基于單片機的信號發生器設計初稿-wenkub

　

【正文】 易擴展 系統擴展方便，簡化了硬件設計，同時市場上提供了各種成熟的開發工具，具有很強的軟硬件調試功能和輔助設計手段。但是由于單片機自身的一些特點，在實際應用中又有著自己的應用特性和應用范圍。在上位機軟件支持下，通過串行的 JTAG 接口直接對產品系統進行仿真調試。在這種通過交叉開關配置的 I/O 端口系統中，單片機外部為通用 I/O 口，如 P0 口、 P1 口和 P2 口。 I/O 端口可編程選擇為單向 /雙向以及上拉、開漏等。新型單片機片內 ROM 空間一般可以達到 4K 至 8K 字節， 4 RAM 空間可以達到 256 字節，有些型號的 ROM 和 RAM 空間更多。 從各種新型單片機的性能可以看出，單片機是向大容量、高性能化、外圍電路內裝化幾方面發展。華 邦 公司生產的 與 8051 兼容的單片機 具有 MTP 的 性能 、 OTP 的價位。編程線與 I/O 線共用，不增加單片機的額外引腳。由于掩膜需要一定的生產周期，而 OTP 型單片機價格不斷下降，使得近年來直接使用 OTP 完成最終產品制造更為流行。如美國國家半導體 NS 的 COP8 單片機內部增加了抗 EMI(電磁干擾 )電路，增強了 “ 看門狗 ” 的性能。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。 Motorola 單片機則是使用了鎖相環技術或內部倍頻技術使內部總線速度大大高于時鐘頻率。但實際上 16 位單片機的發展無論從品種和產量方面，近年來都有較大幅度的增長。長期以來，單片機技術的發展是以 8 位機為主的。這一方面是由于其對應用領域的適應性，另一方面 是由于以該類 CPU 為核心，集成以更多 I/O 功能模塊的新單片機系列層出不窮。 單片機發展特點 單片機技術從出現至今已走過近 30年的發展路程。單片機產品的性能在不斷提高，技術在不斷更新換代。 80 年代，世界各大公司競相研制出品種多、功能強的單片機，約有幾十個系列， 300 多個品種，此時的單片機均屬于真正的單片化，大多集成了 CPU、 RAM、ROM、數目繁多的 I/O 接口、多種中斷系統，甚至還有一些帶 A/D 轉換器。 1976 年 Intel 公司推出了 MCS48單片機，這個時期的單片機才是真正的 8位單片微型計算機，并推向市場。 單片機發展歷史 20 世紀 70 年代，微電子技術正處于發展階段，集成電路屬于中規模發展時期，各種新材料、新工藝尚未成熟。由于單片機的硬件結構和指令系統都是按照工業控制要求來設計的，常用在工業的檢查、控制裝置中，因而也被稱 為微控制器（ MicroController） . 單片機按照其用途可以劃分為通用型和專用型兩大類。 單片機的發展 單片機誕生于 20世紀 70年代。 1 第一章 緒論 單片機概述 單片微型計算機（單片機 ） 作為微型計算機的一個很重要的分支，自問世以來，以其極高的性價比，受到人們的重視和關注，因此應用廣泛，發展迅速。最初的單片機是利用大規模集成電路技術把中央處理單元（ Center Process Unit,也即簡稱 CPU）、數據存儲器（ RAM）、程序存儲器 (ROM)及其他 I/O 通信口集成在一塊芯片上，構成一個最小的計算機系統。通常所說的單片機是指通用型單片機。單片機仍處在初級的發展階段，元器件 集成規模還比較小，功能相對比較簡單，一般只集成了 CPU 和 RAM,有的還將一些簡單的 I/O 口集成到芯片上，像 Farichild 公司的產品就屬于這一類。它以體積小、功能全、價格低廉贏得了廣泛的應用，為單片機的發展奠定了基礎，成為單片機發展史上重要的里程碑。單片 2 機的功能越來越強大， ROM 和 RAM 的容量也越來越大，其發展到了一個全新的階段，應用領域更加廣泛，許多電子產品均走向利用單片機控制的智能化發展道路。近幾年，一些公司面向市場推出以 8051為內核、獨具特色、性能卓越的新型系列單片機，如 ATMEL公司的 AT89 系列， Philips 公司的 80C51 系列， ADI 公司的 ADuC 系列，以及SIEMENS 等公司也都在 8051 的基礎上先后推出了新型兼容機。縱觀 30年來單片機的發展歷程，單片機技術以微處理器技術及超大規 模集成電路技術的發展為先導，以廣泛的應用領域為動力，表現出極具個性的發展特點。可以預見，一些成功面市的相對年輕的 CPU 為核心，也會隨著 I/O 功能模塊的不斷豐富，有著相當長的生存周期。隨著移動通信、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭， 32 位單片機應用取得了長足的發展。 （ 3）運行速度越來越快 MPU 發展中表現出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標志的。68HC08 單片機使用 外部振蕩器而內部時鐘達 32MHZ，而 M68K 系列 32位單片機使用 32KHZ 的外部振蕩頻率，內部時鐘可達 16MHZ 以上。一般單片機都能在 36V 范圍內工作，電池供電的單片機不再需要對電源采取穩壓措施。 MOTOROLA 也推出了低噪聲的 LN 系列單片機。它較之掩膜具有生產周期短 、風險小的特點。而一些生產廠商推出的單片機不再有掩膜型，全部為有 ISP 功能的 OTP。這些單片機都使用了 ISP 技術， 可以 安裝到印刷線路板上以后再下載程序。 (1) CPU功能的加強 CPU 的能力主要體現在數據處理的速度和精度的提高，一般通過 CPU 字長的增加、硬部件的擴充、總線速度的提高、指令系統的擴充和效率的提高來實現。片內的EPROM 開始 E2PROM 和 Flash ROM 化， Flash ROM 的使用加速了單片機技術的發展。固定方式的 I/O 端口，既占用引腳多，配置又不夠靈活。內有輸入 /輸出的電路單元通過相應的配置寄存器控制的交叉 開關配置到所選擇的端口上。 Silabs 公司C8051F 的 JTAG 接口不僅支持 Flash ROM 的讀 /寫操作及非侵入式在系統調試，還為在系統測試提供邊界掃描功能。 1. 應用特點 基于單片機的應用系統和其他一般的微型機相比，具有以下一些特點。 (4) 性價比高，容易產品化 單片機市場需求量大，廠商一次可以進行大量的生產，同時很多廠商競爭， 5 單片機的價格一直很具有優勢。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化 和 微型化，且功能比起采用 分立器件 或數字電路更加強大。 (3) 在家用電器中的應用 現在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯 煲 、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電 和 其他音響視頻器材 ， 再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。 (5) 在醫用設備領域中的應用 單片機在醫用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫用呼吸機 、 各種分析儀 、 監護儀 、 超聲診斷設備及病床呼叫系統等。片上 Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續工作。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。程序校驗時，需要外部上拉電阻。此外， /計數器 2的外部計數輸入（ ）和時器 /計數器 2的觸發輸入（ ），具體如表 11所示。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在 flash編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節和一些控制信號。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 12所示。看門狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。在 flash編程時，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。這一位置 “ 1”， ALE 僅在執行 MOVX 或 MOVC指令時有效。當 AT89S52從外部程序存儲器執行外部代碼時， PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數 據存儲器時， PSEN將不被激活。在 flash編程期間， EA也接收 12伏 VPP電壓。外部程序存儲器和數據存儲器都可以 64K尋址。高 128 字節與特殊功能寄存器重疊。 例如，下面的直接 尋址指令訪問 0A0H（ P2口）存儲單元 MOV 0A0H , data 使用間接尋址方式訪問高 128 字節 RAM。 定時器 1． MCS51系列中 51子系列有兩個 16位的可編程定時 /計數器：定時 /計數器T0和定時 /計數器 T1， 52子系列有三個，還有一個定時 /計數器 T2。 4．每一個定時 /計數器定時計數時間到時產生溢出，使相應的溢出位置位，溢出可通過查詢或中斷方式處理。 9 C/T：定時或計數方式選擇位，當 C/T=1時工作于計數方式；當 C/T=0時工作 于定時方式。 TR1：定時 /計數器 T1的啟動位，可由軟件置位或清零，當 TR1=1時啟動； TR1=0時停止。 中斷 AT89S52 有 6個中斷源：兩個外部中斷（ INT0 和 INT1），三個定時中斷（定時器 0、 2）和一個串行中斷。它們為AT89系列新產品預留。定時器 0和定時器1標志位 TF0 和 TF1在計數溢出的那個周期的 S5P2被置位。 EA=0，屏蔽所有的中斷請求； EA=1，開放中斷。 ET0：定時器 /計數器 T0 的溢出中斷允許位。 低頻：頻率范圍為幾十赫茲到幾百千赫。 用以上原理設計的信號發生器，其輸出波形一般只有兩種，即正弦波和脈沖波，其零點不可調。我們可以把產生各種波形的程序，寫在 ROM 中，裝入本機，按用戶的選擇，運行不同的程序，產生不同的波形。系統以 89S52 單片機為核心，配置相應的外設及接口電路，用 C語言開發，組成一個多功能信號發生系統。 （ 2）原理圖設計在保證其正確的前提下，盡量 采用典型的電路設計。為此，論文包括以下內容： Ⅰ 緒論。包括兩個主要內容：系統分析和系統總體方案設計。需求分析對系統功能要求、性能要求和運行環境要求說明。 Ⅳ 系統軟件設計實現。分別對系統的功能測試、調試過程和系統的使用方法進行介紹。此系統具有的功能如下： 硬件部分 （ 1）單片機所需的平穩電壓（電源設計177。因此，受到眾多電子工程師的喜愛。電路原理圖的設計過程可分為以下幾個步驟： ①設置電路圖紙參數及相關信息 13 根據電路圖的復雜程度設置圖紙的格式 、尺寸、方向等參數以及與設計有關的信息，為以后的設計工作建立一個合適的工作平面。 ⑤調整 、檢查和修改 利用 Proteus 所提供的各種工具對前面所繪制的原理圖做進一步的調整和修改。 ②采用 的晶振器為 89S52 提供時鐘信號 。 ⑥ 8 位 D/A 轉換器采用 DAC0808； ⑦運放采用 LM324。在最后的電路板的調試階段，需要診斷模塊程序和單片機仿真機合作進行，從而克服調試程序本身的不可靠性，可方便地進行調試及錯誤診斷。 系統需求分析 14 系統功能要求 系統具 有 D/A 轉換功能，信號幅度放大功能，八位七段數碼顯示功能，上電自動復位功能， 2 4鍵盤輸入接口。存儲器擴展指 EPROM、 EEPROM 和 RAM的擴展。電源設計和主系統框圖如圖所示。 (2)系統的擴展與外圍設備配置的水平應充分滿足應用系統的功能要求。所以，選擇軟件方案時，要考慮到這些因 素。 (6)系統的擴展及各功能模塊的設計在滿足系統功能要求的基礎上，應適當留有余地，以備將來修改、擴展之需。它不但容易實現設計指 標，而且還有較好的性價比。按鍵的識別方法有兩種，一種為掃描法，另一種為線反轉法。 （ 4） D/A 轉換 本設計 D/A 轉換部分采用 DAC0808 芯片，由于它不帶鎖存器，故在使用時必須加 74LS373 進行數據鎖存。近年來，傳統的線性穩壓電源正逐步被高有效率的開關電源所取代，特別是單片開關電源的迅速推廣應用，為設計新型、高效、節能電源創造了良好的條件。 12V 電源。 18 電源部分原理圖如圖 33所示 對于圖 33有幾點說明： 穩壓塊與 7812 穩壓塊相串聯，是為了使 7805 上的功耗降低，以免功耗太大而使用散熱片。 的功耗 100mA 顯示器采用動態顯示，每一瞬間只有一個數碼管發亮，而數碼管電流≤ 100mA。 雖然要求的電源電流 1A，但變壓器副線圈電壓為脈動 電壓，電流為脈動電流，其電流瞬時值遠遠超過 1A，尤其在電源剛接通時，為留有一定裕量，而且不損壞整流橋，選用 2A 的。 12V，而穩壓塊壓降≤ 2V，所以變壓器副線圈電壓≥177。 19 顯示器接口設計 一、 LED 顯示器的結構與原理 LED器件分類 LED 發光器件一般常用的有兩類：數碼管和點陣。一般小于 的為單管芯， ～ 為雙管芯， 以上的為 3個以上管芯，因而它們的供電電壓要求不同，一般每個管芯的壓降為 左右。 abcdefgdpc o mabcdefgdpc o mabcdefgdp10 9 8 7 61 2 3 4 5 g f c o m a be d c o m c dp( a ) ( b ) ( c ) 其中：（ a）為共陰極結構。