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1、江苏信息职业技术学院毕业设计毕业设计 程控放大器系统设计系 电子信息工程系 专业 电子信息工程技术 姓名 杨晨 班级 电信101 学号 1001043136 指导教师 陈洁 职称 副教授 设计时间 2012.9.152013.1.4 摘 要本设计介绍一种基于AT89C51单片机的简易程控放大器系统，主要由单片机丶数模转换器和运算放大器组成。系统的基本工作原理：单片机通过改变DAC0832的数字输出量改变系统的增益。单片机通过按键改变DAC0832的数字量，使得程控放大器的增益发生变化。增益放大倍数和输出电压值通过液晶显示。关键词：AT89C51单片机，DAC0832，数模转换器，运算放大器I目
2、 录摘 要I目 录II第1章 绪 论11.1 课题来源11.2 设计思路1第2章 方案设计22.1 核心模块的方案论证与比较22.1.1 控制模块22.1.2 显示模块22.2 系统设计要求22.3 系统设计思路22.4 系统硬件框图3第3章 系统硬件设计43.1 单片机的应用与选择43.2 芯片简介43.2.1 AT89C51性能简介43.2.2 AT89C51的主要特性42.2.3 AT89C51管脚功能53.2 控制显示电路63.3 键盘电路83.4 D/A转换电路83.4.1 管脚功能93.4.2 D/A转换电路103.5 放大电路113.6整机电路11第 4 章 软件设计及仿真124
3、.1 软件流程图124.2 程序代码124.3 仿真设计124.3.1 VW简介134.3.2 PROTUES仿真14总 结17参考文献18致 谢19附录A 程序20附录B 系统原理图25II第1章 绪 论1.1 课题来源程控放大器，又名可编程放大器，是一种放大倍数由程序控制的放大器。程控放大器可以通过软件改变增益，利用模数转换器可以自动适应大范围变化的模拟信号电平，因此越来越多地应用在自动控制系统丶智能化仪器仪表中。本课题适用于科学教研、生产实践和教学实验等领域。它是有AT89C51单片机、DAC0832。通过按键来实现放大的产生。1.2 设计思路本系统的主控制模块是由单片机最小系统，两个独
4、立按键构成的，每一个按键对应一种调整模式。按下按键后，会执行相应的按键功能，松开后停止。具体实现过程：系统上电后先对DAC0832和LCD1602液晶初始化，再对按键进行扫描。当按键有按下时，系统的数字输入量发生改变，从而改变系统的增益，使得输出电压发生相应的变化。系统的放大倍数和输出电压通过液晶实时显示。第2章 方案设计2.1 核心模块的方案论证与比较2.1.1 控制模块方案一：4*4矩阵键盘控制此方案可以直接输入所需要的波形放大倍数，方便快捷，但是程序操作复杂，故不采用这种方案。方案二：独立按键控制此方案利用两个独立按键共同控制放大倍数，其中一个按键用来控制倍数的放大，另外一个控制倍数的衰
5、减，以此来达到放大倍数的调节，由于本系统元件较少，而且51单片机正好有两个外部中断口可以利用，程序设计简单，故采用此方案。2.1.2 显示模块方案一：数码管显示此方案中利用共阴极数码管并对09这10数字进行编码，并利用数码管的动态扫描形式来显示不同的数字，以达到显示放大倍数的目的。由于本系统仅需对放大倍数进行显示，利用四段数码管已经足以达到要求，但程序设计相对繁琐，故本设计不采用这种方案实现。方案二：1602液晶显示此方案中液晶显示器可以由ASCll码控制，控制简单，可以显示更多的信息，比如放大倍数和单位等，故为本系统所采用。2.2 系统设计要求本系统设计的程控放大器可以实现如下功能：(1)可
6、以通过按键输入来控制输出的电压大小。(2)输出的值可通过LCD1602液晶显示。(3)可以通过按键输入改变放大器的放大倍数。2.3 系统设计思路本系统的主控制模块由单片机最小系统，两个独立按键构成的，每一个按键对应一种调整模式。按下键后，会执行相应的按键功能，松开后停止。程控放大器的输出电压V0与DAC0832的输入电压Vref的关系式：V0=-(VrefRf)/2nR(Dn-12n-1+Dn-22n-2+.+D020)。Rf为系统的反馈信号输入线电阻，R为DAC0832的数字输出量，就相当于改变系统的增益。具体实现过程：系统的数字输入量发生改变，从而改变系统的增益，使得输出电压发生相应的变化
7、。系统的放大倍数和输出电压通过液晶实时显示。LCD显示MCU键盘D/A转换放大器输出2.4 系统硬件框图图2.1 系统硬件框图第3章 系统硬件设计3.1 单片机的应用与选择8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、64kB的程序存储器 、256B字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。 由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给
8、应用提供了极大的便利。3.2 芯片简介3.2.1 AT89C51性能简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.2.2 AT89C51的主要特性 8031 CPU与MC
9、S-51兼容4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)全静态工作：0Hz-24KHz三级程序存储器保密锁定128*8位内部RAM32条可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.2.3 AT89C51管脚功能MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚，HMOS工艺制造的芯片采用双列直插（DIP）方式封装，其引脚示意及功能分类如图3.1:图3.1 MCS-51引脚图MCS-51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源的引脚，2个外接晶体的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。VCC：供电
10、电压。 GND：接地。 P0口(P0.0P0.7) 为双向8位三态IO口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是地址总线低8位及数据总线分时复用口，可驱动8个TTL负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。 P1口(P1.0P1.7) 为8位准双向IO口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线(作为输入时，口锁存器必须置1)，可驱动4个TTL负载。 P2口(P2.0P2.7) 为8位准双向IO口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载。一般作为扩展时地址总线的高8位使用。 P3口(P3.0P3.7) 为8位准双向IO口，是
11、双功能复用口，可驱动4个TTL负载。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在
12、FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。综上所述，MCS-51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚
13、都具有第2功能；单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线；由ALE、PSEN/、EA/与P3口中的INT0/、INT1/、T0、T1、WR/、RD/共10个引脚组成控制总线。3.2 控制显示电路本设计用AT89C51单片机最小控制系统，显示部分采用LCD1602液晶显示器LCD引脚图如图3.2所示。图3.2 LCD1602引脚图脚号管脚名称LEVER管脚功能描述1VSS0V电源地2VDD5.0V电源电压3VEE对比调整电压4RSH/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/WH/LR/W=“H”,E
14、=“H”,数据被读到DB7DB0 R/W=“L”,E=“HL” DB7DB0的数据被写到IR或DR6EH/L使能信号：R/W=“L”,E信号下降沿锁存DB7DB0R/W=“H”,E=“H”DRAM数据读到D7D07D0H/L数据线8D1H/L数据线9D2H/L数据线10D3H/L数据线11D4H/L数据线12D5H/L数据线13D6H/L数据线14D7H/L数据线LCD1602引脚及其功能介绍如表3-1所示。表3.1AT89S52的P0口接上拉电阻，P0口输出显示数据，控制信号由P1口部分引脚控制输出。图3.3 显示控制电路3.3 键盘电路键盘电路如图3.4所示，通过按键控制输出电压大小。P3.0接输出增
