3.硬件设计
晶振电路按键接口电路主控电路AT89S51数/模转换电路DAC0832LM324放大电路复位电路 图3-1 硬件结构图 如图3-1：要实现本系统,需主控电路、数/模转换电路、单元电路划分：晶振电路、复位电路、按键接口电路、放大电路。
3.1主要器件介绍
3.1.1主控电路
AT89S51单处机内部设置两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1,它们具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及4种工作模式。在波形发生器中,将其作定时器使用,用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。模式1采用的是16位计数器,当T0或T1被允许计数后,从初值开始加计数,最高位产生溢出时向CPU请求中断。
中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件,要求CPU暂停当前的工作,转而去处理这个紧急事件。在波形发生器中,只用到片内定时器/计数器溢出时产生的中断请求,即是在AT89S51输出一个波形采样点信号后,接着启动定时器,在定时器未产生中断之前,AT89S51等待,直到定时器计时结束,产生中断请求,AT89S51响应中断,接着输出下一个采样点信号,如此循环产生所需要的信号波形。
如图3-2所示,AT89S51从P0口接收来自键盘的信号,并通过P2口输出一些控制信号,将其输入到8155的信号控制端,用于控制其信号的输入、输出。如果有键按下,则在读控制端会产生一个读信号,使单片机读入信号。如果有信号输出,则在写控制端产生一个写信号,并将所要输出的信号通过8155的PB口输出,并在数码管上显示出来。
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图3-2 AT89C52电路图
3.1.2数/模转换电路
由于单片机产生的是数字信号,要想得到所需要的波形,就要把数字信号转换成模拟信号,所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832。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。但实际上,DAC0832输出的电量也不是真正能连续可调,而是以其绝对分辨率为单位增减,是准模拟量的输出。DAC0832是电流型输出,在应用时外接运放使之成为电压型输出。
由图3-3可知,DAC0832的片选地址为7FFFH,当P25有效时,若P0口向其送的数据为00H, 则U1 的输出电压为0V;若P0口向其送的数据为0FFH时, 则U1的输出电压为-5V. 故当U1 输出电压为0V时,由公式
时,可得：Vout = +5V,所以输出波形的电压变化范围为- 5V～+ 5V. 故可推得,当P0所送数据为80H时,Vout为0V。
U1U2U3???0R1R2R3得：Vout = - 5V.当输出电压为- 5V
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图3-3 数/模转换电路
3.2 单元电路
3.2.1晶振电路
8051单片机有两个引脚（XTAL1,XTAL2）用于外接石英晶体和微调电容,从而构成时钟电路,其电路图如图3-2所示。
电容C3、C4对振荡频率有稳定作用,其容量的选择为30pf,振荡器Y1选择频率为11.0592MHz的石英晶体。由于频率较大时,三角波、正弦波、锯齿波中每一点的延时时间为几微秒,故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。
图3-4 晶振电路 3.2.2复位电路
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单片机在启动时需进行复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。
1、手动按钮复位
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。
2、上电复位
AT89S51的上电复位电路如图2所示,只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端,下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机,由于在RST端内部有一个下拉电阻,故可将外部电阻去掉,而将外接电容减至10F。上电复位的工作过程是在加电时,复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号,此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落,即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位,RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时,Vcc的上升时间约为10ms,而振荡器的起振时间取决于振荡频率,如晶振频率为10MHz,起振时间为1ms。在图3-3的复位电路中,当Vcc掉电时,必然会使RST端电压迅速下降到0V以下,但是,由于内部电路的限制作用,这个负电压将不会对器件产生损害。
图3-5 复位电路 3.2.3按键接口电路
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图3-4为键盘接口电路的原理图,图中键盘和8155的PA口相连,AT89S51的P0口和8155的D0口相连,AT89S51不断的扫描键盘,看是否有键按下,如有,则根据相应按键作出反应。其中“SELECT_WAVE”号键控制选择不同的波形的输出,“ADD_FREQUBNCY”可增加输出波形的输出频率, “DELETE_FREQUBNCY”可减少输出波形的输出频率。
图3-6 按键接口电路
3.2.4放大电路
LM324 是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图3-4所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3-4所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“4”为正电源端,“11” 为负电源端,“1”为输出端。两个信号输入端中, “2”为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反,“3”为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。从单片机中输出的数字信号经过DAC0832转换后，由于信号的幅值比较小，所以需要放大。采用常规的放大方式，采用两片运放，实现两级放大。如图3-5。
图3-7 LM324 图3-8 放大电路
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