单片微型计算机(简称单片机)作为微型计算机的一个很重要的分支,自它诞生以来至今,以其极高的性能价格比以及一系列人所共识的优点,受到越来越多的工程技术人员的重视。现在,单片机已广泛地应用在智能仪器仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。结合自己的本职工作,本论文设计和完成了由单片机控制的多功能信号发生器。设计的目的是运用单片机控制产生多种波形,这些波形包括正弦波、三角波、方波、锯齿波等。信号发生器所产生的波形的频率、幅值、零点均为连续可调。该系统既可用于实验,又可作为基本的信号发生装置,具有很强的实用性。本系统以Intel8031单片机为核心,配置相应的外设及接口电路,用汇编语言开发,组成了一个多功能信号发生系统。该系统的软件可运行于DOS及Windows环境下,硬件电路设计具有典型性。同时,本系统中任何一部分电路模块均可移植于实用开发系统的设计中,电路设计具有灵活性。一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:一是系统扩展,即单片机内部的功能单元(如ROM、I/O、定时/计数器等)容量不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。二是系统配置,即按照功能要求配置外围设备如显示器、D/A转换等。本系统在硬件方面完成的主要功能有:单片机所需平稳电压的获得;8K字节固化程序存储能力;七段数码显示器;3×4的12位矩阵键盘;时钟电路与复位电路;具有8位精度的D/A转换功能;波形产生与电压变换功能; <WP=71>本机采用自带电源方式。由于本系统中Intel8031以及许多逻辑芯片的工作电压为+5V,同时系统采用了小信号输出且信号的幅值可调,零点可调,可正可负,所以,使用三种共地电源±12V,+5V。因为Intel8031本身无程序存储器,本系统采用EPROM 2764(8K×8)作为程序存储器。 8031单片机内部有128个字节的RAM存储器作为数据存储器。本系统用Intel8031的P3口控制对键盘的行列扫描,用Intel8031P0口的低4位通过锁存器74LS373控制数码显示器,整个P0口控制数码显示器的段码。Intel8031通过16位地址线能对外部64K程序存储器进行寻址。程序存储器用8031的信号选通,而数据存储器则用、信号选通。对本机而言,由于在单片开发机DVCC-51-III上调试的程序,地址只能从2000H开始,而Intel8031的各个中断服务程序首址,复位程序首址已由硬件决定必须从000×H地址开始,这样在开发机上调好的程序单机独立运行时需要修改许多绝对地址。但这些程序不必修改地址就可在本机上独立运行。这就节省了许多时间。因为本机高三位地址A15A14A13对EPROM不起作用。即使程序要求转至1FFFH以外的地址,也只能按低13位地址寻址,自然就在本机中找到了正确地址。从广义上来说,只要反映外界状态的信号输入通道都可成为前向通道。A/D转换器一般都设置在前向通道中,它将外界输入的模拟信号转换成计算机数据总线能接收的数字量。同时,单片机对控制对象实现控制操作,因此,系统中有后向通道。后向通道是计算机实现控制运算处理后,对控制对象的输出通道接口。本机应用的主要是后向通道。在后向通道中常用D/A转换器,本系统结合实际选用了DAC0832八位转换器,以实现波形的产生及电压变换功能。该系统中的应用软件是根据系统的功能要求设计的,可靠地实现了系统的各种功能要求。软件部分具体完成的功能有:(1)系统复位初始化; <WP=72>(2)键盘扫描与处理;(3)MON键服务程序,即中断服务程序;(4)定时器0服务程序;(5)正弦波发生程序及其服务程序;(6)三角波发生程序;(7)方波发生程序;锯齿波发生程序。该系统适用于实验室环境。系统的性能指标为:输出频率宽度:正弦波:1Hz～8KHz;三角波:1Hz～10KHz;方 波:1Hz～10KHz;锯齿波:1Hz～15KHz。本机设计目标是用于中低频小信号范围。最高幅值:+11V～-11V。波形零点调节范围:+11V～-11V。本机可带的负载:RL≥500Ω。本机输出电流:I0+≤40Ma I0-≤20mA对于一个单片机应用开发系统而言,有效地抑制干扰是该系统成功与否的关键之处。本系统在软硬件两方面采取了响应的解决办法。硬件方面主要采取了硬件屏蔽、光电隔离、电源滤波、电源去耦等一系列措施。软件方面为提高系统可靠性,也采取了诸如在程序中插入空操作指令实现指令冗余、看门狗、数字滤波等一系列相关措施。该设计采用Protel99原理图及印制板设计软件。