函数信号发生器的设计与实现

1、 . . . 47 / 52摘 要信号发生器是科研、教学实验与各种电子测量技术中很重要的一种信号源，随着科学技术的迅速发展，对信号源的要求也越来越高，要求信号源的频率稳定度、准确度与分辨率要高、以适应各种高精度的测量，为了满足这种高的要求，各国都在研制一些频率合成信号源，这种信号源一般都是由一个高稳定度和高准确度的标准参考频率源，采用锁相技术产生千百万个具有同一稳定度和准确度的频率信号源，为了达到高的分辨率往往要采用多个锁相环和小数分频技术，因此使电路复杂、设备体积圈套、成本较高，传统的频率合成器由于采用倍频、分频、混频和滤波环节，使频率合成技术（DDS），与传统的频率合成技术相比，DDS具有

2、频率分辨率高、频率转变速度快、输出相位连续、相位噪声低、可编程和全数字化、便于集成等突出优点、成为现代频率合成技术中的佼佼者，得到越来越广泛的应用，成为众多电子系统中不可缺少的组成部分。本文介绍一种以AT89S52、AD9850和8279为核心器件的DDS正弦信号发生器。AD9850是一款专业极的正弦信号产生器件。它的特点正如上文所述的，电路整体结构简单，输出信号波形好，控制简单，而且易于实现程控。AT89S52和8279将在正文部分仔细的说明。本次因为是毕业设计，我也首次采用12864LCD作显示器件。采用12864作显示器件的好处是可以显示汉字。关键词：单片机，电压A/D转换，C语言Tit

3、le Function signal generators design and RealizationAbstractSignal generator is a research, teaching experiments and a variety of electronic measurement technology is very important as a signal source, with the rapid development of science and technology, demands on the signal source more and more r

4、equire the signal source frequency stability, higher accuracy and resolution to suit a variety of high-precision measurements, in order to meet this high demand, all countries in the development of a number of frequency synthesized signal source, such sources are normally a high stability and high a

5、ccuracy degree of standard reference frequency source, using phase-locked with the same technologies used to produce millions of a degree of stability and accurate frequency signal source, in order to achieve high resolution and often using multiple phase-locked loop fractional-N technology, divider

6、, mixer and filter links, so that frequency synthesis (DDS), and compared to the conventional frequency synthesis, DDS has a frequency resolution high frequency changes in speed, the output phase continuous, low phase noise, programmable and fully digital, easy integration and other advantages, beco

7、me a modern leader in synthesizer technology, get more and more widely used, a large number of electronic systems an indispensable component. This article describes a kind of AT89S52, AD9850 and 8279 as the core component of the DDS sine wave generator. AD9850 is a highly professional sine signal ge

8、neration device. It features, as described above, the circuit structure is simple, the output signal waveform is good, control is simple and easy to implement program-controlled. AT89S52 and 8279 will be detailed in the body of the note. This is because a graduation project, I was first introduced 1

9、2864LCD for display devices. 12864 for use of the benefits of display device can display Chinese characters. Keywords： DDS, MCU, AD9850, LCD, Clanguage目录1. 前言11.1 本课题的研究现状11.2 选题目的与意义21.3发展函数信号发生器的意义32. 函数发生器系统设计52.1 设计方案的比较52.2 系统模块设计52.2.1 控制模块62.2.2 按键与其显示模块62.2.3 波形产生模块62.2.4 D/A转换72.3 系统总体框图93.

10、 系统硬件设计103.1 基本原理103.2 单片机介绍103.3 各部分电路原理153.3.1 DAC0832芯片原理153.3.2 NE5532介绍183.3.3 三端稳压集成电路7805概述183.3.4 应用电路194. 系统软件设计214.1 系统软件设计方案214.2 系统软件流程图224.3 信号产生程序244.3.1 正弦波产生244.3.2 三角波产生254.3.3 方波产生264.3.4 锯齿波的产生275. 调试跟测试结果295.1 系统功能测试295.1.1 硬件的调试295.1.2 软件的调试295.2 测试的仿真波形306. 结论32辞34参考文献35附录36附录1

11、路原理图36附录2 PCB图37附录3 程序清单37附录3 程序清单381. 前言函数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。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学等领域，函数信号发生器在实验和设备检测中具有十分广泛的用途。1.1 本课题的研究现状函数发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪、频谱仪与其它自动测试设备的组成部分。函数发生器的关键技术是多种高性能

12、仪器的支撑技术，因为它能够提供高质量的精密信号源与扫频源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极提高检测精度。美捷伦生产的33250A型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形，其输出频率围为1Hz80MHz，而输出幅度为10mVpp10Vpp；该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖围更可高达9kHz4GHz。国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖围为1Hz60MHz；国产S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用DDS和锁相技术，使频率围从1MHz10

13、24MHz能精确地分辨到100Hz，它既是一台高精度的扫频源，同时也是一台高精度的标准信号发生器。还有很多其它类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是函数发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。目前，市场上的信号发生器多种多样，一般按频带分为以下几种：超高频：频率围1MHz以上，可达几十兆赫兹。高频：几百KHZ到几MHZ。低频：频率围为几十HZ到几百KHZ。超低频：频率围为零点几赫兹到几百赫兹。超高频信号发生器，产生波形一般用LC振荡电路。高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即RC振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。用以上原理

14、设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调，而且价格也比较贵，一般在几百元左右。在实际应用中，超低频波和高频波一般是不用的，一般用中频，即几十HZ到几十KHZ。用单片机89S52,加上一片DAC0832,就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受单片机运行的程序的控制。再在DAC0808输出端加上一些电压变换电路，就完成了一个频率、幅值、零点均可调的多功能信号发生器的设计。这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。1.2 选题目的与意义函数发生器是一种经常使用的设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不够方便、

15、信号失真较大、波形种类过于单一、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等的要求，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景，以满足军事和民用领域对信号源的要求。本次设计的主要目标是学习和运用单片机的C语言和汇编语言，通过现有多功能电子学习机部分已有器件，实现利用单片机AT89C52和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波，方波，三角波，锯齿波这四种常见波形的发生，并且可以接收外接键盘输入而在一定围改变频率。在无标准函数发生仪器时，本设计可以作为简单的函数发生器使用。本次设计准备在成本交低廉的前提下完成，使用

16、的都是该学习机上器件，主要是用单片机AT89C52，DAC0832，性能指数都不是很高，所以对此信号源的基本要能发生几种常见的波形，正弦波，方波，三角波，锯齿波，并且能够在一定的围改变频率。通过该课题的设计掌握以AT89C52为核心的单片机系统的软硬件开发过程和基本信号的产生原理、测量与误差分析方法，同时掌握函数发生器系统的设计流程；培养我们综合运用所学的基本知识、基本理论和基本技能的能力，学习解决一般工程技术和有关专业问题的能力，学习工程设计和科学研究的基本方法，完成对所学知识的综合训练。1.3 发展函数信号发生器的意义当今是科学技术与仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给

17、人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。一块单片机芯片就是一台计算机。由于单片机的这种特殊的结构形式，在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。使其具有很多显著的优点和特点，因此在各个领域中都得到了迅猛的发展。单片机的特点归纳起来有以下几个方面。1) 具有优异的性能价

18、格比单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的I/O 接口集成在一块芯片,因而其性能很高,而价格却相对较低廉,即性能价格比很高。2) 集成度高、体积小、可靠性高单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因而集成度高，均为大规模或超大规模集成电路。又部采用总线结构，减少了芯片之间的连线，这大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。同时，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。3) 控制功能强单片机体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适用于专门的控制用途。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令，I/O口的逻辑操作指令以与位操作指令。其逻辑控制功能与运行速度均

19、高于同一档次的微机。4) 低电压、低功耗单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗尤为重要。目前，许多单片机已可在2.2V电压下运行,有的已能在1.2V或0.9V下工作，功耗降至A级,一粒钮扣电池就可长期使用。利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其下限频率很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。这里介绍一种采用AT89S52单片机和一片DAC0832数模转换器做成的数字式低频信号发生器，它的特点是价格低、性能高，在低频围稳

20、定性好、操作方便、体积小、耗电少等。信号发生器与其它相比还具有如下优点：较分立元件信号发生器而言，具有频率高，工作稳定，容易调试等特性；较专用DDS芯片的信号发生器而言，具有结构简单，成本低等特性。2. 函数发生器系统设计2.1设计方案的比较函数发生器的设计方案可用多种方案来完成。在设计前对各种方案进行了比较：方案一：用差分放大电路实现三角波到正弦波以与集成运放组成的电路实现函数发生器。波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好;三角波的幅度应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。方案二：用二极管折线近似电路以与集成运放组成的电路实现函数发生器。根

21、据二极管折线近似电路实现三角波正弦波的变换频率调节部分设计时，可先按三个频率段给定三个电容值：1000pF、0.01f、0.1F然后再计算R的大小。手控与压控部分线路要求更换方便。为满足对方波前后沿时间的要求，以与正弦波最高工作频率（10kHz）的要求，在积分器、比较器、正弦波转换器和输出级中应选用Sr值较大的运放（如LF353）。为保证正弦波有较小的失真度，应正确计算二极管网络的电阻参数，并注意调节输出三角波的幅度和对称度。输入波形中不能含有直流成分。方案三 ：利用单片机AT89C51和8位D/A转换芯片DAC0832共同实现正弦波，方波，三角波，锯齿波这四种常见波形的发生，并且可以接收外接

22、键盘输入而在一定围改变频率。可行性分析：上面三种方案中，方案一与方案二中三角波正弦波部分原理虽然不一样，但是他们有共通的地方就是都要认为地搭建波形变换的电路图。而方案三利用单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。综上所述我选择了第三种设计方案。2.2系统模块设计该函数发生器有以下几部分组成：1) 控制模块2) 按键与其显示模块3) D/A转换模块三部分组成。2.2.1 控制模块方案一：用单片AT89S52作为系统的主控核心。

23、单片机具有体积小，使用灵活的，易于人机对话和良好的数据处理，有较强的指令寻址和运算功能等优点。且单片机功耗低，价格低廉的优点。方案二：用FPGA等可编程器件作为控制模块。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，密度高，速度快，稳定性好等许多有点。FPGA在掉电后会丢失数据上电后须进行一次配置，因此FPGA在应用中需要配置电路和一定的程序。并且FPGA作为数字逻辑器件，竞争、冒险是数字逻辑器件较为突出的问题，因此在使用时必须注意毛刺的产生、消除与抗干扰性。在次系统中，采用单片机作为控制比采用FPGA实现更简便。基于综合性价比，确定选择方案一。2.2.2 按键与其显示模块方案一：采用传统的独立式按键；

24、用传统的LED段选位选的方式进行波形的切换与显示。这种方式占用系统资源较多，并且效率低，程系编写大量而复杂。方案二：为了提高单片机的资源利用率和运行的效率,按键显示部分我们直接使用zlg7289扩展键盘，键盘与单片机连接。zlg7289芯片与单片机之间通信方便，而且由zlg7289对键盘进行自动扫描，可以去抖动，充分的提高了单片机的工作效率。在次系统中，我们直接采用zlg7289扩展键盘实现更简便，确定选择方案二。2.2.3 波形产生模块方案一：使用锁相环通过分频运算实现频率的步进，这种方案频率稳定度高，但程控比较困难，而且步进围过大，鉴于锁相环技术比较复杂，没有采用这种方案。方案二：使用专用

25、函数发生电路，如ICL8038 或MAX038，通过D/A转换调整函数发生器控制电压实现频率的控制，这种方案可以使频率连续可调，省却了波形转换电路，但控制电压与频率的变化不是严格的线性关系，如果不加频率负反馈则频率无法稳定准确，加上频率负反馈将使电路大大复杂，稳定度也会下降，而且如果要实现比较大的带宽，就需要不断更换振荡电容，电路复杂程度进一步增加。为避免调试困难，没有采用这种方案。方案三：使用单片机的定时器设置定时时间，每半个周期对I/O 口取反一次，从而实现频率输出。这种方案虽然在高频频段误差比较大，但是编程简单控制容易。 权衡以上利弊，我们选择了方案三。2.2.4 D/A转换单片输出的是

26、数字信号，必须通过D/A转换后才能模拟信号。方案一：采用D/A转换器AD7543。AD7543是一种串行的D/A转换器，与单片机之间的连线少，布线方便，而且又是12位的D/A转换器，精度高。但串行数据传输速度慢,当频率较高时,必须减少每周期输出的点数,这将会导致阶梯现象更加明显,因此,此方案不宜使用。方案二：采用DAC0832。这是8位的并行D/A转换器，转换速度快。方案三：采用2片DAC0832。由其中一芯片的输出电压作为另一芯片的参考电压，这样就可以方便的控制最大输出电压。若采用方案二，在输出电压较低的情况下，比如为1V时，输出的最大电压只有参考电压的1/5，这将会使精度降低，而方案三刚好

27、可以解决这个问题，因此，本系统选择了方案三。DAC0832芯片介绍DAC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者与企业欢迎，其目前已经有很高的普与率。学习并使用DAC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。DAC0832 具有以下特点：· 8位分辨率；· 双通道A/D转换；· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；· 5V电源供电时输入电压在05V之间；· 工作频率为250KHZ，转换时间为32S；· 一般功耗仅为1

28、5mW；· 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为40°C to +85°C；芯片接口说明：· CS_ 片选使能，低电平芯片使能。· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。· CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。· GND 芯片参考0 电位（地）。· DI 数据信号输入，选择通道控制。· DO 数据信号输出，转换数据输出。· CLK 芯片时钟输入。· Vcc/RE

29、F 电源输入与参考电压输入（复用）。DAC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。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

30、路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当DAC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能 当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2

31、 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志

32、着一次A/D转换结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后数据进行处理就可以了。作为单通道模拟信号输入时DAC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大围之，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。2.3系统总体框图本系统是以单片机AT89C52和8位D/A转换芯片DAC0832以与zlg7289键盘与显示共同实现正弦波，方波，三角波，锯齿波这四种常见波形的产生与显示相互切换的功能。系统原理框图如图2-1。单片

33、机按键电源液晶显示数模转换数模转换乘法器波形输出图2-1信号发生器系统框图3. 系统硬件设计3.1 基本原理系统框图如图3-1所示单片机按键电源液晶显示数模转换数模转换乘法器波形输出图3-1信号发生器系统框图3.2 单片机介绍1) AT89S52的引脚图如图3-2所示图3-2AT89S52引脚图2) 管脚说明 低频信号发生器采用AT89S52单片机作为控制核心，其部组成包括：一个8位的微处理器CPU与片振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接；片数据存储器RAM低128字节，存放读/写数据；高128字节被特殊功能寄存器占用；片程序存储器4KB ROM；四个8位并行I/O（输入/输出）

34、接口P3 -P0，每个口可以用作输入，也可以用作输出；两个定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口。VCC：供电电压。GND：接地。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

35、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。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RE

36、SET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。AT89S52单片机外部有32个端口可供用户使用，其功能见表2-1：表2-1 AT89S52并行I/O接口端口引脚位置第一功能第二功能 符号 功能符号功能P039-32P0.0-P0.7通用I/0口AD0-AD7地址数据总线P11-8P1.0-P1.7通用I/0口P221-28P2.0-P2.7通用I/0口A8-A15地址总线（高位）P310P3.0通用I/0口RXD串行通信发送口11P3.1

37、TXD串行通信接收口12P3.2INT0外部中断013P3.3INT1外部中断114P3.4T0计数器0输入端口15P3.5T1计数器1输入端口16P3.6WR外部存储器写功能17P3.7RD外部存储器读功能P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚

38、写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH编程和校验

39、时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：    P3.0 RXD（串行输入通道）P3.1 TXD（串行输出通道）P3.2 /INT0（外中断0）P3.3 /INT1（外中断1）P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数

40、据存储器读选通）3) AT89S52的晶振与其连接方法 CPU工作时都必须有一个时钟脉冲。有两种方式可以向AT89S52提供时钟脉冲：一是外部时钟方式，即使用外部电路向AT89S52提供时钟脉冲，见图2-3(a)；二是部时钟方式，即使用晶振由AT89S52部电路产生时钟脉冲。一般常用第二种方法，其电路见图2.3(b)。AT89S52XTAL2XTAL1ATAT89S52XTAL2XTAL1A89S52XTAL2XTAL1悬空外部时钟信号C1C2J(a)外部时钟方式（b）内部时钟方式图2-3 AT89S52的时钟脉冲J一般为石英晶体，其频率由系统需要和器件决定，在频率稳定度要求不高时也可以使用瓷

41、滤波器。一般来说，使用石英晶体时，C1=C2=30pF。使用瓷滤波器时，C1=C2=47pF。石英晶体，有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。石英晶体本身并非振荡器，它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。SPXO主要是由品质因数（Q）很高的晶体谐振器（即晶体振子）与反馈式振荡电路组成的。石英晶体振子是振荡器中的重要元件，晶体的频率（基频或n次谐波频率）与其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。石英晶体谐振器的基本结构、（金属壳）封装与其等效电路。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会

42、发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。石英晶体振荡器的应用：1、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路，其频率精度决定了电子钟表的走时精度。石英晶体振荡器原理的示意如图3所示，其中V1和V2构成CMOS反相器石英晶体Q与振荡电容C1与微调电容C2构成振荡系统，这里石英晶体相当于电感。振荡系统的元件参数确定了振频率。一般Q、C1与C2均为外接元件。另外R1为反馈电阻，R2为振荡的稳定电阻，它们都集成在电路部。故无法通过改变C1或C2的数值来调整走时精度。但此时仍可用加接一只电容C有方法，来改变振荡系统参数，以调整走时

43、精度。根据电子钟表走时的快慢，调整电容有两种接法：若走时偏快，则可在石英晶体两端并接电容C。4) AT89S52的复位 复位是单片机的初始化操作，其主要的作用是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作失误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。除使PC归零外，复位操作还对其他一些专用寄存器有影响，它们的复位状态如表2-2所示。表2-2 复位后的部寄存器状态寄存器复位状态寄存器复位状态 PC 0000H TMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HT

44、H100HDPTR0000HTL100HP0-P30FFHSCON00HIP(xxx00000)SBUF(xxxxxxxx)IE(0xx00000)PCON(0xxx0000) 另外，复位操作还对单片机的个别引脚有影响，例如会把ALE和/PSEN变成无效状态，即使ALE=0，/PSEN=1.RST变成低电平后，退出复位状态，CPU从初始状态开始工作。AT89S52复位操作有3种方式：上电复位、上电按钮复位和系统复位。上电复位电路如图2-4所示。对于CMOS型单片机因RST引脚的部有一个拉低电阻，故电阻R可不接。单片机在上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持两个机器周期

45、以上的高电平，就能使单片机有效地复位。当晶体振荡频率为12MHz时，RC的典型值为C=10uF，R=8.2K欧姆。简单复位电路中，干扰信号易串入复位端，可能会引起部某些寄存器错误复位，这时可在RST引脚上接一去耦电容。通常因为系统运行等的需要，常常需要人工按钮复位，复位电路如图2-5所示，其中R2>>R1，只需将一个常开按钮开关并联于上电复位电路，按下开关一定时间就能使RST引脚端为高电平，从而使单片机复位。RST AT89S52RST AT89S52+5VCR+5VR1R2C图2-4 上电复位电路 图2-5 上电按钮复位电路3.3 各部分电路原理3.3.1 DAC0832芯片原理

46、管脚功能介绍（如图2-7所示）图2-7 DAC0832管脚图DI7DI0：8位的数据输入端，DI7为最高位。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。/CS：选片信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效。/WR1：数据锁存器写选选通输入线，负脉冲有效，由ILE、/CS、/WR1的逻辑组合产生/LE1，当/LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变化，/LE1的负跳变时将输入数据锁存。/XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲有效。/WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲有效，由/WR2、/XFER的逻辑组合产生/LE2，当/LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输

47、入而变化，/LE2的负跳变时将数据锁存器的容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1：模拟电流输出端1，当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大，当 DAC寄存器中数据全为0时，输出电流为0。IOUT2：模拟电流输出端2， IOUT2与IOUT1的和为一个常数，即IOUT1IOUT2常数。RFB：反馈电阻引出端，DAC0832部已经有反馈电阻，所以 RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。VREF：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定0至255的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度，VREF围为(+10

48、-10)V。VREF端与D/A部T形电阻网络相连。Vcc：芯片供电电压，围为(+5+15)V。AGND：模拟量地，即模拟电路接地端。DGND：数字量地。 当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存器Q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。一般情况下为了简化接口电路，可以把WR2和XFER直接接地，使第二级8位DAC寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。 特殊情况下

49、可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。制作低频信号发生器有许多方案：主要有单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。 单缓冲方式具有适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形的优点，但是电路线路连接比较简单。而双缓冲方式适用于在需要同时输出几路模拟信号的场合，每一路模拟量输出需一片DAC0832芯片，构成多个DAC0832同步输出电路，程序简单化，但是电路线路连接比较复杂。根据以上分析，我选择了单缓冲方式使用方便，程序简单，易操作。这里我采用DAC0832与单片机89S52的典型的单缓冲方式接口电路。ILE接高电平，/WR1和/WR2相连后接89S52的/WR，/CS和

50、/XFER相连后接89S52的地址高位，这样就同时片选了DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器，89S52对DAC0832执行一次写操作就把一个数据写入数据锁存器的同时也直接写入到了DAC寄存器，模拟量输出随之变化。 DAC0832的输出是电流，使用运算放大器可以将其电流输出线性地转换成电压输出。根据运算放大器和DAC0832的连接方法，运算放大器的输出可以分为单极性和双极性两种。这里我采用双极性方式。3.3.2 NE5532介绍图2-8 NE5532引脚图 NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相

51、当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证噪声电压指标。NE5532特点：1) 小信号带宽：10MHZ2) 输出驱动能力：600，10V有效值 3) 输入噪声电压：5nV/Hz(典型值) 4) 直流 电压增益：50000 5) 交流电压增益：2200-10KHZ6) 功率带宽： 140KHZ7) 转换速率： 9V/s8) 大的电源电压围：±3V-±20V 9) 单位增益补偿3.3.3 三端稳压集成电路7805概述电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的

52、78 ×× 系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路部还有过流、过热与调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。用

53、中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以与引脚序号、引脚功能如附图所示。从正面看引脚从左向右按顺序标注，接入电路时脚电压高于

54、脚，脚为输出位。如对于78*正压系列，脚高电位，脚接地，；对与79*负压系列，脚接地，脚接负电压，输出都是脚。如附图所示。此外，还应注意，散热片总是和接地脚相连。这样在78*系列中，散热片和脚连接，而在79*系列中，散热片却和脚连接。3.3.4 应用电路7805典型应用电路，是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，7805应配上散热板。下图为提高输出电压的应用电路。稳压二极管VD1串接在78XX稳压器2脚与地之间，可使输出电压Uo得到一定的提高，输出电压Uo为78XX稳压器输出电 压与稳压二极

55、管VC1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护7800稳压器输出级不被损坏。7805输入电压围78*系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压为输出电压的3-4V以上。7V的电压要想输出5V，则需要使用低压差的稳压集成块，如附图所示的型号。也可以使用3只普通的整流二极管降压，也能得到5V的较为稳定的电压，二极管的允许电流大于你需要的电流即可。4.系统软件设计4.1 系统软件设计方案51单片机系列的编程语言常用的有两种，一种是汇编语言，一种是C语言。汇编语言，是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控

56、制硬件的语言。汇编语言直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互，它具有如下一些优点：1) 能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口；2) 能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制；3) 能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁；4) 能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度；5) 能够最大限度地发挥硬件的功能。同时还应该认识到，汇编语言是一种层次非常低的语言，它仅仅高于直接手工编写二进制的机器指令码，因此不可避免地存在一些缺点：1) 编写的代码非常难懂，不好维护；2) 很容易产生bug，难于调试；3) 只能针对特定的体系结构和处理器进行优化；4) 开发效率很低，时间长且单调。C语言，是一种计算