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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录1 前言单片机(SCM)是单片机微型计算机(Single Chip Microcomputer)的简称.它是把组成微型计算机的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数以及串行通信接口等部件集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机具有体积小、可靠性高、功能强大、方便灵活等优点而得到广泛应用，主要涉及智能化仪器仪表、自动化装置、家用电器、医用设备、计算机网络和通信等领域。 在教学、实验和生产的许多实验场合，常常需要临时的频率可方便调节的信号发生器。但是市场上的函数发生器相对较贵，因为它们一般都是利用
2、专用数字合成DSS芯片,虽然能产生任意波形并达到很高的频率，但是成本较高。而如果用分立元件组成函数发生器，通常只能产生低频信号，而且工作不稳定，不易调试。利用51系列单片机制作一个简易的函数发生器，具有成本低、理论能产生任意波形，达到较高的频率，且易于设计和调试的优点。基于性价比的考虑，决定采用STC的89C51单片机来设计函数发生器,使它能够产生幅度，频率在一定范围内可调的三角波。2 三角波输出系统设计方案系统由89C51单片机通过扫描键盘，按照幅度键(S1S3)不同的键值来调用不同子程序实现多种幅度的产生，按照频率键(S5S7)的不同的键值来改变延时实现多种频率的产生。由单片机产生的10位
3、串行数字信号通过P0口输入到TLC5615进行D/A转换，输出的模拟波形输出到示波器显示。如图1所示。图1 三角波发生器原理框图波形的产生采用定点法，即将一个周期的三角波等间距的分为若干个点，计算出各点的对应的三角波函数值，并将其转化为10位串行输入D/A的数据格式，得到一个三角波函数表。通过程序将该表存于单片机的程序存储器中，可以制作多个表，从而产生多个幅度值，通过按键的控制，调用不同的子程序，也就调用了不同的函数表。当通过按键确定调用某个子程序时，利用延时程序来产生延时，延时时间到，查表得到该点对应的输出值，然后通过D/A转换得到该点的对应电压值。如此，周而复始的查表输出，就得到所要的三角
4、波。由于一个周期三角波的点数固定，改变延时程序的延时时间，就可以改变相邻两点的时间间隔，从而改变三角波的频率。3 三角波输出系统硬件电路设计3.1 三角波输出系统总电路设计 按照上述方案设计的硬件电路如图2所示，它主要包括单片机最小系统，一片D/A转换芯片和键盘扩展。图2 系统硬件电路图3.2 三角波输出系统单元电路设计3.2.1 单片机最小系统选用STC89C51单片机，它可以降低成本，提升性能，内部FLASH擦除次数为100，000次以上，STC89C51系列单片机出厂时就已完全加密，无法解密，程序可以通过专门的软件写入，一边校验一边写。时钟电路的晶振频率为11.0592MHz。3.2.2
5、 波形输出电路波形有一片D/A转换器TLC5615输出。TLC5615是8位封装的10位电压输出的D/A转换器，输出电压为基准电压的两倍，5V单电源工作，3线串行接口，建立时间为12.5微秒，器件具有上电复位功能，以确保可重复启动。TLC5615的内部结构主要由10位移位寄存器、10位D/A寄存器、D/A转换权电阻、基准缓冲器、控制逻辑和两倍程放大器等电路组成。TLC5615的引脚如图3所示。各引脚功能介绍如下：DIN：串行数据输入脚。 OUT:模拟信号输出脚。 SCLK:串行时钟输入脚。：片选端，低电平有效。DOUT：菊花链的串行数据输出端。 AGND：模拟地。 REFIN：基准输入端，一般
6、接2V到(Vcc)V。 图3 TLC5615的引脚图Vcc：电源端，一般接5V TLC5615与89C51的接口电路如图4所示。TLC5615通过固定增益为2的运放缓冲电阻网络，把10位数字数据转换为模拟电压。上电时，内部电路把D/A寄存器复位为0。其输出具有与基准输入相同的极性，表达式为图4 TLC5616与89C51的接口电路TLC5615的工作时序如图5所示。图5 TLC5615的典型工作时序TLC5615最大的串行时钟速率不超过14MHz,10位DAC的建立时间为12.5微秒，通常更新速率限制在80kHz,以内，TLC5615的16位移位寄存器在SCLK的上升沿从DIN引脚输入数据，高
7、位在前，低位在后。16位移位寄存器中的中间10位数据在上升沿的作用下打入10位D/A寄存器供给D/A转换，16位数据的高4位和低2位不会被转换，因此待转换的数据输入格式应为：表1 TLC5615数据输入格式输入序号12345678910111213141516输入数据XXXXXX由于SPI和89C51的接口传送的是字节形式的数据，需用两个字节传送待转换的数据，因此，要把数据输入到D/A转换器需要两个写周期。由公式可知，TLC5615的输出电压范围为02，见表2所示，为该片D/A转换器的参考电压。表2 输入数据量与输出电压的关系输 入 码模拟输出电压 11111111112(1023/1024)
8、 10000000002(512/1024) 0000000000203.2.3 键盘扩展电路输出波形幅度、频率的设定由键盘控制。利用单片机的P2口扩展一个44键盘。键盘的4根行线接到单片机的P2.0到P2.3口线，4根列线接P2.4到P2.7口线。其中，S1S3定义为幅度控制键，可以产生三种不同幅度的三角波。S5S7定义为频率控制键，可以产生三种不同频率的三角波。如图6所示。图6 键盘示意图键码表如表3所示。表3 键盘键码表77B7D77BBBDB4 三角波输出系统程序设计程序采用汇编语言书写，采用模块化结构，不仅使用方便，而且阅读、修改简单。程序包括初始化、波形产生、键盘管理三个模块。程序
9、运行时，通过调用键盘扫描程序，扫描到的键值赋到寄存器R4。输出不同幅度波形的判断程序TRANS通过判断当前的R4值来决定输出波形的幅度。频率的选择则是通过判断R4的值来调用不同的延时程序来决定的。4.1 初始化模块初始化模块主要用于I/O口的定义，便于程序的编写。这部分的程序如下：DIN BIT P0.7SCLK BIT P0.6CS5615 BIT P0.54.2 波形产生模块采用定点法产生波形，将所要输出的波形按一个周期分成64个点，因为D/A转换器的输入数据格式是16位的，所以一个点占2个字节，即高8位和低8位各一个字节。通过计算，做成一个表存于单片机存储器中。这个系统一共有三个表，第一
10、个表的Code的范围是01023，因此它的输出幅度为02，第二个表的Code的范围是0511，因此它的输出幅度为0，第三个表的Code的范围是0255，因此它的输出幅度为00.5。频率可以通过调用不同的延时程序来改变，三个不同的延时程序可以产生三种不同的频率，延时时间一到，查表输出下一个点的数据，如此循环即可。程序流程图如图7所示。图7 三角波产生程序流程图其程序清单如下：PR:MOV R7,#00H ；查表指针初始化SETB CS5615 CLR SCLK ；准备操作TLC5615CLR CS5615 ；选中TLC5615MOV R0,#00H ；数据指针初始化MOV A,R0 ；装入高8位
11、数据MOV R1,#08HMOV DPTR,#TRITABMOVC A,A+DPTRLOOPH:NOPNOPRLC A ；最高位移向TLC5615 MOV DIN,CSETB SCLK ；产生上升沿，移入一位数据NOPNOPCLR SCLKDJNZ R1,LOOPHINC R0MOV A,R0 ；装入低8位数据MOV R1,#08HMOVC A,A+DPTRLOOPL:NOP ；延时NOPRLC A ；最高位移向TLC5615MOV DIN,CSETB SCLK ；产生上升沿，移入一位数据NOPNOPCLR SCLKDJNZ R1,LOOPLSETB CS5615 ；结束移位操作，将转换数据中
12、间10位送入寄存器进行D/A转换INC R7 ；查表指针加一LCALL DELAY ；延时CLR CS5615INC R0 ；数据指针加一MOV A,R0 ；准备取下一个点MOV R1,#08HMOV DPTR,#TRITABMOVC A,A+DPTRCJNE R7,#64,LOOPH ；64个点取完？否则接着取下一个点AJMP PR4.3 键盘管理模块按照前面硬件电路设计，首先对键盘进行“全盘扫描”，判断是否有键按下。若有键按下则对键盘进行“逐行扫描”，进行键译码，并将该键的键码读出来，然后按各命令键转到相应的程序进行处理，可以将键盘管理分成三部分：键盘扫描部分键盘的全盘扫描部分主要是判断是
13、否有键按下。把每个键都分成水平和垂直的两端接入，扫描码从水平的输入，代表那一行所接收到的扫描码是同一个位，而读入扫描码的则是垂直，扫描的动作是先输入扫描码，再去读取输入的值，经过比对之后就可知道是哪个键被按下。比如说扫描码送入，后面的1110是代表此时扫描P2.0行，而前面的1111是让读取的4行接脚先设为VDD，若此时P2.0行的第三列按键被按下，那读取的结果就会变成（注意1111变成1101），其中P2.5会由1变成0，这是因为这个按键被按下之后，会被水平的扫描码电位拉到0，此即为扫描原理。由于这种按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段时间才稳定，为了避免让8051误判为多次输入同一按键，我们必须在侦测到有按键被按下，就Delay一小段时间，使键盘到达稳定状态，再去
