1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！ )畢業設計程控放大器系統設計系電子信息工程系專業電子信息工程技術姓名楊晨班級電信 101學號 1001043136指導教師陳潔職稱副教授設計時間摘要本設計介紹一種基于 AT89C51 單片機的簡易程控放大器系統，主要由單片機丶數模轉換器和運算放大器組成。 系統的基本工作原理： 單片機通過改變 DAC0832 的數字輸出量改變系統的增益。單片機通過按鍵改變 DAC0832 的數字量，使得程控放大器的增益發生變化。增益放大倍數和輸出電壓值通過液晶顯示。關鍵詞： AT89C51 單片機， DAC0832，數模轉換器，運算放大器目錄摘要.I目錄.

2、II第 1 章緒 論 .11.1課題來源 .11.2設計思路 .1第 2 章方案設計 .22.1核心模塊的方案論證與比較 .22.1.1控制模塊 .22.1.2顯示模塊 .22.2系統設計要求 .22.3系統設計思路 .22.4系統硬件框圖 .3第 3 章系統硬件設計 .43.1單片機的應用與選擇 .43.2芯片簡介 .43.2.1AT89C51 性能簡介 .43.2.2AT89C51 的主要特性 .52.2.3AT89C51 管腳功能 .53.2控制顯示電路 .73.3鍵盤電路 .93.4 DA 轉換電路 .93.4.1管腳功能 .93.4.2DA 轉換電路 .103.5放大電路 .113.

3、6 整機電路 .11第 4章軟件設計及仿真 .134.1軟件流程圖 .134.2程序代碼 .134.3 仿真設計13簡介14仿真15總結18參考文獻19致謝20附錄 A 程序21附錄 B 系統原理圖27第1章緒論1.1 課題來源程控放大器，又名可編程放大器，是一種放大倍數由程序控制的放大器。程控放大器可以通過軟件改變增益，利用模數轉換器可以自動適應大范圍變化的模擬信號電平，因此越來越多地應用在自動控制系統丶智能化儀器儀表中。本課題適用于科學教研、 生產實踐和教學實驗等領域。 它是有 AT89C51 單片機、DAC0832 。通過按鍵來實現放大的產生。1.2 設計思路本系統的主控制模塊是由單片機

4、最小系統，兩個獨立按鍵構成的，每一個按鍵對應一種調整模式。按下按鍵后，會執行相應的按鍵功能，松開后停止。具體實現過程：系統上電后先對DAC0832 和 LCD1602 液晶初始化，再對按鍵進行掃描。當按鍵有按下時，系統的數字輸入量發生改變，從而改變系統的增益，使得輸出電壓發生相應的變化。系統的放大倍數和輸出電壓通過液晶實時顯示。第 2章方案設計2.1 核心模塊的方案論證與比較控制模塊方案一： 4*4 矩陣鍵盤控制此方案可以直接輸入所需要的波形放大倍數，方便快捷，但是程序操作復雜，故不采用這種方案。方案二：獨立按鍵控制此方案利用兩個獨立按鍵共同控制放大倍數，其中一個按鍵用來控制倍數的放大，另外一

5、個控制倍數的衰減，以此來達到放大倍數的調節，由于本系統元件較少，而且51 單片機正好有兩個外部中斷口可以利用，程序設計簡單，故采用此方案。顯示模塊方案一：數碼管顯示此方案中利用共陰極數碼管并對 09 這 10 數字進行編碼，并利用數碼管的動態掃描形式來顯示不同的數字，以達到顯示放大倍數的目的。由于本系統僅需對放大倍數進行顯示，利用四段數碼管已經足以達到要求，但程序設計相對繁瑣，故本設計不采用這種方案實現。方案二： 1602 液晶顯示此方案中液晶顯示器可以由 ASCll 碼控制，控制簡單，可以顯示更多的信息，比如放大倍數和單位等，故為本系統所采用。2.2 系統設計要求本系統設計的程控放大器可以實

6、現如下功能：(1)可以通過按鍵輸入來控制輸出的電壓大小。(2)輸出的值可通過LCD1602 液晶顯示。(3)可以通過按鍵輸入改變放大器的放大倍數。2.3 系統設計思路本系統的主控制模塊由單片機最小系統，兩個獨立按鍵構成的，每一個按鍵對應一種調整模式。按下鍵后，會執行相應的按鍵功能，松開后停止。程控放大器的輸出電壓V0 與 DAC0832 的輸入電壓Vref 的關系式：V0=-(Vref·Rf)2nR(Dn-1 · 2n-1+Dn-2· 2n-2+.+D0· 20)。 Rf 為系統的反饋信號輸入線電阻， R 為 DAC0832 的數字輸出量，就相當于改變系

7、統的增益。具體實現過程：系統的數字輸入量發生改變，從而改變系統的增益，使得輸出電壓發生相應的變化。系統的放大倍數和輸出電壓通過液晶實時顯示。2.4 系統硬件框圖圖 2.1系統硬件框圖第 3 章系統硬件設計3.1 單片機的應用與選擇8051 是 MCS-51 系列單片機中的代表產品，它內部集成了功能強大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、21 個專用控制寄存器、 64kB 的程序存儲器、256B 字節的數據存儲器、 4 組 8 位的并行口、兩個16 位的可編程定時計數器、一個全雙工的串行口以及布爾處理器。由于 MCS-51 集成了幾乎完善的8 位中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈

8、活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉移指令，這給應用提供了極大的便利。3.2 芯片簡介性能簡介AT89C51 是一種帶4K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器， 俗稱單片機。 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造， 與工業標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。 由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制

9、系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。的主要特性 8031 CPU 與 MCS-51 兼容4K 字節可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫擦循環 )全靜態工作： 0Hz-24KHz三級程序存儲器保密鎖定 128*8 位內部 RAM32 條可編程 IO 線兩個 16 位定時器計數器5 個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路管腳功能MCS-51 系列單片機芯片均為40 個引腳， HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插（ DIP ）方式封裝，其引腳示意及功能分類如圖 3.1:19U?39XTAL1P0.0/AD038P0.1/AD137P0.2/AD21836XTA

10、L2P0.3/AD335P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD6932RSTP0.7/AD7P2.0/A821D022D1P2.1/A923D2P2.2/A102924D3PSENP2.3/A113025D4ALEP2.4/A123126D5EAP2.5/A1327D6P2.6/A1428D7P2.7/A15CSDA 1P1.0P3.0/RXD10WR211P1.1P3.1/TXD312P1.2P3.2/INT0413P1.3P3.3/INT1514RSP1.4P3.4/T0615P1.5P3.5/T1RW716P1.6P3.6/WRE817P1.7P3.7/RDAT89C51

11、圖 3.1 MCS-51 引腳圖MCS-51 系列單片機的40 個引腳中有 2 個專用于主電源的引腳，2 個外接晶體的引腳， 4 個控制或與其它電源復用的引腳，以及32 條輸入輸出 IO 引腳。VCC ：供電電壓。GND：接地。 P0 口(P0.0P0.7) 為雙向 8 位三態 IO 口，當作為 IO 口使用時，可直接連接外部 IO 設備。它是地址總線低 8 位及數據總線分時復用口，可驅動 8 個 P1 口 (P1.0P1.7)為 8 位準雙向 IO 口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線 (作為輸入時，口鎖存器必須置1)，可驅動 4 個 TTL 負載。 P2 口(P2.0P2.7)為

12、8 位準雙向 IO 口，當作為 IO 口使用時，可直接連接外部 IO 設備。它是與地址總線高8 位復用，可驅動4 個 TTL 負載。一般作為擴展時地址總線的高8 位使用。 P3 口(P3.0P3.7)為 8 位準雙向 IO 口，是雙功能復用口，可驅動4 個TTL 負載。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：P3 口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 INT0 （外部中斷 0）P3.3 INT1 （外部中斷 1）P3.4 T0（記時器 0 外部輸入）P3.5 T1（記時器 1 外部輸入）P3.6 WR（外部數據存儲器寫選通

13、）P3.7 RD（外部數據存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALEPROG ：當訪問外部存儲器時， 地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的16。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 MOVX ，MOVC

14、 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE 禁止，置位無效。XTAL1 ：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 ：來自反向振蕩器的輸出。綜上所述， MCS-51 系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：單片機功能多，引腳數少，因而許多引腳都具有第2 功能；單片機對外呈 3 總線形式，由 P2、P0 口組成 16 位地址總線；由 P0 口分時復用作為數據總線；由 ALE 、 PSEN、EA 與 P3 口中的 INT0 、 INT1 、T0、T1、WR 、RD共10 個引腳組成控制總線。3.2 控制顯示電路本設計用AT89C51單片機最小

15、控制系統，顯示部分采用LCD1602液晶顯示器LCD引腳圖如圖3.2 所示。LCD?LM016LSDES W01234567SDEV V VRREDDDDDDDD12345678901234SW11111R RE圖 3.2 LCD1602 引腳圖腳號管腳名稱LEVER管腳功能描述1VSS0V電源地2VDD5.0V電源電壓3VEE對比調整電壓4RSHLRS=“ H”,表示 DB7DB0 為顯示數據RS=“ L”,表示 DB7DB0 為顯示指令數據5RWHLRW= “H”,E=“H”,數據被讀到DB7DB0RW= “ L ”,E= “ H L” DB7DB0的數據被寫到 IR 或 DR6EHL使能

16、信號： RW= “L ” ,E 信號下降沿鎖存 DB7DB0RW=“ H ”,E= DRAM數據讀到“ H ”D7D07D0HL數據線8D1HL數據線9D2HL數據線10D3HL數據線11D4HL數據線12D5HL數據線13D6HL數據線14D7HL數據線LCD1602 引腳及其功能介紹如表3-1 所示。表 3.1AT89S52 的 P0 口接上拉電阻， P0 口輸出顯示數據，控制信號由P1 口部分引腳控制輸出。3.3 鍵盤電路鍵盤電路如圖 3.4 所示，通過按鍵控制輸出電壓大小。 P3.0 接輸出增加按鈕，LCD1LM016LSDES W01234567S D EV V VR R EDDDD

17、DDDD12345678901234SW11111ERR+5VR01KRP1RESPACK-8123456789U219XTAL1P0.0/AD03938P0.1/AD137P0.2/AD21836XTAL2P0.3/AD335P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD6932RSTP0.7/AD7P2.0/A821D022D1P2.1/A923D2P2.2/A102924D3PSENP2.3/A113025D4ALEP2.4/A123126D5EAP2.5/A13D627P2.6/A1428D7P2.7/A15+5VCSDA1P1.0P3.0/RXD10WR211P1.1P3.1

18、/TXD312P1.2P3.2/INT04P1.3P3.3/INT113514P1.4P3.4/T0RS615P1.5P3.5/T1R W716P1.6P3.6/WRE817P1.7P3.7/RDAT89C51圖 3.3顯示控制電路P3.1 接輸出減小按鈕圖 3.4鍵盤電路3.4 DA 轉換電路DA 轉換電路采用 DAC0832 來實現，首先來介紹下DAC0832 芯片。管腳功能DAC0832 管腳功能如圖 3.5 所示。圖 3.5 DAC0832 管腳圖DAC0832 的主要特性參數如下：* 分辨率為 8 位；* 輸出為電流信號，電流的建立時間為 1us；* 可單緩沖、雙緩沖或直接數字輸入；

19、* 只需在滿量程下調整其線性度；* 單一電源供電（ +5V +15V），低功耗， 20mW ；* 參考電壓可以達到± 10V；* 直接的數字接口可以與任何一款單片機相連。DAC0832 的引腳功能：* D0 D7：8 位數據輸入線， TTL 電平，通常與單片機的數據總線相連，用于輸入 CUP 送來的待轉換數字量。有效時間應大于90ns(否則鎖存器的數據會出錯 )；* ILE ：數據鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；* C S ：片選信號輸入線（選通數據鎖存器） ，低電平有效；500ns）有效。* W R 1 ：數據鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于由 ILE 、 C S 、 W

20、 R 1 的邏輯組合產生 LE1，當 LE1 為高電平時，數據鎖存器狀態隨輸入數據線變換，LE1 的負跳變時將輸入數據鎖存；* X F E R ：數據傳輸控制信號輸入線，低電平有效， 負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；* WR 2 ：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由 W R 1、 X F E R 的邏輯組合產生 LE2 ，當 LE2 為高電平時， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2 的負跳變時將數據鎖存器的內容打入 DAC 寄存器并開始 DA 轉換。* IOUT1 ：電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存器的內容線性變化；* IOUT2 ：電流輸出

21、端 2，其值與 IOUT1 值之和為一常數； 當 DAC 寄存器內容全為 1 時， IOUT1 為最大， IOUT2=0 ； 當 DAC 寄存器內容全為 0 時， IOUT1=0 ，IOUT2 為最大；為了保證輸出電流的線性，應將 IOUT1 及 IOUT2 接到外部運算放大器的輸入端上。* Rfb ：反饋信號輸入線，改變 Rfb 端外接電阻值可調整轉換滿量程精度；* Vcc：芯片工作電源，范圍為 +5V +15V；* VREF ：基準電壓輸入線， VREF 的范圍為 -10V +10V ；* AGND ：模擬信號地，為模擬信號和基準電源的參考地；* DGND ：數字信號地，為工作電源地和數字

22、邏輯地轉換電路圖 3.6 DA 轉換電路單片機的 P2 口輸出信號給0832 的 8 位并口數據輸入，控制端口控制信號由 P1 口部分引腳控制輸出。輸出信號至運算放大器。3.5 放大電路運放與 DAC0832 連接的運放電路如圖 3-5 所示。DAC0832 輸出的轉換結果為電流形式，在本設計中利用一個高輸入阻抗的線性運算放大器 TL061AMN 將其轉換為模擬電壓信號。運放的反饋電阻通過 Rfb 端應用片內固有電阻。圖中所示運算放大器 U2 的作用是反向器，是輸出的電壓與 DA 轉換的電壓相同。運放與 DAC0832 連接的運放電路如圖3.6 所示。+5VU1+10V+10VCSDA120C

23、SVCCWR 219R1WR1ILE(BY1/BY2)318GNDWR2D3417RV?DI3XFER1KD2516D4DI2DI4D1615D5U5U6DI1DI5D0D671717DI0DI61455%813D7VREFDI7059RFBIOUT2123U5(OP)R23RV?(3)610GNDIOUT11126210kDAC08321K44TL061TL061-10V-10V圖 3.7運放與 DAC0832連接電路圖3.6 整機電路RV?%05RV?(3)10k+5VU1CSDA1CSVCC20WR 219WR1ILE(BY1/BY2)3GNDWR218D3417DI3XFERD2516

24、D4DI2DI4D1615D5DI1DI5D0714D6DI0DI6813D7VREFDI7912RFBIOUT21011GNDIOUT1DAC0832U219XTAL1C1C230p30p18XTAL2X19RST12MHz29PSEN30ALE31EA+5VCSDA 1P1.0WR2P1.13P1.24P1.35RSP1.46P1.5RW7P1.6E8P1.7AT89C51+10V7 15324-10VP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P

25、2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDU56TL061393837363534333221 D022 D123 D224 D325 D426 D527 D628 D71011121314151617LCD1LM016L+10VS DES DER1V VV1231K71U65+5VU5(OP) R236U6(OP)21K4TL061RP1RESPACK-8-10V123456789輸出增加輸出減小S WR R E456S WR R ER01K0123

26、4567DDDDDDDD78901234111113.8 整機電路圖第 4 章軟件設計及仿真4.1 軟件流程圖開始初始化按鍵掃描有鍵按下NY顯示模擬開關選擇結束圖 4.1軟件流程圖4.2 程序代碼見附錄 A4.3 仿真設計硬件電路完成以后，進行系統的軟件設計，首先要分析系統對軟件的要求，然后進行軟件的總體設計，包括程序總體結構設計和對程序進行模塊化設計。按照整體功能分成多個不同模塊，單獨設計、編程、調試然后將各個模塊裝配調試，組成完整的軟件。在編程語言方面，選擇的是C 語言進行編程。C 語言是近年來國內外普遍使用的一種編程語言，C 語言功能豐富， 表達能力強，使用靈活方便，應用面廣，目標程序效

27、率高，可移植性好，而且能直接對計算機硬件進行操作。既有高級語言的特點，又有匯編語言的特點。簡介1雙平臺DOS 版本， WINDOWS 版本。其中 WINDOWS 版本功能強大。 中文界面，英文界面可任選，用戶源程序的大小不再有任何限制，支持ASM ，C，PLM 語言混合編程，具有項目管理功能，為用戶的資源共享，課題重組提供強有力的手段。支持點屏顯示，用鼠標左鍵點一下源程序中的某一變量，即可顯示該變量的數值。有豐富的窗口顯示方式，多方位，動態地顯示仿真的各種過程，使用極為便利。本操作系統一經推出，立即被廣大用戶所喜愛。2雙工作模式1 軟件模擬仿真（不要仿真器也能模擬仿真）。2 硬件仿真。雙 CP

28、U 結構， 100% 不占用戶資源。全空間硬件斷點，不受任何條件限制，支持地址、數據、外部信號、事件斷點、支持實時斷點計數、軟件運行時間統計。3雙集成環境編輯、編譯、下載、調試全部集中在一個環境下。多種仿真器，多類 CPU 仿真全部集成在一個環境下。可仿真 51 系列， 196 系列， PIC 系列，飛利蒲公司的 552 LPC764DALLAS320 ，華邦 438 等 51增強型 CPU 。為了跟上形勢，現在很多工程師需要面對和掌握不同和項目管理器、編輯器、編譯器。他們由不同的廠家開發，相互不兼容，使用不同的界面。學習使用都很吃力。 偉福 WINDOWS 調試軟件為您提供了一個全集成環境，統一的界面，包含一個項目管理器，一個功能強大的編輯器，匯編Make 、 Build和調試工具并提