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第三章 系统硬件设计
1、系统框图设计
图2 系统连接图
本系统由控制器模块、DDS信号发生模块、放大电路、键盘输入模块及显示模块组成。
其中主控制器使用单片机C8051F020。DDS信号发生模块由DDS芯片AD9850来完成。频率控制字及相位控制字由主控制器C8051F020通过并行方式写入AD9850，AD9850根据相位及频率信息输出相应的正弦信号。并且可以通过增加外围电路对正弦信号进行波形变换产生方波，三角波等。由于DDS芯片AD9850无法调节信号的幅度大小，因此需要在信号发生模块后增加外围放大电路，由主控制器控制放大倍数从而实现对信号幅度的控制。放大电路模块使用程控放大器芯片AD603，AD603具有集成度高、电路简单、易于程控的优点。为了实现人机交互，本设计增加键盘输入及显示模块与主控制器相连。
2、硬件模块设计
2.1 控制器模块设计
控制器模块采用C8051F021芯片。C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，C8051F系列单片机具有如下特点：
（1）与标准8051完全兼容
Cygnal C8051F系列单片机采用CIP51内核，Cygnal指令与MCS51指令系统全兼容可用标准的C51高级语言开发编译C8051F系列单片机的程序。
（2）高速指令处理能力
标准的8051一个机器周期要占用12个系统时钟周期执行一条指令最少要一个机器周期CygnalC8051F系列单片机指令处理采用流水线结构机器周期由标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期指令处理能力比MCS51大大提高。CIP-51内核70% 指令的执行是在一个或两个系统时钟周期内完成的，只有四条指令的执行需4个以上时钟周期。 CIP-51指令与MCS51指令系统完全兼容，共有111条指令。
（3）增加了中断源
标准的8051只有7个中断源，而Cygnal C8051F系列单片机扩展了中断处理，这对于时实多任务系统的处理是很重要的。扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断。一个中断处理需要较少的CPU干预，却有更高的执行效率。
（4）增加了复位源
标准的8051只有外部引脚复位，Cygnal C8051F系列单片机增加了7种复位源，使系统的可靠性大大提高，每个复位源都可以由用户用软件禁止。
（5）提供内部时钟源
标准的8051只有外部时钟，Cygnal C8051F系列单片机有内部独立的时钟源。C8051F300/F302提供的内部时钟误差在2%以内，在系统复位后默认内部时钟。如果需要，可接外部时钟并可在程序运行时实现内外部时钟之间的切换。外部时钟可以是晶体RCC或外部时钟脉冲，以上的功能在低功耗应用系统中非常有用。
（6）可编程数字I/O和交叉开关
Cygnal C8051F 系列单片机具有标准的8051 I/O口，除P0、P1、P2、P3之外还有更多扩展的8位I/O口。每个端口的I/O引脚都可以设置为推挽或漏极开路输出，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。
（7）模数/数模转换器
C8051F系列内部都有一个ADC子系统。除C8051F230/1/6之外由逐次逼近型ADC多通道模拟输入选择器和可编程增益放大器组成ADC工作在100ksps的最大采样速率时可提供真正的8位10位或12位精度ADC完全由CIP-51通过特殊功能寄存器控制系统控制器还可以关断ADC以节省功耗。
数模转换器。8051F系列内有两路12位DAC，2个电压比较器，CPU通过SFRS控制数模转换和比较器。CPU可以将任何一个DAC置于低功耗关断方式。DAC为电压输出模式时与ADC共用参考电平，允许用软件命令和定时器2、定时器3、及定时器4的溢出信号更新DAC输出。
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