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1、.专业整理.单片机低频信号发生器的设计一、系统分析1、 系统实现方案 用80C51单片微型机实现整个系统的控制，并提供指令系统。用可编程接口芯片8255将CPU与外设相连，实现其间数据的并行传输。外设主要有：16*16显示屏用于显示提示语；数字显示屏回显键盘输入；波形发生器显示不同频率的正弦波。通过键盘和显示电路，实现人机对话，执行频率和幅值的输入然后由单片机进行判断分析，最后输出需要的结果。2、 基本功能 屏幕上显示：正弦波 4:50Hz 5:30Hz 6:20Hz 8:停 ，用户根据提示，从键盘上输入所选参数，在数字显示屏上回显，在波形发生器上显示相应频率的波形。 汇编语言控制程序的结构如
2、下图示，在键盘输入过程中有相应提示。 系统初始化汉字提示： 正弦波 4:50Hz 5:30Hz 6:20Hz 8:停用户从键盘上输入所选参数 按用户要求输出波形二、系统硬件设计1、 硬件线路图见附录一2、 芯片说明8051单片机MCS51单片机内部结构：MCS51单片机包括如下功能部件：一个8位中央处理器；4K/8KB的ROM；128/256B的RAM；32条I/O口；2个和3个（对8032/8052）定时器/计数器；1个具有5个中断源、2个优先级的嵌套中断结构；1个用于多微处理机通信、I/O或全双工UART（通用异步接收发生器）的串行I/O口，此外还有程序寄存器PC，程序状态寄存器PSW，堆
3、栈寄存器SP，数据指针寄存器DPTR等部件，这些部件集成在一块芯片上，通过内部总线连接，构成完整的微型计算机。根据8051内部结构和工作原理，可以把上述各功能部件划分为以下五部分：CPU结构：由运算器（ALU）、控制器（定时控制部件等）和专用寄存器三部分电路构成。算术逻辑部件ALU：既可进行加、减、乘、除四则运算，也可以进行与、或、非、异或等逻辑运算，还具有数据传送，移位，判断和程序转移等功能。定时控制部件：起控制器的作用，由定时控制逻辑、指令寄存器（IR）和振荡器（OSC）组成。专用寄存器组：主要用来指示当前要执行指令的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等。存储器结构存储器地址分配：
4、存储器的地址分配有三个地址空间ROM存储器地址空间（包括片内ROM和片外ROM）；片内RAM地址空间；片外RAM地址空间。片内ROM：8031内部没有ROM；只有8051才有4KBROM。片外RAM：MCS51可以对片外RAM中数据进行读/写。片内RAM：MCS51的片内RAM容量只有128个存储单元，可以用来存放操作数、操作结果和实时数据。I/O端口：是MCS51单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，是一个过度的集成电路，用于信息传送过程中的速度匹配和增强它的负载能力。并行I/O端口：P0、P1、P2和P3，每个端口都有双向I/O功能，每个I/O端口内部都有一个8位数据输出缩存器和一个8
5、位数据输入缓冲器。并行I/O端口一次可以传送一组二进制信息。串行I/O端口：既可以在程序控制下把CPU的8位并行数据变成串行数据逐位从发送数据线TXD发送出去，也可以把RXO线上串行接收到的数据变成8位并行数据送给CPU，而且这种串行发送和串行接收可以单独进行，也可以同时进行。串行I/O端口一次只能传送1位二进制信息。定时器/计数器：8051内部有两个16位可编程定时器/计数器，命名为T0和T1，分别由TH0（高八位）和TL0（低八位），TH1和TL1拼装而成，它们均为特殊功能寄存器SFR中的一个，用户可以通过指令对它们存取数据。T0和T1的最大计数模值为65535。T0和T1有定时器和计数器
6、两种工作模式，每种模式下又分为若干工作方式。在定时器模式下，T0和T1的计数脉冲可以由单片机时钟脉冲经12分频后提供，定时时间和单片机时钟频率有关。在T0和T1的计数脉冲可以从P3.4和P3.5引脚上输入。中断系统：8051共可处理五个中断源发出的中断请求，可以对五个中断请求信号进行排队和控制，并响应其中优先权最高的中断请求。8051的五个中断源有内部和外部之分：外部中断源有二个，通常指外部设备；内部中断源有三个，两个定时器/计数器中断源和一个串行口中断源。8051的中断系统主要有中断允许控制器IE和中断优先级控制器IP等组成。IE用于控制五个中断源中哪些中断请求被允许向CPU提出，哪些被禁止
7、；IP用于控制五个中断源的中断请求的优先级最高，可以被CPU最先处理。MCS51单片机引脚功能：1、 端口线（4832条）P0.7P0.0：若8051不带片外存储器，P0.7P0.0可作为通用I/O使用，传送CPU的 输入、输出数据。 若8051带片外存储器，P0.7P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。P1.7P1.0：可作为通用I/O使用，传送用户的输入、输出数据。P2.7P2.0：可作为通用I/O使用。 可配合P1.7P1.0传送片内EPROM12位地址中的高4位地址。P3.7P3.0：可作为通用I/O使用。 可作控制用
8、，专用功能。2、 电源线（2条）VCC为5V电源线。VSS为接地线。3、 控制线（16条） ALE/PROG：地址锁存允许/编程线 EA/VPP：允许访问片外存储器/编程电源线 PSEN：片外ROM选通线。 RST/VPD：复位、备用电源线。 XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线。61166116是2K8位静态随机存储器芯片，采用CMOS工艺制作，单一5V电源，额定功耗160mW，典型存取时间为200ns，24线双列直插式封装。A0A10为片内11位地址线；IO0IO7为8位数据线；CE为片选信号线；OE、WE为读、写信号线。74LS373 74LS373是一个三态门的8位锁存器，它可以
9、作为8031外部的一个扩展输入口。 接口电路的工作原理：当外设把数据准备好后，发出一个控制信号XT加到373的G端，即锁存控制端，使输入数据在74LS373种锁存。在执行上面的第二条指令时，P2.6=0，RD有效，通过或门后加到373的OE端，即373的三态门控制端，使三态门畅通，锁存的数据读入到累加器中。81558155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片,MCS51和8155相连不仅可为外设提供两个8位I/O端口（A口和B口）和一个6位I/O端口（C口），也可为CPU提供一个256字节的RAM和一个14位定时器/计数器。8155共由7部分电路组成：双向数据总线缓冲器：该缓冲器是8位的，
10、用于传送CPU对RAM存储器的读写数据。地址缩存器：共有8位，用于锁存CPU送来的RAM单元地址和端口地址。地址译码器和读写控制器：地址译码器的地址由地址缩存器输出端送来，读写控制接RD和WR线上信息，实现对CPU和8155间所传信息的控制。RAM：容量为256字节，主要用于存放实时数据。 I/O寄存器：分为A、B和C三个端口。A口和B口的I/O寄存器为8位，既可以存放外设的输出数据，也可以存放外设的输入数据；C口的I/O寄存器只有6位，用于存放I/O数据或命令、状态信息。 命令寄存器和状态寄存器：皆为8位寄存器，命令寄存器存放CPU送来的命令字，状态寄存器存放8155的状态字。 定时器/计数
11、器：这是一个二进制的14位减1计算器，计数器初值由CPU通过程序送来。8155引脚功能： 地址/数据总线（8条）：AD7AD0。 I/O总线（22条）：PA7PA0，通用I/O总线； PB7PB0，通用I/O总线； PC5PC0，I/O数据/控制线。 控制总线（8条）：RESET总清输入线； CE和IO/MCE为片选输入线，IO/M为I/O端口或RAM的选通 线； RD和WRRD是读/写命令输入线，WR是写命令线； ALE允许地址输入线； T/IN和T/OUT：T/IN是计数器输入线，T/OUT为计数器输出线； 电源线（2条）：VCC为5V电源输入线， VSS为接地线。8255A8255A是I
12、ntel公司生产的通用可编程并行I/O接口芯片，MCS51和8255A相连可为外设提供三个8位I/O端口，允许采用同步、异步和中断方式传送I/O数据。8255A内部由四部分电路组成：A口、B口和C口：均为8位I/O数据口，但结构上略有差别。A口由一个8位数据输出缓冲/缩存器和一个8位数据输入缓冲/缩存器组成，B口和C口各有一个8位数据输出缓冲/缩存器和一个8位数据输入缓冲器（无输入数据缩存器）组成。A口、B口和C口三个端口都可与外设相连，分别传送外设的输入/输出数据或控制信息，但在Mode1和Mode2工作方式下，A口和B口常作为数据口，用于传送I/O数据；C口为控制器，高4位属于A口，传送A
13、口上外设的控制/状态信息，低四位属于B口，传送B口所需的控制/状态信息。A组控制器和B组控制器：都由控制字寄存器和控制逻辑组成。A组控制字寄存器控制A口和C口上半部（PC7PC4），B组控制器控制B口和C口下半部（PC3PC0）。数据缓冲器：双向8位缓冲器，用于传送MCS51和8255A间的控制字、状态字和数据字。读写控制逻辑：接收MCS51送来的读写命令和选口地址，用于控制对8255A的读写。8255A引脚功能：8255A有40条引脚，采用双列直插式封装。 数据总线（8条）：D7D0 控制总线（6条）：RESET复位线；CS片选线；RD和WRRD为读命令线，WR为写命令线；A0和A1地址输出
14、线。 并行I/O总线（24条）：PA7PA0双向I/O总线； PB7PB0双向I/O总线； PC7PC0双向数据/控制总线 电源线（2条）：VCC为5V电源线； GND为地线。D/A转换器 D/A转换器（Digital to Analog Converter）是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件。D/A转换器可以直接从MCS51输入数字量，并转换成模拟量推动执行机构动作，以控制被控实体的工作过程。 D/A转换器的原理很简单，可以总结为“按权展开，然后相加”几个字，换句话说，D/A转换器要能把输入数字量中的每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加，因此D/A转换器内部必须有一个解码网络（解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和T型电阻网络），以实现按权值分别进行D/A转换。DAC0832DAC0832内部结构：
