电子信息工程专业毕业论文基于单片机的信号发生器设计

摘 要信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验。常用的波形发生器多数采用分立元件组成，不但电路复杂、价格昂贵，而且仅能产生几种常用的信号波形，还很难精确调节各类参数，不能满足实际需要。因此，本课题利用了AT89S52单片机、DAC0832等元件，通过软、硬结合的方式来实现和开发基于单片机的信号发生器系统。该信号发生器能方便地产生所需信号波形，其频率、波形不但可调，也能满足精度要求。该信号发生器系统是通过一块AT89S52单片机控制两片DAC0832芯片，其中一片是产生波形，另一片是调节波形幅度。这种双通道工作方式，可以让波形和幅度的控制有各之对应的芯片，让其工作起来更加精确。本系统可以产生不同频率、不同幅值的正弦波、方波、锯齿波和三角波，各种波形在频率要求的范围内基本可以保持很好的形状不失真，通过键盘可选择各种波形以及调节各波形的频率和幅度，最后通过液晶显示器把各个波形以及各种参数显示出来。本系统操作起来相当简便，成本也比较低廉。通过实验测试，系统性能优良，参数精确，不失真，波形的幅度范围0V到+5V，频率范围0HZ到1KHZ， 能基本满足实验室要求。关键词：AT89S52单片机；DAC0832；液晶显示器AbstractSignal generator is a common source of the signal, widely used in electronic circuits, automatic control system and the teaching experiment. The most commonly used by waveform generator composed of discrete components, circuit not only complex, expensive and can only have several common signal waveform, also difficult to adjust various parameters, we can not To meet actual needs. Therefore, the issue of the AT89S52 SCM, DAC0832, and other components, through software and hardware combination of development and to achieve the signal generator based on the SCM system. The signal generator can easily produce the required signal waveform, its frequency, not only adjustable waveform, but also to meet the requirements of precision.The signal generator system is controlled by a microcontroller AT89S52 two DAC0832 chip, which is generated a wave, another film to regulate the rate waveform. This dual-channel methods of work, allows waveform and the magnitude of the control of all of the corresponding chip, so work together more precise. This system can produce different frequencies, different amplitude of the sine wave, square wave, sawtooth and triangle wave, the wave of various frequencies within the scope of the basic requirements can not maintain a good shape distortion, through various optional keyboard and adjust the waveform The frequency and magnitude waveform, the final adoption of LCD monitors as well as various parameters of various waveform displayed. The system operated with a simple and relatively low cost. Through the experimental test, excellent performance, precise parameters, no distortion, the wave range 0 V to +5 V, the frequency range 0 HZ to 1 KHZ, can meet the basic requirements of the laboratory.Keywords: AT89S52 SCM； DAC0832； LCD Monitor 目 录引言11 绪论21.1 数字信号发生器的介绍21.1.1什么是信号发生器21.1.2 信号发生器实现方式21.1.3 信号发生器的分类21.2 本课题的意义及目的32 元器件选用及相关知识42.1 芯片资料42.1.1 AT89S52单片机42.1.2 DAC0832介绍72.1.3 FYD12864（液晶显示器）92.2 其他元件122.3 原理图设计的基础142.3.1 元件的选用142.3.2 Protel 99SE 的运用142.3.3 Protel99se设计流程173 系统硬件设计183.1 系统原理框图183.1.1 显示部分183.1.2 电源转换部分203.1.3 幅度控制部分203.1.4 89S52处理器233.2 原理图和PCB设计244 系统软件设计264.1 软件设计思想264.2 软件设计框图264.3 软件设计流程274.3.1 三角波发生子程序流程284.3.2 锯齿波发生子程序流程284.3.3正弦波发生器子程序流程285 系统实现的功能与系统调试295.1系统实现的功能295.2 系统实现的功能295.2.1 系统调试使用的仪器295.2.2 系统调试的内容305.2.3 系统调试过程中遇到的问题306 总结31谢 辞32参考文献33附 录34 第54 页 共58 页引言 信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验。常用的信号发生器多数采用分立元件组成，不但价格昂贵，而且仅能产生几种常用的信号波形，还比较难调节各种参数，操作上复杂，实际上运用起来比较困难。因此，本文采用应用广泛的单片机为核心部件，通过8位数模转换元件来设计与实现双通道信号发生器。该信号发生器能方便地产生所需信号波形，其频率、波形也能满足精度要求。众所周知，模拟信号可以通过采样量化得到数字信号，相反数字信号也可以通过数模转换器转换成模拟信号。而相对于模拟信号而言，只由0和1 两种状态组成的数字信号产生起来要简单容易得多。因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。AT89S52单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：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、定时器计数器以及串行通讯接口等，只要将52单片机再配置键盘及其接口、显示器及其接口、数模转换及波形输出、指示灯及其接口等四部分，即可构成所需的信号发生器。1 绪论1.1 数字信号发生器的介绍1.1.1什么是信号发生器信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的信号发生器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的信号发生器。1.1.2 信号发生器实现方式函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：（1）用分立元件组成的函数发生器：通常的单函数发生器频率可调范围不大，其工作不很稳定，不易调试。 （2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。（3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。 （4）利用专用直接数字合成芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。1.1.3 信号发生器的分类 信号发生器按其信号波形分为四大类：正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。1.2 本课题的意义及目的 在现代社会中，自动化技术已经渗透到社会生活的各个领域中，其中，信号发生器是自动化领域中的一个典型应用。例如，在超声波测量技术中,超声换能器(发射换能器和接收换能器) 是超声波检测技术的核心部件。高精度、宽频率范围、高稳定性的激励源对发射换能器及超声检测系统性能的改善和提高起着至关重要的作用。传统的波形发生器通常由晶体管、运放IC 等分离元件制成。与此相比,基于集成芯片的波形发生器具有高频信号输出、波形稳定、控制简便等特点。因为现代的自动化控制中基本都会利用信号来控制设备的工作。利用信号的产生进行仪器的控制已经是自动控制中的一个重要的手段，那么一个幅度，频率，占空比以及波形可调的信号发生器的设计和完成更具有使用价值。使用单片机设计的多功能信号发生器,不仅减少了器件,简化了电路,节约了成本,更使得系统稳定节能,方便快捷地输出多种低频信号。这种结构简单，成本低廉但是性能优良的信号发生装置已经越来越广泛地应用在现代化控制领域的各个方面。无论是工业，民用，航空，军事还是商业领域都有信号发生装置的设计应用产品。本课题的目的是充分运用大学期间所学的专业知识，考察现有信号发生器的优缺点，设计一个频率和幅值可调的信号发生器。掌握这个信号发生器设计的基本思路掌握，不但可以融会贯通以前所学的专业知识对以后学习和工作也会有很大帮助的。2 元器件选用及相关知识2.1 芯片资料2.1.1 AT89S52单片机本系统选用的核心处理器是AT89S52单片机，它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图 2-1 52单片机管脚图一 主要功能特性52单片机兼容MCS-51指令系统 ，有8k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM和256x8bit内部RAM。32个双向I/O口支持4.5-5.5V工作电压，3个16位可编程定时/计数器可工作在时钟频率0-33MH。并且支持全双工UART串行中断口线；有2个外部 中断源；低功耗空闲和省电模式；中断唤醒省电模式；3级加密位；看门狗（WDT）电路；软件设置空闲和省电功能；灵活的ISP字节和分页编程；双数据寄存器指针。 本次系统设计，运用了52单片机的各个I/O口和2个定时器，但是对于其他的一些功能应用，比如全双工UART串行中断口线、灵活的ISP字节和分页编程之类仍未涉及到，以后将会有更好的运用的。二 单片机的I/O口的介绍和应用（1）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8个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。程序校验时，需要外部上拉电阻。 本次系统中，52单片机的P0口是作为液晶显示器8位的数据传输口使用的，把需要的数字信号并行传输给液晶显示器。（2）P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 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（I ）。 IL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。 其中P1口还有第二功能，其功能如表2-1所列。表2-1 P1口第二功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用） 本系统中，P1口的作用主要是DAC0832的数据传输口，还应用到了其第二功能的定时器，作为DAC0832的频率调节。但是在下载程序是，其P15、P16、P17口则是作为程序下载口使用的。（3）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 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。 本系统中，P2口的主要作用是一部分作为液晶显示器的控制口，另一部分是键盘的输入口。（4）P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 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（I IL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。P3口除了普通I/O口功能外，也有其第二功能，其功能如表2-2所列。表2-2 P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)本系统中，P3口的主要作用为DAC0832的数据传输口以及控制LED作为指示灯，其也用到了P3.4、P3.5的第二功能。三 单片机其余端口介绍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，可作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行 MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN: 外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。 当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。 为了执行内部程序指令，EA应该接VCC 。在flash编程期间，EA也接收12伏V PP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 2.1.2 DAC0832介绍DAC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 D/A转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用 DAC0832 可是使我们了解 D/A转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。一 DAC0832 具有以下特点（1）8位分辨率； （2）双通道 D/A转换； （3）输入输出电平与 TTL/CMOS相兼容； （4）5V电源供电时输入电压在 05V之间； （5）工作频率为 250KHz，转换时间为 32S； （6）一般功耗仅为 15mW； （7）8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装； （8）商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为-40C to +85C；二 芯片外形图 DAC0832是一个封装为DIP20的芯片，其有8位数字信号输入端，2个模拟电流输出端，可以工作的电压范围为-10V到+10V。芯片外形图为图2-2所示。图2-2 芯片外形图三 芯片管脚说明 （1）CS管脚：片选使能，低电平芯片使能。 （2）CH0管脚：模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。 （3）CH1管脚：模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。 （4）GND管脚：芯片参考 0 电位（地）。 （5）DI 管脚： 数据信号输入，选择通道控制。 （6）DO管脚： 数据信号输出，转换数据输出。 （7）CLK管脚：芯片时钟输入。 四 DAC0832介绍DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。其原理框图如图2-3。五 单片机对 DAC0832 的控制原理正常情况下 DAC0832 与单片机的接口应为 4条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO端与 DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO和 DI 并联在一根数据线上使用。图 2-3 DAC0832原理框图六 D/A转换输出功能：IOUT1管脚为模拟电流输出端1，当输入数字为全”1”时, 输出电流最大，约为：全”0”时, 输出电流为0。IOUT2 管脚为模拟电流输出端2， IOUT1 + I OUT2 = 常数其双极性输出电压与输入数字量的关系见表2-3。表2-3双极性输出电压与输入数字量的关系 七 DAC0832与微机系统的连接（1）单缓冲工作方式一个寄存器工作于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态。在不要求多相D/A同时输出时，可以采用单缓冲方式，此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据吞吐量。（2）双缓冲工作方式 两个寄存器均工作于受控锁存器状态。2.1.3 FYD12864（液晶显示器） FYD12864液晶显示器是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。一 液晶显示器基本特性（1）低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）；（2）显示分辨率:12864点；（3）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)；（4）内置 128个168点阵字符；（5）2MHz时钟频率；（6）显示方式：STN、半透、正显；（7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS；（8）视角方向：6点；（9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10；（10）通讯方式：串行、并口可选；（11）内置DC-DC转换电路，无需外加负压；（12）无需片选信号，简化软件设计；（13）工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +60；二 液晶组成方框图 本次系统选用的FYD12864液晶显示器其内部由6个模块组成，分别是一个ST7920字库、三个ST7921字库、电源模块和LCD显示模块。其组成如方框图2-4。图 2-4 液晶组成方框图三 外形尺寸图 12864液晶显示器的封装可以使用CON20的插针封装，其外形尺寸如图2-5所示。 图 2-5 液晶外形尺寸四 液晶模块串行接口说明表2-4 液晶模块串行接口功能管脚号名称电平功能1VSS0V电源地2VDD+5V电源正（3.0V-5.5V）3V0-亮度调节4CSH/L模组片选端，高电平有效5SIDH/L串行数据输入端6CLKH/L串行同步时钟：上升沿时读取SID数据15PSBLL：串口方式（见注释1）17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）19AVDD背光电压+5V（见注释3）20KVSS背光电压0V（见注释3）注释1：如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。五 液晶模块并行接口说明表2-5 液晶模块并行接口功能管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。2.2 其他元件 一 电解电容器本系统对于电解电容器的运用主要在与对其滤波和隔直流的功能上，对于电容值比较大的电容，作用是滤除低频干扰。本系统所选的电解电容，用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成，薄的化氧化膜作介质的电容器.因为氧化膜有单向导电性质,所以电解电容器具有极性.容量大，能耐受大的脉动电流，容量误差大，泄漏电流大；普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率低频旁路、信号耦合、电源滤波。其性能参数为：电容量：1000u额定电压：6.3-450V主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等二 瓷介电容器对于本系统所应用的瓷介电容器，主要是体现单片机的晶振振荡器中，目的是为了让晶振产生的频率更加稳定。三 三端稳压器管 本系统所用的三端稳压器管主要是应用在电源稳压部分，其中有用到78、79系列的，作用是为了稳压+5V、+12V和-12V。在78*、79*系列三端稳压器中，最常用的是TO-220和T0-202两种封装。这两种封装的图形及引脚序号、引脚功能如图2-6所示。图中的引脚号的标注方法是按照引脚电位从高到低的顺序标注的，引脚为最高电位，脚为最低电位，脚居中。从图2-6中可以看出，不论78系列、还是79系列，脚均为输出端。对于78正压系列，输入是最高电位，为脚，地端为最低电位，为脚。对于79负压系列，输入为最低电位，自然是脚，而地端为最高电位，为脚，输出为中间电位，为脚。此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第脚相连，这图 2-6 78、79系列三端稳压管样输出为中间电位，为脚。此外，还应注意散热片总是和最低电位的第脚相连，这样在78系列中，散热片和地相连接，而在79系列中，散热片和输入端相连接。用万用表判断三端稳压器的方法与三极管的判断方法相同，三端稳压器类似于大功率三极管。 四 整流二极管将交流电源整流成为直流电流的二极管叫做整流二极管，它是面结合型的功率器件，因结电容大，故工作频率低。2.3 原理图设计的基础2.3.1 元件的选用C1、C4作低频滤波之用，所以应选1000F的电解电容。C2、C3作为偶合电容，起隔直流和滤高频作用，选0.01F的电解电容即可。R1R12没什么特殊要求，都用色环电阻即可。R1、R7用20K， R9用100K，R3R4用6.8K，其余的均选用1K。对于滤波电容，如滤的是低频且幅度较大，应选用容量大的电解电容，对于高频则用容量较小的瓷介电容便可。可变电阻RP是调节反向运算放大器放大倍数的，阻值越大，调节范围越宽，所以应选用阻值较大的。2.3.2 Protel 99SE 的运用对于Protel99SE的运用，我是分成几个部分注意的，其中包括：Powerpcb和Powerlogic的同步运用、PCB板的布局或网络表转入、注意文件压缩、封装库的制作、PCB铺铜设置、对等长的设置、孔径和线宽、网络表导入、建立封装、输入封装。一 Powerpcb和Powerlogic的同步运用在Powerpcb中据说可以和Powerlogic同步进行，Protel99SE中我感觉是同样的功能，就是当原理图中某些元件改动时，可以使用Design-Update PCB反映到PCB中，在跳出的对话框中，选择Connectivty下拉列表中的Net Labels and PortsGlobal，去掉Classes框选中的两个Generate选项。点Preview Changes先预览一下，如果没有错误那就Execute，如果有错误，那就按照提示进行修改，最常见的错误就是封装不对。 二 PCB板的布局当把网络表正确导入PCB中后，要进行布局，像接VCC和GND这样的电容多的是，到底摆在哪里？当然是这个电容所属的那个模块附近。为了使一个模块的几个元件都放在一起，可以先在原理图中选择这个模块的所有元件，然后使用Tools-SelectPCB Components就可以在PCB中一次性选择这些元件了，再把他们对齐、摆放等，每个模块都可以这样处理，这样就不用对照原理图一个一个地找了。 三 注意文件压缩或许当你安装Protel99SE以后，每次保存的文件都很大，文件多的时候有几十M。这时可以使用File菜单左边那个下拉箭头中的Design Utilties，在对话框中的Perform Compact after closing design前打钩，以后每次保存文件就会比较小了。 四 封装库的制作有时你用的某个元件封装在其他文件中也有，但是你只有那个文件的PCB，这时可以在那个文件中使用Design -Make Library把那个PCB用到的所有封装都能提取出来生成一个库，这样你就能使用里面的库了。 五 PCB铺铜设置当布线完毕，在电路板各层进行铺铜是一个常见的操作，一般这是为了降低电磁干扰。我是这样操作的：在Design-Rules对话框中，有个规则设定Rules选项卡，选择Rule Classes框选中的Clerarance Constraint，点Add弹出Clearnce Rule对话框，在Rules Scope对应的下拉列表中选择Object Kind，这时紧挨着的下面会出现很多要你框选的项目，在Polygons前打钩，再在右边的Rulsttributes中填入你想要的尺寸，我一般设置为0.6mm。点OK设置完毕，回到PCB，再点PlacePolygonPlane快捷按钮，在整个PCB板的外围画一圈，这样就可以很方便的铺铜了。 六 对等长的设置先编辑好FromTo网络，形成一个类，再在规则设定中的高速布线规则中，对这个类进行规定添加和设置。这样，当布线完毕，可以使用Tools-EqualizeNet Lengths进行等长检查，如果和设置的值相差太大，那么就要更改相应的FromTo网络，其实蛇行布线是为了使等长更容易做一些。当然DRC检查也可以进行等长检查。 七 孔径和线宽在本系统中，设置的过孔孔径是(0.4mm, 0.2mm)，线宽最小是0.127mm。 八 网络表导入在电路板设计时，需将在电路原理图基础上完成的网络表导入，以载入元件在电路板中的封装形式。如果原理图中有二极管，则导入网络表时会报告“Node Not found”（节点不存在）并由此引起其他错误，返回原理图仔细查找未发现错误。经反复琢磨，发现针脚类封装的二极管在原理图元件库中，其A、K极分别以1、2脚命名，而元件封装库中的管脚是直接以A、K命名的，这样就出现了尽管所选封装是二极管，但电路板元件管脚却无法与原理图中的管脚相对应的错误。解决的方法如下：打开Protel 99SE，选择文件打开C:ProgramfilesDesignExplorer99SELibrargPcbGeneric FootprintsAdvpcb，界面打开后双击文件Pcb Footprints，单击左侧Components栏内的DIOSE04，在右侧绘图区域双击管脚K，在Pad对话框中将Designator一栏改为“2”后单击OK。同理双击管脚A，将其改为“1”后单击OK，按同样的方法将二极管的其他封装的管脚“A、K”改为“1、2”，存盘后退出。九 建立封装在Pcb设计中，元件封装库中无LED等元件，设计很不方便。用较简单的方法为LED等元件建立封装，可大大减小工作量。下面以管脚间距为100mil的LED为例加以说明。先按第一条的方法打开C:ProgramfilesDesign Explorer 99SELibrargPcbGeneric FootprintsAdvpcb元件库，在Components栏单击Add出现元件封装创建向导，单击Cancel退出，在左侧Components中出现PCB Components（是新建立的封装名），在右侧工具栏里单击Place Pad，击键盘Tab键，在出现的Pad编辑对话框中设定Pad的大小、形状及孔的大小，在Dgesignator中命名管脚为K，击OK，将Pad放置在绘图区中央的粗十字线中间，再击键盘Tab键，将Pad对话框中Dgesignator一栏改为A，击OK，将鼠标上粘着的Pad左移，观察状态栏内的X、Y坐标，在其变为“100mil，0mil”时，击鼠标左键放置该Pad，这样就建立了该元件的两个管脚。接着，单击右侧是工具栏中的Place Track，在绘图区域中管脚附近的适当位置，根据元件的实际大小绘出黄色方框。在左侧Componets区域单击Rename，在Rename Components对话框中输入LED01，击OK后，Componets中即出现了封装LED01，存盘后退出。依此可以建立各种特殊元件的封装形式（注：LED在原理图库的管脚名为A、K）。十 输入封装在原理图设计中需设定每个元件的封装形式，才能保证电路板自动布局和自动布线的顺利进行。但是Protel 99SE中原理图元件库Miscellaneous Devices及Protel DOS Schematic Libraries中的元件多数没有封装形式，这样设计中需输入封装，很不方便，下面以输入电阻封装为例进行解决。打开Protel 99SE，选择文件打开，选择路径C:Program filesDesign Explorer 99SELibarySchMiscellaneo Devices，在打开的界面左侧Componets栏中单击RES，在Group栏单击DESCription，在Componets Text Fields对话框Designator标签下的Footprint 14栏中分别输入AXIAL02AXIAL05，单击OK，存盘退出。对其他元件，可用同样的办法在Miscellaneous Devices或Protel DOS Schematic Libraries库中输入其封装。这样在设计原理图时，元件封装一栏就相应出现了预先设定的封装形式，只需直接单击选择即可，十分方便。 以上方法对该软件自带的元件库做了修改，应将修改后的库在其他盘做备份，以便在重装软件时装入。2.3.3 Protel99se设计流程电路原理图的设计主要是利用protel99se的原理图设计系统(Advanc sehematic-)来绘制一张电路原理图，它是整个电路设计的基础。在这个过程中，要充分利用protel99se所提供的各种绘图工具和各种编辑功能。其设计流程如下所示。一 启动。protel99se电路原理图编辑器 单击Windows任务栏的“开始”图标，在“程序”菜单中选择protel99se命令，便启动了protel99se。二 设置电路图纸尺寸以及版面 用户可以设置图纸的尺寸、方向、网格大小以及标题栏等。三 在图纸上放置设计需要的元器件 用户根据实际电路的需要，从元器件库里取出所需元器件放置到工作平面上，并对元器件的位置进行调整、修改。四 对所放置的元器件进行布局布线 将工作平面上的器件用有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。五 对布局布线后的元器件进行调整 为了保证原理图的美观和正确，就需要对元件位置进行重新调整。导线位置进行删除、移动、更改图形尺寸、属性及排列等。六 保存文档并打印输出 将设计的电路原理图进行存盘或通过打印机打印出来。3 系统硬件设计3.1 系统原理框图本系统由显示部分、电源及电源转换部分、89S52处理器部分、幅度控制部分、键盘部分组成。工作原理为：操作者根据要求对键盘进行操作，然后通过单片机处理器部分处理控制幅度控制部分和显示部分，让其控制波形输出和波形的显示，其中电源部分是保证对各个部分的电源供电。其原理框图如图3-1所示。显示部分89S52处理器部分键盘部分电源及电源转换部分幅度控制部分波形产生部分信号输出图3-1 原理框图3.1.1 显示部分本系统的显示用TS16824-3液晶显示器作为波形的显示器。先给模块加上工作电压，再按照如图3-2的连接方法调节LCD的对比度，使其显示出黑色的底影。 此过程亦可以初步检测LCD有无缺段现象。图3-2 液晶电源接口FYD12864-0402B每屏可显示4行8列共32个1616点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个168点阵全高ASCII