单片机控制多功能信号发生器硬件平台设计

业务规则发现及其引擎应用研究 多功能信号发生器硬件平台设计 摘 要 近几十年来，单片机在生产过程控制、自动化 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 、数据采集与处理、科技计算和办公自动化等方面获得了广泛的应用。它具有体积小、重量轻、耗能省、价格低等优点。近几年来单片机的发展更迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 设计的是一个单片机控制多功能信号发生器。其设计目的是使学生通过这一实践环节，增强单片机扩展接口设计及其实际应用能力。本系统的软件可运用Windows系列操作系统平台。完成的主要功能设计有：单片机所需平稳电压的获得，8K字节固化程序存储能力，七段数码显示器，3×4的12位矩阵键盘，波形产生与电压变换功能，具有8位精度的D/A转换功能，时钟电路与复位电路以及完成相关的软件设计。 本系统以8031单片机为核心，配置相应的外围接口电路，用汇编语言开发，组成的一个单片机控制多功能信号发生器。硬件电路设计包括三部分内容：一是电源部分设计；二是系统扩展，即单片机内部的功能单元（如ROM、I/O、定时/计数器、中断系统等）容量不能满足应用系统要求时，必须进行片外扩展，选择适当芯片，设计适当电路；三是系统配置，即按照功能要求配置外围设备，如键盘、D/A转换等。系统中的应用软件是根据系统的功能要求而设计的，可靠地实现了系统的各种功能要求。 作者主要完成波形的产生与电压变换模块的设计。 关键词：信号发生器，单片机，控制 MUTI _ FUNCTION SIGNAL GENERATOR HARDWARE PLATFORM DESIGN WITH VOLTAGE WAVEFORMS OUTPUT ABSTRACT In recent decades, microcomputer in the production process control, automatic detection, data acquisition and processing technology and office automation etc widely application. It has small weight good can save low price in recent years, the development of SCM, it has more quickly penetrate into many disciplines, and the people all aspects of life. The paper designs a single-chip microcomputer control muti- function signal generator. The design objective is to make the students through the practice, strengthen the microcontroller expand interface design and practical application ability. This system software running on Windows can be DOS and operating system platform series. The main function design has completed the voltage required: SCM smooth, 8K byte curing process storage capacity, 7 digital display, 3 x 4 12 matrix keyboard, waveform and voltage transform function, with eight accuracy of D/A transformation function, clocking circuit and reset circuit and complete the relevant software design. This system with 8031 singlechip, configure corresponding periphery, interface circuit with assembly language development, consisting of a single-chip microcomputer control muti-function signal generator. Hardware circuit design includes three parts: a power supply is designed, Secondly, namely the internal functions of unit (MCU ROM, such as I/O, timing/counters, etc) interrupt system can not meet the application requirements system capacity, must expand the slice, choose proper, appropriate circuit chip design, Three is the system configuration, according to the function requirement allocation peripherals, like the keyboard, the D/A transformation, etc. The author mainly complete waveform and voltage transform module design. Keywords: signal generator ， SCM，control 目　录 TOC \o "1-3" \h \z \u 前 言 1 第1章 绪论 2 1.1 单片机发展概述 2 1.2 单片机技术的发展特点 2 1.3 单片机应用系统的结构及构成方式 4 1.4 信号发生器综述 5 1.5 论文的主要研究内容 6 第2章 系统设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 7 2.1系统分析 7 2.1.1 问题定义 7 2.1.2 系统可行性研究 7 2.2 系统需求分析 9 2.2.1 系统功能与性能要求 9 2.2.2 运行环境要求 9 2.3 总体方案设计 9 第3章 系统硬件设计 10 3.1 硬件总体设计 10 3.1.1 系统的扩展和模块设计 10 3.1.2 根据原则进行硬件设计 11 3.2 系统部件设计 11 3.2.1 电源设计 11 3.2.2 存储器接口设计 13 3.2.3 显示器接口设计 16 3.2.4 键盘接口设计 19 3.2.5 时钟与复位电路设计 23 3.2.6 波形产生与电压变换 24 结 论 29 谢 辞 30 参考文献 31 附　录 32 外文资料翻译 33 前 言 本课程设计要求设计单片机控制多功能信号发生器硬件平台，要充分 理解Intel8031的工作原理，理解DAC0832工作原理，设计怎么实现波形产生与电压变换，可采用Pritel进行电路设计。 硬件电路设计包括三部分内容： 一是电源部分设计； 二是系统扩展，即单片机内部的功能单元（如ROM、I/O、定时/计数器、中断系统等）容量不能满足应用系统要求时，必须进行片外扩展，选择适当芯片，设计适当电路； 三是系统配置，即按照功能要求配置外围设备，如键盘、D/A转换等。系统中的应用软件是根据系统的功能要求而设计的，可靠地实现了系统的各种功能要求。设计将完成以下几个方面的工作： （1）选芯片，尽量满足一般工业控制要求、以增强其实用性，同时又要贴近教材，便于实验及教学。 （2）原理图设计在保证其正确的前提下，尽量采用典型的电路设计，以适应教学及课程设计参考的需要。 （3）印制板设计既要精巧，又要便于摆放及实验。 （4）固化于单片机芯片中的软件采用模块设计，层次清楚，具有上电自检功能及与微型机通讯的功能，具有很好的软件开发框架。 （5）掌握电子线路设计软件Protel99的使用。 论文的内容包括： （1）绪论。概述设计目的、介绍单片机概况。为以后几章的介绍奠定基础。 （2）系统总体方案设计。本章主要考虑系统性能、功能和器件选择。包括两个主要内容：系统分析和系统总体方案设计。其中系统分析包括问题定义、可行性研究和需求分析。 （3）系统的硬件设计。本章完成系统的波形产生与电压变换设计，详细说明了设计思路。 第1章 绪论 1.1 单片机发展概述 单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面： （1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。 （2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。 （3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。 （4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。 1.2 单片机技术的发展特点 单片机长寿命 这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展， MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁，产量仍是上升的。这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。可以预见，一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。新的CPU类型的加盟,使单片机队伍不断壮大,给用户带来了更多的选择余地。8位、16位、32位单片机共同发展 这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性技术 为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如美国国家半导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了 “看门狗”的性能。Motorola也推出了低噪声的LN系列单片机。OTP与掩膜 OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来，OTP型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在片编程技术(In System Programming)。未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴技术，先焊在印刷板上，然后通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程。解决了批量写OTP 芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题。使OTP的裸片得以广泛使用，降低了产品的成本。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。而一些生产厂商推出的单片机不再有掩膜型，全部为有ISP功能的OTP。MTP向OTP挑战 MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能、OTP的价位推出他们的单片机，如ATMEL AVR单片机，片内采用FLASH，可多次编程。华邦公司生产的与8051兼容的单片机也采用了MTP性能，OTP的价位。这些单片机都使用了ISP技术，等安装到印刷线路板上以后再下载程序。 近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。单片机并没有超脱冯·诺依曼原理下的计算机的结构框架和工作原则，而是着眼于应用到更广阔的范围：工业控制数字显示、智能仪表、电子设备、汽车电控、农机、家电乃至儿童玩具的控制。它不求规模大，只求小而全。厂家在一个芯片上制成了CPU和一定容量的程序存储器和数据存储器以及一定数量的输入/输出接口（Interface）。在一个大规模集成电路芯片上构造了完整的计算机结构，故称之为单片机。MCS-51系列中的一片8751芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从CPU、存储器到输入输出端口，一应俱全。只要写入程序，就可完成中央控制或数据采集、处理及通信传输的信息处理机，MCS-51单片机指令系统中为适应控制的需要设有极强的位处理功能，具有加、减、乘、除指令；CPU时钟高达12MHz，完成单字节乘法或除法运算仅需要4μs；具有多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。一般微处理器和有关元器件分军用和民用两级，民用产品主要用于办公室及机房环境，工作温度在0～70℃，军用产品要求在恶劣环境条件下稳定工作，工作温度在-65～+125℃；工业级产品的性能介于以上两者之间，在-40～+85℃温 度环境可正常工作。工业产品可靠性比民用产品强，而价格较军用品低。在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选择工业级芯片，保证系统可靠性。 单片机还具有以下特点； （1）受集成度限制。 （2）可靠性好。 （3）易扩展。 （4）控制功能强。 1.3 单片机应用系统的结构及构成方式 与单片机所构成的计算机应用系统的特点有关： （1）单片机构成的应用系统有较大的可靠性。 （2）系统扩展和系统配置比较典型和规范，容易构成各种规模的应用系统。 （3）由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测控功能由软件实现，故具有柔性特点。 （4）有优异的性能价格比。 目前用户在构成应用系统时，有三种构成方式可供选择。 （1）​ 专用系统。 系统的扩展与配置完全按照应用系统的功能要求设计的。硬件系统的性能/配置比近于1。系统中只配备有应用软件，故系统有最佳配置，系统的软、硬件资源能获得充分利用，但这种系统无自开发能力。采用这种方式要求有较强的硬件开发基础。 （2）​ 模块化系统。 鉴于单片机应用系统的系统扩展与配置电路具有典型性,因此，有些厂家将这些典型配置做成用户系列板，供用户选择使用。用户可根据应用系统的需要选择适当的模块板组合成各种测、控系统。有些用户系列板在结构上做成STD总线型。模块化结构是中、大型应用系统发展方向。它可以大大减少用户在硬件开发上投入的力量。但目前系统模块化产品水平尚不高，软硬件配套工作还不完善，有待于进一步发展。 （3）​ 单片单板机系统。 受通用CPU单板机的影响，国内有用单片机来构成单片单板机，其硬件按照典型应用系统配置，并配有监控程序，具有自开发能力。但是，单板机的固定结构形式常使应用系统不能获得最佳配置。产品批量大时，软、硬件资源浪费较大，但可大大减少系统研制时的硬件工作量，并具有二次开发能力。 1.4 信号发生器综述 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。目前，市场上的信号发生器多种多样，一般按频带分为以下几种： 超高频：频率范围1MHz以上，可达几十兆赫兹。 高频：几百千赫兹到几兆赫兹。 低频：频率范围为几十赫兹到几百千赫。超低频：频率范围为零点几赫兹到几百赫兹。超高频信号发生器，产生波形一般用LC振荡电路。高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即RC振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调。而且价格也比较贵，一般在几百元左右。在实际应用中，超低频波和高频波一般是不用的，一般用中频，即几十赫兹到几十千赫兹。用单片计算机Intel8031,加上一片DAC0832,就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受计算机运行的程序的控制。 1.5 论文的主要研究内容 第一部分为绪论，论文的绪论主要概述设计目的、介绍单片机概况。为以后几章的介绍奠定基础。 第二部分为论文统总体方案设计，论文总体方案设计主要考虑系统性能、功能和器件选择。 第三部分为统的硬件设计，主要完成系统的硬件总体设计，详细说明了设计思路。 第四部分统软件设计实现，主要是系统的具体实现。对系统按功能模块进行介绍。 第2章 系统设计方案 2.1系统分析 2.1.1 问题定义 基于单片机的信号发生系统是一个实际应用系统，可为相关实验及实际应用提供支持。本论文包括硬件系统的详细设计及汇编语言在基本控制中的应用。 此系统具有的功能如下： 硬件部分：单片机所需的平稳电压；8K字节固化程序存储能力：七段数码显示器；3×4的12位矩阵键盘；时钟电路与复位电路；具有8位精度的D/A转换功能； 2.1.2 系统可行性研究 1．可行性分析 （1）元器件的选择及其可行性讨论。根据技术指标及系统设计目的，经研究芯片的选择：采用6MHz的晶振器为8031提供时钟信号，稳压块选用7812与7805相串联，提供12V和5V电压；对于8031的P0口的数据/地址复用采用74LS373进行分离锁存；程序存储器选用EPROM2764；采用74LS138进行地址的高三位译码；数码显示器采用高亮数码管；8位D/A转换器采用DAC0832；采用74LS04芯片在数据送往数码管之前进行驱动，并提高稳定性。这些器件在实验室大部分有备件，只有极少的芯片及器件需要购买，所以器件选择完全可行。 （2）设计中可能存在的问题及解决方案——排除问题的可行性讨论此设计要求最终制作出电路板，因此，设计原理图时应着重考虑设计最终的电路板的可行性。书本中的一些原理图为了突出重点，故意将其中对电路实际工作必须的电阻及容省略掉，这样使得完全按照书本知识设计不能达到预期的效果 （3）经济上的可行性讨论 本设计是一个实验系统，芯片的选择在前面己经讨论，从前面的讨论中可见芯片大部分可在实验室中找到。因此，设计费用主要集中在印制板的制作上。而系统制作成功将省去一部分实验器材的购置费用。所以，经济上本设计完全可行，并将节省实验设备投资。 2．设计环境 （1）硬件环境 CPU：P3 800 MHz ，显示器：19寸，GT显卡、内存512M显存 硬盘：80G单片机开发系统 （2）软件环境 本设计主要用Protel电子设计软件进行电子线路的设计。Protel电子线路设计软件是在TANGO基础上改进的电路CAD软件，它在原理图文件格式、印制板文件格式、原理图器件库文件格式、印制板封装库文件格式、原理图编译和网络表转换与检查等方面保持了与TANGO版本一致或兼容的前提下，对原TANGO版本做了一些改动。 Protel电子线路设计软件由原理图编辑、印制板设计、原理图输出、印制板输出、原理图器件库编辑和其他应用程序组成。首先，原理图的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的；其次，原理图应该布局合理，这样不仅可以尽量避免出错，也便于读图、便于查找和纠正错误；最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤：设置电路图纸参数及相关信息根据电路图、装入所需要的元件库、设置元件、电路图布线、调整、检查和修改、补充完善、保存和打印输出。 2.2 系统需求分析 2.2.1 系统功能与性能要求 系统具有D/A转换功能，七段数码显示功能，上电自动复位功能， 3×4键盘输入接口。 系统性能要求 1. 系统的D/A转换功能具有8位精度； 2. 七段数码显示器具有500HZ的动态刷新频率； 3. 使用的8031单片机时钟信号为6MHZ； 4. 系统上电自动复位； 5. 系统具有12位行列扫描键盘。 2.2.2 运行环境要求 多功能实验系统电路板运行于实验室环境；微机与实验系统电路板的通讯软件包运行环境如下：硬件环境：CPU奔腾586机100MHz上，内存512M，VGA显示器，串行通讯口；软件平台：Windows系列。 2.3 总体方案设计 系统总体结构框图设计，本机硬件设计包括两部分，即电源部分设计和主系统设计。电源部分框图如图2-1所示 图2-1电源部分框图 第3章 系统硬件设计 3.1 硬件总体设计 3.1.1 系统的扩展和模块设计 系统的扩展和模块设计应遵循下列原则： 1. 尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性。 2. 系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求。 3. 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结果与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件响应来的长，而且占用CPU时间。所以，选择软件方案时，要考虑到这些因素。 4. 整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配，例如选用的晶振频率较高时，存贮器的存取时间有限，就该选择允许存取速度较高的芯片；选择CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中的所有芯片都应该选择低功耗的产品。 5. 可靠性及抗干扰性设计是硬件系统设计不可缺少的部分，它包括芯片、器件选择，去耦滤波等。 6．单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动器或减少芯片功耗，降低总线负载。 7．系统的扩展及各功能模块的设计在满足系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。 8. 在考虑硬件总体结构的同时要注意通用性的问题。 3.1.2 根据原则进行硬件设计 从整体系统来看地址译码方法也只能采用地址译码法。但在存贮器扩展、键盘接口、总线驱动器、可靠性设计等方面还应多考虑。 1．程序存贮器 Intel8031片内不带ROM，需扩展程序存储器。从容量、速度和价格等方面考虑，目前市场上不同容量的EPROM电路价格相仿，而且容量大的芯片，速度也高，故选用容量较大的2764EPR0M（8K），这样可简化硬件结构。 2．键盘接口 矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，系统采用了行列式键盘设计即矩阵键盘，用I/O线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上，3×4的行列结构可构成12个键的键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O线。按键的识别方法有两种，一种为扫描法，另一种为线反转法。此设计采用了行列式及与之相适应的行列扫描法。 3. 数码管驱动 本设计实现了8031的I/O口对3×4键盘和8位数码管显示的控制。为增加对数码管显示器的驱动能力及稳定性，在它与8031之间设置了提高驱动能力的非门。 4. 可靠性方面 在使用应用系统时，可能会受到多种干扰的侵袭，直接影响到系统的可靠性，因此，本系统适当加入去耦电容，制版时使地线在电路板周围形成环形抗干扰填充区。以减少干扰，确保精度。 3.2 系统部件设计 3.2.1 电源设计 本机使用三种共地电源：+12V，－12V，+5V，硬件设计中采用自带电源方式。 因为本机有Intel 8031单片机，还有许多逻辑芯片，这些芯片的工作电源电压为+5V，所以电源中必须有+5V电源。另外由于本机设计为小信号输出，而且信号幅值可调，零点可调，可正可负，所以采用±12V电源。电源部分原理图如图3-1所示。 图3-1电源部分原理图 对于图3-1有几点说明： 1. 7805稳压块与7812稳压块相串联，是为了使7805上的功耗降低，以免功耗太大而使用散热片。 稳压块的功耗按下式计算： W=Ｉ×ΔU=I×(UI-UO) (3-01) 其中：I是稳压片的通过电流， UI是稳压片的输入电压，UO是稳压片的输出电压，ΔU是稳压片上的电压降，由上式可以看出：稳压块上的压降ΔU越大，其功耗越大。如果7805直接接到整流桥输出端，则U1必会大于12V，功耗必然加大。 2. Intel 8031的功耗<100mA 显示器采用动态显示，每一瞬间只有一个数码管发亮，而数码管电流≤100mA。其它芯片总电流<50~70mA。所以+5V电流的总电流可≤300mA,查三端集成稳压器说明书，可以选用7805,其电流Im=0.5A，这样电流可以留有一定裕量。 3. 大滤波电容的选择 由于变压器副线圈的额定电压选用16V，那么瞬时电压峰值为: Um=16×1.414≈23V （3-02） 因为大电容耐压值越高，价格越高，所以选用1000μF/25V电容。 3.2.2 存储器接口设计 803l通过16位的地址线能分别对外部64K程序存储器或64K数据存储器寻址。这是因为程序存储器用8031的PSEN信号选通，而数据存储器则用RD、WR信号选通。 1. 存储器片选控制 在用多片存储器芯片构成外部存储器时,除了低8位地址需要锁存以外,还要由高位地址产生片选信号,产生片选信号两种方法。 （1）线选法：如外扩的存储器芯片数目较少，那么只需用P2口的某几根多余的高位地址线，作为存储器的片选信号就可实现外扩存储器的目的。这种方法由于剩余的高位地址不参加译码，可为任意状态，所以将有很多地址空间重叠。也就是说，每一个存储单元可以对应有若干个地址，但这不会引起混乱，也不会影响正常使用。对使用者而言，只要用其中任一组地址即可。 (2) 译码选通法：当外扩存储器芯片数目较多时，就要用译码选通法，这种方法由译码器组成译码电路，译码电路将地址空间划分若干块，其输出分别选通各存储器芯片。这样既充分利用了存储空间，又克服了空间分散的缺点。此法常采用的译码器是74LS138、74LS139、74LS154、74LS42等。 2. 程序存贮器的扩充特性： （1）程序存储器有单独的地址编号（0000H～FFFFH），虽然与数据存储器地址重叠，但不会被占用；它使用单独的控制信号和指令，程序存储器的指令、数据读取控制不用数据存储器的RD控制信号和MOVX指令，而是由PSEN控制信号控制，读取数据用MOVC查表指令。 （2）程序存储器与数据存储器共用地址总线与数据总线。对于本系统，由于所用8031单片机的片内没有程序存储器，必须外接EPROM电路作为程序存储器。8031最多可直接访问64K字节的EPROM。根据系统需要只外接了一片2764（8K×8）作为外部程序存储器。8031的程序存储器的取指信号PSEN控制端接2764的读管脚OE。对于片外程序存储器选择信号EA，由于8031无片内程序存储器，故EA必须接地，CPU总是执行外部EPROM（2764）中的固化程序，又由于程序存储器只有一片，故2764的片选信号CE直接接地。 3. EPROM2764 MCS-51的程序存储器空间、数据存储器空间是相互独立的。程序存储器寻址空间为64K字节（0000H～FFFFH），由于8031片内不带ROM，需扩展程序存储器。 2764A是一种8K字节的紫外线擦除、电可编程只读存贮器，单一供电，工作电流为75mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250ns，是一种高速大容量的存贮器。2764A为28线双列直插式封装，其管脚功能如表3-1所示。贮器部分的电路图如图3-2所示。 表3-1 2764管脚说明 A0~A12 Q0~Q7 CE OE PGM Vpp 地址线 数据输出线 片选线 数据输出选通线 编程脉冲输入 编程电源 图3-2存贮器部分原理图 4. 存贮器部分有几点说明 （1）2764与74LS373的作用 2764是8K紫外线擦除电可写只读存贮器，其数据线是8根，地址线是13根A12～A0。其读出受两个脚上的信号控制，即CE(20脚)和OE(22脚)。CE为片选端，OE为读出允许端。我们知道，INTEL8031的数据存贮器与程序存贮器空间是分开的，各为64KB。程序存贮器由PSEN信号选通。所以OE直连PSEN。74LS373是8位数据锁存器。由于8031的低8位地址线与数据线分时复用。74LS373就用来锁存低8位地址信号。由图3-2以看出2764的地址为0000H～1FFFH，或者2000H～3FFFH等等。 （2）2764 CE常接地的原因 因为本机只需8K ROM，只需一片2764，又因本机程序已事先编好，储存在2764中，所以不会误找其它程序存贮器。所以本芯片常选通，而不必再连译码器，增加硬件代价。 （3）本机中未接RAM的原因 因为本机中使用的RAM字节数较少，8031内自含128字节RAM，已经够用，所以未加。 3.2.3 显示器接口设计 1.LED器件分类 LED发光器件一般常用的有两类：数码管和点阵。常用的数码管一般为8字型数码管，分为A、B、C、D、E、F、G、DP八段，其中DP为小数点。数码管常用的有10根管脚，每一段有一个管脚，另外两根管脚为一个数码管的公共端。 从电路上分，数码管又可分为共阴和共阳两种。 2. LED显示的基本原理 用单片机驱动的LED数码管有很多方法，按显示方式，可分为静态显示和动态显示，按译码方式，可分为硬件译码和软件译码。 （1） LED静态显示方式 所谓静态显示方式，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。静态显示时，较小的电流能得到较高的亮度。这是由于显示器的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。当显示器位数很少（仅一、二位）时，采用静态显示方式是合适的。当位数较多时，用静态显示所需的I/O口太多，占用太多的硬件资源。故在位数较多时往往采用动态显示方式。 （2） LED显示器动态显示方式 在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，可采用动态显示方式。所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）。通常将所有位的段选线相应地并联在一起由一个（7段LED）8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现较高较稳定的显示。 这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据显示稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。在动态显示方式下，每位显示器的点亮时间是极为短暂的，约1ms左右，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的数据，不会有闪烁感。 可以看出，动态显示方案具有一定的实用性，也是目前单片机数码显示中较为常用的一种显示方法。所以，本设计采用动态显示方案。 3. LED的驱动和显示 在单片机系统中，LED数码管显示是反映系统输出和操作输入的有效器件。数码管具备数字接口，可以很方便地和单片机系统连接；数码管的体积小、重量轻，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据输出的器件。单片机对LED数码管的驱动方法可以分为串行和并行两种，分别适用于不同的使用场合，二者硬件电路和程序的差别也很大。 1. 串行驱动 在某些情况下，可供使用的单片机并行I/O口不足8根，数据的并行输出已不可能，此时可以考虑串行输出方法。 2. 并行驱动 在一般情况下，单片机使用并行驱动的方式进行LED的显示。并行驱动的结构较为简单，并且非常适用于说明地址和数据总线复用的情况。 显示部分电路图如图3-3所示。 图3-3 显示部分电路图 3．显示电路的相关说明： （1）本机显示部分采用动态显示。这样可以少用两片74LS373作为锁存器。如果用静态显示，还要在每个数码管与74LS373的每根输出线之间串联一个限流电阻。这就需4×8=32个限流电阻。制成印刷线路板的话，得占相当大一块面积。 （2） 为什么74LS373用译码选择 由于8031写状态地址信号的有效时间相当长，而数据信号与写信号的有效时间相当短。数据信号失效一段时间之后，地址信号才失效。而74LS373是下降沿锁存，如果只用线选，那么数据是不能打入74LS373锁存的。 所以74LS373的选通还需要有WR信号参与。用74LS138译码选择，用WR信号控制74LS138译码器的工作和停止。或者，也可以用地址线与写信号WR相或。 逻辑图如图3-4所示。 图3-4 另一种逻辑的74LS373选通 3.2.4 键盘接口设计 1. 键盘输入的作用 在计算机控制系统中，数据和控制信号的输入主要使用键盘。键盘接口，尤其是键入信号的软件处理方法是影响系统使用和操作性能的重要因素。键盘接口及其软件的任务主要有以下几个方面： （1）检测并判断是否有键按下。 （2）按键开关的延时消抖功能。 （3）计算并确定按键的键值。 （4）根据计算出的键值进行一系列的动作处理和执行。 2. 键盘工作原理 行列式键盘又称矩阵式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。本设计中要应用12位按键，故采用此方法。 按键设置在行、列交点上，行、列线分别连接到按键开关，行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有键按下时，各按键将彼此相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来作适当的处理，才能确定闭合键的位置。 3. 按键的识别方法 按键设置在行、列交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5V时，被定位在高电平状态。 键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、用行线读行线状态来判断的。其方法是：给列线的所有I/O口线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使输入不全为1。键盘中哪一个键按下是由列线逐列扫描低电平后，检查行输入状态。其方法是：依次给列线送低电平，然后检查所有行线的状态，如果全为1，则所有按下之键不在此列。如果不全为1，则所按下的键必在此列。而且是在与0电平行线相交的交点上的那个键。 4. 键盘的工作方式 单片机系统中，键盘扫描只是CPU工作的一个内容之一。CPU既要忙于处理好各项工作任务，又要保证及时响应对键盘的操作，同时还要节省CPU的时间。所以选择一个好的键盘工作方式，可以提高一个单片机系 统的工作效率。键盘的扫描方式有三种，即编程扫描工作方式、定时扫描工作方式和中断扫描工作方式。 （1）编程扫描工作方式： 编程扫描工作方式是利用CPU在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。将键盘端口分为扫描口和输入口。由扫描口输出数据，在输入口读取扫描后的状态。 （2）定时扫描工作方式： 定时扫描工作方式是利用单片机内部定时器产生的定时中断（例如10ms），CPU响应中断后对键盘进行扫描、并在有键按下时转入键功能处理程序，则可以实现定时扫描。 （3）中断扫描工作方式： 为了进一步提高CPU的工作效率，可以采用中断扫描工作方式。当没有键按下时，INT1为高电平。当任意键被按下时，INT1变为低电平，向CPU申请中断。若CPU开放外部中断1，则响应中断，执行中断服务程序扫描键盘，并判断是哪个键被按下。 5. 键值的确定 键盘上的每个键都有一个键值。赋键值的最直接办法是将行、列线按二进制顺序排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置0电平，读出各行状态为非全1状态，这 时的行列数据组合成键值。本设计的键值规定也如此。 6. 键盘接口说明： 由图3-5可以看到，键盘部分占用了整个P3口。用P3口的置位，复位来控制键盘。用矩阵式行列扫描方式来扫描键盘。 （1）MON键的设置 在使用本机输出波形时，8031正在执行内部波形产生程序，没有时间扫描键盘。如果想使波形停止产生，就必须使用外部强行中断，所以使用8031的INT1口设置一个MON键。这里设置INT1靠边缘触发，设置一个非门，一个10μF的电解电容，用来去除按键时的键抖动，以防产生多次中断。电容上升的最高电压： U=5×4/(4+1)=4V （3-03） 电容电压从0到+4V的时间： T=2πR1C=2π×1×103×10×10-6=0.0628s （3-04） 这么长的时间足以去抖。 电容电压从4V～0V的时间： T=2πR2C=2π×3.9×103×10×10-6≈0.24s （3-05） 键盘电路设计如图3-5所示。 图3-5 键盘部分原理图 （2）设置另外12键的示意图 用户使用本机，需要键入产生波形的代号以及产生波形的频率，所以设置0～9这10个键.如果用户想产生几K，十几K的频率值，则打入几个数字后按一下“·”键，就会产生想要频率的波形。用户输入波形代码与频率值后，按EXE键，则8031开始产生波形。 （3）键盘扫描 键盘扫描是占用WR线(16脚P3.6)产生的问题与处理键盘占用WR线作为列值输入线，会不会影响“写”操作的正确执行呢？事实上，并不影响。(条件：P3.0，P3.1，P3.2三条行扫描线输出为“0”，或者不管P3.0，P3.1，P3.2的输出值，而处于“2”“6”“·”位置的三键均未按下)这是因为WR线作为列值输入线，其内部锁存器置“1”，这就不会影响其第二功能：WR信号的输出。其次，P3口输出可以驱动四个TTL负载，而5V电压加一10K电阻后，只有0.5mA的电流，充其量只能算作两个TTL负载。 但是，在键盘输入扫描时，会严重影响“写”操作的执行。我在用单片开发机调试程序时，甚至影响到单片开发机程序的执行，开发机RAM的值也因而改变。本机中，为防止干扰，在扫描输入键值时，不再向显示端口内写数据，这样，即使WR信号有干扰，而地址信号没有，这样，74LS138虽然工作，但并不能选通两个显示端口锁存器。 3.2.5 时钟与复位电路设计 单片机的复位是靠外电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠地复位，通常是RST引脚保持10ms以上的高电平。 本系统具有上电复位功能。电路连接如图3-6所示。此电路仅用一个电容及一个电阻。系统上电时，在RC电路充电过程中，由于电容两端电压不能跳变，故使RESET端电平呈高电位，系统复位。经过一段时间，电容充电，使RESET端呈低电位，复位结束。复位电路设计如图3-6所示。 图3-6 复位电路设计 3.2.6 波形产生与电压变换 1. 原理图如3-7所示。 图 3-7 波形变换及电压变换原理 2. DAC0832简介及接法 DAC0832为8位数模转换器,转换速度：1μs；参考电压：3V～15V。DAC0832是由输入数据寄存器、DAC寄存器和D/A转换器所组成的CMOS器件，其特点是片内设有二个独立的8位寄存器，即输入数据寄存器和DAC寄存器，因而又具有缓冲作用。 被转换的数据寄存在DAC寄存器中，下一组输入数据又可装入数据寄存器中，这就可以根据需要快速修改DAC0832的输出。 DAC0832的接法及电流电压转换如图3-8所示。 图3-8 DAC0832的接法及电流电压转换图 3. 如何实现波形幅值可调 幅值可调电路如图3-9所示。 图3-9 实现波形幅值可调的原理图 DAC0832输出的电流，经过运放的作用，变成0V～-5V的电压信号。再经过图3-9所示的电路变化，就成为正负对称的波形。调节电路中的电位器W，就可以改变波形的幅值。图3-9中，集成运放工作于深度负反馈状态，由《模拟电子技术》(童诗白主编)第五章340页可知，可以运用虚短的概念，即“A点”电位等于地电位。那么，I1恒定， I1=(5-0)/2R=5/2R （3-06） 根据基尔霍夫电流定律， I1=I2+I3 (3-07) I2=(0–UI)／R=–UI／R (3-07) (3-08) I3=I1–I2=5／(2R)–(-UI／R) WIs (3-09) U0=–WIs=–(5W)／(2R)–(W／R)UI （3-10） 假设W恒定，则(5W)／(2R)=常数W／R=常数设 C1=(5W)／(2R)=2.5 W／R C2=W／R （3-11） U0=–C1–C2UI=–C2(2.5+UI) （3-12） ①设W=R则C1=2.5 C2=1 由①式可以看出，C2为一个常数，UI为0～-5V。则2.5+UI必为+2.5V～-2.5V，变成双极性。C2(2.5+UI)是把C2(2.5+UI)的波形放大C2倍，–C2(2.5+UI)是再把所得的波形反向一次，所以这个电路可以实现波形幅值的可调。如图3-10所示。 图3-10 波形幅值的可调 4. 波形零点可调的实现 图3-11 实现零点调节电路原理图 图3-11中，第一个运放接成电压跟随器，把W上的分压传输到下一级。 第二个集成运放接成反向相加电路，把前一级的波形信号与W上的分压相加，即在原来波形上叠加上一个直流恒定电压信号，W的分压即是原来波形的新零点。所以调节W值，即可以调节波形的零点。 电压跟随器与反向相加电路的原理在《模拟电子技术》一书上有详细介绍。 5. 滤波实现波形的平滑 DAC0832为数模转换器，由于数字信号是离散的，0832产生的电流信号也必定是离散的，这就使产生的波形中有许多跳变，本应很平滑的线就不是很平滑的了。这就需要加入滤波器来平滑它，滤除使曲线不平滑的高次谐波。实现波形平滑电路原理图如图3-12所示。 图3-12 滤波实现波形平滑的电路原理图 滤波电路应该越靠近0832越好，越向后，谐波被放大越多，越不容易滤除。 结 论 单片机控制多功能信号发生器可以用于“单片机技术”的教学实践，也可以用于实验信号的产生。其比较典型的接口电路设计也为实际应用提供参考。该仪器的研制既解决了实验教学的需求，也节约了实验设备投资，降低了实验成本。经过进一步完善后，可由学生利用课程设计的机会，亲自动手制作，这样还可以进一步降低成本，同时极大地提高了学生的动手能力，是一件一举多得的好事。 随着科学技术的不断发展，以及实验教学要求的不断更新，要求我们开发的应用系统具有良好的可扩充性和更新能力，作为一名技术人员，应时刻跟踪科技发展的步伐，不断丰富专业知识，不断完善我们开发的系统。本设计是是自己对“单片机技术”课程的理解和实际技术的总结。通过本次毕业设计，我感到自己应用基础知识及专业知识解决问题的能力有了很大的提高。并且这次毕业设计的选题，是一个实际应用工程。是我学完单片机课程后，自己动手做的一个大系统。尽管在设计过程中碰到了不少难题，通过自己翻阅大量资料，解决了一个个难题。通过这次毕业设计，到了工作单位后，我将能够更快的适应工作岗位和工作要求，我对自己未来充满信心。 总之，这次毕业设计使我受益匪浅，学到了很多课内外的知识，增长了自己的见识。 谢 辞 首先,我要感谢的是我的导师芦逸云老师。芦老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予我耐心的指导和帮助。可以说，没有芦老师的耐心指导和帮助，我是不可能顺利完成我的毕业设计的。另外，芦老师严谨的治学态度以及对待学生极端负责的精神，给我留下很深的印象，并将积极影响我今后的学习和工作。其次，我要感谢我的父母,在我毕业设计最艰苦的那段日子,是他们给了我最大的精神支持。父母为了我的成长，一直在背后默默的付出和辛勤的工作，他们的养育之恩，我将用自己的一生去回报。再次，感谢电气自动化技术专业的兄弟姐妹们，是他们陪伴我度过愉快的大学三年生活！ 总之，感谢每一位关心过我，爱护过我的人。滴水之恩，当涌泉相报。最后，再次感谢我的导师芦逸云老师。 最后我还要感谢的是我亲爱的洛阳理工学院以及理工学院的每一位老师和同学。 参考文献 [1]李杏春主编.单片机原理及使用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1996 [2]李华主编.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天出版社，1993 [3]于枫，王鼎编著.微型计算机原理及应用.吉林：吉林科学技术出版社，1996 [4]杨宁编著.单片机与控制技术.北京：北京航空航天大学出版社，2005 [5]何利民编著.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1995 [6]吕能元，孙育才，杨峰编著.MCS-51单片微型计算机.北京：科学出版社，1993 [7]赵宏伟，朱洪文，臧雪柏编著.计算机接口技术.吉林：吉林大学出版社，1998 [8]侯伯文编著.单片微型计算机原理及应用.北京：机械工业出版社，1987 [9]周明德编著.微型计算机原理及应用.北京：清华大学出版社，1998 [10]芯片速查 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 .中国自动化技术公司出版，1995 [11]张洪润，易涛编著.单片机应用技术教程 （第二版）.北京：清华大学出版社 2003，172～179 [12]求是科技编著.单片机典型模块设计实例导航.北京：人民邮电出版社，2004 [13]孙进生编著.电子产品设计实例教程.北京：冶金工业出版社，2004 [14]段九州编著.放大电路实用设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002 [15]王燕芳编著.微型计算机控制技术.北京：电子工业出版社，2004 附　录 系统总图 外文资料翻译 SCM, professional name-Micro Controller Unit (Micro-control devices), which is invented by the famous INTEL, the first series is the MCS-48, was with MCS-51, there is still a MCS-96 series, we used to say The 51 series is the MCS-51, it is a 8-bit microcontroller, the MCS-96 series is a 16-bit microcontroller, as What is the difference between them, we will be mentioned later. INTEL was the core of the company to transfer it to the world a lot of small companies (although, again there Jige Yi small sales / year), so there are many companies in the world production of 51 series-compatible microcontroller, such as Philips The 87 LPC series, the W78L Born series, Dallas DS87 series, modern GSM97 series so popular in China now is the U.S. ATMEL's 89C51 It is a microcontroller with Flash