80C51单片机时钟电路设计

沈阳理工大学课程设计专用纸 -1- 沈阳理工大学 目录 1、选题的背景和意义 .2 2、设计任务 .2 3、硬件设计 .3 3.1 硬件介绍及说明 . .3 3.1.1 硬件电路设计 3 3.1.2 D/A 转换电路 .4 3.1.3 I/V 转换电路 .5 3.2 硬件电路设计 .7 4、软件设计 .8 4.1 程序流程图 8 4.2 主要程序及注释 9 5、仿真结果及分析 .14 参考文献 .16 沈阳理工大学课程设计专用纸 -2- 沈阳理工大学 一、 选题的背景和意义 各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。 这里利用 AT89C51单片机和数模转换器件 DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。 DAC0832 数模转换器的结构原理和使用方法， AT89C51 的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片计的要求，如何利用单片机控制 D/A 转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。 本次关于产生不同低频信号的信号源的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。 关键字 ：信号源；单片机； DAC0832；方波；锯齿波；三角波；正弦波 二、 设计任务 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦 波、方波、三角波和锯齿波。 要求： （ 1）具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。 （ 2）用开关选择输出的波形形状。 （ 3）具有波形存储功能。 （ 4）输出波形频率可调 沈阳理工大学课程设计专用纸 -3- 沈阳理工大学 （ 5）输出波形幅度范围 0 5V（峰 -峰值）。 三、 硬件设计 3.1 硬件介绍及说明 3.1.1 硬件电路设计 80C51 单片机时钟电路采用内部方式，外接陶瓷谐振器（频率为 12 MHz），微调电容值为 30 pF。系统复位采用按键式外部复位方式，复位信号至少保持 8 s 以上。通过按键由用户选择要输出的波形，按键选 择 占用 P1.0， P1.1 口 。利用 80C51 单片机 与 DAC0832 连接来实现波形的产生 。 图表 1 沈阳理工大学课程设计专用纸 -4- 沈阳理工大学 3.1.2 D/A 转换电路 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个 DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。 D/A 转换器由 8 位输入锁存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 转换电路及转换控制电路构成。 DAC0832 内部结构资料 :芯片内有两级输入寄存器，使 DAC0832 具备双缓冲、单缓冲和直通三 种输入方式，以便适于各种电路的需要 (如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等 )。 D/A 转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。 运放的反馈电阻可通过 RFB 端引用片内固有电阻， 还 可以外接 . 三种工作方式区别是：直通方式不需要选通，直接 D/A 转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通 。 待转换的 8 位数字量由芯片的 8 位数据输入线 D0 D7 输入，经 DAC0832转换后，通过 2 个电流输出端 IOUT1 和 IOUT2 输出， IOUT1 是逻辑电平为 1的各位输出电流之 和， IOUT2 是逻辑电平为 0的各位输出电流之和。 另外，ILE、 、 、 和 是控制转换的控制信号。 DAC0832 由 8 位输入寄存器、 8 位 DAC 寄存器和 8 位 D/A 转换电路组成。输入寄存器和 DAC 寄存器作为双缓冲，因为在 CPU数据线直接接到 DAC0832的输入端时，数据在输入端保持的时间仅仅是在 CPU 执行输出指令的瞬间内，输入寄存器可用于保存此瞬间出现的数据。有时，微机控制系统要求同时输出多个模拟量参数，此时对应于每一种参数需要一片 DAC0832，每片 DAC0832的转换时间相同，就可采用 DAC 寄存器对 CPU 分时输入到输入寄存器的各参数在同一时刻开始锁存，进而同时产生各模拟信号。 控制信号 ILE、 、 用来控制输入寄存器。当 ILE为高电平， 为低电平， 为负脉冲时，在 LE 产生正脉冲；其中 LE 为高电平时，输入寄存器的沈阳理工大学课程设计专用纸 -5- 沈阳理工大学 状态随数据输入线状态变化， LE 的负跳变将输入数据线上的信息存入输入寄存器。 控制信号 和 用来控制 8 位 A/D 转换器。 当 为低电平， 输入负脉冲时，则在 LE 产生正脉冲；其中 LE 为高电平时， DAC 寄存器的输入与 输出的状态一致， LE 负跳变，输入寄存器内容存入 DAC 寄存器。 图表 2 3.1.3 I/V 转换电路 LM324 为四运放 集成电路 ，采用 14 脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路 功耗 很小， lm324 工作电压范围宽，可用正 电源 3 30V，或正负双 电源 1 5V 15V 工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为 O Vcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大 器，除电源 共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中 “+”、 “-”为两个信号输入端， “V+”、 “V-”为正、负 电源端， “Vo”为输出端。两个信号输入端中， Vi-（ -）为反相输入端，表示运放输出沈阳理工大学课程设计专用纸 -6- 沈阳理工大学 端 Vo 的信号与该输入端的相位相反； Vi+（ +）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324 引脚排列见图 1。 2。 lm124、 lm224和 lm324 引脚功能及内部电路完全一致。 lm124 是军品； lm224 为工业品；而lm324 为民品 。 图表 3 3.2 硬件电路设计 通过单片机产生数字量，将数据送到 DAC0832 进行转换，转换结果通过电流到电压的转换，再进行放大 输出波形。 沈阳理工大学课程设计专用纸 -7- 沈阳理工大学 图表 4 沈阳理工大学课程设计专用纸 -8- 沈阳理工大学 四、 软件设计 4.1 程序流程图 选通 0832 送数据 0 送数据 FF 初始化 P1.0-1,P1.1-1 读开关状态 P1.0=1？ P1.1=1？ 选通 0832 选通 0832 选通 0832 方波 锯齿波 三角波 正弦波 A-0,送数据 A A-0,送数据 A A-(6D)-(7F),送数据 Y N P1.1=1？ N A 加 1 Y A=FF? A 加 1 N A=FF? Y A 减 1 Y N A-(7F)-(6D),送数据 A-(6D)-(7F),A 取反 送数据 A-(7F)-(6D),A 取反 送数据 A=0? 沈阳理工大学课程设计专用纸 -9- 沈阳理工大学 4.2 主要程序及注释 DAC0832 工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控，而 DAC 寄存器直通，输入寄存器地址为 0B0000H。 1.产生方波程序如下 ： MAIN:MOV DPTR,#0b000H 选中 DAC0832 FANG: mov R2,#0H mov A,R2 movx DPTR,A 将被转换数据 0 送 DAC0832 lCALL DIMS 延时 MOV R2,#0FFH mov A,R2 movx DPTR,A 将被转换数据 FF 送 DAC0832 lCALL DIMS2 延时 SJMP FANG DIMS:MOV R0,#20H 延时程序 D1: mov R1,#40H D2: NOP NOP DJNZ R1,D2 沈阳理工大学课程设计专用纸 -10- 沈阳理工大学 DJNZ R0,D1 RET (1) 以上程序产生的是方波，其高低电平的宽度由延时子程序 DIMS 所延时的时间来决定。 (2) 改变延时子程序的延时时间，就可改变波形的宽度。 (3) 改变上限值或下限值便可改变方波的幅值；单极性输出时为 0 -5v 或0-5v；双极性输出时为 -5V-+5V。 2.产生锯齿波的程序如下 ： MAIN:mov DPTR,#0b000H 选通 DAC0832 MM:mov R2,#0H MA:mov A,R2 MOVX DPTR,A 将被转换数据送 DAC0832 INC R2 被转换时间加 1 ACALL DIMS 延时 cjne r2,#0FFH ,MA 判断是否到 FF AJMP MM （ 1） 程序每循环一次， A 加一， ；、 （ 2） 可通过循环程序段的机器周期数，计算出锯齿波的周期，并可根据需要，通过延时的方法来改 变 波形的周期。若要改变锯齿波的频率，课在 AJMP MM 指令前加入延迟程序即可。延时较短时可用 NOP 指令实现（本程序就是如此），需要掩饰较长时，可以使用一个延长子程序。延迟时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不同。 沈阳理工大学课程设计专用纸 -11- 沈阳理工大学 （ 3） 通过 A 加 1，可得到正向的锯齿波，反之 A 减 1 可得到负的锯齿波。 （ 4） 程序中 A 的变化范围是 0-255，因此得到的锯齿波是满幅度的。如果求得到非满幅度锯齿波，可通过计算求的数字量的初值和终值，然后在程序中通过置初值和终值的方法实现。 3.产生三角波的程序如下 ： MAIN:mov DPTR,#0b000H 选通 DAC0832 TRIGLE:mov R2,#0h LOPU: mov A,r2 INC r2 转换数据加 1 MOVX DPTR,A 将被转换数据 0 送 DAC0832 ACALL DIMS 延时 CJNE r2,#0FFH,LOPU LOPD: mov A,r2 DEC r2 转换数据减 1 MOVX DPTR,A 将被转换数据 0 送 DAC0832 ACALL DIMS 延时 CJNE r2,#0H,LOPD SJMP LOPU 本程序产生的是三角波，谷值为 0，峰值为 +5V（或 -5V）。若改变下限值或上限值，那么三角波的谷值和峰值也随之改变 。 改变延时时间可改变三角波的频率。 沈阳理工大学课程设计专用纸 -12- 沈阳理工大学 若在峰值和谷值输出时间较长时，则输出梯形波，延时时间的长短取决于梯形波上下边的宽度。 4.正弦波的产生 ： SIN: mov DPTR,#SINTAB 取表的首址存 DPTR mov R0,#6DH 将表中的数据存入 DATA 区域的 6D-7F 中 mov R6,#0H LOOP:mov A,R6 MOVC A,A+DPTR 读表 MOV R0,A INC R0 inc R6 CJNE R0,#7FH,LOOP mov DPTR,#0B000H 将被转换 数据送 DAC0832 MOV R0,#6DH LOOP1:mov A,R0 产生前四分之一周期 movX DPTR,A ACALL DIMS INC R0 CJNE R0,#7EH,LOOP1 LOOP2:mov A,R0 产生下四分之一波形 沈阳理工大学课程设计专用纸 -13- 沈阳理工大学 movx DPTR,A ACALL DIMS DEC R0 CJNE R0,#6EH,LOOP2 LOOP3:mov A,R0 产生 地四分之三波形 CPL A movX DPTR,A ACALL DIMS INC R0 CJNE R0,#7EH,LOOP3 LOOP4:mov A,R0 产生最后四分之一波形 CPL A movx DPTR,A ACALL DIMS DEC R0 CJNE R0,#6EH,LOOP4 SJMP LOOP1 SINTAB:DB 7FH,89H,94H,0AAH,0B4H,0BEH,0C8H,0D1H,0D9H DB 0E0H,0E7H,0EDH,0F2H,0F7H,0FAH,0FCH,0FEH， 0FFH 正弦波地址码 沈阳理工大学课程设计专用纸 -14- 沈阳理工大学 END 本例产生 三角波，通过正弦波的地址码来实现正弦波，先递增产生前四分之一周期的波形，然后递减产生 下四分之一波形，在取反递增产生第四分之三的波形，最后取反递减产生最后四分之一波形。 采用循环查询法实现波形的选择，通过 P1.0， P1.1 来进行控制；每产生一次波形进行一次软查询，查询下一次查询什么波形。 setb P1.0 setb p1.1 MOV DPTR,#0B000H TEST: jb P1.0,NEXT1 JB P1.1,TRIGLE AJMP FANG NEXT1: JB P1.1,SIN LJMP JUCHI 五、 仿真结果及分析 将程序调入硬件电路，仿真得出下图 ： 方波波形 ：