全数字信号发生器的软件设计

本仪器的程序主要由键盘、显示程序、AT24C01A读写程序、信号产生程序等部分组成。以下对部分功能作一些分析。一、键盘程序　　本仪器需要调整的数值范围较大，因此，“增加”和“减少”键必须具有快速连加和快速连减的功能，否则调整速度太慢。这种键盘可以用多种方法来实现，关键在于设计一个正确的程序结构，图1是一种实现方法的流程图。图1　流程图　　程序工作时，不断地扫描键盘，第一次扫描到有键按下后如常规键盘一样，进行键值处理，处理完毕，不等待键盘释放，直接退出键盘程序。当又一次执行到键盘程序，如果检测到键还被按着，就不再直接去键值处理程序，而是将一个计数器加1，直接返回主程序，如此循环，直到计数到一个定值（如500，表示键盘程序已被执行了500次），如果键还被按着，说明用户有连加（或连减）要求，程序即将计数器减去一个数值（如30），然后进行键值处理。这样，以后键盘程序每执行30次，就执行一次键值处进程序，实现了第一次启动时间较长，以后快速连续动作的要求。如果检测到键已被释放，则清除所有标志，将计数器清零，准备下一次按键处理。　　程序开始时定义了两个常量：Qdsj和Ljsj，如下所示const uintQdsj=500;/*与首次启动连加（减）功能的时间有关*/const uintLjsj=30;/*与连加（减）的速度有关*/　　这两个常量与第一次启动及连加、减的速度有关，具体数值应根据实际情况试验后确定。下面是部分键处理程序，注意其中这两个变量的使用。voidKey()/*键处理*/{……if(!KeyValue){…无键按下，清除一切标志退出}if(KeyMark)/*第一次检测到按键吗?*/{KeyCounter++;/*不是第一次(KeyMark已是1了)*/if(Qdsj==KeyCounter) /*连续按着已有Qdsj次了*/{KeyCounter-=Ljsj; /*减去Ljsj次*/ KeyProcess(KeyValue,1);/*键值处理*/}else{return;}/*如果按着还没有到Qdsj*/}else /*第一次检测到有键按下*/{ mDelay(10);/*延时10毫秒*/…再次检测if(!KeyValue)｛…清除一切标志并返回｝}二、小数点的处理　　要在LED数码管上显示小数点，可以有两种选择，一种方式是在显示0.1~0.9时用小数显示，而在显示1~500时不显示小数点，这种方式编程略麻烦一些；另一种是使用定点的方式显示小数点，即不论是在0.1~0.9Hz段，还是1~500Hz段，均在倒数第二位点亮小数点，这种显示方式比较简单，本机采用了第二种方式。　　通常，用高级语言编程时，可以用浮点型数据来表示小数，但本程序并没有这样来处理。因为单片机的资源有限，而浮点型数据的表达方式与其他数据的表达方式很不相同，无论是存储还是运算，都相当占用资源，因而在单片机中能不用浮点型数据就尽量不要使用。这里我们将所有的频率设定值扩大10倍，即所要求的频率值是0.1~500Hz，但在单片机内部用1~5000来表示。如果频率设定值小于10，每按一次键，频率设定值就加或减1，如果频率设定值大于等于10，每按一次按键就加或减10。例如，当前频率设定值为100，按一下“增加”键，该值就会变为110，相当于频率设定值由10变为11；如果当前设定值为9，按一下“减少”键，该值变为8，相当于频率值由0.9变到了0.8。在根据频率设定值计算定时常数时，只要将被除数扩大10倍即可，程序中是这样表示的：LTEmp=1000000;　　ltemp*=10; //由于plsd被放大了10倍，故被除数也放大10倍……　　在显示频率设定值时，点亮倒数第二位的数码管上的小数点，显示程序中有这样的程序行：if(Counter1==1) //如果当前正在显示倒数第二位时{ if(!PlSl) //如果是要求显示频率DispCode=DispCode&0xbf;/*点亮小数点*/｝　　由于P0.6与小数点位相连，所以不论待显示的数是多少，该位被清零后，小数点就能被点亮。要将该位清零，只要将字形码与0xbf（10111111）相与即可。三、AT24C01A的读写　　AT24C01A芯片是具有I2C接口的EEPROM，由于89C51 单片机 没有I2C接口，因此，必须用I/O口模拟I2C时序。这里仅提供作者用C语言编写的接口程序，不对此作更多的介绍。　　使用这一接口程序，只要定义好写常数、读常数及根据硬件连线定义好三个引脚SDA、SCL和WP，然后直接调用读、写函数即可。#defineAddWr0xa0/*器件地址选择及写标志*/#defineAddRd0xa1/*器件地址选择及读标志*/sbitSda=P3^7;/*串行数据*/sbitScl=P3^6;/*串行时钟*/sbitWP=P3^5;　　接口程序提供了多字节的读、写函数，其中读函数需要用到三个参数：用于存放读出数据的数组，待读EEPROM的起始地址，字节数；写函数也要用到三个参数：用于存放待写入数据的数组，待写入EEPROM的起始地址，字节数。下面是这两个函数的用法参考：　　RdFromROM(Number,10,2);　//从地址10H开始处读出2个字节，存入Numbre数组中。　　WrToROM(Number,10,2);　//将Number数组中的2个字节写入EEPROM，地址从10H开始四、信号产生　　信号发生由定时中断0完成，在定时时间到之后，重置定时常数，接着判断究竟是较高频率还是较低频率，分别予以处理，如果是较高频率，直接取反输出端口即可返回，如果是较低频率，则要进行计数，并判断计数值是否到设定值，如果到了，则取反输出端口，并清零计数器，然后再返回，这部分程序如下　：voidOutWave()interrupt1 //定时0中断用于波形输出{ statICuint Count; //较低频率时计数用TH0=CTH0; //重装时间常数TL0=CTL0;if(HighLow) //如果是较高频率{ WaveOut=!WaveOut;Mczsl++; }else{ Count++;if(Count>=Plcs){ WaveOut=!WaveOut;Count=0;Mczsl++;} }　}　　其中Mczsl是脉冲输出个数的计数值。从程序中还可以看出，每次输出只能得到波形的一半，要么高电平，要么低电平，一个完整的波形需要两次输出才能完成。　　定时中断中所设定的定时常数，预设定计数值（Plcs）都由主程序根据频率设定值计算得到，根据前述原理，对于较低频率的信号和较高频率的信号采用两种不同的方法产生，对于较低频率的信号，定时常数是一个定值，通过改变预设定计数值来达到定时时间，而对于较高频率的信号，直接改变定时常数来改变定时时间。为此，在主程序中根据设定值的大小分别处理，如果设定值大于10Hz，那么是较高频率的算法，只要计算出设定频率值对应的时间，不难得到待设定值，程序中的处理方法是：ltemp=1000000;ltemp*=10; //由于plsd被放大了10倍，故被除数也放大10倍ltemp/=Plsd; //获得周期（单位微秒）ltemp/=2; //获得定时常数　　根据t=1/f，计算定时时间，单位是s，而我们所要求的定时时间单位是μs，因此，首先让ltemp等于1000000，又由于Plsd变量在 单片机 内部被放大10倍，故再将该值扩大10倍，然后用ltemp为被除数，去除以Plsd，得到周期数。由于每次定时中断只能得到一半波形，因此定时数应该是周期数的一半，将周期数除以2，即得到了定时常数。显然，这里没有先计算时间到s，然后再换算为μs，其目的也是为了避免小数运算。当所设定的频率值小于10Hz时，程序是这样处理的：CTH0=(65536-1000)/256;CTL0=(65536-1000)%256; //否则是在10HZ以下，定时器的定时常数是1msHighLow=0;Plcs=5000/Plsd;　　首先将定时常数确定为1000μs，然后将标志位HighLow置0，表示要进行较低频率的处理，最后计算出中断次数。中断次数这样来确定：用10000000/Plsd得到周期数，然后用这个值除以2000即得可，这时除以2000的原因同上述分析，即定时时间为1000μs，最终得到的的周期是2000μs。限于篇幅，完整的源程序在本期光盘中提供。　　如果读者在设计、制作等方面有收获，欢迎到http://www.mcustudio.com（平凡 单片机 工作室）交流，如果在制作、调试或有什么困难，也可以到这里寻求帮助。作者制作的成品如图2所示。