基于51單片機的多功能信號發生器畢業設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 A 轉換也稱為數模轉換，是把數字量變換成模擬量的線性電路。單片機產生的數字信號通過 DAC0832 轉化成模擬信號，輸出相應的電流值 ，通過集成運算放大器可以取出模擬量得電壓值，最后利用示波器獲得輸出的模擬信號的波形；衡量數模轉換的性能指標有分辨率、轉換時間、精度、線性度等。 LED 顯示器用由若干個發光二極管按一定的規律排列而成，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光用于是顯示相關輸出波形的信息，包括信號的類型和頻率。 設計功能 （ 1）具有產生方波、鋸齒波、三角波三種周期性波形的功能。 （ 2）輸出波形的頻率范圍為 100Hz～ 1kHz；頻率步進間隔≤ 100Hz。 （ 3）輸出波形幅度范圍 0～ 5V，可 按步進 （峰 峰值）調整。 （ 4）具有顯示輸出波形的類型、周期和幅度的功能。 第三章 硬件設計 硬件原理框圖 硬件原理方框圖如圖 所示。 圖 硬件原理框圖 主控電路 AT89C51 單處機內部設置兩個 16 位可編程的定時器 /計數器 T0 和 T1，它們具有計數器方式和定時器方式兩種工作方式及 4 種工作模式。在波形發生器中，將其作定時器使用，用它來精確地確定波形的兩個采樣點輸出之間的延遲時間。模式 1 采用的是 16 位計數器，當 T0 或 T1 被允許計數后，從初值開始加計數，最高位產生溢出時向 CPU請求中斷。 中斷系統是使處理器具有對外界異步事件的處理能力而設置的。當中央處理器 CPU 正在處理某件事的時候外界發生了緊急事件，要求 CPU 暫停當前的工作，轉而去處理這個緊急事件。在波形發生器中，只用到片內定時器／計數器溢出時產生的中斷請求，即是在 AT89C51 輸出一個波形采樣點信號后，接著啟動定時器，在定時器未產生中斷之前， AT89C51等待，直到定時器計時結束，產生中斷請求， AT89C51 響應中斷，接著輸出下一個采樣點信號，如此 循環產生所需要的信號波形 [6]。 如圖 所示， AT89C51從 P0 口接收來自鍵盤的信號，并通過 P2 口輸出一些控制信號，將其輸入到 8155的信號控制端，用于控制其信號的輸入、輸出。如果有鍵按下，則在讀控制端會產生一個讀信號，使單片機讀入信號。如果有信號輸出，則在寫控制端產生一個寫信號，并將所要輸出的信號通過 8155 的 PB 口輸出，并在數碼管上顯示出來 數 /模轉換電路 由于單片機產生的是數字信號，要想得到所需要的波形，就要把數字信號轉換成模擬信號，所以該文選用價格低廉、接口簡單、轉換控制容易并具有 8 位分辨率的數模轉換器 DAC0832。 DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉換器以及輸入控制電路四部分組成。但實際上， DAC0832 輸出的電量也不是真正能連續可調，而是以其絕對分辨率為 單位增減，是準模擬量的輸出。 DAC0832 是電流型輸出，在應用時外接運放使之成為電壓型輸出。 由圖 可知， DAC0832 的片選地址為 7FFFH，當 P25 有效時，若 P0 口向其送的數據為 00H， 則 U1 的輸出電壓為 0V。若 P0 口向其送的數據為 0FFH 時， 則 U1的輸出電壓為 5V. 故當 U1 輸出電壓為 0V時，由公式 得：Vout = 5V時，可得： Vout = +5V，所以輸出波形的電壓變化范圍為 5V～ + 5V. 故可推得，當 P0 所送數據為 80H 時， Vout 為 0 按鍵接口電路 時鐘電路 8051 單片機有兩個引腳（ XTAL1， XTAL2）用于外接石英晶體和微調電容，從而構成時鐘電路，其電路圖如圖 所示。 電容 C C2 對振蕩頻率有穩定作用，其容量的選擇為 30pf，振蕩器選擇頻率為 的石英晶體。由于頻率較大時，三角波、正弦波、鋸齒波中每一點的延時時間為幾微秒，故延時時間還要加上指令時間才能獲得較大的頻率波形 。 第四章 ADC0832內部結構及配置 完成 D/A 轉換或 A/D 轉換的線路有多種，特別是單片大規模集成 A/D、 D/A問世，為實現這種轉換提供了極大的方便。借助手冊提供的器件性能指標及典型應用電路，即可正確使用這些器件。本設計將采用大規模集成電路 DAC0832 實現D/A 轉換。 DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的單片直流輸出型 8 位數 /模轉換器。如圖 6所示，它由倒 T型 R2R 電阻 網絡 、模擬開關、運算放大器和參考 電壓 VREF 四大部分組成。 一個 8位 D/A轉換器有 8個輸入端（其中每個輸入端是 8位二進制數的一位），有一個模擬輸出端。輸入可有 28=256 個不同的二進制組態，輸出為 256 個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內任意值，而只能是 256 個可能值。圖 7是 DAC0832 的邏輯框圖和引腳排列。 D0D7：數字信號輸入端。 ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。 CS：片選信號，低電平有效。 WR1：寫信號 1，低電平有效 XFER：傳送控制信號，低電平有效。 WR2：寫信號 2，低電平有效。 IOUT IOUT2： DAC 電流輸出端。 Rfb：是集成在片內的外接運放的反饋電阻 DAC0832的邏輯框圖和引腳排列 Vref：基準電壓（ 10+10V）。 Vcc：是源電壓（ +5+15V）。 AGND：模擬地 NGND：數字地，可與 AGND 接在一起使用。 DAC0832 輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經過一個外接的運算放大器轉換成電壓。 IN0IN7： 8路模擬信號輸入端。 A A A0 ：地址 輸入端。 ALE 地址鎖存允許輸入信號，在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時鎖存地址碼，從而選通相應的模擬信號通道，以便進行 A/D轉換。 START：啟動信號輸入端，應在此腳施加正脈沖，當上升沿到達時，內部逐次逼近寄存器復位，在下降沿到達后，開始 A/D 轉換過程。 EOC：轉換結束輸出信號（轉換接受標志），高電平有效。 OE：輸入允許信號，高電平有效。 CLOCK(CP)：時鐘信號輸入端，外接時鐘頻率一般為 640kHz。 Vcc： +5V 單電源供電。 Vref(+),Vref()：基準電壓的正極、負極。一般 Vref(+)接 +5V 電源， Vref()接地。 D7D0：數字信號輸出端。 由 A A A0三地址輸入端選通 8 路模擬信號中的任何一路進行 A/D 轉