| 摘要 關鍵詞： SPCE061A單片機 波形發(fā)生器 單片機是實現(xiàn)各種控制策略和算法的載體。由臺灣凌陽公司生產(chǎn)的SPCE系列單片機,因其功耗低,超小型,低成本,功能完整,非常適用于便攜式儀表和就地式顯示控制儀表,在國內(nèi)越來越受到用戶的重視和廣泛的應用。SPCE061A單片機功能強大,其片內(nèi)含有八路十位A/D轉(zhuǎn)換器和兩路D/A轉(zhuǎn)換器,該波形發(fā)生器運用單片機技術,通過巧妙的軟件設計和簡易的硬件電路,產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、斜波等幅值可調(diào)的信號。信號頻率,可通過鍵盤輸入,并顯示。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言,產(chǎn)生的數(shù)字信號干擾小,輸出穩(wěn)定,可靠性高,特別是操作簡單方便,人機界面友好,成本低,非常適合于物理實驗室教學與實驗使用。
SPCE061A單片機概述 SPCE061A是繼u'nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。目前有兩種封裝形式：84引腳的PLCC84封裝和80引腳的LQFP80貼片封裝。主要性能如下：
■16位m’nSP微處理器;
■工作電壓：VDD為2.4~3.6V(cpu), VDDH為2.4~5.5V(I/O);
■CPU時鐘：32768Hz~49.152MHz ;
■內(nèi)置2K字SRAM、內(nèi)置32K FLASH;
■可編程音頻處理;
■32位通用可編程輸入/輸出端口;
■32768Hz實時時鐘,鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號;
■2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值);
■2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道;
■7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道語音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器;
■聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器自動增益控制(AGC)功能;
■系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))耗電小于2mA@3.6V;
■具備觸鍵喚醒的功能;
■14個中斷源：定時器A / B,2個外部時鐘源輸入,時基,鍵喚醒等;
■使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒),能容納210秒的語音數(shù)據(jù);
■具備異步、同步串行設備接口;
■具有低電壓復位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能;
■內(nèi)置在線仿真電路接口ICE（In- Circuit Emulator）;
■具有保密能力;
■具有WatchDog功能（由具體型號決定） 一、方案設計與論證
方案一： 本方案直接采用凌陽SPCE061A作為波形發(fā)生器。波形的具體產(chǎn)生是通過兩路DAC來產(chǎn)生,凌陽SPCE061A在這方面的設計為我們提供了極大的方便,用它實現(xiàn)的好處在于,外圍電路極其簡單,另外在DAC的編程方面又提供及其便利的編程環(huán)境。外圍電路的設計包括三大部分,第一是鍵盤控制電路的設計,這里采用4*4鍵盤,由IOA的低八位進行控制,把鍵盤上的行和列分別接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7上,采用外部中斷二來中斷所顯示波形,以便進入下一波形的編輯和輸出,在波形輸出的同時利用外部中斷一來實現(xiàn)同步的頻率調(diào)節(jié)。第二是顯示電路的設計,這里為了在波形輸出依然有顯示,由于單片機的局限性這里采用通常的動態(tài)LED顯示行不通,因為波形輸出時要求CPU不停地為其服務而沒有空閑來為LED進行不停更新,解決方案是采用帶數(shù)據(jù)緩存器和驅(qū)動的LCD來提供顯示,這樣只占用八個I/O口即可完成設計要求,也可放棄適時顯示功能采用LED顯示,這里將提供兩種顯示方案。第三是濾波和電壓轉(zhuǎn)換電路的設計,濾波采用低通濾波器,濾除DAC轉(zhuǎn)換過程中形成的高頻小鋸齒波。另外由于凌陽SPCE061A單片機DAC輸出為電流輸出,為滿足達到5V的電壓輸出,外接OP07運算放大器進行放大,加1千歐姆電阻進行電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換。本設計的特點是全面采用數(shù)字電路方案,因而工作穩(wěn)定可靠。利用單片機控制管理,使頻率設置和占空比調(diào)整等操作可用鍵盤輸入,十分方便�！ � 方案二：
本設計方案采用功能很強的大規(guī)模數(shù)字頻率合成器MC145151和多波形寬頻率范圍信號發(fā)生器MAX038 等新器件產(chǎn)生波形和頻率,控制與管理電路部分使用SPCE061A單片機以及鍵盤顯示電路。MAX038是一個精密高頻波形產(chǎn)生器。它能產(chǎn)生頻率高達20MHz的正弦波、三角波、方波等脈沖信號,其壓控振蕩器的頻率分粗調(diào)和細調(diào)兩層控制。在本電路中,用于粗調(diào)的控制電壓（電流）由一個12位的DAC產(chǎn)生,使輸出頻率近似等于N倍基準頻率。而細調(diào)電壓則由數(shù)字鎖相電路MC145151和環(huán)路濾波器MAX427產(chǎn)生,由鎖相反饋環(huán)將頻率fo = Nfr鎖定。這種方案的優(yōu)點是頻率合成器工作更可靠,鎖定更迅速。另外MAX038還包括占空比調(diào)整電路、波形同步電路、相位檢測電路、波形切換開關和電壓基準源等電路,所需外部元件少,使用很方便�？刂坪凸芾黼娐酚蒘PCE061A單片機及外圍電路組成。其主要用于對鍵盤輸入的波形和頻率選擇等數(shù)據(jù)進行譯碼,計算出相應的控制參數(shù),控制頻率合成器輸出正確的信號,并將其頻率和波形參數(shù)用LED顯示出來。對于小型通用信號產(chǎn)生器而言,這是一個比較理想的設計方案�！ � 方案比較：
第一種方案設計外圍電路簡單,能夠滿足電子大賽設計的要求,這里考慮到短時間內(nèi)設計既要成型,采用第一種方案。第二種方案的設計比較完善,由于用到專門的波形發(fā)生芯片,產(chǎn)生的波形比較完美,但外圍電路復雜,適合于作波形發(fā)生器的產(chǎn)品設計方案。
二、系統(tǒng)硬件電路設計
2.1 電路方框圖及說明
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