型，输入的数据直接送D/A转换电路上进行转换。2.1 总设计框图 单 片 机复位电路 D/A转换电路液晶显示电路时钟电路按键输入电路信号输出电路图2-1 总设计框图图2-1所示为系统硬件结构框图，主要分为以下几个部分：单片机、波形产生电路、键盘电路、LCD显示的路、运算放大电路。2.2 硬件设计分析2.2.1 单片机最小系统51单片机是对目前所有兼容intel 8031指令系统的单片机的统称。此系列单片机的始祖是intel的8031单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的8位单片机之一。单片机指在一块芯片内集成了CPU、RAM、ROM、定时器计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU。51系列单片机包含以下几个部件：一个位CPU；一个片内振荡器及时钟电路；4KB的ROM程序存储器；一个128B的RAM数据存储器；寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储空间的控制电路；32个可编程的I/O端口；两个16位定时计数器；一个可编程全双工串行口；5个中断源、两个优先级嵌套中断结构。单片机最小系统说明：时钟信号的产生：在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定自激振荡器，这就是单片机的时钟振荡电路。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频后，才成为单片机的时钟脉冲信号。电容C2和C3一般取30pF左右，晶体的振荡频率范围1.212MHz。如果晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也会高，单片机的运行速度就更快。单片机复位使得CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态下，并从这个状态开始工作。单片机复位条件为：必须使9脚加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。单片机最小系统原理图如图2-2 所示。 图2-2 单片机最小系统 2.2.2 STC89C52简介STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控器，具有8K的可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52RC内含40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C52RC可以按照常规方法进行编程，不可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。如图2-3所示为STC89C52RC单片机基本构造图2-3 STC89C52RC单片机 （1）STC89C52RC的主要特性* 兼容MCS-52指令系统；* 可编程I/O线32个；* 4k字节可编程存储器；* 16位可编程定时/计数器中断三个； * 时钟频率024MHZ；* 外部中断2个，中断源8个；* 2568bit内部RAM；* 读写中断口线2个；* 低功耗空闲和掉电模式；* 可直接驱动LED；* 软件设置睡眠和唤醒功能； * 内带2K字节EEPROM存储空间； * 可直接使用串口下载； * 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）；* 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作 频率可达48MHz；* 具有看门狗功能；注：STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选的节电模式。在空闲模式下，CPU停止工作，RAM、定时器/计数器、串行口中断继续工作。掉电方式下，RAM的内容存储，冻结振荡器，禁用所有其他芯片功能，直到下一个中断或硬件复位为止。最高工作频率为35MHz，6T12T可选。 （2）STC89C52RC管脚说明STC89C52RC为40管脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的C51相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义。在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接。13脚定义为输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口。12脚、27脚及28脚定义为信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0口：P0口是地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。与AT89C52不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。Flash编程和程序校验期间，P1口接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2口亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。对P3口写入“1”时，被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能：P3口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。注意：每当访问外部数据存储器时将跳过一个AL脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后只有一条 MOVX 和MOVC指令才能将ALE激活。另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52RC从外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期内两次PSEN有效，即输出两个脉冲。此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需注意：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。若EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 2.2.3时钟电路设计单片机时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器或陶瓷谐振荡器，为内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，同时产生振荡时钟脉冲。晶振通常选用6MHZ、11.0592MHZ、12MHZ、或24MHZ。单片机的时序单位：振荡周期指晶振的振荡周期，又称时钟周期，为最小的时序单位。状态周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期，一个状态周期包含2个振荡周期。机器周期：1个机器周期由6个状态周期即12个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。指令周期:一个指令周期由1-4个机器周期组成，指令不同而不同。 2.2.4 复位电路设计当单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电同开关复位。上电复位要求接通电源自动实现复位操作；上电同开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容C的充电和反相门的作用，让RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键后松开，也可使RST为一段时间的高电平，从而实现上电同开关复位的操作。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态中，包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平。若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部RAM内部的数据则保持不变。 2.2.5 数模转换电路设计DAC0832是8分辨率的数模转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格便宜、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位D/A寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路组成。 （1）DAC0832主要的特性参数* 8位分辨率；* 电流稳定时间1us；* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；* 只需在满量程下调整其线性度；* 单一电源供电（+5V+15V）；* 低功耗20mW。 （2）DAC0832结构* D0D7：8位数据输入线，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；* ILE：数据锁存允许控制信号输入线，当高电平有效；* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），当低电平有效；* WR1：数据锁存器写选通输入线，当负脉冲（脉宽应大于500ns）时有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随着输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；* XFER：数据传输控制信号输入线，当低电平有效，当负脉冲（脉宽应大于500ns）时有效；* WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2。当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入变化而变化，LE2负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换；* IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器内容线性变化；* IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和是一常数；* Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻可调整转换满量程精度；* Vcc：电源输入端，范围为+5V+15V；* VREF：基准电压输入线，范围为-10V+10V；* AGND：模拟信号接地；* DGND：数字信号接地。 （3）DAC0832工作方式根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：单缓冲方式、双缓冲方式和直通方式。DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样频率为八位的D/A芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要材料如下： D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，同时也可外接。 （4）DAC0832引脚功能说明：DI0DI7：数据输入线；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，当高电平有效；CS：片选信号输入线，当低电平有效；WR1：为输入寄存器的写选通信号端口；XFER：数据传送控制信号输入线，当低电平有效；WR2：为DAC寄存器写选通输入线；Iout1:电流输出线，当输入全为1时Iout1最大；Iout2: 电流输出线，其值与Iout1之和是一常数；Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻；Vcc:电源输入线 (+5v+15v)；Vref:基准电压输入线 (-10v+10v)；AGND:模拟接地,摸拟信号和基准电源的参考地；DGND:数字接地,两种地线在基准电源处共地比较好。 图2-4 DA转换电路 2.2.6按键电路设计按键是由一组按压式或触摸式开关构成的阵列，是常用的输入设备。键盘分为编码式键盘和非编码式键盘两种。（1）编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码，此键盘所需程序简单，但硬件电路复杂、昂贵的价格通常不被单片机系统采用。（2）非编码键盘常用一些按键排列成行列式矩阵，硬件逻辑与代码之间没有严格的对应关系，而是由程序来决定。非编码键盘的硬件接口简单，但是要占用较多的CPU时间，通常使用一个可编程键盘管理芯片来克服这一缺点。本设计采用两个按钮，一种是按钮式非编码键盘和触摸式非编码开关。在接线时由于有四个引脚，需要用万用表进行测量连接，然后连接两个引脚，示意图如图2-5所示。图2-5 按键电路如果要进行数据的计算就必须进行数据的输入，也就必须知道按键输入的数值是什么，这时就需要对键盘进行扫描，从而确定究竟是哪个键按下。2.2.7 LCD1602液晶显示电路设计 （1）LCD1602简介工业字符型液晶，能够同时显示16*2即32个字符。（16列2行）注：为了表示的方便，以后皆以1表示高电平，0表示低电平。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶。它由若干个5*7或者5*11等点阵字符位组成的，每个点阵字符位都可以显示一个指定字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。正因为如此所以它不能很好地显示图形。 LCD1602是指显示的内容为16*2,指可以显示两行，每行16个字符液晶模块。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理完全相同，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 （2）管脚功能 图2-6 LCD1602管脚图1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS 电源地；第2脚：VCC 5V电源正极；第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）；第4脚：RS为选择寄存器，当高电平时选择数据寄存器、当低电平时选择指令寄存器；第5脚：RW为读写信号线，当高电平时进行读操作，当低电平时进行写操作；第6脚：E（或EN）端为使能端；第714脚：D0D7为8位双向数据端；第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 （3）芯片特性3.3V电压，对比度可调； 内含复位电路； 提供各种控制命令：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能； 有80字节显示数据存储器DDRAM； 内建有192个5*7点阵的字型的字符发生器CGROM；8个可由用户自定义的5*7的字符发生器CGRAM；体积小、低功耗、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。（4）操作控制1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都会有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。（5）指令集1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置：（初始化）设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置：（初始化）N=1（读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1）；N=0（读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1）；S=1 且 N=1 （当写一个字符后，整屏显示左移）；S=0 （当写一个字符后，整屏显示不移动）。数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码（027H，4067）其他设置：01H（显示清屏，数据指针=0，所有显示=0）；02H（显示回车，数据指针=0）。 图2-7 液晶显示电路 2.2.8 运算放大电路设计LM324是四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。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。同单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统的运算放大器。是现在可以更容易地在单电源系统中实现的电路。例如，可直接操作的LM324系列，这是用来在数字系统中，轻松地提供所需的接口电路，而无需额外的15V电源电压。故本次毕业设计使用LM324来设计运算放电路。其电路图如图2-8所示： 图2-8 运算放大电路 （1）LM324芯片简介LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器，该四放大器可以在低到3.0伏或者高到32伏的电源下工作，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 （2）LM324各管脚说明在LM324中：1、2、3脚是一组，5、6、7脚是一组，8、9、10脚是一组，12、13、14脚是一组；剩下两个4脚和11脚是电源；其中1、7、8、14是各组放大器的输出脚，其他的为输入脚。 （3）LM324特点 短路保护输出；真差动输入级；可单电源工作：范围：3V-32V；低偏置电流：最大达100mA；每封装含四个运算放大器；具有内部补偿的功能；共模范围扩展到负电源；行业标准的引脚排列；输入端具有静电保护功能；单位增益内部频率补偿；大直流电压增益100 dB的；高带宽（单位增益）1兆赫（温度补偿）；电源范围宽：单电源3V至32V电源或双电源1.5V至16V；极低的电源漏电流（700A）基本上是独立的电源电压；低输入偏置电流45 NA（温度补偿）；低的输入失调电压为2 mV和失调电流：5 NA；输入共模电压范围包括地面；差分输入电压范围的电源电压等于；大输出电压摆幅0V至V +- 1.5V。 （4）LM324参数与描述 运放类型:低功率； 放大器数目：4； 带宽：1.2MHz； 针脚数：14； 工作温度范围：0C 至+70C； 封装类型：SOIC； 3dB带宽增益乘积：1.2MHz； 变化斜率：0.5V/s； 器件标号：324； 器件标记：LM324AD； 增益带宽：1.2MHz； 工作温度最低：0C； 工作温度最高：70C； 放大器类型：低功耗； 温度范围：商用； 电源电压 最小：3V；最大：32V； 芯片标号：324； 表面安装器件：表面安装； 输入偏移电压：最大为7mV； 运放特点：高增益频率补偿运算； 逻辑功能号：324； 额定电源电压：+15V。 （5）LM324应用电路由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等许多优点，因此被广泛应用在各种电路中。下面介绍LM324应用实例：此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高，运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时Rf=0的情况，因此各放大器电压放大倍数均为1，与分立元件组成的射极跟随器作用相同。 R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形成三路分配输出的情况。 3软件设计方案3.1 主流程图开 始初 始 化 读取波形选择状态 波形判断调试波形子程序驱动相应的液晶显示波形是否 转换 结 束 图3-1 主程序流程图信号的产生:利用8位D/A转换器DAC0832,可以将8位数字量转换成模拟量后输出。数字量输入的范围：0255，对应的模拟量输出的范围：VREF-VREF+之间。根据这一特性，可以利用单片机的并行口输出的数字量，产生常用的波形。3.2 Keil uVision4 编辑 单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的C语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用