基于單片機的波形發(fā)生器 (2)

1、<p>　　基于單片機的波形發(fā)生器</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電子技術的發(fā)展，電子產品越來越走進人們的生活，在電子產品的生產應用和調試檢驗中經常需要產生一定頻率的仿真信號用于驅動儀表或儀器，同時，在教學實驗中也有很多的應用。所以，從實用性、可靠性及經濟性上考慮，設計一種基于單片機新型的、性能穩(wěn)定的波形發(fā)生器是十分必要

2、的。</p><p>　　本論文詳細的闡述了基于單片機的波形發(fā)生器的設計，著重就硬件電路以及應用軟件的設計進行了研究，對總體設計思路進行了闡述，介紹了芯片的選擇，外圍電路設計及主要流程圖。在熟悉單片機和數模轉換芯片工作原理和應用方法的基礎上,設計了各個模塊的接口電路，并分析了各模塊的主要功能。在硬件電路的基礎上對個部分對應的軟件也進行了設計。</p><p>　　本文設計的波形發(fā)生器可以產

3、生多種波形，成本低廉且操作簡潔方便。波形由軟件產生各種數據再經過D/A轉換后輸出,除了能產生所要求的正弦、三角、方波、鋸齒等多種波形外，并可根據實際情況的需要在波形存儲器中寫入不同的波形可以隨時添加。并有鍵盤輸入和顯示，顯示部分采用LED設計，主要顯示輸出頻率，此方案產生的最大頻率大約10KHz。可滿足精度誤差要求達到5 %的,可滿足多種低頻信號源的使用場所。在各大專院校及其他行業(yè)具有很廣泛的應用前景和推廣價值。</p>

4、<p>　　關鍵詞：單片機，波形發(fā)生器，數模轉換，波形存儲，頻率</p><p>　　THE SCM WAVEFORM GENERATOR</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with electronic technology's development,the electr

5、onic products enter people's life more and more,the production of electronic products testing and debugging often need to have a certain frequency signal for the simulation-driven instruments or equipment,simultaneou

6、sly, also has many applications in the teaching experiment.Therefore, considered the usability, the reliability and the efficiency , designs a new kind wave generator which is based on the microcontroller and have the st

7、able pe</p><p>　　In this paper, the design of the waveform generator can produce a variety of wave, low-cost operation simple and convenient.Waveform data generated by the software,then through another D / A

8、 converter outputs.In addition to produce the required sine, triangle, square and sawtooth waveform,according to actual needs this waveform generator also can produce other waveform.And a keyboard input and display,the d

9、isplay adopt LED, main display output frequency.The maximum frequency of this design is ab</p><p>　　KEY WORDS：Single Chip Microcontroller，Waveform Generator，D/A，Amplitude，F(xiàn)requency</p><p><b&

10、gt;　　目　錄</b></p><p><b>　　前　言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　§1.1 課題的研究目的和意義3</p><p>　　§1.2 多種波形發(fā)生器國內外現(xiàn)狀3</p>&

11、lt;p>　　§1.3 主要研究內容4</p><p>　　第2章 總體系統(tǒng)方案設計6</p><p>　　§2.1 波形發(fā)生方案選擇6</p><p>　　§2.2 波形發(fā)生器整體設計7</p><p>　　§2.2.1 主要設計思想7</p><p>　　&#

12、167;2.2.2 系統(tǒng)組成7</p><p>　　§2.2.3 系統(tǒng)功能8</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設計9</p><p>　　§3.1 中央處理模塊9</p><p>　　§3.1.1 控制芯片選擇9</p><p>　　§3.1.2 AT89C51單片

13、機結構特點9</p><p>　　§3.1.3 系統(tǒng)外圍電路設計14</p><p>　　§3.2 數模轉換模塊16</p><p>　　§3.2.1 芯片選擇16</p><p>　　§3.2.2 DAC0832結構16</p><p>　　§3.2.3 D

14、AC0832應用電路18</p><p>　　§3.3 波形存儲模塊19</p><p>　　§3.4 鍵盤模塊21</p><p>　　§3.5 顯示模塊23</p><p>　　第4章 軟件設計24</p><p>　　§4.1 軟件調試環(huán)境簡介24</p&

15、gt;<p>　　§4.2 程序設計24</p><p>　　§4.2.1 主程序設計25</p><p>　　§4.2.2 鍵盤程序設計26</p><p><b>　　結　論27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b><

16、;/p><p><b>　　致　謝30</b></p><p><b>　　附　錄31</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　在現(xiàn)代社會，電子產品越來越走進人們的生活，并在社會生活的各個方面得到普遍應用，在電子產品的生產應用和調試檢驗中經常需要

17、產生一定頻率的仿真信號用于驅動儀表或儀器。在電子技術領域中，許多電子系統(tǒng)及元器件的電氣性能，只有在一定的電信號作用下才能顯露出來，因此信號源在電子測量技術中是極其重要的，它是構建測量系統(tǒng)的重要組成部分。信號源作為現(xiàn)代電子產品中的重要一員，必須滿足高精度、高速度、高分辨率等要求。另外，不同的應用系統(tǒng)所要求的信號波形是不同的，因此設計一種通用性較強的頻率可調的多種波形信號發(fā)生起是十分必要的。</p><p>　　所以

18、應運而生的是基于各種不同原理的信號發(fā)生器。結構簡單，成本低廉但是性能優(yōu)良的波形發(fā)生裝置已經越來越廣泛地應用在現(xiàn)代化控制領域的各個方面。無論是工業(yè)，民用，航空，軍事還是商業(yè)領域都有信號發(fā)生裝置的設計應用產品。而且波形發(fā)生器也廣泛應用于各大專院校實驗室以及各科研單位。</p><p>　　技術的發(fā)展應是面向人性化、智能化、經濟化為一體的發(fā)展目標。本課題正是以控制信號發(fā)生為出發(fā)點，對單片機作為中央控制器，直接由軟件產生

19、波形信號的輸出，并可通過軟件的修改，達到輸出任意波形,用于測試電路，可以用來給定時器提供波形，使電路能穩(wěn)定工作的智能化波形發(fā)生器模型作較詳細的介紹。</p><p>　　本設計以單片機為應用核心，通過單片機控制各種外圍芯片及電路，重點是51系列單片機和D\A轉換器、分頻器、波形存儲器、以及鍵盤顯示等應用。這個波形發(fā)生器具有以下一些功能（1） 具有產生正弦波、方波、三角波和鋸齒波幾種種周期性波形的功能。（3）

20、 具有波形存儲的功能。</p><p>　　（5） 輸出波形幅度范圍0～5V（峰-峰值）。</p><p>　?。?） 具有顯示頻率（周期）功能。（7） 用鍵盤或其他輸入裝置產生任意波形。 由于此種信號源是基于單片機，所以可以在不修改硬件結構的情況下，通過軟件的修改來實現(xiàn)信號源功能的擴充，從而節(jié)省了成本。具有頻率合成精度高，性能穩(wěn)定可靠，轉換速度快，通用性強，兼容性好，使用方便等

21、優(yōu)點，能夠滿足各種用戶在不同場合的使用要求。</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　課題的研究目的和意義</p><p>　　當今世界在以電子信息技術為前提下推動了社會跨躍式的進步，科學技術的飛速發(fā)展日新月異帶動了各國生產力的大規(guī)模提高。由此可見科技已成為各國競爭的核心，尤其是電子信息技術更顯得尤為重要，在國民生產各部門

22、電子信息技術得到了廣泛的應用。電子產品也越來越走進人們的生活，并在社會生活的各個方面得到普遍應用，作為一個現(xiàn)代人無時無刻不在與電子產品打交道。那么，在電子產品的生產應用和調試檢驗中經常需要一種儀器產生一定頻率的仿真信號用于驅動儀表或儀器，這就是波形發(fā)生器，波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛用于科學研究、生產實踐和教學實踐等領域。如電子產品的設計和測試、汽車制造、生物醫(yī)藥、傳感器仿真、制造模型等。另外，許多電子系統(tǒng)及元器件的電氣性能，只有

23、在一定的電信號作用下才能顯露出來，由此可以看出信號源在電子信息技術中是極其重要的，它是構建現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)的重要組成部分。</p><p>　　為了滿足科學研究、生產實踐和教學實踐的需要，我們覺得有必要設計出一種經濟、實用的波形發(fā)生器，根據要求可以產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種波形，波形頻率和幅值均可調，可顯示波形頻率，用鍵盤可對波形的頻率和幅值都可進行步進調節(jié)，便于程控，滿足波形發(fā)生所需的高精度、高熟讀

24、、高分辨率的要求。</p><p>　　多種波形發(fā)生器國內外現(xiàn)狀</p><p>　　結構簡單，成本低廉但是性能優(yōu)良的波形發(fā)生裝置已經越來越廣泛地應用在現(xiàn)代化控制領域的各個方面。無論是工業(yè)，民用，航空，軍事還是商業(yè)領域都有信號發(fā)生裝置的設計應用產品。而且波形發(fā)生器也廣泛應用于各大專院校實驗室以及各科研單位。</p><p>　　傳統(tǒng)的波形發(fā)生器采用模擬電子技術由分離

25、元件構成振蕩電路和整形電路，產生波形。他在電子通信、通信、工業(yè)等領域曾發(fā)揮了很大的作用。但是采用這種技術的波形發(fā)生器電路結構復雜、體積龐大、穩(wěn)定性和準確度較差而且僅能產生幾種簡單波形，難易產生較為復雜的波形信號，且可控性不好，如要改變頻率和幅值比較困難。</p><p>　　目前常用的波形發(fā)生器主要是兩種：低頻正弦波發(fā)生器和通用多波形發(fā)生器。前者只能產生正弦波調節(jié)范圍不大，但是信號穩(wěn)定，失真度低，主要用在對波形有

26、很高要求的地方；后者能產生正弦波、方波和三角波，也有的能產生三種以上的波形。這兩種波形發(fā)生器都比較昂貴，適用于一些要求較高的產業(yè)中，比如，在波形發(fā)生領域，常用的波形發(fā)生器多數采用分立元件組成，不但電路復雜而且價格昂貴。</p><p>　　直接數字合成 （ Direct Digital Synthesis DDS ） 技術雖已出現(xiàn)，并可產生高頻純凈的信號，但因價格比較昂貴所以不適合在學校使用，而且僅能產生一種常用

27、的信號波形正弦波，還很少有可調節(jié)兩路輸出波形之間相位差的波形發(fā)生器，不能滿足實際需要。</p><p>　　而在我們的普通應用和日常實驗中有的要求產生更多的波形或是對波形的要求不是太高，那么基于這種需求，我們設計的波形發(fā)生器,以單片機系統(tǒng)為核心,能夠產生正弦波、方波、三角波以及鋸齒波,波形頻率和幅度可調,正弦波頻率可達10kHz 以上,具有波形存儲功能,并能夠實時地顯示輸出波形的類型、重復頻率和幅度，能滿足一般的

28、實驗及演示的需要，并且成本很低，操作簡潔方便。</p><p><b>　　主要研究內容 </b></p><p>　　本課題主要研究基于單片機的波形發(fā)生器設計，主要研究內容為：</p><p>　　(1) 熟悉AT89C51單片機的應用和接口電路設計要求；</p><p>　　(2) 熟悉模數轉換芯片DAC0832的應

29、用；</p><p>　　(3) 根據要求進行系統(tǒng)方案的分析和設計；</p><p>　　(4) 熟悉PROTEL繪圖工具,根據單片機和數模轉換芯片的特點設計各功能模塊的硬件電路；</p><p>　　(5) 熟悉軟件開發(fā)環(huán)境并完成各模塊的程序調試工作。</p><p><b>　　總體系統(tǒng)方案設計</b></p&

30、gt;<p>　　整個波形發(fā)生器系統(tǒng)的設計分為硬件設計和軟件設計兩個方面。系統(tǒng)硬件的設計是否合理，極大的影響著軟件的實現(xiàn)和系統(tǒng)的性能和使用，對整個系統(tǒng)設計來說非常關鍵。本章主要闡述系統(tǒng)硬件的設計方案。</p><p><b>　　波形發(fā)生方案選擇</b></p><p>　　方案一：由硬件產生。由硬件產生的信號沒有階梯，波形光滑。如果采用壓控振蕩器，就可

31、單片來控制信號的頻率，能過電子開關來選擇不同的振蕩器投入工作，就可以輸出不同的波形。不過，不同波形需要用不同的振蕩器來實現(xiàn)，電路較復雜，難以輸出超低頻的信號。</p><p>　　方案二：直接數字查表法合成周期信號，結構見圖2-1。波形固化在EPROM或其他非易失性存儲器中，通過查表電路，在晶振時鐘控制下不斷地從EPROM中取出數據，通過DAC和低通濾波器輸出。此結構的特點是能產生較高頻率的信號，但不變程控切長生

32、信號類型有限。 </p><p>　　圖2-1 直接數字查表法</p><p>　　方案三：利用單片機查表法合成周期信號，結構見圖2-2波新數據固化在EPROM中，單片機不斷地從存儲器中取出數據，經并行口送出，再經DAC輸出。此方案由軟件產生，將各種波形的數據固定在單片機的程序存儲器里，通過改變這些數據的輸出速度便可以改變信號的頻率，通過改變D/A轉換器的參考電壓便可以改變信號的最大值，硬

33、件電路簡單，成本低，便于程控，但不能產生較高頻率的信號。</p><p>　　圖2-2 利用單片機查表法</p><p>　　通過比較，最后一個方案適合課題要求，決定采用方案三來實現(xiàn)。</p><p><b>　　波形發(fā)生器整體設計</b></p><p><b>　　主要設計思想</b></

34、p><p>　　本系統(tǒng)設計一個能產生正弦波,三角波、方波及鋸齒波的信號發(fā)生器。使用AT89C51作為CPU單元，波形函數由單片機產生，經過DAC0832芯片處理得出模擬信號。以數字控制信號發(fā)生為出發(fā)點，單片機作為中央控制器，直接由軟件產生波形信號的輸出，并可通過軟件的修改，達到輸出任意波形的目的,用于測試電路。為了達到輸出幅值控制的目的，本系統(tǒng)用兩片0832控制，其中一片作為信號輸出，另一片作為基準電壓的輸入。顯示部

35、分LED數碼管顯示，主要顯示輸出頻率。鍵盤輸入所要產生波形的頻率和幅值，此方案產生的最大頻率大約10KHz，具有線路簡單、結構緊湊、性能優(yōu)越等特點。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成</b></p><p>　　波形發(fā)生器系統(tǒng)由以下幾部分組成：中央處理模塊、D\A轉換模塊、波形存儲模塊、鍵盤輸入模塊、數碼顯示模塊以及功率放大模塊。系統(tǒng)框圖如下：</p>

36、<p><b>　　圖2-3 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)功能</b></p><p>　?。?）具有產生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等波形的能力；</p><p>　?。?）用鍵盤輸入控制生成上述四種波形；</p><p>　?。?）具有波形存儲的功能；<

37、/p><p>　?。?）輸出波形最大頻率10KHZ,頻率可步進調節(jié)；</p><p>　?。?）輸出波形幅度范圍0-5V;</p><p>　　（6）具有顯示輸出波形頻率的功能；</p><p>　?。?）具有掉電存儲功能；</p><p>　?。?）當負載變化時，輸出電壓幅度變化不大，要求變化幅值不大于±5%。

38、</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　本章主要闡述系統(tǒng)硬件設計，對芯片選型、芯片特點及外圍電路設計進行詳細研究。</p><p><b>　　中央處理模塊</b></p><p>　　中央處理模塊是整個系統(tǒng)的控制核心，它的主要作用是接受鍵盤發(fā)來的信息并進行處理，處理

39、后發(fā)送給LED模塊進行顯示，按鍵盤輸入信息生成對應波形的信息表，并存入EEPROM，當有波形輸出要求時，查詢EEPROM中表，把查得數據輸出到模數轉換模塊中生成相應波形。</p><p><b>　　控制芯片選擇</b></p><p>　　方案一：采用通用的 51 單片機AT89C51作為主控制器，這是現(xiàn)在比較通用的 51 系列單片機。51 系列單片機的發(fā)展已經有比

40、較長的時間，應用比較廣泛，各種技術都比較熟，其軟件編程易實現(xiàn)，編程語言為通用C語言，易于掌握，而且資料豐富。</p><p>　　方案二：采用凌陽SPCE061A單片機，此單片機功能比較強大，且自身帶有D\A轉換器，處理數據快速，外圍部件完備，但由于價格比較昂貴，使用較少，資料很少，且軟件編程難掌握。</p><p><b>　　由此，選用方案一。</b></p

41、><p>　　AT89C51單片機結構特點</p><p>　　AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的AT89C

42、51提供了高性價比的解決方案。 AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　圖3-1 AT89C51管腳&

43、lt;/p><p><b>　　主要性能參數：</b></p><p>　　·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數據保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128×8位內部RAM·32可編程I/O線

44、·兩個16位定時器/計數器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電路</p><p><b>　　管腳說明：</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。&l

45、t;/b></p><p>　　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P1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。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位

46、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。 </p><p>　　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

47、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(yōu)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

48、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P3.0       RXD（串行輸入口）P3.1       TXD（串行輸出口）P3

49、.2       /INT0（外部中斷0）P3.3       /INT1（外部中</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　（2）工作模式</b></p><p><b>　　1、復位方式</b>&

50、lt;/p><p>　　當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。 根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。</p><p><b>　　2、空閑節(jié)電模式</b></p

51、><p>　　AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，他們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON中的PD和IDL位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1時，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作狀態(tài)，即PD和IDL同時為1，即激活掉電模式。</p><p>　　在空閑工作

52、模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產生。此時，片內RAM和所有特殊功能寄存器的內容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。</p><p>　　終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件激活，IDL被硬件清處，即刻終止空閑工作方式。程序會首先響應中斷，進入中斷服務程序，執(zhí)行中斷服務程序并緊隨RETI指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入

53、空閑模式那條指令后面的一條指令。</p><p>　　其二是通過硬件復位也可以將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序都的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期有效，在這種情況下，內部禁止CPU訪問片內RAM，而允許訪問其他端口。為了避免可能對端口產生以外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應是一條對端口或

54、外部存儲器的寫入指令。</p><p><b>　　3、掉電模式</b></p><p>　　在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內RAM和特殊功能寄存器的內容在終止掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內容，在Vcc恢復到正常工作電平前，復位無效，且保持一定時間以

55、使振蕩器重啟并穩(wěn)定工作</p><p><b>　　系統(tǒng)外圍電路設計</b></p><p><b>　　(1)振蕩電路</b></p><p>　　AT89C51中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構

56、成自激振蕩器，振蕩電路見圖3-2。</p><p>　　外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶振，推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器選擇40pF±10pF。</p><

57、;p>　　可使用外部時鐘，采用外部時鐘的電路見圖3-3。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2懸空。</p><p>　　圖3-2 內部振蕩電路 圖3-3 外部振蕩電路</p><p><b>　　(2)復位電路</b></p><p>　　與其他計算機一樣，

58、單片機系統(tǒng)常常有上電復位核按鈕復位兩種方法。所謂上電復位是指計算機加電瞬間，要在RST引腳上出現(xiàn)大雨10ms的正脈沖，使單片機進入復位狀態(tài)。</p><p>　　復位是靠外部電路實現(xiàn)的。圖3-4是上電復位及按鈕復位的一種實用電路。</p><p>　　上電時，+5V電源立即對單片機芯片供電，同時經電阻R對電容C3充電。C3上電壓建立的過程就產生一定寬度的負脈沖，經反相后，RST上出現(xiàn)正脈沖

59、是單片機實現(xiàn)了上電復位。按鈕按下時，RST上同樣出現(xiàn)高電平實現(xiàn)了按鈕復位。在應用系統(tǒng)中有些外圍芯片也要復位。如果這些芯片復位端的復位電平與單片機一致。則可以與單片機復位腳相連，因此，非門在這里不僅起到了反向作用還增大了驅動能力，電容C1、C2其濾波作用，防止干擾竄入復位端產生誤動作。</p><p><b>　　圖3-4 復位電路</b></p><p><b&

60、gt;　　數模轉換模塊</b></p><p><b>　　芯片選擇</b></p><p>　　單片輸出的是數字信號，必須通過D/A轉換后才能模擬信號。</p><p>　　方案一：采用D/A轉換器AD7543。AD7543是一種串行的D/A轉換器，1與單片機之間的連線少，布線方便，而且又是12位的D/A轉換器，精度高。但串行數據

61、傳輸速度慢,當頻率較高時,必須減少每周期輸出的點數,這將會導致階梯現(xiàn)象更加明顯,因此,此方案不宜使用.</p><p>　　方案二：采用DAC0832。這是8位的并行D/A轉換器，轉換速度快。但如果只有一片的話，輸出波形的幅值急不可控了，按要求應該可以調節(jié)幅值。</p><p>　　方案三：采用2片DAC0832。由其中一芯片的輸出電壓作為另一芯片的參考電壓，這樣就可以方便的控制最大輸出電

62、壓。</p><p>　　若采用方案二，在輸出電壓較低的情況下，比如為1V時，輸出的最大電壓只有參考電壓的1/5，這將會使精度降低，而方案三剛好可以解決這個問題，因此，本系統(tǒng)選擇了方案三。</p><p><b>　　DAC0832結構</b></p><p>　　DAC0832當今世界在以電子信是8位分辨率的D/A轉換集成芯片，與微處理器完全

63、兼容，這個系列的芯片 以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。這類D/A轉換器由8位輸入鎖存器，8位DAC寄存器，8位DA轉換電路及轉換控制電路構成。</p><p><b>　　性能結構</b></p><p>　　DAC0832芯片是一種具有兩個輸入數據寄存器的8位DAC，它能直接與MCS51單片機接口，其主要特性參數如下：

64、</p><p><b>　　·分辨率為8位；</b></p><p>　　·電流穩(wěn)定時間1us;</p><p>　　·可單緩沖、雙緩沖或直接數字輸入；</p><p>　　·只需在滿量程和下調整其線性度；</p><p>　　·單一電源供電（＋

65、5V～＋15V）；</p><p>　　·低功耗，200mW。</p><p>　　·為便于DAC0832的使用，特將其應用特性總結如下：</p><p>　　·DAC0832是微處理器兼容型D/A轉換器，可以充分利用微處理器的控制能力實現(xiàn)對D/A轉換的控制。這種芯片有許多控制引腳，可以和微處理器控制線相連，接受微處理器的控制，如ILE

66、、/CS、/WR1、/WR2、/XFER端。</p><p>　　·有兩級鎖存控制功能，能夠實現(xiàn)多通道D/A的同步轉換輸出。</p><p>　　·DAC0832內部無參考電壓源；須外接參考電壓源。</p><p>　　·DAC0832為電流輸入型D/A轉換器，要獲得模擬電壓輸出時，需要外加轉換電路。</p><p&

67、gt;　　圖3-5 DAC0832結構框圖及引腳</p><p><b>　　(2)引腳功能：</b></p><p>　　DI0～DI7： 數據輸入線；</p><p>　　ILE： 數據允許鎖存信號，高電平有效</p><p>　　/CS： 輸入寄存器選擇信號，低電平有效。/WR1為輸入寄存器的寫選通信號。輸入寄存器

68、的鎖存信號/LE1由ILE 、/CS、/WR1的邏輯組合產生。當ILE 為高電平、/CS為低電平、/WR1輸入負脈沖時，在/LE1產生正脈沖；/LE1為高電平，輸入鎖存器的狀態(tài)隨數據輸入線的狀態(tài)變化，/LE1的負跳變將數據線上的信息鎖入輸入寄存器。</p><p>　　/XFER: 數據傳送信號，低電平有效。/WR2為DAC寄存器的寫選通信號。DAC寄存器的鎖存信號/LE2,由/XEFR、/WR2的邏輯組合產生。

69、當/XFER為低電平，/WR2輸入負脈沖，則在/LE2產生正脈沖；/LE2為高電平是時，DAC寄存器的輸出和輸入寄存器的狀態(tài)一致，/LE2負跳變，輸入寄存器的內容打入DAC寄存器。</p><p>　　VREF ： 基準電源輸入引腳 。</p><p>　　Rfb ： 反饋信號輸入引腳，反饋電阻在芯片內部。</p><p>　　IOUT1、IOUT2 ： 電流輸出引

70、腳。電流IOUT1、IOUT2 的和為常數，IOUT1、IOUT2 隨DAC寄存器的內容線性變化。</p><p>　　VCC： 電源輸入引腳。</p><p>　　AGND： 模擬信號地</p><p>　　DGND： 數字地。</p><p>　　DAC0832應用電路</p><p>　　考慮到本課題要求輸出波形

71、的幅值可控，本系統(tǒng)采用了兩個DAC0832,其中一片的電壓輸出作為另一片的VREF(參考電壓輸入線)的輸入，這樣單片機可以控制第一片0832的電壓輸出，也就最終控制了輸出波形的幅值。DA轉換部分電路圖如圖3-6所示。</p><p>　　當單片機分別向DAC0832（1）和DAC0832（2）輸入數據D1和D2時</p><p><b>　??；</b></p&g

72、t;<p><b>　??；</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　時間t由單片機里的定時器產生，程序根據公式式就可以求出任何時刻t所對應的幅值，經8位的D/A轉換器0832轉換后經過運放LM741放大信號即可得到輸出信號U0。再通過示波器來觀察波形的輸出情況。</p><p>&

73、lt;b>　　波形存儲模塊</b></p><p>　　由于所用單片機外部接口較少，所以并行接口的存儲器顯然不再合適，經多方比較，決定選用串行接口EEPROM，AT24CO2。</p><p>　　AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬(2.5～5.5 V)、擦寫次數多(大于10 000次)、寫

74、入速度快(小于10 ms)、抗干擾能力強、數據不易丟失、體積小等特點。</p><p>　　圖3-6 DAC0832應用電路</p><p>　　而且他是采用了I2C總線式進行數據讀寫的串行器件，占用很少的資源和I／O線，并且支持在線編程，進行數據實時的存取十分方便。 </p><p>　　I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。他通過SDA(串行數據線)

75、及SCL(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據地址識別每個器件。 AT24C02正是運用了I2C規(guī)程，使用主／從機雙向通信，主機(通常為單片機)和從機(AT24C02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產生串行時鐘信號(通過SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認信號ACK。</p><p>　　AT24C02的

76、引腳功能</p><p>　　AT24C02引腳如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 AT24C02引腳圖</p><p>　　1、2、3腳是3根地址線，用于確定芯片的硬件地址。第8和第4腳為正、負電源。第5腳SDA為串行數據輸入/輸出，數據通過這兩根雙向I2C總線串行傳送。第六腳SCL為串行時鐘，SDA和SCL為漏極開路端，在實際的應用當中都需要和正電源

77、各接一個5.1kΩ的電阻上拉第七腳為WP寫保護端，接地時允許芯片執(zhí)行一般的讀寫操作；接正電源時只允許對期間進行讀操作。</p><p>　　應用電路圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 AT24C02應用電路圖</p><p><b>　　鍵盤模塊</b></p><p>　　圖3-9所示是一個4*4的矩陣式

78、鍵盤接口，一共使用了8個I/O口，可以實現(xiàn)16個鍵的輸入。從這里可以看到，矩陣式鍵盤接口比簡單鍵盤接口有更多的鍵容量，占用更少的單片機資源。P1.0~P1.3 為行線，用于輸出低電平。P1.4~P1.7為列線，用于檢測輸入線，判別鍵盤的狀態(tài)。當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，列線都成高電平。當鍵盤上有某個鍵閉合時，則該鍵所對應的列線與行線短路。例如4號鍵按下閉合時，行線P1.0和列線P1.7短路，此時P1.7的電平有P1.0行

79、線的電位所決定。如果把列線接到微型計算機的輸入口，行線接到微型計算機的輸出口，則在微機的控制下，使行線P1.0如果讀取的列線為低電平，其余行線都為高電平，讀列線狀態(tài)。如果列線都為高電平，則這一行上沒有鍵閉合，如果讀取的列線狀態(tài)不全為高電平，則低電平的列線與P1.0相交處的鍵處于閉合狀態(tài)；如果P1.0這一行上沒有閉合鍵，以此類推，最后使P1.3為低電平，其余行線為高電平，檢查這一行上是否有鍵閉合。這樣一個周期完成一次完整的掃描。</

80、p><p>　　圖3-9 鍵盤結構圖</p><p>　　CPU采用定時查詢方式工作。先使P1.0為0，然后分別讀取P1.4~P1.7的狀態(tài)。當沒有任何鍵按下時，在上拉電阻作用下，P1.4~P1.7全為高電平。當P1.4~P1.7中有某一個值為0，就可以判斷是那個鍵按下。例如9鍵按下，則P1.4為低電平。若是8鍵按下，P1.7為低電平。CPU一次輪流使P1.0~P1.3為0，逐列讀取P1.4~

81、P1.7的狀態(tài)就可以確定某個鍵按下并進行相應的鍵盤處理。</p><p>　　考慮以上設計并結合本設計可以得出以下設計，鍵盤電路圖如3-10所示，占用8個單片機端口P2口，通過行列掃描來確定鍵值。</p><p>　　圖3-10 鍵盤電路圖</p><p><b>　　顯示模塊</b></p><p>　　圖3-11顯示

82、電路是使用MC14495構成的四位靜態(tài)LED顯示電路，這種電路可直接顯示多位16進制數，其中由單片機的P1.0-P1.3送入BCD碼，P1.4-P1.7控制四位數碼管的開與關。</p><p>　　MC14495是MOTOROLA公司生產的CMOS BCD—七段十六進制鎖存、譯碼驅動芯片。</p><p>　　圖3-11 顯示電路圖</p><p><b>

83、;　　軟件設計</b></p><p><b>　　軟件調試環(huán)境簡介</b></p><p>　　KeilC51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。KeilC51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面

84、。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編，就可知該軟件生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。</p><p><b>　　程序設計</b></p><p><b>　　主程序設計</b></p><p>　　主程序設計思路是先開始各系統(tǒng)初始化，然后進行波形選擇，如果是第一次產生該波形，按下

85、生成波形鍵，先調用程序中相應公式生成相關波形的數據表并把生成的數據存入EEPROM，接著查表獲得數據，經單片機控制輸出給數模轉換電路，再經放大后輸出。如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p><b>　　鍵盤程序設計</b></p><p>　　鍵盤采用掃描工作方式，程序流程如圖4-2所示。</p>

86、;<p>　　圖4-2 鍵盤程序流程圖</p><p><b>　　結　論</b></p><p>　　本文提出了一種基于單片機的波形發(fā)生器的設計方案，并從硬件和軟件兩大方面詳細介紹了該方案的設計思路和開發(fā)過程，最終設計出了一個波形系統(tǒng)，完成了預定任務。歸納起來，論文取得如下成果：熟悉了單片機開發(fā)的基本方法，掌握了波形設計的基本要求；完成了數模轉換設計和

87、各模塊芯片的選擇；掌握了LED顯示電路的設計方法和思路；該波形發(fā)生器實現(xiàn)了波形的發(fā)生，存儲，輸出等功能。完成了D\A信號轉換和其他一些模塊程序設計，掌握了程序調試的基本方法以及C語言編程。</p><p>　　在整個系統(tǒng)設計過程中，雖然系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計都已完成。但設計中仍存有需要改進的地方：</p><p>　　（1）人機交互界面設計過于簡單，實現(xiàn)功能少，操作不方便。特別是LED顯

88、示功能太少，不能滿足系統(tǒng)更大的要求。</p><p>　?。?）還需進一步擴充系統(tǒng)功能，使其能完成更多的功能，進一步規(guī)范化、系統(tǒng)化、標準化，提高使用效率。</p><p>　　通過本次設計對本專業(yè)知識領域的認識進一步加深，并對這一系列產品的設計思路及步驟有了深入的了解。對于產品本身，由于使用方便，必將受到人們的青睞，具有很好的市場前景。</p><p><b&

89、gt;　　參考文獻</b></p><p>　　汪一鳴、吳紅衛(wèi) FH/DS系統(tǒng)中以DDS為核心的混合跳頻器設計[ J ].系統(tǒng)工程與電子技術,1999.(7).</p><p>　　Analog Devices.Inc 125 MSPS DDS SYSTEM AD9850,1996[R].</p><p>　　時信華、張爾揚、 張煒.DDS技術在軟件無線

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93、踐與應用[M].北京：清華大學出版社，2003</p><p>　　張肅文 陸兆熊 高頻電子線路（第三版）[M] 北京 高等教育出版社</p><p>　　1992:102-134.</p><p>　　[2] 謝自美 電子線路設計?實驗?測試[M] 武漢 華中理工大學出版社</p><p>　　1994:89-117.<

94、/p><p>　　[3] 周立功 夏宇聞 單片機與CPLD綜合應用技術[M] 北京 北京航空航</p><p>　　天大學出版社 2004:189-218.</p><p>　　[4] 童詩白 化成英 模擬電子技術基礎[M] 北京 高等教育出版社 2000:271-295.</p><p>　　[5] 馬忠梅 籍順心 單

95、片機的C語言應用程序設計[M] 北京  北京航空航天大學出版社 2003:102-109</p><p>　　[6] 靳達編 單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航[M] 北京 人民郵電出版社 2000:24-31.</p><p>　　[7] 求是科技 單片機典型模塊設計實例導航[M] 北京 人民郵電出版社 2003:61-69.</p><p

96、>　　[8] 李光飛 單片機課程設計實例指導[M] 北京 北京航空航天大學出版</p><p>　　社2004:45-51. </p><p>　　[9] 胡漢才 單片機原理及其接口技術[M] 北京 清華大學出版社</p><p>　　2005:157-164.</p><p>　　[10] 胡宴如 高頻電子線路[M]

97、 北京 高等教育出版社 2000:186-203.</p><p>　　[11] 白駒珩 雷曉平 單片計算機及其應用[M] 成都 電子科技大學出版社1997:74-82..</p><p>　　[12] 李廣弟 單片機基礎[M] 北京 北京航空航天大學出版社 1994:72-84.</p><p>　　[13] 肖漢波 一種基于DDS芯片AD9

98、850的信號源[J] 北京 中國工程物理研究院電子工程研究所 2002,(9).</p><p>　　[14] 陳永泰 劉雪燕 AD9850與AT89C51在信號源中的應用[J] 武漢理工大學 2002,(8).</p><p>　　[15] 朱衛(wèi)華，黃智偉．一種微機與單片機無線串行通信的設計方法．南華大學學報（理工版）．2002，16（3），67-69</p>

99、<p>　　[16] 肖琴，常越．MSP430中模數轉換器的使用方法．單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2003，（05），80-81</p><p><b>　　致　謝</b></p><p>　　經過幾個月的努力，畢業(yè)設計順利地完成了！這一過程讓我學得了很多平時沒有學到的知識。畢業(yè)設計是大學四年所學知識的一次綜合運用,也是由理論結合實踐的第一步,為我以后的學習奠

100、定了良好的基礎</p><p>　　本論文在導師徐素莉老師的精心指導下已順利的完成。導師淵博的學識、開闊的視野和豐富的實踐經驗為論文每一步工作進行提供了很多啟發(fā)和幫助，另外，導師扎實的理論基礎和嚴謹的治學態(tài)度將對我今后的學習和工作產生深遠的影響.在此，對導師表示深深的謝意。</p><p>　　同時，也特別感謝在論文撰寫過程中給予無私幫助的同學，這里對他們表示最誠摯的謝意。</p&g

101、t;<p>　　在四年的學習和生活中，得到了學院領導和老師的極大關心和幫助，在此表示感謝。</p><p>　　最后，向幾年來朝夕相處，真摯善良的同學們表示深深的謝意。</p><p><b>　　附　錄 </b></p><p><b>　　系統(tǒng)電路圖</b></p><p><

102、;b>　　外文資料原文</b></p><p>　　A Brief History of Satellite Communications</p><p>　　Satellite communications began in October 1957 with the launch by USSR of a small satellite called Sputnik

103、1. this was the frist artificial earth satellite, and it sparked the space between the United States and the USSR.. sputnik I carried only a beacon transmitter and did not have communications capability, but demonstrate

104、d that satellites could be placed in orbit by powerful rockets. The first satellite successfully</p><p>　　Launch by the Uinted States was Explorer I lofted from Cape Canaveral on January 31, 1958 on a Juno I

105、 rocket. The first voice heard from space was that of President Eisenhower who recorded a brief Christmas message that was transmitted back to earth from the Project Score satellite in December 1958.the Score satellite w

106、as essentially the core of the Atlas ICBM(inter-continental ballistic missile) booster with a small payload in the nose. A tape recorder on Score had a storage capacity that allow</p><p>　　After some early a

107、ttempts to use large balloons(Echo I and II) as passive reflectors for communication signals and some small experimental satellite launches, the first true communications satellites,Telstar I and II, were launched in Jul

108、y 1962 and May 1963. The Telstar satellites were built by Bell Telephone Laboratories and used C-band transponders adapted from terrestrial microwave link equipment. The uplink was at 6389 MHz and the downlink was at 41

109、69 MHz, with 50-MHz bandwidth. The satelli</p><p>　　The Telstar satellites were launched into what is now called a medium earth orbit, with periods of 158 and 225 min. This allowed transatlantic links to ope

110、rate for about 20 min while the satellite was mutually visible. The orbits chosen for the Telstar satellites took them through several bands of high energy radiation, which caused early failure of the electronics on boar

111、d. However, the value of communication satellites had been demonstrated and work was begun to develop launch vehicles that </p><p>　　Could deliver a payload to geostationary orbit, and to develop satellites

112、that could provide useful communication capacity. </p><p>　　On July 24,1961,U.S. President John F. Kennedy defined the general guidelines of U.S. policy in regard to satellite communications and made the fir