基于51單片機信號發(fā)生器的設計

郝景程　何志剛　邱彬

摘要：該文介紹一種用STC89C52RC單片機組成的波形信號發(fā)生器，可產(chǎn)生波鋸齒波信號、方波信號、正弦波信號、三角波信號四種信號波形，信號波形的占空比和頻率可由鍵盤改變，并可選擇單雙極性輸出，具有電路簡單、性能優(yōu)良、便于操作等特點。通過測試，其指標性能達到了設計的要求。

關鍵詞：單片機；按鍵；D/A轉換芯片

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）35-8553-02

51單片機是單片機中最為典型和最有代表性的一種。當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)，正以前所未有的速度被單片機智能化控制所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說智能化控制與自動控制的核心就是單片機。本設計是以STC89C52RC芯片的電路為基礎，外部加上輸入設備和顯示設備，以此來實現(xiàn)信號發(fā)生器的硬件電路，通過軟件程序來控制單片機實現(xiàn)波形的輸出。對于不同型號的單片機只需要相應的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性，很高的實際使用價值，為廣大的單片機愛好者提供了很好的借鑒。

硬件設計與原理以STC89C52RC單片機為核心，起著控制作用。系統(tǒng)包括D/A轉換電路、復位電路、時鐘電路、按鍵電路。設計思路分為五個模塊：復位電路、晶振電路模塊、STC89C52RC、D/A轉換電路、按鍵電路這五個模塊。

1 硬件設計分析

系統(tǒng)電源利用7805穩(wěn)壓器設計電源電路。7805是我們常用到的穩(wěn)壓芯片了，它使用方便簡單，輸出電壓為5v，本方案具有簡單方便節(jié)能高效等特點。

51單片機是對目前所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是intel的8031單片機，后來隨著技術的發(fā)展，成為目前廣泛應用的8為單片機之一。單片機是在一塊芯片內(nèi)集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O口等計算機所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱為MCU。

STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼可以兼容普通8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇。

主要特性如下：

1） 增強型8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.

2） 工作電壓：兩種供電3.8V～2.0V（3V單片機）/5.5V～3.3V（5V單片機）

3） 工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率達到了48MHz

4） 片上集成512字節(jié)RAM

5） 用戶應用程序空間為8K字節(jié)

6） ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1） 直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片

7） 通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。

8） 具有看門狗功能

9） 具有EEPROM功能

10） 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART

11） 共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2

12） 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒

13） 工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）

2 STC89C52RC單片機的工作模式

掉電模式：基本功耗<0.1微安，由外部中斷信號喚醒，在中斷返回以后，繼續(xù)執(zhí)行以前程序?？臻e模式：基本功耗2毫安。正常工作模式：基本功耗4毫安～7毫安。掉電模式可由外部中斷信號喚醒，非常適合電池供電的儀表系統(tǒng)及便攜電子設備。

單片機最小系統(tǒng)說明：

時鐘信號的產(chǎn)生：在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘振蕩電路。

時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。

一般地一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C3，C2的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。C3，C2的典型值為30PF。

單片機復位使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)下，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機復位條件：必須使9腳加上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。原理圖如下：

1.外部RST引腳復位 2. 軟件復位 3. 上電復位/掉電復位

4. 看門狗（WDT）復位 5. 冷啟動復位和熱啟動復位

按鍵輸入電路，按鍵是由一組按壓式或觸摸式開關構成的陣列，是一種常用的輸入設備。鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩種。

1） 編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼，這種鍵盤所需程序簡單，但硬件電路復雜、價格昂貴通常不被單片機系統(tǒng)采用。

2） 非編碼鍵盤常用一些按鍵排列成行列矩陣，其硬件邏輯與按鍵編碼不存在嚴格的對應關系，而要由所用的程序來決定。非編碼鍵盤的硬件接口簡單，但是要占用較多的CPU時間，通常采用可編程鍵盤管理芯片來克服這個缺點。本設計使用兩種按鍵，一種是按鍵式非編碼鍵盤和輕觸式非編碼開關。

3 工作方式

對DAC寄存器和DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器的不同的控制方式，它的工作方式為：雙緩沖方式、單緩沖方式和直通方式三種工作方式

DAC0832集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖方式、單緩沖方式和直通方式三種工作方式，DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉換集成芯片，它對各種電路的需要非常適用（如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等）。所以這個芯片得到廣泛的應用， DAC0832應用資料有以下幾種：1. D/A轉換結果采用電流形式輸出。2.若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。3.運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。4.DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，二者密不可分。

1） 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試分為單元電路調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。

線路檢查：根據(jù)硬件邏輯設計圖，仔細檢查電路是否正確，并且核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時可用萬用表檢測線路通斷情況。用萬用表檢查集成電路各管腳之間是否有短路連接、虛焊開路、漏焊等現(xiàn)象。檢查無誤后，測試各個芯片是否有損，待檢查完畢后，將各個芯片插入各自的槽位。

電源調(diào)試：電路的第一次通電測試很重要，調(diào)試方法有兩種：一種是斷開電路穩(wěn)壓電源的輸出端，檢查空載時電源的工作情況；另一種是拔下電路上的主要集成芯片，檢查電源的負載能力。確保電源無故障并符合性能要求。

2） Keil uVision2軟件調(diào)試

軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。

本設計用到了Keil uVision2軟件，首先打開Keil uVision2，將程序輸入；然后進行調(diào)試，將程序中的語法錯誤和邏輯錯誤糾正，調(diào)試完畢后，創(chuàng)建HEX文件，HEX文件用于燒寫芯片，將制定程序寫入已設計好的電路板中，使其能根據(jù)我們的要求實現(xiàn)相應的功能；最后將HEX文件燒寫入芯片，運行電路。

參考文獻：

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[2] 李群芳.單片機原理接口與應用[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3] 張迎新.單片微型計算機原理、應用及接口技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.