基于AT89S51微處理器控制的信號發(fā)生器設(shè)計原理分析
發(fā)布時間：2014-07-30 09:02
采用MAX038 芯片制作函數(shù)信號發(fā)生器隨設(shè)計思想不同，具有多種方法，本文只是一種可能實現(xiàn)的方法。此法的頻率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高，整機自動化程度高，性能優(yōu)良，具有很高的實用價值。同時該信號源設(shè)計尚存在的不足之處，主要有兩個方面，第一為缺乏頻率準(zhǔn)確顯示的手段，可以配備相應(yīng)的數(shù)字頻率計模塊，但如何將顯示的精度與信號源的頻段配合有待討論研究；第二為輸出級可配以顯示輸出幅度的儀表，并且放大電路有待進一步改進，使其具有更強的輸出能力。
1系統(tǒng)總體設(shè)計
MAX038 的輸出頻率主要受振蕩電容CF、IIN端電流和FADJ端電壓的控制，其中前二者與輸出頻率的關(guān)系如圖2所示。選擇一個CF值，對應(yīng)IIN端電流的變化，將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外，改變FADJ端的電壓，可以在IIN控制的基礎(chǔ)上，對輸出頻率實現(xiàn)微調(diào)控制。為實現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)整，在IIN端和FADJ端分別連接一個電壓輸出的DAC。首先，通過DACB產(chǎn)生0V（00H）~2.5V（0FFH）的輸出電壓，經(jīng)電壓/ 電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生0μA到748μA的電流，疊加上網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的2μA電流，最終對IIN端形成2μA~750μA的工作電流，使之產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率范圍。DACB將此工作電流范圍分為256級步進間隔，輸出頻率范圍也被分為256級步進間隔。所以，IIN端的電流對輸出頻率實現(xiàn)粗調(diào)。第二步，通過DACA 在FADJ端產(chǎn)生一個從-2.3V（00H）~+2.3V（0FFH）的電壓范圍，該范圍同樣包含256級步進間隔，筆耕文化推薦期刊，IIN 端的步進間隔再次細分為256級步進間隔，從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)微調(diào)。
1.1單片機介紹及外圍電路
如圖2所示，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。[1]
如圖2中所示，在單片機的I/O口分配上利用率比較高，應(yīng)為I/O資源剛好可以滿足控制設(shè)計的需要，所以不需要另外擴充I/O資源。根據(jù)P0口，P1口，P2口及P3口各自的特點，我們選用P0口作為數(shù)據(jù)口，通過分時復(fù)用的方法分別送數(shù)據(jù)給MAX505的A、B、C通道控制頻率和占空比；送數(shù)據(jù)給LCD1602傳送信息顯示數(shù)據(jù)。選用P1口的P1.0～P1.5做按鍵輸入口。P1.6與P1.7做幅度控制的I2C數(shù)據(jù)輸出口，單片機自身不具備I2C功能，所以要通過軟件控制實現(xiàn)。另外，P2口與P3口做MAX505、MAX038、4052（段選芯片）的數(shù)據(jù)控制口及片選口。還有P3.0（RXD）、P3.1（TXD）做上位機通信口分別接MAX232芯片的OUT輸出IN與輸入引腳。
1.2D/A轉(zhuǎn)換電路（頻率，占空比控制電路）
如圖3所示，我們用+2.5V做MAX505的基準(zhǔn)電源。我們選用了MAX505的3路D/A輸出分別控制MAX038的DADJ、FADJ和IIN引腳，在前面我們知道MAX038的DADJ和FADJ引腳要求輸入的電壓信號時在-2.3V～+2.3V之間，IIN的輸入要求是0μA～750μA的電流。通過一個轉(zhuǎn)換電路將MAX505的輸出是0～2.5V的電壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓電流。
I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性�？偩�的構(gòu)成及信號類型是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)�？偩�必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。
當(dāng)SCL保留高電位同時SDL變低時傳送開始。這個開始狀態(tài)之后，時鐘信號變低來啟動數(shù)據(jù)傳送。在每一個數(shù)據(jù)位，時鐘位在確保數(shù)據(jù)位正確時變高電平。在每一個8位數(shù)據(jù)的結(jié)尾發(fā)送一個確認信號，而不管它是地址還是數(shù)據(jù)。在確認時，傳送端不會把SDL變?yōu)榈碗娖�，如果正確接收到了數(shù)據(jù)允許接收端把電位變?yōu)?。確認信號后，當(dāng)SCL處于高電平時SDL從低變?yōu)楦�，指示�?shù)據(jù)傳送停止。
I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，因為地址碼的作用各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。
例如產(chǎn)生一個正弦波的控制方式：在開始界面用KEY0鍵選擇正弦波，用KEY4鍵確定進入頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，首先用KEY1鍵來選擇頻率，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)頻率步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定，然后KEY5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用KEY2鍵來選擇占空比，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)占空比步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定，然后KEY5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用KEY2鍵來選擇幅度，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)幅度步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定。
本文編號：6450
1系統(tǒng)總體設(shè)計
MAX038 的輸出頻率主要受振蕩電容CF、IIN端電流和FADJ端電壓的控制，其中前二者與輸出頻率的關(guān)系如圖2所示。選擇一個CF值，對應(yīng)IIN端電流的變化，將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外，改變FADJ端的電壓，可以在IIN控制的基礎(chǔ)上，對輸出頻率實現(xiàn)微調(diào)控制。為實現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)整，在IIN端和FADJ端分別連接一個電壓輸出的DAC。首先，通過DACB產(chǎn)生0V（00H）~2.5V（0FFH）的輸出電壓，經(jīng)電壓/ 電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生0μA到748μA的電流，疊加上網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的2μA電流，最終對IIN端形成2μA~750μA的工作電流，使之產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率范圍。DACB將此工作電流范圍分為256級步進間隔，輸出頻率范圍也被分為256級步進間隔。所以，IIN端的電流對輸出頻率實現(xiàn)粗調(diào)。第二步，通過DACA 在FADJ端產(chǎn)生一個從-2.3V（00H）~+2.3V（0FFH）的電壓范圍，該范圍同樣包含256級步進間隔，筆耕文化推薦期刊，IIN 端的步進間隔再次細分為256級步進間隔，從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)微調(diào)。
1.1單片機介紹及外圍電路
如圖2所示，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。[1]
如圖2中所示，在單片機的I/O口分配上利用率比較高，應(yīng)為I/O資源剛好可以滿足控制設(shè)計的需要，所以不需要另外擴充I/O資源。根據(jù)P0口，P1口，P2口及P3口各自的特點，我們選用P0口作為數(shù)據(jù)口，通過分時復(fù)用的方法分別送數(shù)據(jù)給MAX505的A、B、C通道控制頻率和占空比；送數(shù)據(jù)給LCD1602傳送信息顯示數(shù)據(jù)。選用P1口的P1.0～P1.5做按鍵輸入口。P1.6與P1.7做幅度控制的I2C數(shù)據(jù)輸出口，單片機自身不具備I2C功能，所以要通過軟件控制實現(xiàn)。另外，P2口與P3口做MAX505、MAX038、4052（段選芯片）的數(shù)據(jù)控制口及片選口。還有P3.0（RXD）、P3.1（TXD）做上位機通信口分別接MAX232芯片的OUT輸出IN與輸入引腳。
1.2D/A轉(zhuǎn)換電路（頻率，占空比控制電路）
如圖3所示，我們用+2.5V做MAX505的基準(zhǔn)電源。我們選用了MAX505的3路D/A輸出分別控制MAX038的DADJ、FADJ和IIN引腳，在前面我們知道MAX038的DADJ和FADJ引腳要求輸入的電壓信號時在-2.3V～+2.3V之間，IIN的輸入要求是0μA～750μA的電流。通過一個轉(zhuǎn)換電路將MAX505的輸出是0～2.5V的電壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓電流。
I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性�？偩�的構(gòu)成及信號類型是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)�？偩�必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。
當(dāng)SCL保留高電位同時SDL變低時傳送開始。這個開始狀態(tài)之后，時鐘信號變低來啟動數(shù)據(jù)傳送。在每一個數(shù)據(jù)位，時鐘位在確保數(shù)據(jù)位正確時變高電平。在每一個8位數(shù)據(jù)的結(jié)尾發(fā)送一個確認信號，而不管它是地址還是數(shù)據(jù)。在確認時，傳送端不會把SDL變?yōu)榈碗娖�，如果正確接收到了數(shù)據(jù)允許接收端把電位變?yōu)?。確認信號后，當(dāng)SCL處于高電平時SDL從低變?yōu)楦�，指示�?shù)據(jù)傳送停止。
I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，因為地址碼的作用各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。
例如產(chǎn)生一個正弦波的控制方式：在開始界面用KEY0鍵選擇正弦波，用KEY4鍵確定進入頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，首先用KEY1鍵來選擇頻率，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)頻率步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定，然后KEY5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用KEY2鍵來選擇占空比，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)占空比步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定，然后KEY5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用KEY2鍵來選擇幅度，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)幅度步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定。
本文編號：6450
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