电子设计论文基于SPCE061A单片机的波形发生器.doc

电子设计论文-基于SPCE061A单片机的波形发生器 关键词：??SPCE061A单片机??波形发生器　　 　　单片机是实现各种控制策略和算法的载体。由台湾凌阳公司生产的SPCE系列单片机，因其功耗低，超小型，低成本，功能完整，非常适用于便携式仪表和就地式显示控制仪表，在国内越来越受到用户的重视和广泛的应用。SPCE061A单片机功能强大,其片内含有八路十位A/D转换器和两路D/A转换器，该波形发生器运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、斜波等幅值可调的信号。信号频率，可通过键盘输入，并显示。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便，人机界面友好，成本低，非常适合于物理实验室教学与实验使用。??SPCE061A单片机概述 　　SPCE061A是继u\nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。目前有两种封装形式：84引脚的PLCC84封装和80引脚的LQFP80贴片封装。主要性能如下：■16位m’nSP微处理器；■工作电压：VDD为2.4~3.6V(cpu), VDDH为2.4~5.5V(I/O)；■CPU时钟：32768Hz~49.152MHz ；■内置2K字SRAM、内置32K FLASH；■可编程音频处理；■32位通用可编程输入/输出端口；■32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；■2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；■2个10位DAC(数-模转换)输出通道；■7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；■声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；■系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2mA@3.6V；■具备触键唤醒的功能；■14个中断源：定时器A / B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；■使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；■具备异步、同步串行设备接口；■具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；■内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator）； ■具有保密能力；■具有WatchDog功能（由具体型号决定） 一、方案设计与论证 方案一：　　 　　本方案直接采用凌阳SPCE061A作为波形发生器。波形的具体产生是通过两路DAC来产生，凌阳SPCE061A在这方面的设计为我们提供了极大的方便，用它实现的好处在于，外围电路极其简单，另外在DAC的编程方面又提供及其便利的编程环境。外围电路的设计包括三大部分，第一是键盘控制电路的设计，这里采用4*4键盘，由IOA的低八位进行控制，把键盘上的行和列分别接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7上，采用外部中断二来中断所显示波形，以便进入下一波形的编辑和输出，在波形输出的同时利用外部中断一来实现同步的频率调节。第二是显示电路的设计，这里为了在波形输出依然有显示，由于单片机的局限性这里采用通常的动态LED显示行不通，因为波形输出时要求CPU不停地为其服务而没有空闲来为LED进行不停更新，解决方案是采用带数据缓存器和驱动的LCD来提供显示，这样只占用八个I/O口即可完成设计要求,也可放弃适时显示功能采用LED显示，这里将提供两种显示方案。第三是滤波和电压转换电路的设计，滤波采用低通滤波器，滤除DAC转换过程中形成的高频小锯齿波。另外由于凌阳SPCE061A单片机DAC输出为电流输出，为满足达到5V的电压输出，外接OP07运算放大器进行放大，加1千欧姆电阻进行电流信号到电压信号的转换。本设计的特点是全面采用数字电路方案，因而工作稳定可靠。利用单片机控制管理，使频率设置和占空比调整等操作可用键盘输入，十分方便。　　 方案二：　　本设计方案采用功能很强的大规模数字频率合成器MC145151和多波形宽频率范围信号发生器MAX038 等新器件产生波形和频率，控制与管理电路部分使用SPCE061A单片机以及键盘显示电路。MAX038是一个精密高频波形产生器。它能产生频率高达20MHz的正弦波、三角波、方波等脉冲信号，其压控振荡器的频率分粗调和细调两层控制。在本电路中，用于粗调的控制电压（电流）由一个12位的DAC产生，使输出频率近似等于N倍基准频率。而细调电压则由数字锁相电路MC145151和环路滤波器MAX427产生，由锁相反馈环将频率fo = Nfr锁定。这种方案的优点是频率合成器工作更可靠，锁定更迅速。另外MAX038还包括占空比调整电路、波形同步电路、相位检测电路、波形切换开关和电压基准源等电路，所需外部元件少，使用很方便。控制和管理电