基于单片机的信号发生器设计

1、摘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。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。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。本文设计了一个基于at89s52单片机的信号发生器。该信号发生器以at89s52单片机为核心，采用程序设计方法产生正弦波、三角波、矩形波，锯齿波和梯形五种波形，再通过d/a转换器dac0832将数字信号转换成模拟信号，经运算放大，最终由示波器显示出来，能产生1hz3khz的波形。通过键盘来控制五种

2、波形的类型选择、频率变化，并通过液晶屏lcd1602显示其各自的类型以及数值，系统大致包括波形产生部分、数/模转换部分、运算放大部分以及液晶显示部分四部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生部分进行详细论述。关键词：信号发生器； at89s52单片机； dac0832；运放tl082abstractthe signal generator is a common source, widely used in electronic circuits, automatic control systems and teaching experiments. a variety of signals

3、is an important part of the communications field, including sine, triangle and square wave is the more common signal. in scientific research and teaching experiments often require several signal generating device. for experimental convenience, the development of a flexible application of the full-fe

4、atured, easy to use the signal source is very necessary.this paper is a design of a single-chip signal generator based on at89s52. the signal generator to the microcontroller at89s52 programming method to generate sine wave, triangle wave, square wave, sawtooth and trapezoidal five kinds of waveform

5、 d / a converter dac0832 digital signals into analog signals by the operational amplifier and eventually by an oscilloscope can generate waveforms of 1hz-3khz. five waveform types to select via the keyboard to control the frequency changes, and their respective types, and value through the lcd1602 d

6、isplay, the system is roughly the waveform to generate part of d / a converter part of the operational amplifier part of the lcd part of the four parts, with particulard / a conversion part and waveform generation section in detail.keywords: signal generator; at89s52 microcontroller; dac0832; op amp

7、 tl082目录摘要iabstractii目录iii1前言11.1课题背景11.2研究内容及发展状况11.3论文结构22方案选择与硬件电路设计42.1方案选择42.2硬件电路设计52.3设计功能63系统各模块硬件选择73.1 at89s52单片机硬件结构73.1.1 at89s52 特性83.1.2单片机引脚功能83.1.3单片机最小系统103.2 数模转换芯片的选择123.2.1 数模转换芯片的选择123.2.2 dac0832芯片引脚及功能133.3 运放模块芯片选择及在电路中的应用143.3.1 运放模块芯片选择及其引脚结构143.3.2tl082芯片在电路中的应用143.4 显示模块块

8、选择154系统各模块电路设计174.1复位电路174.2键盘电路184.3时钟电路194.4数模转换电路194.5液晶显示电路204.6运算放大电路224.7供电电路235软件部分及仿真结果255.1设计框架255.2仿真软件选择255.3主程序流程图265.4各波形产生原理及频率计算305.4.1正弦波产生原理305.4.2方波产生原理325.4.3三角波产生原理335.4.4锯齿波产生原理355.4.5梯形波产生原理366实物焊接及调试遇到的问题396.1焊接准备工作396.2焊接电路图396.3焊接后的测试406.4调试后的结果406.5实验中遇到的问题及解决办法42致谢45设计总结46

9、参考文献471前言1.1课题背景不论是在生产还是在科研与教学上，信号发生器都是电子工程师仿真实验的最佳工具。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大意义。传统的信号发生器采用专用芯片，成本高，控制方式不灵活。本设计充分利用单片机灵活的控制、丰富的外设处理能力，实现频率可调的函数波形的输出，同时可以根据需要方便地实现在一定范围内的调频调功能，具有良好的实用性。信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形

10、发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。1.2研究内容及发展状况本文是基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、矩形波、正弦波、锯齿

11、波和梯形波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪

12、器仪表领域。在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、a/d/和 d/a，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂

13、的波形。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 dac的程序控制，就可以得到各种简单的波形。 90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是hp公司推出了型号为 hp770s的信号模拟装置系统，它由 hp8770a任意波形数字化和 hp1776a波形发生软件组成。hp8770a实际上也只能产生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公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。 到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 ghz 的dds 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发

14、展，2003 年，agilent的产品 33220a能够产生 17 种波形，最高频率可达到20m，2005 年的产品n6030a 能够产生高达 500mhz 的频率，采样的频率可达1.25ghz。 1.3论文结构本次设计讲述了基于单片机的信号发生器的设计原理和实现的方法。以at89s52单片机为核心，结合一定的外围电路和软件，实现智能波的产生和输出，并用lcd1602液晶显示屏显示了输出波形的类型和频率。从总体上来看设计任务可以分为硬件设计和软件设计，这两者互相结合，不可分离。硬件设计的绝大部分工作量在最初阶段，到后期往往还要作一些修改。软件设计任务贯穿始终，到中后期基本上都是软件设计任务。软

15、硬件结合从整体上实现了信号产生和显示的功能。下面对本文的结构做一个简单的介绍第一章 对信号发生器的研究背景、发展现状及论文的结构进行简单的阐述。第二章 对设计方案进行论证比较，得出此方案的优点，并具体概述了信号发生器的硬件设计电路以及按键和液晶显示屏功能的设计。第三章 对设计中所用到的硬件进行比较，又对所选的硬件功能进行了简单的概述，主要包括单片机引脚功能和单片机最小系统，dac0832和tl082简单描述。第四章 对设计中的各个模块进行了详细的描述，基本上描述清楚了硬件电路的设计。第五章 对系统软件方面的描述，主要包括系统总的设计思路及各个波形产生的原理，另外还加入了在设计中所用到的部分设计

16、程序。第六章 实物焊接及调试过程中遇到的问题，详细的描述了实物焊接以及在仿真中遇到的一些问题以及解决办法。2方案选择与硬件电路设计2.1方案选择产生信号的方法有很多种，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景。以满足工业领域对信号源的要求。基于altera公司的现场可编程门阵列（fpga）实现数字信号发生器的设计，fpga具有密度高，功耗低，体积小，可靠性高等特点，设计

17、时可以不必过多考虑具体硬件连接。设计中应用vhdl硬件描述语言进行描述，使该数字信号发生器可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四个独立的波形，并能对所产生的四种波形的频率和幅度进行调节。但是外围电路比较复杂，成本也较高。波形发生器设计的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。它以计算机为基础，软件为核心，没有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。例如用图形化编程工具lab view来实现任意波形发生器的功能：在lab view软件的前面板通过拖放控件，设计仪器的功能面板(如波形显示窗口，波形选择按键，波形存储回放等工作界面)，

18、在软件的后面板直接拖放相应的波形函数并进行参数设置或直接调用编程函数来设计任意波形以实现波形产生功能。采用纯软件的虚拟仪器设计思路可以使设计简单、高效，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。软件法的缺点是波形的响应速度和精度逊色于硬件法。使用的是at89s52单片机构成的发生器，在单片机输出端口接dac0832进行d/a转换。通过运放进行波形调整，可产生三角波、阶梯波正弦波等多种波形，波形的频率可用程序控制延时改变。单片机外围器件中增加独立式按键，通过按键控制波形的选择。具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。鉴于以上各种方案，使用at8

19、9s52单片机构成的发生器，它不仅采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几种元器件都是常用的元器件，容易得到，且价格便宜，使得硬件的开销达到最省。2.2硬件电路设计数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。at89s52单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器cpu、随机存取存储器ram、只读存储器rom、i/o接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将at89s52再配置键盘及其接口、显示器及其接口、数模转换及波形输出、指

20、示灯及其接口等四部分，即可构成所需的波形发生器。其信号发生器构成原理框图如图2-1所示:主控芯片at89s52键盘电路数模转换运算放大示波器显示液晶显示图2-1 系统方框图at89s52是整个波形发生器的核心部分，通过程序的编写和执行，产生各种各样的信号，并从键盘接收数据，进行各种功能的转换和信号幅度的调节。当数字信号经过接口电路到达转换电路，将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形。本方案其主要模块包括复位电路、时钟信号、键盘控制、d/a 转化及液晶显示。其各个模块的工作原理如下：(1）复位电路是为单片机复位使用，使单片机接口初始化。at89s52 单片机的复位引脚ret 是施密特触发输入脚

21、，内部有一个上拉低电阻，当振荡器起振以后，在rst 引脚上输出2 个机械周期以上的高电平，器件变进入复位状态开始，此时ale、psen、p0、p1、p2、p4 输出高电平，rst 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。该方案采用的是人工开关复位，在系统运行时，按一下开关，就在rst 断出现一段高电平，使器件复位。（2）时钟信号是产生单片机工作的时钟信号，控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高cpu 的速度。at89s52 内部有一个可控的反相放大器，引脚xtal1、xtal2 为反相放大器输入端和输出端，在xtal1、xtal2 上外接12mhz 晶振和30pf 电容便组成

22、振荡器。时钟信号常用于cpu 定时和计数。（3）键盘模块是是用于控制信号输入的类型，当按键按下时，可以通过单片机编程读取闭合的键号，实现相应的信号输出。其步骤主要是a、判断是否有键按下；b、去抖动，延时20ms 左右；c、识别被按下的键号；d、处理，实现功能。（4）d/a 转换也称为数模转换，是把数字量变换成模拟量的线性电路。单片机产生的数字信号通过dac0832 转化成模拟信号，输出相应的电流值，通过tl082 集成运算放大器可以取出模拟量得电压值，最后利用示波器获得输出的模拟信号的波形；衡量数模转换的性能指标有分辨率、转换时间、精度、线性度等。lcd1602液晶显示器可以直接显示出相关输出

23、波形的信息，包括信号的类型和频率。2.3设计功能（1）本方案利用利用3 位（p3.4,p3.5 和p3.6）控制开关信号输入类型，其中当按下波形选择键使p3.4=0时，输出正弦波，再次按下输出方波，当再按时输出三角波，再按两次，则分别出现锯齿波和梯形波。当波形选择后，分别按下另外两个键（p3.5 和p3.6），会分别对波形频率进行加减，相应的在示波器上波形频率也会发生变化。（2）本方案利用lcd1602显示输出信号的类型和频率，如100hz 正弦波，显示为wave: sine，换行显示f：100hz。（3）利用dac0832 数模转换芯片实现信号的转换，并通过集成运算放大器将信号放大，输出信号

24、能够在proteus 软件中的示波器中显示。（4）信号频率范围要求：正弦波1781hz，方波18333hz，三角波1781hz，锯齿波1781hz，梯形波1-195hz。（5）输出信号幅度：0。3系统各模块硬件选择3.1 at89s52单片机硬件结构at89s52单片机是一种低功耗高性能的cmos8位微控制器，内置8kb可在线编程闪存。该器件采用atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80c51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过spi串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的8位cpu与可在线下载的flash集成在一个芯片上，

25、at89s52便成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。其结构框图如图31所示。at89s52具有以下标准功能： 8k字节flash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图3-1 单片机引脚

26、结构3.1.1 at89s52 特性at89s52具有以下特性：兼容mcs51产品8k字节可擦写1000次的在线可编程isp 闪存4.0v到5.5v的工作电源范围3级程序存储器加密256字节内部ram32条可编程i/o线3个16位定时器/计数器8个中断源uart串行通道低功耗空闲方式和掉电方式通过中断终止掉电方式看门狗定时器3.1.2单片机引脚功能单片机引脚图如下：图3-2 单片机在仿真中的引脚图管脚说明：p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8个ttl门电流。当p0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f

27、iash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：该口是带有内部上拉电阻的8位双向i/o端口，p1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个ttl输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。p1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对flash编程和程序校验时，p1口接收低8位地址。另外，p1.0与p1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（p1.0/t2）与定时/计数器2的触发输入端（p1.0/t2ex），如表3-1所示：表3-1p1口管脚复用功

28、能p1.0t2（定时器/计算器2的外部输入端）p1.1t2ex（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）p1.5mosi（用于在线编程）p1.6miso（用于在线编程）端口引脚复用功能p1.7sck（用于在线编程）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

29、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：该口是带有内部上拉电阻的8位双向i/o端口，p3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个ttl输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。p3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在at89s52中，同样p3口还用于一些复用功能，如表3-2所列。在对flash编程和程序校验期间，p3口还接收一些控制信号。表3-2p3端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出

30、口）p3.2int0（外部中断0）p3.3int1（外部中断1）p3.4t0（定时器0的外部输入）p3.5t1（定时器1的外部输入）p3.6wr（外部数据存储器写选通）p3.7rd（外部数据存储器读选通）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低位字节。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

31、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址期间，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）。xtal

32、1：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。vcc：供电电压。gnd：接地。3.1.3单片机最小系统at89s52是片内有rom/eprom的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用at89s52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可。单片机最小系统就是由一个单片机，晶振电路，复位电路，电源电路构成的。图3-3 单片机最小系统最小系统复位电路的极性电容c1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10-30f，52单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短；晶振y1也可以采用6mhz或者11.0592mhz，在正常工作的情况

33、下可以采用更高频率的晶振，52单片机最小系统晶振的大小直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快；起振电容c2、c3一般采用15-33pf，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。p0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。如图所示at89s52单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：（1）有可供用户使用的大量i/o口线。（2）内部存储器容量有限。（3）应用系统开发具有特殊性。3.2 数模转换芯片的选择3.2.1 数模转换芯片的选择在设计中，选择用dac0832来将数字信号转换成模拟信号。dac0832主要由8位输入

34、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，并加以控制。8位d/a转换器输出与数字量成正比的模拟电流，由与门、与非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。dac0832原理框图如图3-4所示：图3-4 dac0832内部原理图d/a转换器（dac）输入的是数字量，经转换输出的是模拟量。dac的技术指标很多，如：分辨率、满刻度误差、线性度、绝对精度、相对精度、建立时间、输入/输出特性等。 分辨率：dac的分辨率反映了它的输出模拟电压的最小

35、变化量。其定义为输出满刻度电压与 的比值，其中 n为dac的位数。如：8位dac的满刻度输出电压为5v，则其分辨率为 ；10位dac的分辨率为 。可见，dac的位数越高，分辨率越小。 建立时间：是描述dac转换速度快慢的参数。其定义为从输入数字量变化到输出达到终值误差 lsb（最低有效位）所需的时间。高速dac的建立时间可达1s。 接口形式：在dac输入/输出特性之一。包括输入数字量的形式，十六进制式bcd，输入是否带有锁存器等。 dac0832为8位d/a转换器。单电源供电，范围为+5v +15v，基准电压范围为 。电流的建立时间为1s,cmos工艺功耗20mw, 输入设有两级缓冲锁存器。

36、电压的计算方式：设计要求数控电压步进为1v，因此要准确选择d/a的参考电压 ，如上图用一个精密电阻进行调节，计算方法如下： 3.2.2 dac0832芯片引脚及功能各引脚分布如图3-5所示：引脚功能如下：(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。 图3-5 dac0832引脚图(3) iout2 ：模拟电流输出端2， iout2与iout1的和为一个常数，即iout1iout2常数。(4) rfb：反馈电阻引出端，dac0832内部已经有反馈电阻，所

37、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-+。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+。(7) agnd ：模拟量地，即模拟电路接地端。(8) dgnd ：数字量地。3.3 运放模块芯片选择及在电路中的应用3.3.1 运放模块芯片选择及其引脚结构tl082是一款通用的j-fet双运算放大器。其特点有：较低的输入偏置电压和偏移电流，输出设有短路保护，输

38、入级具有较高的输入阻抗，内建频率补偿电路，较高的压摆率，因而在本次设计中选用它作为运算放大模块主要器件。工作电压范围-+。图3-6 tl082引脚结构引脚介绍：1脚输出12脚反向输入13脚正向输入14脚电源-5脚正向输入26脚反向输入27脚输出28脚电源+3.3.2tl082芯片在电路中的应用dac0832首先将数字量d转换为电流信号，然后通过第一级运放将dac0832转换过来的电流信号转换成电压信号 ，第二级运放为一个加法器电路，它将微弱的电压信号加上（vref），然后输出从而达到放大的目的。图3-7 tl082在电路中的应用3.4 显示模块块选择1602显示模块内部的字符发生存储器（cgr

39、om）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、每一个字符都有一个固定的代码、比如大些的英文字母“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。另外1602显示比数码管显示更加省电，因而在设计中选择用1602而不用数码管。1602采用标准的16脚接口，其外形如下图：图3-8 lcd1602液晶显示屏其中: 第1脚：vss为地电源。第2脚：vdd接5v正电源。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，对比度过高时会产生“鬼影”，使用

40、时可以通过一个10k的电位器调整对比度。第4脚：rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。第5脚：rw为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和rw共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低电平rw为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平rw为低电平时可以写入数据。第6脚：e端为使能端，d当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：d0d7为8位双向数据线。第1516脚：空脚。4系统各模块电路设计4.1复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是将程序计数器pc初始化为0000h，使单片机从0000h单元开始执行程序。在运行中

41、，外界干扰等因素可使单片机的程序陷入死循环状态或跑飞。为摆脱困境，可将单片机复位，以重新启动。复位也使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。具体电路如图4-1所示：图4-1 复位电路当单片机应用系统工作时，经常要求进入复位工作状态，所以系统的复位电路必须能够准确、可靠地进行工作。单片机在复位后，除了影响pc 之外，也影响到某些寄存器，比如单片机复位后，p0-p3口输出高电平，且这些准双向口都处于输入状态，堆栈指针sp指向07h，同时部分专用寄存器也重新恢复到复位状态值，但是复位并不影响单片机内部的ram状态。系统在允许时，首先要检查系统复位是否成功，如果系统的复位电路无法满足系统的正常复

42、位，那么系统便无法正常允许，所以复位电路在系统中占据非常重要的地位。表4-1 单片机复位后的初始状态寄存器寄存器寄存器复位状态pc0000hth100hacc00hp0p3ffhpsw00hipxx00,0000bsp07hie0xx0,0000bdptr0000htmod00htcon00hscon00htl000hsbuf不定th000hpcon0xxx,0000btl100h4.2键盘电路键盘是人机界面的一种，是单片机应用系统最常见的一种输入设备，用户通过键盘图4-2 按键电路可以向cpu输入数据、地址和命令,是系统中非常重要的一部分。键盘是一种按键的组合，可以分为两类：独立连接式和矩阵

43、式。矩阵式键盘，也即通常所讲的行列式键盘，由行线和列线组成，近键位于行、列的交叉点上，行、列分别连接到按键开关的两端。矩阵式键盘节省了好多的i/o口，适用于按键数量较多的场合。键盘可以分为:独立式和矩阵式两种。但是独立式键盘同样可以写扫描矩阵式的序 ，本设计采用31独立式键盘是直接用i/o口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根i/o口线，每个按键的工作不会影响其它i/0口线的状态。独立式按键的典型如4-2所示。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。上拉电阻保证了按键断开时，i/o口线输有确定的高电平。当i/o中线内部有上拉电阻时，外电路可不接上拉电阻。4.3时钟电路单片机内部时钟

44、方式电路如图4-3所示，at89s52单片机虽然有内部振荡电路，但图4-3 时钟电路是要形成时钟，必须要有外接元件，如图所示，外接晶振cys，以及外接电容c1和c2构成并联谐振电路，接在放大器反馈回路中。晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范

45、围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。由此可以得知，c1和c2电容值的大小直接影响着振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和温度稳定性。电容c1和c2主要作用是帮助起振（谐振）称其为谐振电容，因其对振荡频率有着影响，所以常用调节c1和c2的电容值对频率进行微调。电容取值一般在530pf之间。当时钟频率为12mhz时，电容的典型值为30pf。4.4数模转换电路由单片机采用编程方法产生五种波形、通过da转换模块dac0832在进过滤波放大之后输出。其电路图如下：图4-

46、4 数模转换仿真电路dac0832共有三种工作方式：单缓冲工作方式、双缓冲工作方式、直通工作方式，由于本次设计中适用于只有一路模拟量输出，并不要求同步的系统。这样可以把xfer和wr2引脚直接接地，使dac0832锁存器呈直通状态即可，因而选择单缓冲工作方式。本次设计采用双极性电压输出，其输出电压vout=vref*(d-128)/128,式中的d为dac0832锁存器的二进制数。4.5液晶显示电路通过液晶1602显示输出的波形、频率，其电路图如下：如下图所示，1602的八位数据端接单片机的p1口，其三个使能端rs、rw、e分别接单片机的p2.3p2.5。通过软件控制液晶屏可以显示波形的种类以

47、及波形的频率。液晶显示屏的初始化程序如下：void write_com(uchar com) /1602写指令 lcdrs=0;p1=com;delay(5);lcde=1;图4-5 液晶显示仿真电路delay(5);lcde=0;void write_data(uchar date) /1602数据 lcdrs=1;p1=date;delay(5);lcde=1;delay(5);lcde=0; void init() /初始化 lcdrw=0; lcde=0; wr=0; cs=0; write_com(0x38); write_com(0x0c);/不显示光标 write_com(0x0

48、6);/光标加一，整屏不移 write_com(0x01);/所有显示清零 write_com(0x80+0x00);/数据指针初始化 write_data(0x77); /写wave: write_data(0x61); write_data(0x76); write_data(0x65); write_data(0x3a); write_com(0x80+0x40); /写 f： write_data(0x66); write_data(0x3a); 4.6运算放大电路本次设计通过tl082将dac0832输出端输出的电流信号放大，并与示波器连接在上面显示出选定波形，实验仿真电路如下：图4

49、-6 运算放大电路4.7供电电路根据实验要求，在实验中需要+和的电压源其中+电压源选用lm317三端集成稳压器，选用这种稳压器首先是因为317稳压块的输出电压变化范围是vo=（高输出电压的317稳压块如lm317hva、lm317hvk等，其输出电压变化范围是vo=，所以r2/r1的比值范围只能是028.6。 其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5ma。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5ma。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块

50、就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时，没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。lm317组成的稳压电路如下：图4-7 lm317稳压电路三端稳压集成电路使用时要求输入电压比输出电压值至少大以上，即u1-u2=，但也不宜过大。另外还有自地端流过的静态电流iq=8ma。lm7812和lm7912组成的稳压电路如

51、下：图4-8 lm7812和lm7912稳压电路5软件部分及仿真结果5.1设计框架（1）采用定时/计数器t0定时器：定时器0用作时钟定时，按方式1工作（2）p3.4-p3.6为键盘输入端（3）p0口用作段控制线（4）p2口用作位控制线（5）p3口用做第二功能（6）采用了定时/计数器t0中断5.2仿真软件选择proteus软件是英国labcenter electronics公司出版的eda工具软件。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。proteus是世界上著名的eda工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路

52、协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、pic12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，现在又增加了cortex和dsp系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持iar、keil和mplab等多种编译器。另外proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况，还可以仿真avr、pic、arm、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型

53、上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，proteus建立了完备的电子设计开发环境。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。 (1)proteus的工作过程 运行proteus的isis程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令，在pickdevices窗

54、口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的definecodegenerationtools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source菜单的add/removesourcefiles命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。 (2)proteus软件所提供的元件资源proteus软件所提供了30多个元件库，数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。 (3)proteus软件所提供的仪表资源 对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在proteus软件