本科-基于單片機的信號發生器設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 了一種靈活性高且價廉的方案。 圖 22 AT89C51單片機引腳圖 ： 8031 CPU 與 MCS51 兼容 全靜態工作： 0Hz24KHz 4K 字節可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環 ) 三級程序存儲器保密鎖定 32 條可編程 I/O 線 兩個 1 128*8 位內部 RAM 6 位定時器 /計數器 6 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 6 片內振蕩器和時鐘電路 b．管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P0口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當 P2口被寫 “1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外 部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這 是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈 7 沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時 ,ALE只有在執行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。 另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2 應不接。有余輸入至內部 時鐘信號 要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 。 8155芯片 選用 8155 芯片擴展 8個獨立式按鍵； 8155 是一個有 40引腳的塑封芯片，功能較強，廣泛的應用在計算機電路中 8155 有 40 個引腳，采用雙列直插封裝，其引腳圖和組成框圖如圖 23所示。 圖 23 8155結構和引腳圖 8 8155 各引腳功能說明如下： RST：復位信號輸入端，高電平有效 。復位后， 3 個 I/O 口均為輸入方式。 AD0～ AD7：三態的地址 /數據總線。與單片機的低 8 位地址 /數據總線（ P0 口）相連。單片機與 8155 之間的地址、數據、命令與狀態信息都是通過這個總線口傳送的。 RD：讀選通信號，控制對 8155 的讀操作，低電平有效。 WR：寫選通信號，控制對 8155 的寫操作，低電平有效。 CE：片選信號線，低電平有效。 IO/M ： 8155 的 RAM 存儲器或 I/O 口選擇線。當 IO/M ＝ 0 時，則選擇 8155 的片內 RAM， AD0～ AD7 上地址為 8155 中 RAM 單元 的地址（ 00H～ FFH）；當 IO/M ＝ 1 時，選擇 8155 的 I/O 口， AD0～ AD7 上的地址為 8155 I/O 口的地址。 ALE：地址鎖存信號。 8155 內部設有地址鎖存器，在 ALE 的下降沿將單片機 P0口輸出的低 8位地址信息及 ， IO/ 的狀態都鎖存到 8155 內部鎖存器。因此， P0 口輸出的低 8 位地址信號不需外接鎖存器。 PA0～ PA7： 8位通用 I/O 口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。 PB0～ PB7： 8位通用 I/O 口，功能同 A 口。 PC0～ PC5：有兩個作用，既可作為通用的 I/O 口 ，也可作為 PA 口和 PB 口的控制信號線，這些可通過程序控制。 TIMER IN：定時 /計數器脈沖輸入端。 TIMER OUT：定時 /計數器輸出端。 VCC：＋ 5V 電源。 8155 的地址編碼及工作方式 在單片機應用系統中， 8155 是按外部數據存儲器統一編址的，為 16 位地址，其高 8位由片選線 提供， CE＝ 0，選中該片。 當 CE＝ 0， IO/M ＝ 0 時，選中 8155 片內 RAM，這時 8155 只能作片外 RAM 使用，其 RAM 的低 8 位編址為 00H～ FFH；當 CE＝ 0， IO/M ＝ 1 時 ，選中 8155 的 I/O 口，其端口地址的低 8位由 AD7～ AD0 確定，如表 21 所示。這時， A、 B、 C 口的口地址低 8位分別為 01H、 02H、 03H（設地址無關位為 0）。 9 表 21 8155芯片的 I/O口地址 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 選擇 I/O 口 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 命令 /狀態寄存器 A口 B口 C口 定時器低 8位 定時器高 6位及方式 8155 的 A 口、 B口可工作于基本 I/O 方式或選通 I/O 方式。 C 口可工作于基本I/O 方式，也可作為 A口、 B口在選通工作方式時的狀態控制信號線。當 C口作為狀態控制信號時，其每位線的作用如下： PC0： AINTR（ A 口中斷請求線） PC1： ABF（ A口緩沖器滿信號） PC2： （ A 口選通信號） PC3： BINTR（ B 口中斷請求線） PC4： BBF（ B口緩沖器滿信號） PC5： （ B 口選通信號） 8155 的工作方式與基本操作 有三種基本操作： 256B 數據存儲器 IO / /M = 0，與其它數據存儲器統一編址。 用MOVX 訪問。 I / O 口使用 IO / /M = 1， PA 口、 PB口、 PC 口，可通過編程決定如何使用。 （命令控制字） —— I / O 口工作方式 I / O 口工作方式有四種： A口、 B口 基本 I / O 口， C口輸入； A口、 B口 基本 I / O 口， C口輸出； A口選通 I / O、 B 口基本 I / O、 C 口作聯絡線； A口、 B口選通 I / O、 C口作聯絡線。 狀態標志寄存器 —— PA口、 PB 口狀態標志。 狀態標志寄存器： BF —— 緩沖器滿標志； INTR —— 端口中斷請求標志； INTE —— 端口中斷允許標志； 10 TIMER —— 定時器中斷請求。 命令寄存器，只寫不讀；狀態標志寄存器，只讀不寫 ； 這二者使用同一地址作定時器擴展使用 可以通過編程決定輸出 4 種信號，即有四種工作臺方式。 單方波； 連續方波； 單脈沖； 連續脈沖。 由兩個 8位寄存器，決定 14位定時器計數常數及四種工作方式。由命令寄存器的最高兩位對定時器進行四種控制。 簡單的 I/O 接口擴展 在單片機應用系統中，經常采用 TTL 電路或 CMOS 電路鎖存器、三態門電路作為I/O 口擴展芯片。這種 I/O 口一般都是通過 P0口擴展，不占用單片機的 I/O 口資源，只需一根地址線作片選線用。這種方法具有電 路簡單、成本低、配置靈活方便等特點。 D/A 轉換芯片 在單片機的實時控制和智能儀表等應用系統中，控制或測量對象的有關變量，往往是一些連續變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等物理量。這些模擬量必須轉換成數字量后才能輸入到單片機中進行處理。 圖 24 DAC0832引腳圖 數模轉換器的主要性能指標 D/A 轉換器的主要特性指標包括以下幾方面： 11 分辨率指最小輸出電壓 (對應的輸入數字量只有最低有效位為 “1”)與最大輸出電壓 (對應的輸入數字量所有有效位全為 “1”)之比。如 N 位 D/A 轉換器，其 分辨率為1/(2N1)。在實際使用中，表示分辨率大小的方法也用輸入數字量的位數來表示。 線性度用非線性誤差的大小表示 D/A 轉換的線性度。并且把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分數定義為非線性誤差。 轉換精度 D/A 轉換器的轉換精度與 D/A 轉換器的集成芯片的結構和接口電路配置有關。如果不考慮其他 D/A 轉換誤差時， D/A 的轉換精度就是分辨率的大小，因此要獲得高精度的 D/A 轉換結果，首先要保證選擇有足夠分辨率的 D/A 轉換器。同時 D/A 轉換精度還與外接電路的配置有關，當外部電路器件或電源誤差較大時，會造成較大的 D/A 轉換誤差，當這些誤差超過一定程度時， D/A 轉換就產生錯誤。 在 D/A 轉換過程中， 單片機處理的結果，也常常需要轉換為模擬信號。若輸入的是非電信號，還需經過傳感器轉換成模擬電信號。實現模擬量轉換成數字量的器件稱為模數轉換器 (ADC)，數字量轉換成模擬量的器件稱為數模轉換器 (DAC)，在此選用了 DAC0832。 DAC0832是 8分辨率的 D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個 DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優點，在單片機應用系統中得到廣泛的應用。 D/A轉換器由 8位輸入鎖存器 、 8位 DAC寄存器、 8位 D/A轉換電路及轉換控制電路構成。 DAC0832的內部結構框圖如圖 25所示。 圖 25 DAC08