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3.2 主控电路
AT89C51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AT89C51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,AT89C51等待,直到定时器计时结束,产生中断请求,AT89C51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[6]。
如图4.2所示,AT89C51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。
3.3 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
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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。
U1U2U3???0R1R2R3由图可知,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,由上面的公式得：Vout = - 5V.当输出电压为- 5V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[4]。
3.4 按键接口电路
图4.4为键盘接口电路的原理图,图中键盘和8155的PA口相连,AT89C51的P0口和8155的D0口相连,AT89C51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“S0”号键代表方波输出,“S1”号键代表正弦波输出,“S2”号键代表三角波输出。 “S3”号键代表锯齿波输出,“S4”号键为10Hz的频率信号,“S5”号键为100Hz的频率信号,“S6”号键为500Hz的频率信号,“S7”号键为1KHz的频率信号[3]。
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3.5 时钟电路
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4.5所示。
电容C1、C2对振荡频率有稳定作用,其容量的选择为30pf,振荡器选择频率为12MHz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[9]。
3.6 显示电路
显示电路是用来显示波形信号的频率,使得整个系统更加合理,从经济的角度出发,所以显示器件采用LED数码管显示器。而且LED数码管是采用共阳极接法,当主控端口输出一个低电平后,与其相对应的数码管即变亮,显示所需数据。其器件模型如图所示。
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4.软件设计
4.1 程序流程图
本文中子程序的调用是通过按键的选择来实现,在取得按键相应的键值后,启动计时器和相应的中断服务程序,再直接查询程序中预先设置的数据值,通过转换输出相应的电压,从而形成所需的各种波形。
主程序的流程图如图所示,在程序开始运行之后,首先是对8155进行初始化,之后判断信号频率值,如符合所需的频率,则重置时间常数,并通过显示器显示出来,不符则返回。在中断结束后,还要来判断波形是否符合,如符合,则显示其频率,不符则返回,重新判断。
开始8155初始化Y判断信号频率值根据频率值置新的时间常数显示频率值中断开始开中断N改变波形Y
图为各波形子程序的流程图。如图所示,在中断服务子程序开始后,通过判断来
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确定各种波形的输出,当判断选择的不是方波后,则转向对正弦波的判断,如此反复。如果选择的是方波,则用查表的方法求出相应的数据,并通过D/A转换 器将数据转换成模拟信号,形成所需波形信号。
4.2 波形仿真
通过前面的软、硬件设计,整个电路的设计已基本完成,下面将进行正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形的仿真与测试。本文中波形信号的仿真是以Proteus 6.5这一款软件为平台,装入波形发生程序,验证硬件电路和程序的正确性。 4.2.1 正弦波的仿真
如图所示,此波形为幅度为5V,频率为50HZ的正弦波,是通过查表转换的方法来实现的。而要实现其他如100HZ、150HZ、200HZ等频率的波形,则需要调用延时子程序,改变波形发生的时间常数。
4.2.2三角波的仿真
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