信号音发生器(3)

上电自动复位和按钮复位两种方式。本设计选择了按键复位,在系统运行时，按一下按键，就在 RST 断出现一段高电平，使器件复位。此时 ALE、PSEN、P0、图 4-2时钟电路图P1、P2、P4 输出高电平，RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作

单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益的反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动时钟脉冲。晶振通常选用 6MHZ、12MHZ、24MHZ。本设计中时钟电路图如图4-2，我们选择了12MHZ和晶振分别接引脚XTAL1和XTAL2，电容 C1，C2 均选择为 30pF，对振荡器的频率有稳定作用。

2.2.2 D/A转换器的作用及介绍

由于从单片机中出来的信号不能直接输入到喇叭当中播放，因此需要一个D/A转换器来，将得到的数字信号转换成为模拟信号，最终以电压的方式输出。 D/A转换器，又称数模转换器，简称DAC，D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关，它有两种输出方式，分为电流输出和电压输出方式，本发生器是用的电流输出方式，转换方式分为并行数模转换和串行数模转换方式，对转换方式这里不做深入的了解。D/A转换器的主要特性指标包括以下几方面：

（1）分辨率：指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2^N-1)。

（2）线性度：用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。

（3）转换精度：D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。

在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。

（4）转换速度：转换速度一般由建立时间决定。从输入由全0突变为全1时开始，到输出电压稳定在FSR±?LSB范围（或以FSR±x%FSR指明范围）内为止，这段时间称为建立时间，它是DAC的最大响应时间，所以用它衡量转换速度的快慢。

图 4

图4是DAC0832型号的D/A转换器,本设计当中采用的就是该型号其引脚功能介绍如下：

DI0~DI7：数据输入线，TTL电平；

LE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； CS：片选信号输入线，低电平有效； WR1：为输入寄存器的写选通信号；

XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效；

WR2：为DAC寄存器写选通输入线；

Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大； Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数； Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻； Vcc:电源输入线 (+5v~+15v)； Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v)； AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地； DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好。

如图，为单片机与DA转换器的引脚链接方式原理图，图中单片机P0口当中

的输出端连到DA转换器的输入端D口，WR1输入写选通信号，DA转换器的缓冲方式有3种，分别为：

（1）单缓冲方式。单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。

（2）双缓冲方式。双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。

（3）直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即 CS*，XFER* ，WR1* ，WR2* 均接地，ILE接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。

通过情况下，一般的单片机设计采用的都是单缓冲方式，本设计也是采用的单缓冲方式。

2.2.3 运算放大器的功能及介绍

该信号音发生器，D/A转换器与喇叭之间连接这一个运放电路，并没有接功

放电路，是因为功率放大器是在主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的情况下才会用到，这是主机和播放设备之间才会需要用到功率放大器，而运算放大器电路，简称运放，是具有很高放大倍数的电路单元，在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块，另外D/A输出的的电流信号，运放将电流转化为电压。而且提高了带负载能力，因此采用的是运算放大器。

运放(operational amplifier,简称OPA）是能对信号进行数学运算的放大电路。它曾是模拟计算机的基础部件，因而得名。采用集成电路工艺制做的运算放大器，除保持了原有的很高的增益和输入阻抗的特点之外，还具有精巧、廉价和可灵活使用等优点，因而在有源滤波器、开关电容电路、数-模和模-数转换器、直流信号放大、波形的产生和变换，以及信号处理等方面得到十分广泛的应用，在直流放大电路在工业技术领域中，特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。

集成运算放大电路按参数来分的话，大致可以分以下几种：通用型，精密运放型，高阻性，低温漂型，高速型，低功耗型，高压大功率型，本设计采用的而是通用型的运算放大器，如图6

图 6

该运算放大电路中，有集电极电源UCC是放大电路的能源，为输出信号提供能量，并保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，使晶体管工作在放大区；集电极电阻RL是晶体管的集电极负载电阻，它将集电极电流的变化转换为电压的变化，实现电路的电压放大作用，耦合电容C1、C2起隔直流通交流的作用；在信号频率范围内，认为容抗近似为零。所以分析电路时，在直流通路中电容视为开路，在交流通路中电容视为短路，基极电阻RB以保证工作在放大状态。改变RB使晶体管有合适的静态工作点。该电路的核心器件是运算放大器，该放大器中有2个输入、2 个电源引脚和 1 个输出，主要起到的是一个保护的作用，保护输入，保护输出，保护电源。

2.2.4 构建信号器所需要的硬件材料及焊接过程

电话网信号音发生器所需材料有：万用板，TS89C51单片机芯片，12M赫兹晶振，8个按键，电阻若干，电容若干，导线，0832D/A转换器，喇叭。

在单片机最小最小系统中，单片机从 P1.0-P1.7 口接收来自按键的信号，并通过 P0.0-P0.7 口输出DAC0832的8位数据，通过 DA 转换芯片最终以电压的形式输入喇叭，使得喇叭发出信号音。

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