键盘控制的多种波形发生器要点

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指指导导老老师师评评语语：：

设计题目:键盘控制的多种波形发生器

摘要

本文以STC89C52单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、三角波、三角波、方波及其他任意波形。本系统以单片机AT89S51为系统的控制核心,结合D/A转换芯片DAC0832设计一个简易低频信号源的设计，通过CH451外接键盘控制选择多种波形发生，用示波器观察输出波形。

关键词：信号源STC89C52 DAC0832 CH451

一、要求

1、单片机产生多种波形

2、键盘控制选择波形发生（三角波、锯齿波、正弦波、方波）

二、设计分析

2.1 设计思路

波形发生器设计思路框图如下所示。波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。

图1 设计思路框图

(1)主控模块

采用ATMEL公司生产的STC89C52单片机作为系统的控制器。51系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。

(3) 波形产生模块

DAC0832芯片是8位并行、中速(建立时间1us)、CMOS工艺制造的8位单片D/A 转，DAC0832换器转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。由于DAC0832输出为电流量，而波形最终需要转换为电压量来显示波形幅度，所以在DAC0832电路后接I/V转换电路，在这里采用LM324集成运放来实现电流/电压的转换。

(4) 按键控制模块

可使用矩阵键盘来控制单片机，使用矩阵键盘可使电路的功能大大的提高，同时在单片机编程设计上也会相应困难，可以使用专用芯片CH451通过串口与单片机相连，只需占用单片机少量引脚，这样设计变的更合理。在一些简单的控制上，就不用使用矩阵键盘的控制了。

2.3 设计流程图

主程序设计流程图如图2所示：

图2 设计流程框图

子程序设计流程如图3所示：

图3 子程序设计流程框图

三、设计思路及模块

3、1 控制芯片

设计中主要采用STC89C52型单片机，它具有如下优点：（1）拥有完善的外部扩展总线，通过这些总线可方便地扩展外围单元、外围接口等。（2）该单片机内部拥有4K字节的FLASH ROM程序存储器空间和256字节的RAM数据存储空间，完全可以满足程序的要求。由于该芯片可电擦写，故可重复使用。如果更改程序内容，可将芯片拿下重新烧写。（3）该单片机与工业标准的MCS－51型机的指令集和输出引脚兼容。

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。

时钟电路。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波等波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频率的波形，该电路用11.0592MHz晶振。

图1.1 STC89C52的内部结构图

3、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

具有BCD译码或不译码功能，可实现数据的左移、右移、左循环、右循环、各数字独立闪烁等控制功能。CH451内置大电流驱动级，段电流不小于30mA，字电流不小于160mA，并有16级亮度控制功能；在键盘控制方面，该器件内置64键键盘控制器，可实现8×8矩阵键盘扫描，并内置去抖动电路，可提供按键中断与按键释放标志位等功能；在外部接口方面，CH451可选择简洁的1线串行接口或高速4线串行接口，且内置上电复位，可提供高电平有效复位和低电平有效复位两种输出，同时内置看门狗电路Watch-Dog。CH451提供有28引脚的DIP28与SOP28封装以及DIP24封装形式，28脚与24脚在功能上稍有差别，24的引脚定义如表表3、1所列。

表3、1 CH451的DIP24封装形式的引脚定义

表3、2 CH451外接矩阵键盘的按键代码表

3、4调试说明

STC89C52试验箱板图以及区域划分如图3、1所示。主要由复位、晶振电路、蜂鸣器、开关、16个发光二极管LED 、脉冲发生电路、8155扩展（包括七段LED 显示和4*4键盘等）、A/D 扩展、D/A 扩展、温度传感器、日时钟、16*16的LED 点阵、CH451键盘和七段LED 扩展、字符LCD 、点阵LCD 、RS232/485串口等组成，用户可以单独使用每个部分，也可根据实际需要进行不同的组合，以实现功能复杂的系统，本次课程设计还要外加示波器观察波形：

图3、1 STC89C52实验箱的俯视图

3、5 设计结果及错误分析

3、5、1 可以通过键盘控制选择三角波、方波、锯齿波、矩形波的输出，用示波器观察。

3、5、2 程序运行没错，但是下载之后没效果，检查之后发现是实验箱上的入口地址没定义。

3、5、3 键盘控制不能实现，仔细检查之后发现键盘编码没有对应相应按键，修改之后可以实现。

3、5、4 输出波形有点失真，三角波顶部出现一小部分平的失真，检查之后是送入数组有问题，通过送入的数据连续递增和连续递减之后数组有问题，不能用一个数组通过递增递减来实现，之后生成了其他几种波形数组送入DA0832，能产生连续波形。

电源开关 电源指示灯 复位开关

蜂鸣器

RS232串口 485串口 16*16LED 点阵

时钟

CH451键盘及LED 控制区

按键区

A/D 转换区

D/A 转换区

8155扩展

时钟源区

发光二极管区

点阵、字符LCD 区 STC89c52