毕业论文-基于单片机的信号发生器的设计

1、Abstract常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目：基于单片机的信号发生器的设计二级学院： 专 业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 评阅教师： 职称： 2013 年 6 月 I摘 要在科学研究、工程教育及生产实践中,我们经常会用到低频信号发生器，而且，随着信息技术的不断发展，信号发生器也在不断得进步，现在的信号发生器体积越来越小、功能越来越强、功耗越来越低、体积越来越小，在我们生活中的各个领域都得到了广泛的应用。信号发生器即

2、简易函数信号发生器，可以产生多种波形，如三角波、锯齿波、方波、正弦波等。本文通过分析函数信号发生器进行原理和构成，设计出产生三角波、锯齿波、方波、正弦波的函数信号发生器。所设计的函数信号发生器以单片机(AT89C51) 系统为控制中心，由晶体振荡电路、地址产生电路(直接数字频率合成DDS)、波形产生电路、控制电路及串行通讯电路组成。本文采用了直接数字频率合成技术，较大幅度的提高了输出波形的频率，可满足输出频率20Hz-2MHz 的变化范围；采用串行通讯电路可以直接方便的通过上位机改变波形的频率,确定输出波形的类型。关键词：函数信号发生器，AT89C51，DDS，直接数字频率合成 IIAbstr

3、actIn our scientific research, engineering, education and production practice, we often need to use low frequency signal generator, and, with the development of information technology, the signal generator is also in constant progress, volume and signal generator now smaller, more powerful, more and

4、 more low power consumption, the volume is more and more small, each field in our lives are widely used. Signal generator is a simple function signal generator, can produce a variety of waveforms, such as the triangle wave, sawtooth wave, square wave, sine wave. Through the analysis of the principle

5、 and constitute the function signal generator, can be designed to generate triangle wave, sawtooth wave, square wave, sine function signal generator.The combination of circuit to generate waveforms using AT89C51 MCU and DAC0832 digital-to-analog converter, this method is used in software filter, har

6、monic component and therefore would not produce spurious, the generated waveform of relatively pure. But it also has some advantages such as: low cost, high performance, stability of waves used in this way in the low frequency range, easy operation, small size, less power consumption etc.AT89C51 sin

7、gle-chip microcomputer as the core, the DAC0832 d/a converter device, using simulation software to design the hardware circuit, C language to write the driver, realize produce sine wave, triangle wave, square wave, sawtooth wave, etc. Several kinds of commonly used low frequency signal. Later after

8、the PCB production, buy the welding circuit, debugging of the circuit completed signal generator production, and can produce waveform.Keywords: AT89C51 MCU function ; signal generator ;DAC0832 DAC square wave triangle wave and sine wave sawtooth wave.目 录 TOC h z t 标题11,1,标题22,2,标题33,3 HYPERLINK l _T

9、oc371339347 摘 要 PAGEREF _Toc371339347 h I HYPERLINK l _Toc371339348 Abstract PAGEREF _Toc371339348 h II HYPERLINK l _Toc371339349 第一章 引言 PAGEREF _Toc371339349 h 1 HYPERLINK l _Toc371339350 1.2信号发生器概述 PAGEREF _Toc371339350 h 1 HYPERLINK l _Toc371339351 1.3信号发生器的发展历史 PAGEREF _Toc371339351 h 1 HYPERLIN

10、K l _Toc371339352 1.4信号发生器的发展特点 PAGEREF _Toc371339352 h 2 HYPERLINK l _Toc371339353 1.5单片机在低频信号发生器中的应用 PAGEREF _Toc371339353 h 3 HYPERLINK l _Toc371339354 1.5.1具有优异的性能价格比 PAGEREF _Toc371339354 h 3 HYPERLINK l _Toc371339355 1.5.2控制功能强 PAGEREF _Toc371339355 h 3 HYPERLINK l _Toc371339356 1.5.3集成度高、体积小、

11、可靠性高 PAGEREF _Toc371339356 h 3 HYPERLINK l _Toc371339357 1.5.4低电压、低功耗 PAGEREF _Toc371339357 h 3 HYPERLINK l _Toc371339358 第二章 设计方案的确定 PAGEREF _Toc371339358 h 4 HYPERLINK l _Toc371339359 2.1 信号发生器的设计要求 PAGEREF _Toc371339359 h 4 HYPERLINK l _Toc371339360 2.2 设计方案的选择 PAGEREF _Toc371339360 h 4 HYPERLINK

12、 l _Toc371339361 2.3本设计方案思路 PAGEREF _Toc371339361 h 4 HYPERLINK l _Toc371339362 2.4 DDS的原理 PAGEREF _Toc371339362 h 4 HYPERLINK l _Toc371339363 2.5相位累加器的逻辑设计 PAGEREF _Toc371339363 h 5 HYPERLINK l _Toc371339364 2.6 DDS性能特点 PAGEREF _Toc371339364 h 5 HYPERLINK l _Toc371339365 2.7技术指标和需要解决的主要问题 PAGEREF _

13、Toc371339365 h 6 HYPERLINK l _Toc371339366 第三章 硬件电路的设计 PAGEREF _Toc371339366 h 8 HYPERLINK l _Toc371339367 3.1系统硬件电路设计原则 PAGEREF _Toc371339367 h 8 HYPERLINK l _Toc371339368 3.2主控电路及主控芯片的选择 PAGEREF _Toc371339368 h 8 HYPERLINK l _Toc371339369 3.2.1 AT89C51简介 PAGEREF _Toc371339369 h 8 HYPERLINK l _Toc3

14、71339370 3.2.2 AT89C51管脚说明 PAGEREF _Toc371339370 h 9 HYPERLINK l _Toc371339371 3.2.3 AD9850芯片简介 PAGEREF _Toc371339371 h 10 HYPERLINK l _Toc371339372 3.3 系统硬件电路基本组成 PAGEREF _Toc371339372 h 12 HYPERLINK l _Toc371339373 3.4 系统总体硬件框图 PAGEREF _Toc371339373 h 12 HYPERLINK l _Toc371339374 3.5 键盘与显示电路 PAGER

15、EF _Toc371339374 h 13 HYPERLINK l _Toc371339375 3.5.1 矩阵键盘的设计 PAGEREF _Toc371339375 h 13 HYPERLINK l _Toc371339376 3.5.2 LCD显示器的设计 PAGEREF _Toc371339376 h 14 HYPERLINK l _Toc371339377 3.6 幅度调节的设计 PAGEREF _Toc371339377 h 15 HYPERLINK l _Toc371339378 3.7 AD9850外围电路设计 PAGEREF _Toc371339378 h 15 HYPERLI

16、NK l _Toc371339379 3.7.1 晶振的选择 PAGEREF _Toc371339379 h 15 HYPERLINK l _Toc371339380 3.7.2 AD9850与单片机接口电路 PAGEREF _Toc371339380 h 16 HYPERLINK l _Toc371339381 3.7.3 滤波电路 PAGEREF _Toc371339381 h 16 HYPERLINK l _Toc371339382 3.7.4 输出接口电路设计 PAGEREF _Toc371339382 h 18 HYPERLINK l _Toc371339383 第四章 软件设计 P

17、AGEREF _Toc371339383 h 21 HYPERLINK l _Toc371339384 4.1 软件总体流程 PAGEREF _Toc371339384 h 21 HYPERLINK l _Toc371339385 4.2 AD9850控制字 PAGEREF _Toc371339385 h 22 HYPERLINK l _Toc371339386 4.3 系统初始化 PAGEREF _Toc371339386 h 23 HYPERLINK l _Toc371339387 4.4 键盘扫描及按键识别子程序 PAGEREF _Toc371339387 h 25 HYPERLINK

18、l _Toc371339388 4.5显示模块程序 PAGEREF _Toc371339388 h 29 HYPERLINK l _Toc371339389 第五章总结 PAGEREF _Toc371339389 h 30 HYPERLINK l _Toc371339390 第六章 测试结论 PAGEREF _Toc371339390 h 31 HYPERLINK l _Toc371339391 6.1示波器测试的波形 PAGEREF _Toc371339391 h 31 HYPERLINK l _Toc371339392 第七章 结束语 PAGEREF _Toc371339392 h 33

19、HYPERLINK l _Toc371339393 第八章 参考文献 PAGEREF _Toc371339393 h 34 HYPERLINK l _Toc371339394 第九章 附录 PAGEREF _Toc371339394 h 35常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第一章 基于单片机信号发生器设计概述1.1信号发生器现状随着电子测量及电路实验,仪器设备对信号发生器的广泛需求,促使信号发生器发展迅速,种类增多而且性能不断提高。同时，也随着70年代微处理器的出现，促使信号发生器向着自

20、动化、智能化方向发展。如今，许多信号发生器都带有微处理器，而且都具备了自校、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的实验仪器一起构成自动测试系统。就目前来说信号发生器的发展趋势是向着低功耗、宽频率覆盖、高频率精度、自动化、多功能和智能化的方向发展。信号发生器作为一种常用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等多个领域都得到了广泛的应用。在科学教育和工业生产当中，如教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，都要用到低频信号发生器；且在我们的日常生活和一些科学研究中，会经常使用到齿波、矩形波和三角波等信号。比如说，在类似于电视、示波器等仪器中，我们要让

21、电子遵循一定规律去运动和屏幕可以显示图像，我们就会用到锯齿波发生器来做为基本电路。尽管信号发生器已广泛应用到我们生活的方方面面，但是市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足我们生活、实验和工业生产等多方面实际应用的需求。开发低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器就显得更加重要和更具意义。1.2信号发生器概述1.2.1信号发生器分类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

22、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。1.2.2信号发生器的发展历史信号发生器作为一种常用电子仪器设备，传统的信号发生器是完全由硬件电路搭接而成，如用555振荡电路产生正弦波、三角波、方波锯齿波的电路便是常用的方法之一。不过这种电

23、路存在一定的缺点如：波形的质量差、比较难控制、可以调节的范围小、电路比较复杂和体积较大等。在科学研究、工业生产、工业过程的控制和生物医学等领域我们经常会用到低频信号源，但是用硬件电路组成的低频信号发生器的性能还远不能让人满意，这是因为低频信号源所需要的RC很大，而大电阻和大电容在制作问题上又有一定的困难，参数的精度也不能做到保证进而导致低频信号发生器漏电而且体积大，损耗明显。当工作的需求和功能有所增加，则电路的复杂程度也会相应的增大。70年代以前，信号发生器主要分为：正弦波信号发生器和脉冲波信号发生器，但是函数发生器处于两类之间，它可以提供余弦波、正弦波、三角波、方波、锯齿波、上弦波等常用的波

24、形，产生其它的波形时，则需要用到较复杂的电路加上机电结合的方法。70年代以前的波形发生器大都使用模拟电子技术，但是模拟器件组成的电路存在着一些缺点，比如说：尺寸大、价格贵、功耗大等，并且要产生相对来说比较复杂的信号波形，那么电路结构就会非常复杂。而且主要表现为两个问题，一个是要通过电位器的调3节来实现输出频率的调节，这样就很难将频率调到固定的值；第二个则是脉冲的占空比不可以调节。70年代之后，由于微处理器的出现，我们就可以利用处理器、A/D/和D/A，硬件和软件来让波形发生器的功能增大，可以产生出更为复杂的波形。这个时期的波形发生器大都以软件为主，其实质上是采用微处理器对DAC的程序控制，这样

25、我们就可以得到各种简单的波形。90年代末期，出现了一些真正的性能高、价格高的函数发生器、不过HP公司生产了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它是由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成的。不过HP8770A也只能产生8种波形，而且价格很贵。不久，Analogic公司则推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司也生产了的型号为9100的波形发生器。二十一世纪，随着集成电路技术高速发展，出现了很多工作频率可以超过GHz的DDS芯片，推动了函数信号发生器的发展，到2003年，Agilent公司生产的33220A可以产生17种波形，最高的频率可以到20M，

26、2005年生产的N6030A可以产生500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。1.2.3信号发生器技术发展方向近些年来，函数信号发生器的技术发展特点主要表现在以下几个方面：（1）输出波形频率的不断提高，让信号发生器的应用越来越广泛。信号发生器的软件开发以及应用让波形数据的输入变得更加容易了起来。因为信号发生器软件的开发,我们便可以用一系列的点或者是直线或者是固定的函数段把波形的数据存入到存储器中。而且可以使用一种非常有效的数学方程的输入方式，那么即使是复杂的波形也可以由简单的数学公式组合而成,就是:v=f(t)的形式。因此促进了函数信号发生器向可以产生任意波形的方向发展，而且计算机语言

27、的快速发展对信号发生器的软件技术也起到了一定的促进。现在我们可以使用可视化的编程语言如Visual Basic,Visual C等语言来编写信号发生器的程序语言，这样便允许从计算机的显示屏上来输入任意的波形，从而实现波形的输入。（2）和VXI资源的结合。现在函数信号发生器由台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新开发的VXI模块。因为VXI总线的逐步成熟，而且对测量仪器要求的增高，很多方面都使用VXI系统来测量产生复杂的波形，VXI里面的系统资源办证了它的优势，不过因为开发VXI模块的周期较长，还需要有VXI机箱的配套，让VXI模块局限于航空、军事和国防等重大领域；民用的方面，VXI模块还不如台

28、式的仪器方便。（3）伴随着信息技术的快速发展，台式的仪器在经历了一段衰落之后，又重新振作起来。现在新的台式仪器和之前的已经有了很多地方的区别。新一代的台式仪器有更多的特性，而且可以执行更多的功能。外形大小和价格都要相对于过去类似的产品有很大的减少。1.3单片机概述随着大规模集成电路技术的发展，中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、(I/O)接口、定时器/计数器和串行通信接口，以及其他一些计算机外围电路等均可集成在一块芯片上构成单片微型计算机，简称为单片机。单片机具有体积小、成本低，性能稳定、使用寿命长等特点。其最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中，这是其他

29、计算机和网络都无法做到的。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所无法完成的一些工作；使其具有很多显著的优点和特点，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）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。2）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作指令。其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微

30、机。3）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。4）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

31、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。第二章系统分析和总体设计2.1对信号发生器设计的要求它的主要技术指标及功能要求如下：(1)能产生正弦波、三角波和方波信号，并通过按键切换信号类型；(2)通过按键可以以一定的步进改变频率；(3)正弦波所能达到最高频率为2MHz;(4)输出幅度为05V。2.2设计方案的选择函数信号发生器的实现方法一般有下面几种：方案一：利用分离元件组成的函数信号发生器，但基本上都是单函数发生器而且它有一些缺点比如：频率不高，工作也不很稳定，不方便调试。方案二：采用函数信号发生器ICL8038集成的

32、模拟芯片，它是可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。不过这种模块所产生的波形不是纯净的波形，都会有高次谐波分量，我们可以采取措施过滤部分，但不可能全部滤除干净,而且这还有个缺点就是价格较高。方案三：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器的相结合电路来产生波形，这种方法是采用的软件滤波，因此就不会产生寄生的高次谐波分量，所生成的波形相对来说也比较纯净。而且它还有一些优点比如：成本低、性能较高，但是该方案无法达到论文设计的频率要求。方案四：采用AT89C51和专用直接数字合成芯片的函数发生器，能产生任意波形并达到很高的频率，而且该方案电路较简单，性价比高。鉴于方案一的信号频率

33、不够稳定，方案二的电路复杂，价格高昂，频率覆盖系数难以达标等缺点和方案三无法达到论文设计的频率要求，所以决定采用方案四的设计方法。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。2.3系统组成及工作原理2.3.1 系统组成 系统框图如图2.1所示，DDS波形发生器主要由五大模块(单片机控制模块、键盘与显示模块、数字合成模块、滤波模块及运放模块)组成。各模块的功能：波形产生由单片机控制模块和数字合成模块实现，滤波模块及运放模块用来对波形进行处理。键 盘单片机数字合成显

34、示低通滤波集成运放 波形输出 图2.1系统组成框图2.3.2系统工作原理系统工作原理：用户用按键输入命令，数据显示在LCD上，并将命令传输到单片机，再由单片机控制DDS芯片输出波形，并通过后级波形调理电路，输出所需的波形。（1）单片机模块本设计中单片机是系统的控制中心，用来向DDS输入控制字，用户按键输入命令的判断，以及LCD内容的显示。考虑到本设计的单片机的功能，本系统采用最为常用的51单片机即AT89C51来作为控制模块（2）键盘和显示模块本设计键盘模块选择4*4键盘用来选择波形相位、频率值；显示模块采用LCD1602，主要是用来显示波形的频率等。（3）数字合成和滤波模块DSS芯片是本设计

35、的核心模块，主要是由相位累加器、正弦波形表、D/A转换器、低通滤波器组成，其基本组成如图2-1。其基本原理是：在系统时钟的控制下，将频率控制字K送到相位累加器；刷新相位累加器中的数据，然后把相位累加器中的数据N作为地址对正弦ROM表进行查询；通过改变相位增量就可以改变DDS的输出频率值；由波形ROM存储器取出的波形量化数据，经过A/D转换器转换成模拟电压/电流，再经过低通滤波器将波形中的高次谐波滤除，最终得到DDS的输出波形。图2-2 DDS的基本组成模块时钟源由一个稳定度比较高的晶体振荡器组成，为整个电路提供高精度频率信号，是DDS正常工作的核心器件。相位累加器相位累加器是由加法器和反馈寄存

36、器两部分组成的,其结构如图2-1所示,每一个参考时钟信号脉冲,都会使作为相位增量的频率控制字M进入到相位累加器,并与之存储的相位值相加,得到归一化的相位值,再输入正弦查表进行查询。虽然的幅度增量是非线性的,但是它的相位增量却是线性的,因此DDS利用相位增量的线性变化，在时钟脉冲下，让相位实现一个个步长的增加，来决定输出信号的频率与精度。假设相位累加器的位数为N,那么加法器位数也为N,反馈寄存器位数也为N,并且起模运算的作用。将一个周期平均分成等份,由于频率控制字的循环累加,每次转动一个角度,则可以产生一个频率为的正弦波相位递增量。那么只要选择恰当的频率控制字M满足: （2-1）就可以得到所需要

37、的输出频率。每是一个周期,周期过后寄存器中的数值归零,如此循环、周而复始的相加。正弦查表相位累加器输出的是相位序列码，经过一个相位序列码到幅度序列码的变换装置，再经过数/模转换就可以生成阶梯波形。相位序列码到幅度序列码的变换装置就是利用只读存储器RAM来完成的。数/模转换器（DAC）DAC的作用是将幅度序列码转换为阶梯波。DAC的分辨率会对输出波形的精度产生较大影响；DAC的分辨率越高,组成正弦波的阶梯数就越多、越密集,形状就越接近与正弦波形,输出波形的精度也就越高。（4）滤波和运放模块滤波模块主要是利用滤波器的选频特性滤除高频分量，即可得到最低频率（基频）的正弦信号。运放模块是对正弦波形进一

38、步处理，来得到理想幅值的波形。图2-3 DDS波形输出第三章 系统硬件设计波形的产生与控制部分由51单片机与DDS芯片(AD9850)组成，其中前者作为正弦波，余弦波，方波的合成芯片，后者实现三角波的合成。用户通过键盘输入的波形参数被AT89S51接收，并经其处理后将计算出的控制字传送给AD9850，由其输出可控波形。3.2主控芯片的选择3.2.1AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储（FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以

39、反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.2.2AT89C51管脚说明其管脚如图3-1所示：图3-189C51管脚图1.VCC：供电电压；2.GND：接地；3.P0口：P0口为一个8位漏极开路双向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/地址的低八位。在FIASH

40、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。4.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口作为低八位地址接收。5.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

41、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。6.P3口：P3口管脚是8个内部带上拉电阻的双向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，如表3.1所示： 引 脚第 二 功 能信 号 名 称P3.0RXD串行数据接收P

42、3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0请求P3.4INT1外部中断1请求P3.4T0定时器/计数器0输入P3.5T1定时器/计数器1输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通7.RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚保持两个机器周期的高电平时间。8.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八位字节。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A

43、LE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR的8EH地址上置0。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。9. /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，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。 10./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

44、器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 11.XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 12.XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2.3AT89C51最小系统设计图3-2 AT89C51最小系统单片机最小系统是实现单片机工作的基本条件，包括启动单片机工作的电源、时钟和复位电路，在此基础上可以通过单片机的I/O口与其不同外围设备相连，实现不同的功能。时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异，典型值为12MHz。MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输

45、入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。AT89C51是属于CMOS8位微处理器，它的时钟电路在结构上有别于NMOS型的单片机。CMOS型单片机内部（如AT89C51）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器。晶振或陶瓷谐振器，振荡器产生的时钟频率主要由SYS参数确定（晶振上标明的频率）；电容C1和C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（C1、C2大，f变小）。本设计选电容为典型值30pF，系统时钟频率为12MHz，晶振电路如图3-2所示。复位电路计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CP

46、U和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。另外,在单片机工作工程中，如果出现死机时，也必须对单片机进行复位，使其重新开始工作。 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。其中单片机复位方式包括上电自动复位和按键复位两种，本设计中采用按键复位的方式来对AT89C51进行复位，复位电路如图3-2。3.3.1 AD9850芯片简介随着数字技术的飞速发

47、展，用数字控制方法从一个参考频率源产生多种频率的技术，即直接数字频率合成（DDS）技术异军突起。美国AD公司推出的高集成度频率合成器AD9850便是采用DDS技术的典型产品之一。AD9850采用CMOS工艺，其功耗在3.3V左右。供电时仅为155mW，扩展工业级温度范围为-4080，采用28脚SSOP表面封装形式。AD9850的引脚排列如图3-3所示：图3-3 AD9850管脚图AD9850引脚功能说明如下：CLKIN：参考时钟的输入。此时钟输入可以是连续的CMOS序列，也可以是经1/2电源电压偏置的模拟正弦波输入。RSET：DAC外部电阻RSET连接处。此电阻设置了DAC输出电流的幅值，在一

48、般情况下Iout=3mA。AGND：模拟电路地。DGND：数字电路地。DVDD：数字电路电源。AVDD：模拟电路电源。W_CLK：控制字输入时钟。此时钟用来控制并行或串行输入频率/相位控制字。FQ_UD：频率更新时钟。在此时钟的上升沿，DDS将刷新已输入到数据输入寄存器中的频率(或相位)字，使输入数据寄存器归零。D0-D7：8bit数据输入端。这是一个用于重复输人32bit频率和8bit相位/控制字的8bit数据输入端口，D7是最高位，D0是最低位，它还是40bit串行数据输入端口。RESET：重新设置。这是整片的重新设置功能，即当此脚置为高电平时，它清除(除输入寄存器)所有寄存器中的数据5。

49、复位（RESET ）信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于5 个参考时钟周期。AD9850 的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率，因此AD9850 的复位（RESET ）端可与单片机的复位端直接相连。IOUT：DAC的模拟电源输出。IOUTB：DAC的互补模拟输出。DACBL：DAC基准线，是DAC基准电压参考。VINP：不转换电平输入，是比较器的同相输入。VINN：转换电平输入，是比较器的反相输入。QOUT：输出为真，是比较器的真正输出。QOUTB：输出为补充，是比较器的补充输出。3.3.2 AD9850组成原理及内部结构AD9850的组成如图3-4中层虚线内是一个完整的可编程DDS系统，外

50、层虚线内包含了AD9850主要组成部分。图3-5为其内部结构框图。图3-3 AD9850组成原理图3-5 AD9850的内部结构AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个位相位寄存器组成，一般为2432。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0360范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC以输出模式量。相位寄存器每过个外部参考时钟后

51、返回到初始状态一次，相位地正弦查询表每消费品一个循环也回到初始位置，从而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波周期，频率，、分别为外部参考时钟的周期和频率。AD9850 采用32 位的相位累加器将信号截断成14 位输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成10 位后输入到DAC，DAC 再输出两个互补的电流。DAC 满量程输出电流通过一个外接电阻调节，调节关系为=32(1.148V/RSET)，的典型值是3.9。将DAC 的输出经低通滤波后接到AD9850 内部的高速比较器上即可直接输出一个抖动很小的方波。AD9850 在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程

52、控制的模拟正弦波输出，此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。在125MHz 的时钟下，32 位的频率控制字可使AD9850 的输出频率分辨率达0.0291Hz ；并具有5 位相位控制位，而且允许相位按增量，或这些值的组合进行调整。3.3.3 AD9850 的控制字与控制时序AD9850 有40 位控制字，32 位用于频率控制，5 位用于相位控制。1 位用于电源休眠（Power down ）控制，2 位用于选择工作方式。这40 位控制字可通过并行方式或串行方式输入到AD9850，在并行装入方式中，通过8 位总线D0D7 将可数据输入到寄存器，在重复5 次之后再在FQ_U

53、D 上升沿把40 位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器（更新DDS 输出频率和相位），同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。接着在W_CLK 的上升沿装入8 位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5 个W_CLK 上升沿后，W_CLK 的边沿就不再起作用，直到复位信号或FQ_UD 上升沿把地址指针复位到第一个寄存器。在串行输入方式，W_CLK 上升沿把25 引脚的一位数据串行移入，当移动40 位后，用一个FQ_UD 脉冲即可更新输出频率和相位。图3-5是相应的控制字并行输入的控制时序图。图3-6控制字并行输入时序3.4系统硬件电路基本组成硬件电路的组成主要由以下几部分组成:(1)单

54、片机控制模块；(2)键盘模块；(3)显示模块；(4)AD9850外围电路；(5)滤波电路；(6)幅值调节电路（运放模块）；3.4.1单片机控制模块本系统以AT89C51作为控制核心，P0口8个引脚通过排线与4*4矩阵键盘相连，根据按键的情况完成频率和相位的设定功能。P1.0P1.7端口用8芯排线连接到1602上的7到14脚上,P30连4脚（RS）,P31连5脚（RW）,P30连6脚（E），并通过程序将频率值显示到LCD1602上。P2口与AD9850的相关控制字写入端口相连，进行串行控制，对DDS芯片写入控制字，从而实现相应的波形输出。图3-7系统控制电路3.4.2键盘电路AT89C51单片机

55、的P1口用作键盘输入口，键盘的行线接到P1口的低4位，键盘的列线接到P1口的高4位，4根行线和4根列线形成16个相交点。键位识别的方法是对键盘的行线进行扫描。检测当前是否有键被按下的方法是Pl.4-Pl.7输出全“0”，读取Pl.0-Pl.3的状态，若Pl.0-Pl.3为全“1”，则无键闭合，否则有键闭合。由此得到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查表法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值。为了保证键在每闭合一次CPU仅作一次处理，必须去除键释放时的抖动。去除键抖动的方法是增加适当延时，即当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断。按键A、B、C被定义为功能键，用于选择输出波形

56、方式(正弦波、三角波、方波)，其中，A键表示正弦波，B键表示方波，C键表示三角波按键被定义为数字键和控制键，数字键(09)用于输入频率值；控制键包括*键、#键，*键作为修改设置频率的标志，#键作为设置频率结束的标志44的矩阵键盘电路和各按键功能分别如图3-8和表格3-1所示。图3-8 44矩阵键盘电路按键号功能定义按键号功能定义S10S98S21S109S32S11AS43S12BS54S13CS65S14确认键S76S15*S87S16#表格3-1按键功能定义3.4.3显示电路在单片机系统中，要实现良好的人机界面，除了需要键盘等输入设备以外，一般还配有显示输出设备。常用的显示器有：发光二极管

57、显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD。LED、LCD显示器具有结构简单、成本低、配置灵活、与单片机接口方便等特点。LCD1602液晶显示模块指令功能强：可组合成各种输入、显示、移位方式以满足不同的要求；接口简单方便；可与8位微处理器或微控制器直接相连，而不需驱动，大大简化了硬件电路及软件程序。（1）液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。（2）液晶显示器的分类液晶显

58、示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。（3）液晶显示器各种图形的显示原理:线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H0

59、0FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符

60、发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。本设计显示模块是用来显示键盘键入的频率