郝景程 何志剛 邱彬
摘要:該文介紹一種用STC89C52RC單片機組成的波形信號發(fā)生器,可產(chǎn)生波鋸齒波信號、方波信號、正弦波信號、三角波信號四種信號波形,信號波形的占空比和頻率可由鍵盤改變,并可選擇單雙極性輸出,具有電路簡單、性能優(yōu)良、便于操作等特點。通過測試,其指標性能達到了設計的要求。
關鍵詞:單片機;按鍵;D/A轉換芯片
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2014)35-8553-02
51單片機是單片機中最為典型和最有代表性的一種。當今時代是一個新技術層出不窮的時代,在電子領域尤其是自動化智能控制領域,傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng),正以前所未有的速度被單片機智能化控制所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點,可以說智能化控制與自動控制的核心就是單片機。本設計是以STC89C52RC芯片的電路為基礎,外部加上輸入設備和顯示設備,以此來實現(xiàn)信號發(fā)生器的硬件電路,通過軟件程序來控制單片機實現(xiàn)波形的輸出。對于不同型號的單片機只需要相應的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性,很高的實際使用價值,為廣大的單片機愛好者提供了很好的借鑒。
硬件設計與原理以STC89C52RC單片機為核心,起著控制作用。系統(tǒng)包括D/A轉換電路、復位電路、時鐘電路、按鍵電路。設計思路分為五個模塊:復位電路、晶振電路模塊、STC89C52RC、D/A轉換電路、按鍵電路這五個模塊。
1 硬件設計分析
系統(tǒng)電源利用7805穩(wěn)壓器設計電源電路。7805是我們常用到的穩(wěn)壓芯片了,它使用方便簡單,輸出電壓為5v,本方案具有簡單方便節(jié)能高效等特點。
51單片機是對目前所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是intel的8031單片機,后來隨著技術的發(fā)展,成為目前廣泛應用的8為單片機之一。單片機是在一塊芯片內(nèi)集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O口等計算機所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路,又稱為MCU。
STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機,指令代碼可以兼容普通8051單片機,6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇。
主要特性如下:
1) 增強型8051單片機,12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.
2) 工作電壓:兩種供電3.8V~2.0V(3V單片機)/5.5V~3.3V(5V單片機)
3) 工作頻率范圍:0~40MHz,相當于普通8051的0~80MHz,實際工作頻率達到了48MHz
4) 片上集成512字節(jié)RAM
5) 用戶應用程序空間為8K字節(jié)
6) ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應用可編程),無需專用編程器,無需專用仿真器,可通過串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1) 直接下載用戶程序,數(shù)秒即可完成一片
7) 通用I/O口(32個),復位后為:P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉,P0口是漏極開路輸出,作為總線擴展用時,不用加上拉電阻,作為I/O口用時,需加上拉電阻。
8) 具有看門狗功能
9) 具有EEPROM功能
10) 通用異步串行口(UART),還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART
11) 共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2
12) 外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路,Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒
13) 工作溫度范圍:-40~+85℃(工業(yè)級)/0~75℃(商業(yè)級)
2 STC89C52RC單片機的工作模式
掉電模式:基本功耗<0.1微安,由外部中斷信號喚醒,在中斷返回以后,繼續(xù)執(zhí)行以前程序??臻e模式:基本功耗2毫安。正常工作模式:基本功耗4毫安~7毫安。掉電模式可由外部中斷信號喚醒,非常適合電池供電的儀表系統(tǒng)及便攜電子設備。
單片機最小系統(tǒng)說明:
時鐘信號的產(chǎn)生:在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器,其輸入端為芯片引腳XTAL1,其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部,XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器,這就是單片機的時鐘振蕩電路。
時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后,才成為單片機的時鐘脈沖信號。
一般地一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C3,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。C3,C2的典型值為30PF。
單片機復位使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)下,并從這個狀態(tài)開始工作。單片機復位條件:必須使9腳加上持續(xù)兩個機器周期(即24個振蕩周期)的高電平。原理圖如下:
1.外部RST引腳復位 2. 軟件復位 3. 上電復位/掉電復位
4. 看門狗(WDT)復位 5. 冷啟動復位和熱啟動復位
按鍵輸入電路,按鍵是由一組按壓式或觸摸式開關構成的陣列,是一種常用的輸入設備。鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩種。
1) 編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼,這種鍵盤所需程序簡單,但硬件電路復雜、價格昂貴通常不被單片機系統(tǒng)采用。
2) 非編碼鍵盤常用一些按鍵排列成行列矩陣,其硬件邏輯與按鍵編碼不存在嚴格的對應關系,而要由所用的程序來決定。非編碼鍵盤的硬件接口簡單,但是要占用較多的CPU時間,通常采用可編程鍵盤管理芯片來克服這個缺點。本設計使用兩種按鍵,一種是按鍵式非編碼鍵盤和輕觸式非編碼開關。
3 工作方式
對DAC寄存器和DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器的不同的控制方式,它的工作方式為:雙緩沖方式、單緩沖方式和直通方式三種工作方式
DAC0832集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器,使DAC0832芯片具備雙緩沖方式、單緩沖方式和直通方式三種工作方式,DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉換集成芯片,它對各種電路的需要非常適用(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。所以這個芯片得到廣泛的應用, DAC0832應用資料有以下幾種:1. D/A轉換結果采用電流形式輸出。2.若需要相應的模擬電壓信號,可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。3.運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻,也可外接。4.DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平,可直接與TTL電路或微機電路連接。
4 系統(tǒng)調(diào)試
系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試,二者密不可分。
1) 硬件調(diào)試
硬件調(diào)試分為單元電路調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。
線路檢查:根據(jù)硬件邏輯設計圖,仔細檢查電路是否正確,并且核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求,必要時可用萬用表檢測線路通斷情況。用萬用表檢查集成電路各管腳之間是否有短路連接、虛焊開路、漏焊等現(xiàn)象。檢查無誤后,測試各個芯片是否有損,待檢查完畢后,將各個芯片插入各自的槽位。
電源調(diào)試:電路的第一次通電測試很重要,調(diào)試方法有兩種:一種是斷開電路穩(wěn)壓電源的輸出端,檢查空載時電源的工作情況;另一種是拔下電路上的主要集成芯片,檢查電源的負載能力。確保電源無故障并符合性能要求。
2) Keil uVision2軟件調(diào)試
軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。
本設計用到了Keil uVision2軟件,首先打開Keil uVision2,將程序輸入;然后進行調(diào)試,將程序中的語法錯誤和邏輯錯誤糾正,調(diào)試完畢后,創(chuàng)建HEX文件,HEX文件用于燒寫芯片,將制定程序寫入已設計好的電路板中,使其能根據(jù)我們的要求實現(xiàn)相應的功能;最后將HEX文件燒寫入芯片,運行電路。
參考文獻:
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