一种基于AT89C51低频信号源的设计

一种基于 AT89C51 低频信号源的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 梁巧艳 ,杨会彩 ,杜延军 ,樊延虎 (延安大学 物理与电子信息学院 　陕西 延安 　716000) 摘 　要 :通过了解 A T89C51 单片机和 DAC0832 的主要功能 ,设计了一种以这两个芯片为核心元件的低频信号源 ,此种 信号源广泛应用于电子技术实验中。介绍了该系统的硬件原理图及软件流程图 ,并给出了原理概述和部分子程序。该信号 源操作简便、灵活 ,与传统信号源相比较 ,它的可靠性和准确度都明显提升 ,在科研和高精度实验领域有广阔的发展前景。 关键词 :信号源 ;单片机 ;D/ A 转换 ;低噪声 中图分类号 : TP346 　　　　　文献标识码 :B 　　　　　文章编号 :10042373X(2008) 212112204 Design of Low Frequency Signal Source Based on AT89C51 L IAN G Qiaoyan , YAN G Huicai ,DU Yanjun ,FAN Yanhu (College of Physics and Elect ronics Information , Yanan University , Yanan ,716000 ,China) Abstract : Through understanding the main functions of A T89C51 single chip computer and DAC0832 ,designing a kind of low f requency signal source which is based on them and it is always used in the experiment of elect ron technical. It contains both hardware principium graphics and software flow chart ,and also depict s the principium and part of subprogram. This sys2 tem is easy and simple to handle and flexible. Comparing with the t raditional signal source ,it s dependability and precision has been obviously raising. It has good future in the field of scientific research and high precision experiment . Keywords :signal source ;single chip computer ;D/ A convert ;low noise 收稿日期 :2008205208 　　 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数信号发生器是一种常用的信号源 ,它广泛地应 用在电子技术实验。目前常用的函数信号发生器 ,一般 可靠性较差 ,准确度较低 ,难以满足科研和高精度实验的 需要。现用单片机和支持软件及其外设电路构成的智能 函数信号发生器 ,采用编程的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 来实现波形 ,将产生波 形的程序用子程序的形式编写 ,在需要波形时再调用相 应子程序 ,经过 D/ A 转换、运算放大器处理后 ,作为该信 号源输出 ,其线路简捷、功能强大、性价比较高。 1 　主要芯片介绍 1. 1 　A T89C51 单片机芯片 1. 1. 1 　引脚图 本文采用的单片机芯片是 A T89C51 ,它是采用高 速 CMOS 制造工艺 ,通用型为 40 脚双列直插封装方 式 ,其引脚如图 1 所示。只要将 + 5 V 电源接到 VCC 和 VSS 两端 ,将晶振接到 XTAL1 和 XTAL2 两端 ,给 EA 端加高电平控制电压 , 然后将机器码固化到 A T89C51 内就可以使用了。 1. 1. 2 　单片机基本功能 单片机基本系统即单片机正常工作不可缺少的部 分 ,进行设计都要在此系统基础上进行。 图 1 　单片机引脚图 (1) 外接晶振引脚 XTAL1 与 XTAL2 单片机之所以要加振荡器是因为单片机内的 CPU 在执行指定程序时 ,要经过“取指”、“译码”,再定时给相 关电路发出控制信号 ,以实现“机器码指令”所 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的功 能。这就要求内部必须有一个基准时钟。可通过外接 晶振或振荡信号二种方式来实现 ,一般采用外接晶振的 方法较方便。 211 通 信 设 备 梁巧艳等 :一种基于 A T89C51 低频信号源的设计 XTAL1 (19) , XTAL2 (18) 为外接晶振的两个引 脚。接入晶振时 ,还要接入两个 20～30 p F 的瓷片电容 C1 , C2 ,晶振频率因单片机工作速度而异 , Intel MCS251 系列为 1. 2 ～ 12 M Hz , A TM EL89C 系列为 0 ～ 24 M Hz ,目前常采用 6 M Hz ,111059 M Hz 和12 M Hz。 石英晶振起振后 ,XTAL2 (18) 脚有一个 3 V 左右的正 弦波。C1 , C2 短路、晶振不良 ,A T89C51 (18) , (19)脚内 部反相器会损坏。VCC 电源未加上等故障可能造成晶 振不起振 ,使单片机无法工作。当采用外部振荡器时 , 信号接入 (19)脚 , (18) 脚悬浮。振荡器的 12 分频为一 个机器周期 ,当外接 12 M Hz 晶振时 ,一个机器周期为 1μs。MCS251 大多数指令为一个机器周期。 (2) 复位与复位电路 单片机必须进行复位 ,是因为单片机内的 CPU“取 指”过程即为 CPU 从 PC 指针所指定的程序存储器 ROM 地址单元中读取“机器码”的过程。单片机加电 后 ,PC 指针应指向 ROM 中某个固定的单元 ,当然 ,程 序开始的第一条指令也应放在 ROM 的这一地址单元 内 ,这样整个程序才能有序地执行。这个单元就是 ROM 的 0000 H 单元。只有上电复位正常后 , PC 值才 为 0000 H ,即指向 ROM 的 0000 H 单元。此外 ,专用寄 存器 SFR 中的 SP 为 07 H ,即指向片内数据存储器 (片 内 RAM) 07 H 单元 ,P0～P3 值为 0FF H ,其余的专用寄 存器值大多为 00 H。 复位的方法 :当振荡器正常工作时 ,RST (9)脚上出 现的两个机器周期的高电平将使单片机有效复位。考 虑到振荡器有一定的起振时间 ,该引脚必须保持 10 ms 以上高电平 ,才能有效复位。复位电路有开机自动复位 和手动复位。注意 :复位信号为 2 个以上机器周期的高 电平 ,单片机复位后正常工作时应该为低电平 ,如果未 加复位电平或复位后复位电平仍未撤除 ,则单片机不能 正常工作 ,此时 ,可检查 RST 电压及相关器件。 在掉电期间 RST/ V PD 引脚如接入备用电源 V PD (5 V ±0. 5 V) ,则可保存片内数据。当 VCC 下降到某 一规定值时 ,V PD 便向片内 RAM 供电。 (3) EA/ VDD 片内程序存储器选用端 单片机复位后 ,PC 指针可能指向片内 ROM0000 H 或片外 ROM0000 H 单元 ,这取决于 EA/ VDD (31)脚外 接高电平 (指向片内 ROM0000 H) 还是低电平 (指向片 外 ROM0000 H) 。A T89C51 内部有 4 kB ROM ,这时 EA (31)脚需外接高电位 VCC。 在编程期间 ,此引脚作编程电压 V DD的输入端。 1. 2 　关于 DAC0832 DAC0832 是具有 20 条引脚的双列直插式 COMS 器件 ,它内部具有两级数据寄存器 ,完成 8 位电流 D/ A 转换。其结构框图及信号引线如图 2 所示。 图 2 　DAC0832 结构及信号引线 以下是其三种不同的工作方式 : (1) 直通方式 将WR1 ,WR2 , XFER , CS接地 , IL E 接高电平 ,就 能使得两个寄存器的输出跟随输入的数字量变化 , DAC0832 的输出也同时跟随变化。直通方式常用于连 续反馈控制的环路中。 (2) 单缓冲方式 单缓冲方式就是将其中一个寄存器工作在直通状 态 ,另一个处于受控的锁存器状态。在实际应用中 ,如 果只有一路模拟量输出 ,或虽有几路模拟量但并不要求 同步输出 ,就可采用单缓冲方式。 (3) 双缓冲方式 所谓双缓冲方式就是将两个寄存器都处于受控的 锁存方式。为了实现两个寄存器的可控 ,应当给它们各 分配一个端口地址 ,以便能按照端口地址进行操作。 D/ A 转换采用两步写操作来完成。可在 DAC0832 转 换输出前一个数据的同时 ,将下一个数据传送到输入寄 存器 ,以提高 D/ A 转换速度。还可用于多路数模转换 系统 ,以实现多路模拟信号同步输出的目的。 在所设计的电路中 DAC0832 采用的是单缓冲 方式。 2 　原理概述 单片机通过扩展 D/ A 转换接口 ,结合灵活的程序 可以方便地产生各种低频信号。下面以正弦信号为例 进行说明。 2. 1 　正弦波信号的产生原理 正弦波的产生比较特殊 ,它不能由单片机直接产 生 ,它只能产生如图 3 所示的阶梯波来向正弦波逼近。 图 3 　正弦波信号的产生 311 《现代电子技术》2008 年第 21 期总第 284 期 　þ 通信与信息技术 ü 很显然 ,在一个周期内阶梯波的阶梯数目越多 ,单 片机输出的波形也就越接近正弦波。 先假定正弦波的振幅是 2156 V ,则波谷对应的数 字量为最小值 00 H ,波峰对应的数字量为最大值 FF H。 将正弦波的第一个周期的波形按角度均分为若干等份 , 并计算出各点对应的电压值 ,电压值计算方法 : V X = 2 . 5·(1 + sinθ) , 因为 00 H～FF H 对应的数字量为 0～ 255 ,所以根据算出的电压就可直接写出各点所对应的 数字量。单片机将一个周期的数字量存入一定的存储 区域中 ,然后依次循环取出这些数字量 ,并送 D/ A 电路 转换成阶梯波 ,即近似的正弦波输出。所输出的正弦波 的幅值可以通过 D/ A 转换电路实现。 2. 2 　变频原理 单片机产生的阶梯逼近正弦波对应的程序中加入 了软件延时 ,最后再加入根据 20 H 单元中的内容进行 延时的延时程序 ,那么 20 H 单元中的内容一变 ,则输出 正弦波的频率也就发生了变化。即 :就是把一个正弦信 号 (阶梯逼近)取样、量化、编码 ,形成一个正弦函数 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 储 存在了 ROM 中。合成时改变相位增量 ,由于相位增量 不同 ,则一个周期内的取样点数也不同 ,从而达到频率 合成的目的[8 ] 。 正弦信号本身是非线性的 ,而其相位是线性的 ,如 图 4 所示。 因此 ,每隔一段时间Δt (时钟周期) ,有对应的相位 变化Δp , 即 : Δp = ωΔt = 2πfΔt 　　从上式可以得到合成信号的频率 f 为 : f = Δp ×f mc2π 式中 f mc 为固定时钟频率 , f mc = 1/Δt ,通过改变相位值 Δp 就可以改变合成信号的频率 f 。 图 4 　正弦信号的相位变化 3 　系统硬件设计 其系统硬件原理图如图 5 所示。 3. 1 　单片机选择 本系统中使用 A T89C51 单片机。电路板上的 EA 引脚可利用跳线接电源 ,也可接地。因此 ,在此管座上 可以插 A T89C51 ,A T80C31 等芯片。 3. 2 　D/ A 转换电路 DAC0832 与单片机的连接中对主要功能信号的处 理方法如下 : 图中 DAC0832 与 AT89C51 的连接方式是单缓冲方 式。这种单缓冲方式是 DAC0832 的两个缓冲器同时受 控 ,将CS与XFER相连受控于 AT89C51 的 P2. 0 信号 , WR1和WR2相连受控于 AT89C51 的WR信号 ,由于 P2. 0 连至 DAC0832 的CS ,故该片的地址为 FEFFH (无关位 取“1”) 。 图 5 　硬件原理图 411 通 信 设 备 梁巧艳等 :一种基于 A T89C51 低频信号源的设计 3. 3 　开关的功能和应用 由于本设计中要用按键控制波形输出 ,现将各按键 说明如下 : K0～K4 分别与 A T89C51 的 P1. 0～ P1. 4 相连 , 依次控制着锯齿波、方波、三角波、梯形波、正弦波的 产生。 通过对 51 单片机进行 D/ A 转换接口扩展 ,通过对 IN T0 端设置按钮改变 20 H 单元中的内容以调整频率 , 利用中断与查询相结合的方式进行波形选择 ,具体可以 通过对 P1 口来设置完成。例 P1. 0 为锯齿波信号选择 开关 ,当加上电源后 ,自动复位电路开始工作 ,单片机开 始工作。当 K0 键按下 ,即想要输出锯齿波时 , P1. 0 为 低电平 ,扫描程序调用锯齿波子程序 ,产生的数字信号 送 DAC0832 进行数模转换 ,其输出经运算放大电路后 输出锯齿波。 4 　软件设计 4. 1 　主程序流程图 主程序流程图如图 6 所示。 图 6 　主程序流程图 4. 2 　正弦波的流程图及子程序 4. 2. 1 　流程图 流程图如图 7 所示。 4. 2. 2 　子程序 　 　 　OR G　 　5000 H START : MOV 　 R1 , # 72 MOV 　 A , # 00 H MOV 　 DPTR , # 6000 H LOOP4 : MOV 　 20 H ,A MOVC 　 A , @A + DPTR MOV 　 R2 ,DPL MOV 　 R3 ,DP H MOV 　 DPTR , # 0FEFF H MOVX　 @DPTR ,A MOV 　 DPL ,R2 MOV 　　DP H ,R3 MOV 　　A ,20 H INC 　　 A DJ NZ　 R1 ,LOOP4 LJ MP 　 START 图 7 　正弦波的流程图 5 　结 　语 该信号源的设计是以 MCS251 单片机和 DAC0832 为核心元件 ,结合较简捷的外围电路来构建低频信号 源。它能产生三角波、正弦波等 5 种信号 ,本设计采用 硬件和软件相结合 ,电路较传统的简单且操作方便 ,具 有一定的参考价值。 参 　考 　文 　献 [1 ] 黄仁欣. 单片机原理及应用技术 [ M ] . 北京 :清华大学出版 社 ,2005. 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