80C51單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -1- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 目錄 1、選題的背景和意義 .2 2、設(shè)計(jì)任務(wù) .2 3、硬件設(shè)計(jì) .3 3.1 硬件介紹及說(shuō)明 . .3 3.1.1 硬件電路設(shè)計(jì) 3 3.1.2 D/A 轉(zhuǎn)換電路 .4 3.1.3 I/V 轉(zhuǎn)換電路 .5 3.2 硬件電路設(shè)計(jì) .7 4、軟件設(shè)計(jì) .8 4.1 程序流程圖 8 4.2 主要程序及注釋 9 5、仿真結(jié)果及分析 .14 參考文獻(xiàn) .16 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -2- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 一、 選題的背景和意義 各種各樣的信號(hào)是通信領(lǐng)域的重要組成部分，其中正弦波、三角波和方波等是較為常見(jiàn)的信號(hào)。在科學(xué)研究及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常需要這幾種信號(hào)的發(fā)生裝置。為了實(shí)驗(yàn)、研究方便，研制一種靈活適用、功能齊全、使用方便的信號(hào)源是十分必要的。 這里利用 AT89C51單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件 DAC0832產(chǎn)生所需不同信號(hào)的低頻信號(hào)源，其信號(hào)幅度和頻率都是可以按要求控制的。 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法， AT89C51 的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片計(jì)的要求，如何利用單片機(jī)控制 D/A 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)的硬件電路和軟件編程。信號(hào)頻率幅度也按要求可調(diào)。 本次關(guān)于產(chǎn)生不同低頻信號(hào)的信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案，不僅在理論和實(shí)踐上都能滿足實(shí)驗(yàn)的要求，而且具有很強(qiáng)的可行性。該信號(hào)源的特點(diǎn)是：體積小、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)方便、功能齊全。 關(guān)鍵字 ：信號(hào)源；單片機(jī)； DAC0832；方波；鋸齒波；三角波；正弦波 二、 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦 波、方波、三角波和鋸齒波。 要求： （ 1）具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能。 （ 2）用開(kāi)關(guān)選擇輸出的波形形狀。 （ 3）具有波形存儲(chǔ)功能。 （ 4）輸出波形頻率可調(diào) 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -3- 沈陽(yáng)理工大學(xué) （ 5）輸出波形幅度范圍 0 5V（峰 -峰值）。 三、 硬件設(shè)計(jì) 3.1 硬件介紹及說(shuō)明 3.1.1 硬件電路設(shè)計(jì) 80C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路采用內(nèi)部方式，外接陶瓷諧振器（頻率為 12 MHz），微調(diào)電容值為 30 pF。系統(tǒng)復(fù)位采用按鍵式外部復(fù)位方式，復(fù)位信號(hào)至少保持 8 s 以上。通過(guò)按鍵由用戶選擇要輸出的波形，按鍵選 擇 占用 P1.0， P1.1 口 。利用 80C51 單片機(jī) 與 DAC0832 連接來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的產(chǎn)生 。 圖表 1 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -4- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 3.1.2 D/A 轉(zhuǎn)換電路 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè) DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料 :芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使 DAC0832 具備雙緩沖、單緩沖和直通三 種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )。 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。 運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò) RFB 端引用片內(nèi)固有電阻， 還 可以外接 . 三種工作方式區(qū)別是：直通方式不需要選通，直接 D/A 轉(zhuǎn)換；單緩沖方式一次選通；雙緩沖方式二次選通 。 待轉(zhuǎn)換的 8 位數(shù)字量由芯片的 8 位數(shù)據(jù)輸入線 D0 D7 輸入，經(jīng) DAC0832轉(zhuǎn)換后，通過(guò) 2 個(gè)電流輸出端 IOUT1 和 IOUT2 輸出， IOUT1 是邏輯電平為 1的各位輸出電流之 和， IOUT2 是邏輯電平為 0的各位輸出電流之和。 另外，ILE、 、 、 和 是控制轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)。 DAC0832 由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器和 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路組成。輸入寄存器和 DAC 寄存器作為雙緩沖，因?yàn)樵?CPU數(shù)據(jù)線直接接到 DAC0832的輸入端時(shí)，數(shù)據(jù)在輸入端保持的時(shí)間僅僅是在 CPU 執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi)，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。有時(shí)，微機(jī)控制系統(tǒng)要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量參數(shù)，此時(shí)對(duì)應(yīng)于每一種參數(shù)需要一片 DAC0832，每片 DAC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間相同，就可采用 DAC 寄存器對(duì) CPU 分時(shí)輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時(shí)刻開(kāi)始鎖存，進(jìn)而同時(shí)產(chǎn)生各模擬信號(hào)。 控制信號(hào) ILE、 、 用來(lái)控制輸入寄存器。當(dāng) ILE為高電平， 為低電平， 為負(fù)脈沖時(shí)，在 LE 產(chǎn)生正脈沖；其中 LE 為高電平時(shí)，輸入寄存器的沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -5- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線狀態(tài)變化， LE 的負(fù)跳變將輸入數(shù)據(jù)線上的信息存入輸入寄存器。 控制信號(hào) 和 用來(lái)控制 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。 當(dāng) 為低電平， 輸入負(fù)脈沖時(shí)，則在 LE 產(chǎn)生正脈沖；其中 LE 為高電平時(shí)， DAC 寄存器的輸入與 輸出的狀態(tài)一致， LE 負(fù)跳變，輸入寄存器內(nèi)容存入 DAC 寄存器。 圖表 2 3.1.3 I/V 轉(zhuǎn)換電路 LM324 為四運(yùn)放 集成電路 ，采用 14 腳雙列直插塑料封裝。，內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路 功耗 很小， lm324 工作電壓范圍寬，可用正 電源 3 30V，或正負(fù)雙 電源 1 5V 15V 工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為 O Vcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大 器，除電源 共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。每一組運(yùn)算放大器可用如圖所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中 “+”、 “-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “V+”、 “V-”為正、負(fù) 電源端， “Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi-（ -）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -6- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324 引腳排列見(jiàn)圖 1。 2。 lm124、 lm224和 lm324 引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。 lm124 是軍品； lm224 為工業(yè)品；而lm324 為民品 。 圖表 3 3.2 硬件電路設(shè)計(jì) 通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生數(shù)字量，將數(shù)據(jù)送到 DAC0832 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行放大 輸出波形。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -7- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 圖表 4 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -8- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 四、 軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序流程圖 選通 0832 送數(shù)據(jù) 0 送數(shù)據(jù) FF 初始化 P1.0-1,P1.1-1 讀開(kāi)關(guān)狀態(tài) P1.0=1？ P1.1=1？ 選通 0832 選通 0832 選通 0832 方波 鋸齒波 三角波 正弦波 A-0,送數(shù)據(jù) A A-0,送數(shù)據(jù) A A-(6D)-(7F),送數(shù)據(jù) Y N P1.1=1？ N A 加 1 Y A=FF? A 加 1 N A=FF? Y A 減 1 Y N A-(7F)-(6D),送數(shù)據(jù) A-(6D)-(7F),A 取反 送數(shù)據(jù) A-(7F)-(6D),A 取反 送數(shù)據(jù) A=0? 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -9- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 4.2 主要程序及注釋 DAC0832 工作于單緩沖方式，其中輸入寄存器受控，而 DAC 寄存器直通，輸入寄存器地址為 0B0000H。 1.產(chǎn)生方波程序如下 ： MAIN:MOV DPTR,#0b000H 選中 DAC0832 FANG: mov R2,#0H mov A,R2 movx DPTR,A 將被轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 0 送 DAC0832 lCALL DIMS 延時(shí) MOV R2,#0FFH mov A,R2 movx DPTR,A 將被轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) FF 送 DAC0832 lCALL DIMS2 延時(shí) SJMP FANG DIMS:MOV R0,#20H 延時(shí)程序 D1: mov R1,#40H D2: NOP NOP DJNZ R1,D2 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -10- 沈陽(yáng)理工大學(xué) DJNZ R0,D1 RET (1) 以上程序產(chǎn)生的是方波，其高低電平的寬度由延時(shí)子程序 DIMS 所延時(shí)的時(shí)間來(lái)決定。 (2) 改變延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間，就可改變波形的寬度。 (3) 改變上限值或下限值便可改變方波的幅值；單極性輸出時(shí)為 0 -5v 或0-5v；雙極性輸出時(shí)為 -5V-+5V。 2.產(chǎn)生鋸齒波的程序如下 ： MAIN:mov DPTR,#0b000H 選通 DAC0832 MM:mov R2,#0H MA:mov A,R2 MOVX DPTR,A 將被轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送 DAC0832 INC R2 被轉(zhuǎn)換時(shí)間加 1 ACALL DIMS 延時(shí) cjne r2,#0FFH ,MA 判斷是否到 FF AJMP MM （ 1） 程序每循環(huán)一次， A 加一， ；、 （ 2） 可通過(guò)循環(huán)程序段的機(jī)器周期數(shù)，計(jì)算出鋸齒波的周期，并可根據(jù)需要，通過(guò)延時(shí)的方法來(lái)改 變 波形的周期。若要改變鋸齒波的頻率，課在 AJMP MM 指令前加入延遲程序即可。延時(shí)較短時(shí)可用 NOP 指令實(shí)現(xiàn)（本程序就是如此），需要掩飾較長(zhǎng)時(shí)，可以使用一個(gè)延長(zhǎng)子程序。延遲時(shí)間不同，波形周期不同，鋸齒波的斜率就不同。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -11- 沈陽(yáng)理工大學(xué) （ 3） 通過(guò) A 加 1，可得到正向的鋸齒波，反之 A 減 1 可得到負(fù)的鋸齒波。 （ 4） 程序中 A 的變化范圍是 0-255，因此得到的鋸齒波是滿幅度的。如果求得到非滿幅度鋸齒波，可通過(guò)計(jì)算求的數(shù)字量的初值和終值，然后在程序中通過(guò)置初值和終值的方法實(shí)現(xiàn)。 3.產(chǎn)生三角波的程序如下 ： MAIN:mov DPTR,#0b000H 選通 DAC0832 TRIGLE:mov R2,#0h LOPU: mov A,r2 INC r2 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)加 1 MOVX DPTR,A 將被轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 0 送 DAC0832 ACALL DIMS 延時(shí) CJNE r2,#0FFH,LOPU LOPD: mov A,r2 DEC r2 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)減 1 MOVX DPTR,A 將被轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 0 送 DAC0832 ACALL DIMS 延時(shí) CJNE r2,#0H,LOPD SJMP LOPU 本程序產(chǎn)生的是三角波，谷值為 0，峰值為 +5V（或 -5V）。若改變下限值或上限值，那么三角波的谷值和峰值也隨之改變 。 改變延時(shí)時(shí)間可改變?nèi)遣ǖ念l率。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -12- 沈陽(yáng)理工大學(xué) 若在峰值和谷值輸出時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，則輸出梯形波，延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于梯形波上下邊的寬度。 4.正弦波的產(chǎn)生 ： SIN: mov DPTR,#SINTAB 取表的首址存 DPTR mov R0,#6DH 將表中的數(shù)據(jù)存入 DATA 區(qū)域的 6D-7F 中 mov R6,#0H LOOP:mov A,R6 MOVC A,A+DPTR 讀表 MOV R0,A INC R0 inc R6 CJNE R0,#7FH,LOOP mov DPTR,#0B000H 將被轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)送 DAC0832 MOV R0,#6DH LOOP1:mov A,R0 產(chǎn)生前四分之一周期 movX DPTR,A ACALL DIMS INC R0 CJNE R0,#7EH,LOOP1 LOOP2:mov A,R0 產(chǎn)生下四分之一波形 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -13- 沈陽(yáng)理工大學(xué) movx DPTR,A ACALL DIMS DEC R0 CJNE R0,#6EH,LOOP2 LOOP3:mov A,R0 產(chǎn)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 產(chǎn)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 正弦波地址碼 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 -14- 沈陽(yáng)理工大學(xué) END 本例產(chǎn)生 三角波，通過(guò)正弦波的地址碼來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦波，先遞增產(chǎn)生前四分之一周期的波形，然后遞減產(chǎn)生 下四分之一波形，在取反遞增產(chǎn)生第四分之三的波形，最后取反遞減產(chǎn)生最后四分之一波形。 采用循環(huán)查詢法實(shí)現(xiàn)波形的選擇，通過(guò) P1.0， P1.1 來(lái)進(jìn)行控制；每產(chǎn)生一次波形進(jìn)行一次軟查詢，查詢下一次查詢什么波形。 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、 仿真結(jié)果及分析 將程序調(diào)入硬件電路，仿真得出下圖 ： 方波波形 ：