1、次聲波發生器制作作者:日期:次聲波發生搟的制作目錄緒論錯誤！未定義書簽。第一章次聲發生器的概述1笫一節生1一、次聲的概念1二、次聲的危害1三、次聲的應用2第二節次聲發生器2一、次聲發生器概念2二、次聲發生器的研究動態3第三節本章小結4第二章系統設計方案5第一節電子式次聲發生器的設計5一、此方案的總體設計5二、MATLAB中正弦信號的產生錯誤！未定義書簽。三、WAV文件的生成及播放錯誤！未定義書簽。四、次聲佶號的轉換錯誤！未定義書簽。五、次聲的產生錯誤！未定義書簽。第二節基于STC89c52單片機次聲發生器總體設計6一、此方案的總體設計6二、電路的設計7第三節兩種方案的對比9第四節本章小結9第三

2、章 單片機的概述10第一節單片機的發展歷史及趨勢10第二節 STC89c52單片機結構簡介12一、STC89c52的基本特性12二、STC89c52單片機的樂部引腳介紹12笫三節本章小結15第四章系統硬件的設計16第一節總體框圖16第二節單片機最小系統設，17第三節 8位DA轉換器DAC083217一、DAC0832的引腳圖及內部結構18二、DAC0832的工作方式19第四節系統顯示功能設計二二20第五節系統按鍵功能設計23第六節本章小結24第五章系統軟件設計25第一節系統軟件總體設計25第二節子系統軟件設計25一、 外部中斷025二、外部中斷126三、定時器0更七二Ft；27第三節本章小結r

3、二28第六章調試的過程和出現的問題分析29結論32致謝33參考文獻34附錄35一、英文原文：35二、英文翻譯：41三、源程序：43-7 -次聲波發生器的制作次聲發生器的概述第一節 次聲次聲的概念次聲是頻率低于可聽聲頻率范圍的聲波，它的頻率范圍大致為 0.00001 Hz-20Hzo人的耳朵聽不見次聲。次聲在大氣中傳播時，由于其頻率 很低，所以大氣對次聲波的吸收系數很小（吸收系數與頻率的二次方成正比）, 因此能傳播很遠的距離。次聲廣泛存在于自然界和工業生產、交通運輸、日常 生活等環境中。自然界的次聲主要由風的波動、空氣湍流、火山噴發、海浪拍 擊、地震、風暴等引起。核爆炸、其他方面的大爆炸、火箭的

4、發射等也產生人 為的次聲。高空風、地面風、溫度、濕度、環境噪聲對傳播特性會有影響。通過研究自然現象產生的次聲波的特性和產生機制，可以更深入地認識這 些現象的特性和規律。例如人們利用測定極光產生次聲波的特性來研究極光活 動的規律等。利用接收到的被測聲源所輻射出的次聲波，探測它的位置、大小 和其他特性，例如通過接收核爆炸、火箭發射火炮或臺風所產生的次聲波去探 測這些次聲源的有關參量。許多災害性現象如火山噴發、龍卷風和雷暴等在發 生前可能會輻射出次聲波，因此有可能利用這些前兆現象預測災害事件。次聲的危害次聲波具有較大的破壞性。高空大氣湍流產生的次聲波能折斷萬噸巨輪上 的桅桿，能將飛機撕得四分五裂；地

5、震或核爆炸所激發的次聲波能將高大的建 筑物摧毀；海嘯帶來的次聲波可將岸上的房屋毀壞。次聲的頻率與人體器官的固有頻率相近（人體各器官的固有頻率為3 17Hz,頭部的固有頻率為812Hz,腹部內臟的固有頻率為46Hz）,當次聲 波作用于人體時，人體器官容易發生共振，引起人體功能失調或損壞，血壓升 高，全身不適；頭腦的平衡功能亦會遭到破壞，人因此會產生旋轉感、惡心難 受。許多住在高層建筑上的人在有暴風時會感到頭暈惡心，這就是次聲波作怪 的緣故。如果次聲波的功率很強，人體受其影響后，便會嘔吐不止、呼吸困難、肌肉痙攣、神經錯亂、失去知覺，甚至內臟血管破裂而喪命。次聲的應用次聲波具有很大的危害，但同時人們

6、也可以對次聲特有的性質加以利用。 次聲的應用主要體現在以下幾個方面：1、研究自然次聲的特性和產生機制，預測自然災害性事件。例如臺風和 海浪摩擦產生的次聲波，由于它的傳播速度遠快于臺風移動速度，因此，人們 利用一種叫“水母耳”的儀器，監測風暴發出的次聲波，即可在風暴到來之前 發出警報。利用類似方法，也可預報火山爆發、雷暴等自然災害。2、通過測定自然或人工產生的次聲在大氣中傳播的特性，可探測某些大 規模氣象過程的性質和規律。如沙塵暴、龍卷風及大氣中電磁波的擾動等。3、目前許多研究者進行的聲波除灰（除渣），由于其頻率較低，有的頻率 在次聲頻段內，稱之為次聲除灰。4、次聲在軍事上的應用，利用次聲的強穿

7、透性制造出能穿透坦克、裝中 車的武器，次聲武器一般只傷害人員，不會造成環境污染。5、通過測定人和其他生物的某些器官發出的微弱次聲的特性，可以了解 人體或其他生物相應器官的活動情況。例如人們研制出的“次聲波診療儀”可 以檢查人體器官工作是否正常。6、利用次聲的物理特性，讓次聲作用于人體，以達到治療的作用。已有 研究者報道，由于次聲的頻率低，傳播中幾乎無衰減，因此能在人體內很好的 傳播，穿透病態組織，使病態組織內閉塞的血管重新開放，并推動其血液流動, 改善病態組織內的血液循環，為氧氣、吞噬細胞、免疫球蛋白等物質向病變組 織輸送創造了有利條件。第二節 次聲發生器一、次聲發生器概念次聲發生器簡單的說，

8、就是一種能夠發出次聲波的裝置。并且為了方便 研究，還必須能夠方便的調節所產生的次聲的頻率。圖1.1為一種次聲波發 器，此次聲波發生器，由電動機、壓圈、換能腔殼體、噴嘴和門等組成。利用 氣流載波的方法獲得了比當前國際上的同類技術更高的聲壓級和更大功率的聲波，不僅極便于現用鍋爐的改裝，而且可作為新型鍋爐的重要組成。可用于 清除鍋爐燃燒室和煙道內的各種熱交換器表面上的積灰和結渣。圖1.1次聲波發生器本文所研究的次聲發生器，就是一種利用單片機編程可以調節頻率的次聲 的裝置。因為發出的聲波的頻率必須在次聲范圍內，由于次聲的頻率范圍比較 窄，所以就要求次聲發生器所產生的聲波頻率精度要高。二、次聲發生器的研

9、究動態關于國內外對次聲發生裝置的研究，可以按照次聲波產生的方式分類，大 致可分為以下五種：1、氣爆式產生次聲將壓縮空氣、高壓蒸汽或高壓燃氣有控制地以脈沖方式突然放出，利用高 速排出的氣體激發周圍媒質的低頻振動，形成所需的次聲波。這種次聲裝置因 體積小、頻率低、易控制，近年發展較快。但其次聲波強度較低，若作為次聲 武器使用，需近距離使用才有效。2、爆炸式產生次聲利用爆炸產生強次聲波，也可稱為次聲彈。爆炸所釋放的能量約50%形成 沖擊波，沖擊波衰減后乂產生次聲波。目前的新型次聲彈是將已有的燃料空氣 彈加以改進，使原來只能形成一個云霧團變成可以形成若干云霧團，并能連續 多次引爆。只要控制好云霧團的數

10、量和起爆時間間隔，就能獲得所需頻率的次 聲波。3、管子式產生次聲其構造和工作原理很像樂器中的笛子，當管子中空氣柱的振動與管子本身 固有頻率相同時，就可產生較強的次聲波。在管子一端裝上一個活塞，用電動 機驅動或用氣流激勵，當振動頻率的1/4波長與管子長度相等時，可獲得最強 的次聲波。但要產生次聲波，管子必須足夠長。4、揚聲器式產生次聲其工作原理與揚聲器相似。采用特殊的振動膜片，膜片振動可產生一定頻 率的次聲波。但要產生一定強度的次聲波，除要求較高的振幅外，還必須使振 動膜面積足夠大，其周長大致要與次聲波波長相當。5、頻率差拍式產生次聲是采用兩個不同頻率的聲波發生器同時工作，利用它們頻率的相差來獲

11、得 需要的低頻次聲波。其中有一種方法是利用壓電晶體產生兩束頻率，兩者作用 產生高頻和低頻聲波，高頻聲波是兩者頻率之和，低頻聲波是兩者頻率之差， 高頻聲波在空氣中很快衰減，低頻聲波（次聲波）則直達目標。這種方式能量轉 換率高，并可制成小型武器。第三節本章小結本章主要介紹了次聲的概念、危害和對次聲的應用，然后介紹了目前國內外次 聲發聲裝置的發展狀況，為我們怎樣學習次聲和在后面對其進行研究提供了強 有力的依據。-7 -系統設計方案前一章我們介紹了設計次聲發生器有很多種方案，但是并不是所有的實驗 室都能實現，要在實驗室能夠設計出來，我們提出兩種方案，第一種是電子式 次聲發生器，這種方案是先通過MATL

12、AB編程輸出一個正弦信號，再將這個 正弦信號轉變成聲卡能識別的一個WAVE信號，通過聲卡的D/A轉換把這個 WAVE信號變成模擬信號，然后接到音響播放出來。第二種方案是基于 STC89c52單片機的次聲發生器，這種方案中先設計各個硬件模塊，通過單片 機編程輸出一個數字信號，然后通過一個D/A轉換器，將數字信號轉換成模擬 信號，最后接到示波器，在示波器上對波形進行觀察調試。下面我們對這兩種 方案進行講解第一節電子式次聲發生器的設計此方案的總體設計過去的次聲發生器大都由純硬件電路組成，自成一個完整的系統，主要 是為了適應多種復雜的實際環境。但缺點也在于其整體性，出現問題后不容 易找到出錯的地方，還

13、不方便攜帶；此方案所要設計的次聲發生器采用的次聲 發生方式和前面所提到的揚聲器式相似，主要利用PC機上MATLAB軟件強 大的音頻處理函數和數據處理功能，方便地產生低頻率的正弦波數據數組“叫 同時通過音頻處理函數將數據數組傳遞給聲音設備W】，并以特定的采樣頻率和 傳輸比特位由聲卡輸出以”。再利用超重低音音箱產生次聲波。由于PC機的 普及，只需攜帶MATLAB程序就可以實現次聲波的產生。總體框圖如圖2.1：圖2.1電子式次聲發生器總體設計次生信號的產生因為要實現在可編輯框中輸入信號頻率，窗口就能輸出相應的波形，所以 對于可編輯框的回調函數就應該輸入產生正弦信號的命令。如：»f=10;%

14、 頻率為 10Hz» w=2*pi*f;» t=0:0.0001:30;%以 0.0001 秒為步進» y=sin（w*t）;這樣，我們就得到了一個時間為30秒、頻率為10Hz的正弦信號。當我們 將上述功能寫入M文件時，只需將頻率值變為可編輯框輸入的頻率即可。然后利用聲卡的原理，用聲卡輸出的時候，其基本工作流程輸入是：計算 機通過總線將數字化的聲音信號以PCM（脈沖編碼調制）方式送到D/A轉換 器，變成模擬的音頻信號，進而通過聲卡的line out接口輸出到各種接收設備 中。這里就將信號轉變成了可以接受的電壓信號，這時音頻信號電平較弱，一 般只有幾仃亳伏，還不能推

15、動喇叭正常工作。而推動喇叭正常工作的電壓一般 需要幾伏左右的電壓，這時就需要將聲卡輸出的小信號通過放大器（俗稱功放） 加以放大，放大后的音頻信號就可以推動喇叭將音頻電信號轉換為聲波了。這 一過程，可以通過超重低音音箱來實現。第二節 基于STC89C52單片機次聲發生器的設計一、此方案的總體設計此方案以STC89C52單片機為核心，構成了一個基于STC89C52單片機次 聲信號發生器。其主要模塊有單片機控制模塊、頻率輸出模塊、鍵盤控制模塊 及LCD顯示模塊，其中頻率生成模塊由單片機控制DAC0832生成，鍵盤控制 模塊采用5個按鍵來選擇波形類型及調節頻率、幅值，顯示模塊則采用 LCD1602來顯

16、示波形類型、頻率及幅值，輸出的波形由示波器進行檢查。其原 理圖如圖2.2所示單片機編程輸出數字信號通過D/A把數字信號轉換成模擬信號用示波器檢測波形圖2.2基于單片機的次聲信號發生器總體設計二、電路的設計1、此方案是以單片機為核心，首先設計出單片機的最小系統，如圖2.3所示JIP10POOPUP01P12A(nP13P05P14P04P15P05P1070。P17POTnm?20DOTP21P22TlP250吃宓力pS6P2?XIK2R25CTRXDTXD叵ALE7PWRPSEN12 以dn11 cms20為P£ 贄Pf 014-一機Wl>圖2.3單片機的最小系統電路圖2、為了

17、要顯示出頻率及占空比的大小情況，所以設計出單片機與液晶顯示之 間的電路如圖2.4所示jiP10PUP12P13PUP15P16P170123456700000 00 0PPPPD PPP到 102 / XPOO36 F03 / P35 104 / P043，！。5 / %PU533 £06 / P06 及 E。夕，/ -DO7nm nrroTl如?VPXI JQRESETRD WRO12 3 4S67 22222222 O ?:" o -PIPP24n牙五:21P23252527MO)TXD ALE PCENW11302夕圖2.4 LCD與單片機的連接3、要將單片機輸出的數

18、字信號轉換成為我們能觀察的模擬信號，這里選擇使 用DAC0832進行D/A轉換,設計出0832與單片機之間的電路如圖2.5所示4、將全部的電路連接好之后，就是對硬件進行調試，對照電路圖看焊接 過程有沒有出問題。5、硬件焊接過程沒有問題之后，就開始程序的編寫。次聲波發生器的制作6、程序編寫完成后，將硬件連接到示波器進行觀察調試。7、當示波器顯示出需要的波形及頻率時，軟件調試成功。第三節兩種方案的對比第一種方案采用普通PC機上的板載聲卡和MATLAB軟件作為開發平臺, 實現了正弦次聲波信號的發生。通過載板聲卡進行D/A轉換，將模擬音頻信號 功率放大到能驅動低音炮喇叭，最后次聲波通過超重低音音箱的紙

19、盆振動發 出。此方案中的難點有以下兩個方面、一般低音炮的低頻頻響都在30Hz以上，說做到30HZ一下價位都要 上萬元。但乂看到說聲卡、音箱都有一定的設計余度，一般聲卡都可以保證低 到1HZ,并且音箱也允許接收不到這些信號并播放出來。、低音炮的頻率響應和低音炮的擺位以及所處空間有直接的原因，接受 次聲信號可能會出現問題。第二種方案采用STC89c52單片機，MCS-51就是將具有存儲程序、處理 數據以及與外設交換信息的功能電路集成在一塊芯片中，并符合一定系統結構 而構成的單片機。單片機具有體積小、重量輕、耗能省、價格低、可靠性高和 通用靈活等優點，使用MCS-51可以很簡單地控制次聲波信號的各種

20、幅頻特性, 硬件電路設計簡單，此方案設計的次聲信號發生器體積小，價格便宜，耗電少, 便于攜帶，由STC89c52單片機所產生的次聲波頻率精度較高，值得在實驗室 中進一步推廣和擴充。兩種方案對比之下我們選擇第二種方案。第四節本章小結本章主要介紹了這次設計選擇的兩種方案，在對兩種方案進行對比之后， 發現使用單片機這種方案的可行性更高一點，因為選擇這種方案進行實驗。單片機的選取第一節單片機的發展歷史及趨勢單片機出現的歷史并不長，但發展十分迅猛。它的產生與發展和微處理器 的產生和發展大體相同，自1971年Intel公司首先推出4位微處理器以來，它 的發展到目前為止大致可分為4個階段：單片機發展的初級階

21、段（20世紀70年代初70年代中期）。低性能單片機階段（20世紀70年代中期80年代初期）。高性能單片機階段（20世紀80年代初期90年代初期8位單片機鞏固發展階段及16位、32位單片機不斷推出階段（20世紀90 年代至今）。此階段單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等方面向更高水 平發展。如：CPU的位數有8位、16位、32位，而結構上采用雙CPU結構或 內部流水線結構，以提高處理能力和運算速度；時鐘頻率高達20MHz其至更 高，使指令執行速度相對加快；提高新型的串口總線結構，為系統的擴展和配 置打下了良好的基礎；增加新的特殊功能部件，如監視定時器WDT、DMA傳 輸、PWM輸出、可

22、編程計數陣列PCA、調制解調器、通信控制器、浮點運算 單元等；半導體制造工藝的不斷進步，使芯片向高集成度、低功耗方向發展。 此階段單片機內集成的功能越來越強大，并朝著片上系統方向發展，單片機在 大量數據的實時處理、高級通信系統、數字信號處理、復雜工業過程控制、高 級機器人以及局域網等各方面得到大量應用。隨著技術的進步，早期的8位中、低檔單片機逐漸被淘汰，但8位單片機 并沒有消失，尤其是51系列單片機不僅沒有消失，反而還呈現快速發展的趨 勢。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發展，將進一步向著CMOS化、 低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等兒個方向發展。第二節單片機的選取

23、現在市面上最多的有兩種類型的單片機，STC和AT。他們兩種都是51系 列單片機，都支持ISP在線編程功能。但是兩種單片機內部硬件結構不一樣， 如AT89c51和STC89c51,內部硬件資源不一樣，相比之下，一般STC的同 類型的單片機資源比AT的多，執行速度也快。STC單片機有以下優點、加密性強，很難解密或破解，解密費用很高、國內能解密的人少，一 般的仿制者望而退步.超強抗干擾。、超低功耗。、在系統可編程，無需編程器，可遠程升級。、有效降低外部電磁輻射。在這里我們選用STC89C52單片機作為這次設計的單片機，下面將對 STC89C52單片機進行講解。第三節STC89C52單片機結構簡介ST

24、C89C52的基本特性1 .核心處理單元：8k字節FLASH , 1028字節RAM,布爾處理器，全靜態 操作12時鐘操作，可選6個時鐘（通過軟件或并行編程器）。2 .存儲器尋址范圍：64K字節ROM和64K字節RAM,3 .電源控制模式：時鐘可停止和恢復、空閑模式、掉電模式。4 .兩個工作頻率范圍：6時鐘模式時為0至20MHz, 12時鐘模式時為。到 33MHzo5 .封裝形式：LQFRPLCC或DIP封裝。6 .其他特性：雙數據指針、3個加密位、4個中斷優先級、6個中斷源、4個 8位I/O 口、全雙工增強型UART、幀數據錯誤檢測、自動地址識別、3個 16位定時/計數器TOT1標準80c5

25、1和增加的T2捕獲和比較、可編程時 鐘輸出、異步端口復位、掉電模式可通過外部中斷喚醒【,-7 -次聲波發生器的制作- 7STC89C52單片機的外部引腳介紹STC89C52單片機的外部引腳的排列及名稱如圖3.1所示:T2/P1.0 匚二 T2EX/P1. 1 匚二P1.2 EZ P1. 3 匚 P1.4 匚Z Pl. 5 EZ PL6 LZ P1. 7 匚RST 匚Z RXD/P3. 0 匚二 TXD/P3,1 匚 TNT0/P3. 2 匚Z INT1/P3. 3 IZZ T0/P3. 4 匚 T1/P3. 5 匚 WR/P3. 6 二 RD/P3.7XTAL2 匚二XTAL1 二VSS 匚二

26、W名叁與稱嶇S割髭晨窗MWM冷疑患怎思若 )PD1P-40OIZ8V 994-8三 5 一1一 I111YCCPO.O/ADO PO.1/AD1 PO.2/AD2 PO.3/AD3 PO.4/AD4 PO.5/AD5 PO.6/AD6 PO.7/AD7 EA ALE/PROG PSENP2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2. 2/A10P2. "A9 P2. 0/A8圖3.1 STC89C52單片機的外部引腳單片機的各管腳功能如表3-1名稱Vss管腳號20類型I名稱和功能地Vcc40電源：提供掉電空閑正常工作電壓P0.0-0.7

27、39-32I/OP0 口： P0 口是開漏雙向口，可以寫為1使其狀態為懸浮用作高阻輸入。P0也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節,在訪問外部數據存儲器時作數據總線，此時通過內部強上拉輸出1P1 口： P1 口是帶內部上拉的雙向I/O 口，向P1 口寫入1時，P1 口被內部上P1.0-1.71-8I/O拉為高電平，可用作輸入口。當作為 輸入腳時，被外部拉低的P1 口會因為 內部上拉而輸出電流(見DC電氣特 性)。P1 口第2功能：T2(PL0)：定P2.0-2.721-28I/O時/計數器2的外部計數輸入/時鐘輸 出(見可編程輸出)T2EX(P1.1)：定時/計數器2重裝載/ 捕捉/方向控

28、制P2 口： P2 口是帶內部上拉的雙向 I/O 口，向P2 口寫入1時,P2 口被內部 上拉為高電平，可用作輸入口.當作為 輸入腳時,被外部拉低的P2 口會因為 內部上拉而輸出電流(見DC電氣特 性).在訪問外部程序存儲器和外部數 據時，分別作為地址高位字節和16位 地址(MOVX DPTR),此時通過內部P3.0-3.710-17I/O強上拉傳送1.當使用8位尋址方式 (MOVRi)訪問外部數據存儲器時,P2 口發送P2特殊功能寄存器的內容P3 口:P3 口是帶內部上拉的雙向I/O 口。向P3 口寫入1時，P3 口被內部 上拉為高電平，可用作輸入口。當作 為輸入腳時被外部拉低的P3 口會因

29、 為內部上拉而輸出電流(見DC電氣特 性)，P3 口還具有以下特殊功能：RxD(P3.0):串行輸入口RST9ITxD(P3.1):串行輸出口INT0(P3.2):外部中斷0INT1(P3.3):外部中斷T0(P3.4):定時器0外部輸入T1(P3.5)定時器1外部輸入WR(P3.6):外部數據存儲器寫信號RD(P3.7):外部數據存儲器讀信號 復位：當晶振在運行中只要復位管腳 出現2個機器周期高電平即可復位。 內部有擴散電阻連接到Vss ,僅需要 外接一個電容到Vcc即可實現上電復位次聲波發生器的制作地址鎖存使能：在訪問外部存儲器 時，輸出脈沖鎖存地址的低字節，在 正常情況下,ALE輸出信號

30、恒定為1/6AI E30o振蕩頻率。并可用作外部時鐘或定時.， 注意每次訪問外部數據時一個ALE 脈沖將被忽略。ALE可以通過置位PSENJU29OSFR的auxlikiry.O禁止，置位后ALE 只能在執行MOVX指令時被激活 程序存儲使能:當執行外部程序存儲器 代碼時,PSEN每個機器周期被激活兩 次,在訪問外部數據存儲器時PSEN 無效，訪問內部程序存儲器時PSEN無EA/Vpp31I效外部尋址使能/編程電壓:在訪問整個 外部程序存儲器時EA必須外部置低, 如果EA為高時將執行內部程序，除非 程序計數器包含大于片內FLASH的 地址.該引腳在對FLASH編程時XTAL119I5V/12V

31、編程電壓(Vpp)如果保密位1 已編程EA在復位時由內部鎖存 晶體1：反相振蕩放大器輸入和內部時XTAL218O鐘發生電路輸入晶體2:反相振蕩放大器輸出第四節本章小結本章笫一節主要介紹了單片機的發展歷史及未來趨勢，讓我們對單片機有 了一個初步的了解9第二節介紹了市面上有哪幾種單片機，并對起進行選擇, 笫三節比較詳細地描述了 STC89C52單片機的結構特性及引腳功能，為電路的 設計打下堅實的基礎。系統硬件設計第一節系統總體框圖本設計總體框圖如圖4.1所示：圖4.1系統框圖系統總體款圖主要包括以下幾個部分：單片機部分：本設計選用STC89C52單片機作為控制核心。DA轉換部分：本設計采用1塊DA

32、C0832芯片基準電壓部分：D/A的5V基準電壓有現成的電源。顯示部分：本設計采用LCD 1602來顯示波形的類型、占空比的大小、頻率的 大小。鍵盤部分：本設計采用5個獨立按鍵來控制波形類型的選擇、占空比大小的改 變及頻率大小的改變。-7 -次聲波發生器的制作單片機的最小系統如圖4.2圖4.2單片機的最小系統最小工作系統包括如下幾部分：1、電源：單片機使用的是5V電源，其中正極接40引腳（Vcc）,負極接 20 引腳（GND）o2、振蕩電路：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在 單片機內部已經集成了振蕩器；使用晶體振蕩器，接18 （XTAL2）. 19 （XTAL1）腳。只要

33、買來晶振、電容，按圖接上即可。3、復位引腳：按圖中畫法連好9腳（RST）,單片機即可上電初始化。復位 電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上 為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到 一定程度，即為低電平，時間不少于5mso復位后單片機才開始正常工作。4、EA引腳：31引腳一般接到正電源端。第三節8位DA轉換器DAC0832DAC0832的引腳圖及內部結構本設計采用DAC0832轉換芯片。DAC0832是雙列直插式8位D/A轉換器。 能完成數字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉換。圖4.3和圖4.4分別為DAC0832 的引腳圖和內部結構圖。其主要

34、參數如下：分辨率為8位，轉換時間為lus, 滿量程誤差為±1LSB,參考電壓為(+10-10)V,供電電源為(+5+15)V,邏 輯電平輸入與TTL兼容。從圖4.3中可見，在DAC0832中有兩級鎖存器，第 一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE,第二級鎖存器稱為 DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號/XFERi，7,o圖4.3中，當ILE為高電平，片選信號/CS和寫信號/WR1為低電平時, 輸入寄存器控制信號為1,這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此 后，當八VR1由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數據被鎖存到輸 入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出

35、端不再隨外部數據DB的變化而變化網。對第二級鎖存來說，傳送控制信號/XFER和寫信號/WR2同時為低電平 時，二級鎖存控制信號為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化， 此后，當/WR2由低電平變高時，控制信號變為低電平，于是將輸入寄存器的 信息鎖存到DAC寄存器中。D/A0832的引腳圖如圖4.3所示O CI11JjlsbDIO loiitl *DllIont21112itn>i>i3Vref1114DIS TTiF-T51259481619_1518 rDI6WK2 MSBDI7WRICSXfer1413圖4.3 DAC0832的引腳圖圖4.3中其余各引腳的功能定義如下：

36、1、DI7-DI0 ： 8位的數據輸入端，DI7為最高位。2. IOUT1 ：模擬電流輸出端1,當DAC寄存器中數據全為1時，輸出電流最 大，當DAC寄存器中數據全為0時，輸出電流為0。3、IOUT2 ：模擬電流輸出端2, IOUT2與IOUT1的和為一個常數，即IOUT1 + IOUT2 =常數。4、RFB ：反饋電阻引出端，DAC0832內部已經有反饋電阻，所以RFB端可 以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電 阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。5、VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它 決定。至255的數字量轉化出來的模擬量電壓值的幅度

37、，VREF 范圍為(+10-10)V。VREF端與D/A內部T形電阻網絡相連。6、Vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5 15)Vo7、AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。8、DGND ：數字量地DAC0832內部結構圖如圖4.4所示DAC0832的工作方式DAC0832可處于三種不同的工作方式：(1)直通方式：當ILE接高電平，CS、WRI、WR2和XFER都接數字地時, DAC處于直通方式，8位數字量一旦到達DI7DI0輸入端，就立即加到8位 D/A轉換器，被轉換成模擬量。例如在構成波形發生器的場合，就要用到這種 方式，即把要產生基本波形的數據存在ROM中，連續取出送到DAC去轉換 成電

38、壓信號。（2）單緩沖方式：只要把兩個寄存器中的任何一個接成直通方式，而用另一 個鎖存器數據,DAC就可處于單緩沖工作方式。一般的做法是將WR2和XFER 都接地，使DAC寄存器處于直通方式，另外把ILE接高電平，CS接端口地址 譯碼信號，WR1接CPU的WR信號，這樣就可以通過一條MOVX指令，選 中該端口，使CS和WR1有效，啟動D/A轉換。（3）雙緩沖方式：主要在以下兩種情況下需要用雙緩沖方式的D/A轉換。需 在程序的控制下，先把轉換的數據輸入輸入緩存器，然后在某個時刻再啟動 D/A轉換。這樣，可先選中CS端口，把數據寫入輸入寄存器；再選中XFER 端口，把輸入寄存器內容寫入DAC寄存器，

39、實現D/A轉換。在需要同步進行 D/A轉換的多路DAC系統中，采用雙緩沖方式，可以在不同的時刻把要轉換 的數據打入各DAC的輸入寄存器，然后由一個轉換命令同時啟動多個DAC 轉換。先用3條輸出指令選擇3個端口，分別將數據寫入各DAC的輸入寄存 器，當數據準備就緒后，再執行一次寫操作，使XFER變低同時選通3個D/A 的DAC寄存器，實現同步轉換DAC0832與放大電路的電路圖如圖4.5所示圖4.5 DAC0832與放大電路的電路圖第四節系統顯示功能設計本設計采用LCD 1602來顯示波形的類型、幅值及頻率。LCD1602液晶顯示 模塊，它可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5V電源供電，外圍

40、電路配 置簡單。LCD1602管腳如圖4.6所示：圖4.6 LCD1602芯片管腳圖LCD接口管腳功能表4-1引腳號1符號Vss狀態功能 電源地2Vdd電源+5V3VO對比度控制端4RS輸入寄存器選擇5R/W輸入讀、寫操作6E輸入使能信號7DBO三態數據總線(LSB)8DB三態數據總線9DB三態數據總線10DB三態數據總線11DB三態數據總線12DB三態數據總線13DB三態數據總線14 DB 三態數據總線（MSB）15 LEDA輸入背光+5V16 LEDK輸入背地光LCD1602主要管腳介紹：V0：液晶顯示器對比度調整端，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生 鬼影'，使用時可以通過

41、一個10K的電位器調整對比度。RS：寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器；低電平時選擇指令寄存器。RAV：讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當RS為高電平R/W為高電平 R/W為低電平時可以寫入數據。E：使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行指令。LCD 1602控制指令：指令清屏歸位輸入方式設置顯示開關控制光標、畫面位移功能設置LCD1602有11個控制指令，如下表4-2所示：功能清DDRAM和AC值AC=0,光標、畫面回HOME位設置光標、畫面移動方式設置色示、光標及閃爍開、關光標、畫面移動，不影響DDRA

42、M工作方式設置（）CGRAM地址設置設置 CGRAM 地址。A5A0=03FHDDRAM地址設置DDRAM地址設置讀BF及AC值寫數據讀數據清屏RS R/W DB7 DB6 DB5讀忙標志BF值呵地址計時器AC值數據寫入DDRAM或CGRAM內從 DDRRAM 或 CGRAM000顯示開關控制RS R/W DB700DB6 DB5DB4 DB300DB2 DB100DB0100000DB4 DB3 DB2 DB101 D CDB0B-7 -功能：設置顯示、光標及閃爍開、關； 其中：D表示顯示開關：D=1為開，DH）為關;C表示光標開關：C=1為開，C=0為關;B表示閃爍開關：B=1為開，B=0

43、為關。 光標、畫面位移DB0RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1000001 S/C R/L *功能：光標、畫面移動，不影響DDRAM 其中：S/C=l:畫面平移一個字符位；次聲波發生器的制作s/c=o：光標平移一個字符位；R/L=l：右移；R/L=O：左移。功能設置RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DBO00001 DLNF*功能：工作方式設置（初始化指令）其中：DL=1,8位數據接口； DL=O,四位數據接口；N=l,兩行顯示；N=0,一行顯示；F=l, 5 10點陣字符；F=0, 5 7點陣字符。讀寫控制時序讀寫控制時序

44、如下表所示：RS R/W0001101 1E下降沿高電平下降沿高電平功能寫指令代碼讀忙標志和AC碼寫數據讀數據LCD 1602與單片機連接圖如圖4.7下:nr 從麗圖4.7 LCD與單片機的連接第五節系統按鍵功能設計此次聲信號發生器采用5個按鍵與LCD 1602配合使用來調節輸出信號的 各個參數。5個按鍵分別賦予的意義為：“升高”鍵、“占空比降低”鍵、“頻率 升高”鍵、“頻率降低”鍵，“切換波形”鍵。LCD 1602上顯示的內容如圖4.8所示。mode:FSZA:x.xvM、A、F F:xxxxxHz圖4.8 LCD 1602顯示內容示意圖（1） G： M " + ”鍵和“一”鍵調節

45、輸出波形類型，改變的是mode 的值（方波為0,三角波為1,正弦波為2）。（2） G: F " + ”鍵和“一”鍵調節輸出信號頻率，改變的是定時器的值。（3） G： A " + ”鍵和“一”鍵調節輸出信號幅值，改變的是A的 值（0.0-5.0V,步進為 0.1V）說明：按動“功能鍵”會使G的值在0、1、2之間循環切換。圖4.9為第六節本章小結本章是本文的核心內容，其詳細地介紹了該系統硬件設計的具體方案，在 硬件方面作了比較系統的闡述。包括單片機最小系統的設計、按鍵的設計、液 晶顯示模塊的設計、D/A轉換模塊的設計等。-7 -系統軟件設計系統軟件總體設計系統軟件總體設計，初始

46、化時輸出的是方波，顯示方波的幅值和頻率。通 過按鍵可以選擇調節頻率還是調節幅值以及選擇輸出正弦波和三角波。流程圖 如圖5.1所示：主程序圖5.1主程序流程圖子系統軟件設計外部中斷0本設計采用外部中斷0控制波形類型的選擇以及幅值頻率的增加，當程序 檢測到外部中斷。時.，執行相應的操作。其程序流程圖如圖5.2所示：外部中斷1本設計采用外部中斷1控制波形類型的選擇以及幅值頻率的減小，當程序 檢測到外部中斷1時，執行相應的操作。其程序流程圖如圖5.3所示：次聲波發生器的制作定時中斷0圖5.3外部中斷。程序流程定時器0本設計采用定時器0來控制波形頻率的改變，通過裝初值來改變定時從而 改變頻率。其流程圖如

47、圖54所示：次聲波發生器的制作定時中斷0（中斷入回）關1斷管定外寸器裝薪值開定時器*開T斷（中斷返電）圖5.4定時器。程序流程本章小結本章詳細地介紹了該系統的軟件上的設計，對第一節是軟件上總體的設 計，第二節在外部中斷和內部中斷以及定時器的設計上做了詳細的介紹。并畫 出了詳細的流程圖，使人看的更加清晰明白。-7 -系統功能測試系統軟件上的調試仿真為了證明電路圖沒有錯誤，我們使用porteus軟件對我們設計的電路圖進行 仿真，仿真時的電路圖如圖6.1所示U1占空0開i占空!±嫁賅占殳及盼口¥其外歸.因兔的侑左創梅1-6-6XTALIruxv»uJ P0.V<1

48、XLCUprt zamRS7F2 owe Ft IW 哎外KJPSBiALE E5ri 川mil力即M3P2加州4匐.7叢ISPl 0POQ 低® pa i/n:or I 1r 1 .X p |之F32所市 po-nn P3 5m，.儂Pl 4PI 5 Pits Pl.Tr，/KU3TC 偽 C®40Q_!L12 MDO039DIaa?D?06ch：I6Q4h?43733D：eFLg11Q0 222?的：340Jj |U4 .加2T06 ：2Z-912zl-JiW FJ2GSD on 00 on oc WB RF0 0M)憂RZ XFERDM OB D/ DP loun I

49、0UT1-UL吟U4(Dn圖6.1仿真電路圖仿真中我們接一個示波器對波形進行觀察和調試，產生4種波形，分別是 正弦波、方波、鋸齒波、三角波，這里取正弦波和方波的波形，其波形如圖6.2 及6.3所示：Source BCDp網 k»nChannel CO*DGAiOOFF圖6.2仿真產生的正弦波Channel CP«tcionPoaccrGNDIfY/BCCursorsSourceChannel BChannel DP&tmonScarceGNDIfWtKlGNO OFFGND OFF備o One-SHt圖6.3仿真產生的方波如圖6.2和6.3所示，我們得到了所要的波形

50、，說明本次設計的電路沒有錯。在進行仿真的時候，產生的波形可能會受到干擾，產生干擾的因素有以下 幾個方面：1、數據采集誤差加大。2、控制狀態失靈。3、數據受干擾發生變化。4、程序運行失常。為保證系統可靠工作，必須創造一個良好的外部環境采取原蔽措施、遠離 產生強電場干擾的設備：加強通風以降低環境溫度；安裝緊固以防振動等。系統硬件的調試調試的過程和出現的問題分析系統的抗干擾是系統可靠性的重要方面。一個系統的正確與否，不僅取決 于系統的設計思想和方法，同時還取決于系統的抗干擾措施，不然勢必會出現 原理正確而系統穩定性差，甚至不能實施，使得耗費了大量錢財和時間研制出 來的控制系統成為一種擺設，電腦變成了

51、 “煩惱”。正因如此，抗干擾技術的 研究越來越引起大家的高度重視。1 .系統受到干擾的主要原因和現象由于單片機控制系統應用系統的工作環境往往是比較惡劣和復雜的，其應 用的可靠性、安全性就成為一個非常突出的問題。單片機控制系統應用必須長 期穩定、可靠地運行，否則將導致控制誤差加大，嚴重時會使系統失靈，甚至 造成巨大的損失。影響單片機控制系統應用的可靠、安全運行的主要因素是來自系統內部和 外部的各種電氣干擾，以及系統結果設計、元器件選擇、安裝、制造工藝和外 部環境條件等。這些因素對控制系統造成的干擾后果主要表現在下述幾個方 面。(1)數據采集誤差加大。干擾侵入單片機控制系統測量單元模擬信號的 輸入

52、通道，疊加在有用信號之上，會使數據采集誤差加大，特別是當傳感器輸 出弱信號時干擾更加嚴重。(2)控制狀態失靈。微機輸出的控制信號常依賴某些條件的狀態輸入信 號和這些信號的邏邏輯處理結果。若這些輸入的狀態信號受到干擾，引入虛假 狀態信號，將導致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。（3）數據受干擾發生變化。單片機控制系統中，由于RAM存儲器是可 以讀/寫的，故在干擾的侵害下，RAM中的數據有可能被竄改。在單片微機系 統中，程序及表格、常數存于程序存儲器中，避免了這些數據受到干擾破壞， 但對于內RAM、外擴RAM中的數據都有可能受到外界干擾而變化。根據干 擾竄入的途徑、受干擾數據的性質不同，系統受損壞的

53、情況也不同.有的造成 數據誤差.有的使控制失靈，有的改變程序狀態，有的改變某些部件（如定時 器/計數器，串行口等）的工作狀態等。（4）程序運行失常。單片機控制系統中程序計數器的正常工作，是系統 維持程序正常運行的關鍵所在。如果外界干擾導致計數器的值改變，破壞了程 序的正常運行。由于受到干擾后計數器的值是隨機的，因而導致程序混亂。通 常的情況是程序將執行一系列亳無意義的指令，最后進入“死循環”，這將使輸 出嚴重混亂或系統失靈。2 .系統可靠性設計的分析和方法單片機控制系統應用的可靠性技術涉及到生產過程的方方面面，不僅與設 計、制造、檢檢驗、安裝、維護有關，還與生產管管理、質量監控體系、使用 人員的專業