数字音频信号发生器毕业设计

毕业设计（论文）课题名称： 数字音频信号发生器的设计 系 别： 电子工程系 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 姓 名： 刘志双 同 组 人： 起迄日期： 2009.06.26 2010.04.10 指导教师： 黄 清 华 职 称 ： 教 授 数字音频信号发生器的设计摘要：设计总结了其它音频信号发生器的制作经验，采用 STC89C52 单片机作为该系统的控制装置，选用继电器、灵敏可变电阻、5532 运放等高性能元件，同时还为了系统安装保护装置（在出错的情况下能继续工作） ，完善的设计出一款新颖的数字音频信号发生器。其控制器具有高速的运算能力以及内部操作的灵活性，使得产生的波形具有控制方便，输出相位连续，精度高，稳定性好等优点，具有很高的应用价值。关键字：STC89C52 单片机、音频信号发生器、 CPU、 总线、EEPROM岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 前 言信号发生器是在电子电路设计、自动控制系统和仪表测量校正调试中应用很多的一种信号发生装置和信号源。而正弦信号是一种频率成分最为单一的常见信号源，任何复杂信号(例如声音信号)都可以通过傅里叶变换分解为许多频率不同、幅度不等的正弦信号的叠加，广泛地应用在电子技术试验、自动控制系统和通信、仪器仪表、控制等领域的信号处理系统中及其他机械、电声、水声及生物等科研领域。目前，常用的音频信号发生器绝大部分由模拟电路或数字电路构成，体积和功耗都很大，价格也比较贵。随着微电子技术和计算机技术的发展，以单片机微处理器及单片机软硬件开发系统及配套产品为内容已形成了庞大并极具前途的高新技术产业，而可编程逻辑器件、SOPC 等新技术的应用迅速渗透到电子、信息、通信等领域。这里分别借助 STC89C52 单片机芯片运算速度高，功耗低，实时分析的优势以及其灵活的可配置性、较高的可靠性、硬件升级容易等优点设计了音频信号发生器。岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 目 录第一章 概述 .1第二章 设计思路及流程 .22.1 数字控制面板处理部分 .22.2 模拟信号处理部分 .3第三章 硬件电路设计 .43.1 主要器件 .43.1.1 STC89C52 单片机 .43.1. 2 串行 A/D 转换器芯片 ADC0832 .73.1.3 AT24C64 EEPROM 储存芯片 .103.2 电路原理图 .15第四章 软件设计 .214.1 常量、变量说明 .214.2 LCD12864 显示程序模块 .214.3 矩阵键盘程序模块 .234.4 PC 通信升级程序模块 .254.5 系统主程序 .27第五章 小结 .29致 谢 .29附录 A 面板立体图 .30附录 B 成品照片 .30附录 C 面板硬件原理图 .30附录 D LCD12864 程序清单 .30参考文献： .30岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 0第一章 概述本设计使用 STC89C52 单片机、ADC0832、TDA2030 等芯片，产生所需要的音频信号。整个系统分为主控制面板与信号处理两部分组成。主控制面板主要是由单片机构成，作为系统的总微处理器。信号处理部分主要是有运放和功放组成，负责对输出波形的整形放大。系统分具体功能如下。输出情况显示：该系统能够显示当时输出信号的频率，幅度，可以随时得知输出波形情况。 输出频率设置：本系统是通过键盘以 1Hz 的进度准确的设置输出频率。 输出幅度设置：本系统是通过电位器调节的方式，调节输出幅度，但该系统对输出的幅度进行了检测，可以随时观察输出情况。 输出音乐选择：本系统内还存储了多首音乐，可直接输出音乐信号。 输出信号储存：本系统还设有信号储存功能，可以储存一些常用的频率信号，不需要每次都来调节。本系统除了具有音频信号发生器的一些功能外，为了方便大家更好的使用，还增加了一些新的功能，具体如下。 时间显示：可以随时查看但是使用的时间，方便用户记录使用。 定时：是实现定时提示功能。 报警：对设置出错和系统出错做出报警提示。 软件升级：对该系统进行日后更新使用。岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 1第二章 设计思路及流程整个系统由两大子系统构成，负责完成不同的功能，并且子系统所处位置是分开的，子系统分别是数字控制面板处理部分和模拟信号处理部分。2.1 数字控制面板处理部分数字控制面板处理部分的主要功能是对数字信号进行处理，可划分为采集模块、显示模块、电源模块、时钟模块、储存模块、报警提示模块、通信模块和单片机模块。数字控制面板处理部分的模块方框图如图 2.1.1 所示。单片机模块显示模块输入模块通信模块采集模块输出模块时钟模块储存模块报警提示模块电源模块图 2.1.1 数字控制面板处理模块方框图 采集模块是对输出信号进行测量，采集信号的幅度和输出信号调剂进度的数据传给单片机进行处理。 输出模块是对输入模块的设定，单片机进行任务处理通过输出模块输出信号。 时钟模块是扩展功能的时间处理模块，得出准确的时间送个单片机处理。 储存模块是对用户常用的操作进行储存使用，方便用户以后使用。 显示模块是对用户操作时显示相关内容，对系统当时的工作状态和信息即使反馈给用户。 通信模块是对系统日后维护升级使用，一般不适用。 报警模块是对用户的错误操作、系统出故障或用户设计，以语音的方式提示用户。 输入模块主要是用户操作设置使用，把用户所需要的操作通过输入模块进行设计输入。岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 2 电源模块是为系统提供 5V 电源。是用 220V 交流电通过降压、整流、滤波、稳压后产生的 5V 电源。2.2 模拟信号处理部分模拟信号处理部分是对数字控制面板处理部分输出的信号进行处理，主要是整形和放大两个操作，所设计的模块有输入信号、信号整形、信号放大、信号输出组成，其方框图如图 2.2.2 所示。输入信号 信号整形 信号放大 信号输出图 2.2.2 模拟信号处理模块方框图 输入信号是对输入的较弱信号进行放大处理，方便后面整形部分工作。 信号整形是采用的是先采用微分，对信号变形再对信号整形出较为标准的正弦波信号送入放大模块。 信号放大模块是对调整好的信号放大输出，提高带负载的能力。该模块是直接才用功放进行放大。 信号输出模块是对整形、放大的信号输出。岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 3第三章 硬件电路设计通过对总个系统的功能分析，选择合适的芯片进行硬件电路设计。3.1 主要器件系统中主要芯片有 STC89C52 单片机、ADC0832 模数转换、AT24C64 储存器、PCF8563时钟芯片、TDA2030 功放等。3.1.1 STC89C52 单片机1、单片机 STC89C52 介绍STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用宏晶公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程 Flash，使STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/ 计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。主要性能与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作： 0Hz40MHz三级加密程序存储器32个可编程 I/O口线三个16位定时器 /计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针掉电标识符 STC89C52 方框图图 3.1.1.1.1 STC89C52 单片机引脚图岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 4图 3.1.1.2 STC89C52 内部结构图2、单片机管脚功能介绍P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校岳阳职业技术学院 数字音频信号发生器的设计 5验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。此外，P1.0 和P1.2分别作定时器 /计数器2的外部计数输入（P1.0/T2 ）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入） ，时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）表3.1.1.1 P1口第二功能P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能如表2.1.2 P3口第二功能）使用。RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而