毕业设计论文智能函数信号发生器的设计与实现

茂 名 学 院毕业设计说明书题 目 智能函数信号发生器的设计与实现英文并列题目 Intelligent function signal generator design and realization 学院 计算机与电子信息学院 专业 电子信息科学与技术 班级 电子06-2 学生 指导教师（职称） 完成时间 2010 年 2 月 23 日至 2010 年 5 月 21 日茂 名 学 院毕业论文 题 目： 智能函数信号发生器的设计与实现英文并列题目 Intelligent function signal generator design and realization学院： 计算机与电子信息学院 专业：电子信息科学与技术 班级： 电子06-2 学生： 指导教师（职称） 完成时间： 2010 年 2 月 23 日至 2010 年 5 月 21 日 系主任批准日期茂 名 学 院 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 计算机与电子信息系 电子信息科学与技术专业 电子06-2班 学生 一、毕业设计(论文)课题 智能函数信号发生器的设计与实现 二、毕业设计(论文)工作自 2010 年 2 月 23 日起至 2010 年 5 月 21 日止三、毕业设计(论文)进行地点 现代通信技术重点实验室 四、毕业设计(论文)的内容要求 设计一款实现单片机和支持软件及其外设电路构成的智能函数信号发生器，具备如下功能： 1、具有通过改变程序来实现波形切换功能； 2、具有波形输出频率可调并能显示工作频率功能； 教研室负责人 指导教师 接受设计论文任务开始执行日期 2010 年 2 月 23 日学生签名 摘 要信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是利用分立元件组成的，体积大，可靠性差，准确度低。本设计使用的是AT89S52单片机构成的发生器，可产生三角波、方波、正弦波等多种波形，波形的频率可用程序控制改变。在单片机上加外围器件独立式按键，通过按键控制波形频率的增减以及波形的选择，并用数码管显示频率大小。在单片机的输出端口接DAC0832进行D/A转换，再通过运算放大器进行波形放大，最后把输出波形通过示波器显示。系统软件由主程序和产生波形的子程序组成,软件设计完成后则只需改变产生各种波形的子程序即可得到各种波形。周期的改变可由用户按动按钮来改变延时子程序的延时量来实现。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉等优点。关键词：信号发生器；单片机；数模转换；运算放大器；波形调整AbstractSignal-generator is a kind of signal source in common use, broadly applied at the electronics electric circuit, auto control system and teaching experiment etc. The dissertation is usage of the AT89S52 single-chip microcomputer constitute of wave-form generator, which can generate triangle wave, square wave, sine wave and so on. We can use control program to change wave frequencies .Add peripheral devices in single chip system, It can control waveforms frequency and waveform choice by controlling the keyboard, and light emitting diode displays frequency. Using DAC0832 chip to achieve D/A transformation in the output port of single chip , again achieve amplification through the operational amplifier , and finally the output waveform will display in the oscilloscope. System software is made up of Lord program and the subroutine which produced waveforms. After the completion of the software design ，it is simply to get all the waveform by changing subroutine which produces various waveforms. The user can change periodic by pressing a button to change the time delay of the delay subroutine. This design has circuit is simple, compact structure, low price, superior performance, etc.Keywords：signal generator; single-chip microcomputer ; Analog-to-digital conversion; Operational amplifier; wave-form adjustment目录摘 要1AbstractI第一章 绪论11.1 智能函数信号发生器背景与意义11.2 智能函数信号发生器的介绍21.3 智能函数信号发生器原理概述21.4 本章小结3第二章 智能函数信号发生器的系统设计42.1 系统结构42.2 系统简介42.3 系统的工作原理52.4 本章小结5第三章 硬件设计63.1 控制模块设计63.1.1 单片机控制电路63.1.2 数模转换电路与运算放大电路153.1.3 ISP接口193.2显示模块设计193.3 用Protel设计电路板213.3.1 PCB图设计流程213.3.2 自制印刷电路板223.4本章小结22第四章 软件设计234.1 软件设计原理234.1.1 软件设计原理234.2 软件流程234.2.1 主程序流程图234.2.2子程序流程图244.3 软件设计主程序254.4 本章小结25第五章 系统调试265.1 硬件调试265.2 软件调试265.3 系统联调265.4 本章小结27结 论28致 谢29参考文献30附 录31第一章 绪论1.1 智能函数信号发生器的背景与意义在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。函数发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。 但市面上能看到的此类仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种高精度、宽频带，能产生多种波形并具有程控等多功能函数发生器成为可能。 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类日益增多，性能日益提高，尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器除带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能外还带有IEEE-488或RS232总线，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。 我们长期使用的信号发生器，大部分是由模拟电路构成的，这类仪器作为信号源，频率可达上百MHz，在高频范围内其频率稳定性高、可调性好。但用于低频信号输出时，它所需要的RC值很大，参数准确度难以保证。而且其体积大，损耗也大。有人研制了采用8031单片机及程序存储器构成的最小系统组成的数字式低频信号发生器，它在低频范围内性能好，但是体积较大，价格较贵。随着大规模集成电路技术的发展，集成度不断提高，使得微型机的速度和性能大为提高，可靠性增加，成本降低。MCS-51就是将具有存储程序、处理数据以及与外设交换信息的功能电路集成在一块芯片中，并符合一定系统结构而构成的单片机。 单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微波炉等专用控制上。近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。单片机并没有超脱冯诺依曼原理下的计算机的结构框 架和工作原则，而是着眼于应用到更广阔的范围：工业控制、数字显示、智能仪表、电子设备、汽车电控、农机、家电乃至儿童玩具的控制。它不求规模大，只求小而全。 本次设计就是一种采用一片AT89S52单片机和DAC0832数模转换器组成的智能数字式低频信号发生器。按用户的需要，选择运行不同的程序，将会得到不同的波形信号。再在 DAC0832 输出端加上一些电压变换电路以及放大整形电路，就完成了一个频率可调的多功能信号发生器的设计。 这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。随着大规模集成电路和计算机技术的迅速发展，以及人工智能向测控技术的移植和应用，智能仪器仪表技术发展迅速。作为现阶段智能化电子仪器主体的智能仪器在工业发达国家已经非常成熟与普及，但国内此方面技术发展与改造起步和发展比较缓慢。信号发生器作为电子测量系统中应用最为普遍的电子测量仪器之一，是工业控制、教学科研常用的基础仪器，国外已有数字化的智能函数发生器产品，但其价格昂贵，并且多为射频信号发生器，只产生正弦a形。国内也有少数半数字化的函数发生器产品，但其都是对传统函数发生器简单的数字化改造，输出信号的波形种类没有增加，性能也未有明显改善。因此研制开发操作简单、低成本、高性能的新一代信号发生器十分必要。1.2 智能函数信号发生器的介绍函数信号发生器是一种常用的信号源, 它提供符合一定电技术要求的电信号，并提供已知波形、已知频率、已知幅度大小的输出信号。信号发生器是最基本、应用最广泛的电子测量仪器之一。按信号发生器的应用范围分类，可分为通用信号发生器和专用信号发生器。专用信号发生器是为某种特殊专用目的而研制生产的，如电视信号发生器、频谱发生器等。通用信号发生器则应用广泛，是针对各种测量中普遍感兴趣的问题而研制生产的电子仪器。它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域目前用集成电路组成的函数信号发生器,大都需手动旋钮来进行波形切换,一般可靠性较差,准确度较低,难以满足科研和高精度实验的需要。 现用单片机和支持软件及其外设电路构成的智能函数信号发生器,采用编程的方法来实现方波、三角波、锯齿波、正弦波和脉冲信号等波形。 将产生不同波形的程序用子程序的形式编写,在需要某种波形时再调用相应子程序,经数模转换、运算放大器处理后,作为该信号源输出。 这种信号源的频率改变十分方便,而且线路简单,调试和修理简捷,性价比高。根据波形的不同要求只要改变程序、而不需要花费大量时间改装电路就可以产生较复杂信号。并可通过外置按键或键盘来设定需要产生信号源的种类和频率,还可接入显示部件,显示出波形的相关信息。1.3 智能函数信号发生器原理概述智能函数信号发生器波形的产生是通过单片机执行相应的程序,再向D/ A 转换器的输入端按一定的规律发送数据,从而在D/ A 转换电路的输出端得到的相应的电压波形。电路硬件结构由AT89S52 单片微处理器、数模转换DAC0832 、LM324 及其附属电路构成,在此基础上还加上数码管显示(显示波形频率等相关信息) 、波形指示及用户自定义波形等电路和功能。在此电路中,为了不占用CPU 的时间,提高输出信号频率,按键采用外部中断方式接受外部输入的控制信息。 D/ A 转换电路主要由D/ A 转换芯片DAC0832 和两个运算放大器LM324 组成。 单片机的P1 口连接波形选择、调节等控制按扭 ,通过按动按扭使AT89S52 响应中断,调用相应程序或改变程序中相应参数,从而选择波形及调节其频率。 如需进一步提高输出信号频率,解决信号发生器频率受CPU 工作频率限制的问题,可在电路中采用DSP 芯片作主处理器来提高数据的处理速度和输出信号的频率, 其输出频率可达到16MHz 或更高。 智能函数信号发生器与传统的模拟函数信号发生器相比，具有以下几个明显特点: （1）利用按键和显示。按键和显示是智能信号发生器区别于传统信号发生器在面板设计上最突出的特点。由于采用方便的按键操作代替了传统的开关或旋钮，避免了手动控制带来的人为误差。 （2）强的输出能力。智能信号发生器能产生多种函数的周期性波形，大大拓展了仪器的输出能力。1.4 本章小结本章主要介绍了智能函数信号发生器的背景和意义，随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类日益增多，性能日益提高。作为现阶段智能化电子仪器主体的智能仪器在工业发达国家已经非常成熟与普及，但国内此方面技术发展与改造起步和发展比较缓慢。因此研制开发操作简单、低成本、高性能的新一代信号发生器十分必要。本章还对函数发生器作了一个介绍，包括函数发生器的类型、应用范围等。本章对智能函数信号发生器的原理进行了概述，通过与模拟函数信号发生器相比，讲述了智能函数信号发生器的几个明显的特点。第二章 智能函数信号发生器的系统设计2.1 系统结构本次设计的智能函数信号发生器是由AT89S52 单片微处理器、数模转换DAC0832 、LM324 及其附属电路构成,在此基础上还可加上数码管显示(显示波形频率等相关信息) 、波形指示及用户自定义波形等电路和功能.系统结构示意图如图2-1AT89S52显示电路ISP编程DAC0832LAM324波形频率切换调节图2-12.2 系统简介 根据具有产生任意周期信号的智能型信号发生器的要求，这次我设计了这一仪器应具有的功能有: 单片机控制波形种类功能、 数码管显示波形信息功能、按键调频调幅功能。 为实现上述功能，设计本系统所需解决的主要问题有: （1）ISP接口与显示电路的设计:仪器要实现按键式输入，不仅需要一个操作简单方便、视觉效果良好的硬件平台，还需要功能强大、高效的配套软件管理系统。 （2）波形的产生和波形频率切换调节的设计 （3）软件设计:软件的设计研制是整个系统设计的主要组成部分，它不仅要配合整个系统硬件实现仪器的系统功能，而月_还负责和掌管系统硬件之间的一协调合作，根据对设计任务的分析，我们把整个系统设计分成硬件系统和软件系统两部分分步进行设计与调试，硬件系统为软件实现系统功能提供物理平台，软件系统配合系统硬件实现系统的整个功能。其中: 硬件系统主要包括:ISP接口系统和单片机控制系统、按键输入和数码管显示系统、 输出信号的程控放大/衰减系统、高速数模转换系统。软件系统主要包括:监控程序:包括硬件调试程序、管理系统程序等等，波形数据产生算法。系统总体方案确立 周期信号完全利用硬件电路产生的方法。随着半导体集成器件的迅速发展，出现了许多外围电路简单、调节方便、性能好、价格较低廉的单片集成精密函数波形发生器我们选用单片集成函数波形发生器，通过D/A转换器将数字量转化为模拟信号对其参数进行程控，产生波形经程控放大器输出。特点是产生信号的频率范围宽，电路结构简单，价格便宜;但产生的周期信号波形受限，仅能生成正弦波、方波、矩形波、三角波这几种函数的波形，对于梯形波、指数信号、高斯信号、随机信号、扫频信号等特殊测试信号则无能为力。2.3 系统的工作原理智能函数信号发生器波形的产生是通过单片机执行相应的程序,再向D/ A 转换器的输入端按一定的规律发送数据,从而在D/ A 转换电路的输出端得到的相应的电压波形.由AT89S52 单片微处理器、数模转换DAC0832 、LM324 及其附属电路构成,在此基础上还可加上数码管显示(显示波形频率等相关信息) 、波形指示及用户自定义波形等电路和功能。在此电路中,为了不占用CPU 的时间,提高输出信号频率,按键采用外部中断方式接受外部输入的控制信息。D/ A 转换电路主要由D/ A 转换芯片DAC0832 和两个运算放大器LM324 组成。2.4 本章小结 本章主要介绍了智能函数信号发生器系统基本结构，本次设计的智能函数信号发生器是由AT89S52 单片微处理器、数模转换DAC0832 、LM324 及其附属电路构成。本章还对函数发生器的系统进行了分析和确定系统设计方案，提出了设计本系统所需解决的主要问题，还对系统的原理作了简单的概述。第三章 硬件设计3.1 控制模块设计3.1.1 单片机控制电路 方案一：AT89S52芯片中每一路模拟输出与DAC0832芯片相连，构成多个DAC0832同步输出电路，输出波形稳定，精度高，但是第二级DAC0832输出，发生错误并且电路连接复杂。 方案二：AT89S52芯片中只有一路模拟输出或几路模拟信号非同步输出，这种情况下CPU对DAC0832执行一次写操作，则把一个数据直接写入DAC寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。因此我在设计中采用方案二。芯片选择方案一：AT89S52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机。方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与AT89S52兼容的微控制器的内核，与MCS-51指令完全兼容。除了具有标准AT89S52的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。方案二中C8051F005芯片系统内结构复杂，不易控制，芯片成本高，对于本系统而言利用率低，AT89S52芯片简单易控制，成本低，性能稳定故采用AT89S52芯片。本次设计的智能函数信号发生器波形的产生是通过单片机执行相应的程序。而我这次使用的是AT89S52单片机微处理器。AT89S52的主要性能有与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。 功能特性描述 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 引脚结构，如图3-1图3-1管脚功能的介绍：VCC : 电源 GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表（1）所示。表1 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5MOSI(在系统编程用)P1.6MISO(在系统编程用)P1.7SCK(在系统编程用)P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表（2）所示。表2 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断0）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.5（外部数据存储器读选通）RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。特殊功能寄存器 特殊功能寄存器(SFR)的地址空间映象如表1所示。并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些地址，一般将得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地址写入数据“1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位都为“0”。定时器 2 寄存器：寄存器T2CON 和T2MOD 包含定时器2 的控制位和状态位（如表2和表3所示），寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。中断寄存器：各中断允许位在IE寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。如表（3）、表（4）：表3 T2CON：定时器/计数器2控制寄存器T2CON地址为0C8H位可寻址复位值：0000 0000BTF2EXF2RLCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL276543210表4 六个中断源的两个优先级设置符号功能TF2定时器2溢出标志位，软件必须清“0”，RCLK=1或TCLK=1时，TF2不用置位。EXF2定时器2外部标志位，EXEN=1时，T2EX上的负跳变而出现捕捉或重载时，EXF2会被硬件置位。定时器2打开，EXF2=1时，将引导CPU执行定时器2中断程序。EXF2必须如见清“0”。在向上/向下技术模式（DCEN=1）下EXF2不能引起中断。RCLK串行口接收数据时钟标志位。若RCLK=1,串行口将使用定时器2溢出脉冲作为串行口工作模式1和3的串口发送时钟；TCLK=0,将使用定时器1计数溢出作为串口接收时钟。TCLK串行口发送数据时钟标志位。若RCLK=1,串行口将使用定时器2溢出脉冲作为串行口工作模式1和3的串口发送时钟；TCLK=0,将使用定时器1计数溢出作为串口发送时钟。EXEN2定时器2外部允许标志位。当EXEN=1时，如果定时器2没有用作串行时钟，T2EX(P1.1)的负跳变见引起定时器2捕捉和重载。若EXEN2=0,定时器2将视T2EX端的信号无效。TR2开始/停止控制定时器2。TR2=1,定时器2开始工作。C/T2定时器2定时/计数选择标志位。C/T2=0,定时：C/T2=1,外部事件计数（下降沿触发）CP/RL2捕捉/重载选择标志位。当EXEN=1时，CP/RL2=1。T2EX出现负脉冲，会引起捕捉操作：当定时器2溢出或EXEN2=1时T2EX出现负跳变，都会出现自动重载操作。CP/RL2=0将引起T2EX的负脉冲。当RCKL=1此标志位无效，定时器2溢出时，强制做自动重载工作。存储器结构 MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。程序存储器 如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于 AT89S52，如果EA 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。数据存储器 AT89S52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。定时器 2 定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2 有2 个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2 寄存器都会加1。由于一个机器周期由12 个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。如表（5）表5 定时器2工作模式RCLK+TCLKCP/RL2TR2MODE00116位自动重载01116位捕捉1-1波特率发生器-0（不用）在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2 发生1 至0 的下降沿时增加1。在这种方式下，每个机器周期的S5P2期间采样外部输入。一个机器周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加1。在检测到跳变的这个周期的S3P1 期间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别10的跳变需要2个机器周期（24个晶振周期），所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。波特率发生器 通过设置T2CON（见表）中的TCLK或RCLK可选择定时器2 作为波特率发生器。如果定时器2作为发送或接收波特率发生器，定时器1可用作它用，发送和接收的波特率可以不同。如图3-5示，设置RCLK 和（或）TCLK 可以使定时器2 工作于波特率产生模式。波特率产生工作模式与自动重载模式相似，因此，TH2 的翻转使得定时器2 寄存器重载被软件预置16位值的RCAP2H和RCAP2L中的值。模式1和模式3的波特率由定时器2溢出速率决定，16定时器2溢出率定时器可设置成定时器，也可为计数器。在多数应用情况下，一般配置成定时方式（CP/T2=0）。定时器2 用于定时器操作与波特率发生器有所不同，它在每一机器周期（1/12晶振周期）都会增加；然而，作为波特率发生器，它在每一机器状态（1/2晶振周期）都会增加。定时器 2 作为波特率发生器，如图3-2示。图中仅仅在T2CON 中RCLK 或TCLK1才有效。特别强调，TH2的翻转并不置位TF2，也不产生中断； EXEN2置位后，T2EX引脚上10的下跳变不会使（RCAP2H，RCAP2L）重载到（TH2，TL2）中。因此，定时器2作为波特率发生器，T2EX也还可以作为一个额外的外部中断。定时器2处于波特率产生模式，TR2=1，定时器2正常工作。TH2或TL2不应该读写。在这种模式下，定时器在每一状态都会增加，读或写就不会准确。寄存器RCAP2可以读，但不能写，因为写可能和重载交迭，造成写和重载错误。在读写定时器2 或RCAP2寄存器时，应该关闭定时器（TR2清0）。图3-2 定时器2波特率发生器模式可编程时钟输出 如图3-3所示，可以通过编程在P1.0 引脚输出一个占空比为50%的时钟信号。这个引脚除了常规的I/O 角外，还有两种可选择功能。它可以通过编程作为定时器/计数器2 的外部时钟输入或占空比为50%的时钟输出。当工作频率为16MHZ时，时钟输出频率范围为61HZ到4HZ。为了把定时器2配置成时钟发生器，位C/T2（T2CON.1）必须清0，位T2OE（T2MOD.1）必须置1。位TR2（T2CON.2）启动、停止定时器。时钟输出频率取决于晶振频率和定时器2捕捉寄存器（RCAP2H，RCAP2L）的重载值。在时钟输出模式下，定时器2不会产生中断，这和定时器2用作波特率发生器一样。定时器2也可以同时用作波特率发生器和时钟产生。不过，波特率和输出时钟频率相互并不独立，它们都依赖于RCAP2H和RCAP2L。图3-3 定时器2时钟输出模式中断 AT89S52 有6个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断如图10所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。如表7所示，IE.6位是不可用的。对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。表6 中断允许控制寄存器（IE）（MSB） （LSB）EA-ET2ESET1EX1ET0EX0中断允许控制位=1，允许中断中断允许控制位=0，禁止中断符号位地址功能EAIE.7中断允许总控制位EA=0，中断总禁止，各中断由各自的控制位设定-IE.6预留ET2IE.5定时器2中断控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器1中断允许控制位EX1IE.2外部中断1允许控制位ET0IE.1定时器0中断允许控制位EX0IE.0外部中断1允许控制位单片机引脚连接方法，如图图3-4 单片机最小系统连线图空闲模式 在空闲工作模式下，CPU 处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。掉电模式 在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了SFR 的值，但不改变片上RAM 的值。在VCC未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效，并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化。空闲模式和掉电模式下的外部引脚状态，如表（8）表7 空闲模式和掉电模式下的外部引脚状态模式程序存储器ALEPSENPORT0PORT1PORT2PORT3空闲内部11数据数据数据数据空闲外部11浮空数据地址数据掉电内部00数据数据数据数据掉电外部00浮空数据数据数据程序存储器的加密位 AT89S52有三个加密位不可编程（U）和可编程获得下表所示的功能。表8 加密位保护模式 程序加密位保护类型LB1LB2LB31UUU无程序保护功能2PUU禁止从内部存储器取代码字节执行外部存储器的MOVC指令。复位时，EA被采样并锁存，禁止对Flash存储器进一步编程。3PPU除与方式2功能相同外，同时禁止校检4PPP除与方式3相同外，同时禁止外部执行加密位 1（LB1）编程后，EA 引脚的逻辑值被采样，并在复位期间锁存。如果器件复位，而没有复位，将锁存一个随机值，直到复位为止。为了器件功能正常，锁存到的EA值必须和这个引脚的当前逻辑电平一致。编程方法 对 AT89S52编程之前，需根据Flash编程模式表和图13、图14对地址、数据和控制信号设置。可采用下列步骤对AT89S52编程：（1）在地址线上输入编程单元地址信号（2）在数据线上输入正确的数据（3）激活相应的控制信号（4）把EA/Vpp升至12V（5）每给Flash写入一个字节或程序加密位时，都要给ALE/PROG一次脉冲。字节写周期时自身定制的，典型值仅仅50us。改变地址、数据重复第1步到第5步，直到全部文件结束。晶振特性及连接方法 如图3-5所示，AT89S52 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从XTAL1 接入，如图3-6示。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。内部振荡电路连接图 图3-5 内部振荡电路连接图 图3-6 外部振荡电路连接图石英晶振C1,C2=30PF10PF，陶瓷谐振器C1,C2=40PF10PFAT89S52D复位 使CPU开始工作的方法就是给CPU一个复位信号，CPU收到复位信号后将内部特殊功能寄存器设置为规定值，并将程序计数器设计为000H。复位信号结束后，CPU从程序存储器000H处开始执行程序。AT89S52为高电平复位，一般有以下复位方法：上电复位，接通电源时；手动复位，设置一个复位按钮，当操作者按下按钮时产生一个复位信号；自动复位，设计一个复位电路，当系统满足某一条件时自动产生一个复位信号。3.1.2 数模转换电路与运算放大电路 （一） DAC0832是采样频率为八位的D/A转换器件, DAC0832内部结构资料:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。该片逻辑输入满足TTL电压电平范围，可直接与TTL电路或微机电路相接，下面是芯片电路原理图图3-7 DAC0832原理图DAC0832引脚功能说明：DI0DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线 (+5v+15v) 。 Vref:基准电压输入线 (-10v+10v)。AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.采用ADC0809实现A/D转换。 D/A转换器DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图3-8，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。 图3-8一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有28=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。图3-9是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。图3-9 DAC0832逻辑框图DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。实验线路如图3-10所示。图3-10 实验线图 IN0IN7：8路模拟信号输入端。A1、A2、A0 ：地址输入端。ALE地址锁存允许输入信号，在此脚施加正脉冲，上升沿有效，此时锁存地址码，从而选通相应的模拟信号通道，以便进行A/D转换。START：启动信号输入端，应在此脚施加正脉冲，当上升沿到达时，内部逐次逼近寄存器复位，在下降沿到达后，开始A/D转换过程。EOC：转换结束输出信号（转换接受标志），高电平有效。OE：输入允许信号，高电平有效。CLOCK(CP)：时钟信号输入端，外接时钟频率一般为640kHz。 Vcc：+5V单电源供电。Vref(+),Vref(-)：基准电压的正极、负极。一般Vref(+)接+5V电源，Vref(-)接地。D7D0：数字信号输出端。 由A2、A1、A0三地址输入端选通8路模拟信号中的任何一路进行A/D转换。 （二）LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V.LM324的特点：1.短跑保护输出。2.真差动输入级。3.可单电源工作：3V-32V。4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）。5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源 。8.行业标准的引脚排列。9.输入端具有静电保护功能。LM324引脚图（管脚图），如图3-14图3-11 LM324引脚图LM324应用电路图：(1).LM324电压参考电路图图3-12(2).LM324函数发生器电路图图3-133.1.3 ISP接口 ISP接口连线如图3-14 图3-14 ISP接口连线图3.2显示模块设计如图：给组成七段数码管的每一段起了名字，它们分别为a、b、c、d、e、f、g，小数点位为dot。通过使不同组合的段发光，组成了09和一些英文字母的效果，如图3-15所示图3-15 七段数码管七段数码管的发光原理和普通的发光二极管是一致的，所以我们可以把七段数码管的7段看成7个发光二极管。Af代表了不同位置上的发光二极管。根据内部的共连端子不同，七段数码管有共阳和共阴相连，由阴极控制某段的亮灭，共阴则正好相反。图3-16 七段数码管显示图3-17根据7段不同的位置，我们得到09数字的发光段如表所示。通常，不直接控制这7段不同组合的发亮来显示数字，而是使用一个译码器7447来对数字进行编码，如图3-17所示，这样一来，只要控制7447输入端4位二进制数就能在数码管上得到相应的10进制数，如表（10）表9 发光段表数字亮段0a,b,c,d,e,f1b,c2a,b,d,e,g3a,b,c,d,g4b,c,f,g5a,c,d,f,g6a,c,d,e,f,g7a,b,c8a,b,c,d,e,f,g9a,b,c,d,f,g表10 7447真值表显示DCBAabcdefg0000011111101000101100002001011011013001111110014010001100115010