基于51单片机信号发生器的设计

郝景程　何志刚　邱彬

摘要：该文介绍一种用STC89C52RC单片机组成的波形信号发生器，可产生波锯齿波信号、方波信号、正弦波信号、三角波信号四种信号波形，信号波形的占空比和频率可由键盘改变，并可选择单双极性输出，具有电路简单、性能优良、便于操作等特点。通过测试，其指标性能达到了设计的要求。

关键词：单片机；按键；D/A转换芯片

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）35-8553-02

51单片机是单片机中最为典型和最有代表性的一种。当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未有的速度被单片机智能化控制所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说智能化控制与自动控制的核心就是单片机。本设计是以STC89C52RC芯片的电路为基础，外部加上输入设备和显示设备，以此来实现信号发生器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机实现波形的输出。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机爱好者提供了很好的借鉴。

硬件设计与原理以STC89C52RC单片机为核心，起着控制作用。系统包括D/A转换电路、复位电路、时钟电路、按键电路。设计思路分为五个模块：复位电路、晶振电路模块、STC89C52RC、D/A转换电路、按键电路这五个模块。

1 硬件设计分析

系统电源利用7805稳压器设计电源电路。7805是我们常用到的稳压芯片了，它使用方便简单，输出电压为5v，本方案具有简单方便节能高效等特点。

51单片机是对目前所有兼容intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是intel的8031单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的8为单片机之一。单片机是在一块芯片内集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU。

STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码可以兼容普通8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

1） 增强型8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.

2） 工作电压：两种供电3.8V～2.0V（3V单片机）/5.5V～3.3V（5V单片机）

3） 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率达到了48MHz

4） 片上集成512字节RAM

5） 用户应用程序空间为8K字节

6） ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1） 直接下载用户程序，数秒即可完成一片

7） 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

8） 具有看门狗功能

9） 具有EEPROM功能

10） 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

11） 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2

12） 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

13） 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

2 STC89C52RC单片机的工作模式

掉电模式：基本功耗<0.1微安，由外部中断信号唤醒，在中断返回以后，继续执行以前程序。空闲模式：基本功耗2毫安。正常工作模式：基本功耗4毫安～7毫安。掉电模式可由外部中断信号唤醒，非常适合电池供电的仪表系统及便携电子设备。

单片机最小系统说明：

时钟信号的产生：在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟振荡电路。

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。

一般地一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C3，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C3，C2的典型值为30PF。

单片机复位使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态下，并从这个状态开始工作。单片机复位条件：必须使9脚加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。原理图如下：

1.外部RST引脚复位 2. 软件复位 3. 上电复位/掉电复位

4. 看门狗（WDT）复位 5. 冷启动复位和热启动复位

按键输入电路，按键是由一组按压式或触摸式开关构成的阵列，是一种常用的输入设备。键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘两种。

1） 编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码，这种键盘所需程序简单，但硬件电路复杂、价格昂贵通常不被单片机系统采用。

2） 非编码键盘常用一些按键排列成行列矩阵，其硬件逻辑与按键编码不存在严格的对应关系，而要由所用的程序来决定。非编码键盘的硬件接口简单，但是要占用较多的CPU时间，通常采用可编程键盘管理芯片来克服这个缺点。本设计使用两种按键，一种是按键式非编码键盘和轻触式非编码开关。

3 工作方式

对DAC寄存器和DAC0832的数据锁存器的不同的控制方式，它的工作方式为：双缓冲方式、单缓冲方式和直通方式三种工作方式

DAC0832集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲方式、单缓冲方式和直通方式三种工作方式，DAC0832是采样频率为八位的D/A转换集成芯片，它对各种电路的需要非常适用（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。所以这个芯片得到广泛的应用， DAC0832应用资料有以下几种：1. D/A转换结果采用电流形式输出。2.若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。3.运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。4.DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。

4 系统调试

系统调试包括硬件调试和软件调试，二者密不可分。

1） 硬件调试

硬件调试分为单元电路调试和联机调试。

线路检查：根据硬件逻辑设计图，仔细检查电路是否正确，并且核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求，必要时可用万用表检测线路通断情况。用万用表检查集成电路各管脚之间是否有短路连接、虚焊开路、漏焊等现象。检查无误后，测试各个芯片是否有损，待检查完毕后，将各个芯片插入各自的槽位。

电源调试：电路的第一次通电测试很重要，调试方法有两种：一种是断开电路稳压电源的输出端，检查空载时电源的工作情况；另一种是拔下电路上的主要集成芯片，检查电源的负载能力。确保电源无故障并符合性能要求。

2） Keil uVision2软件调试

软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。

本设计用到了Keil uVision2软件，首先打开Keil uVision2，将程序输入；然后进行调试，将程序中的语法错误和逻辑错误纠正，调试完毕后，创建HEX文件，HEX文件用于烧写芯片，将制定程序写入已设计好的电路板中，使其能根据我们的要求实现相应的功能；最后将HEX文件烧写入芯片，运行电路。

参考文献：

[1] 李群芳，张士军，黄建.单片微型计算机与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 李群芳.单片机原理接口与应用[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3] 张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术[M].北京：国防工业出版社，1999.