《计算机控制技术》课程设计-基于数模转换的波形发生器.doc

武汉理工大学计算机控制技术课程设计目录摘要11DAC0832及其特性11.1 D/A转换器与单片机接口探究11.2 DAC0832的认识12硬件设计32.1启动方式选择32.2框图设计42.3电路图设计43程序设计53.1程序流程图54仿真及其结果84.1方波：84.2三角波8心得体会9参考文献：1011摘要本设计使用AT89C51单片机做控制，选择8位D/A转换器DAC0832作D/A转换。 硬件方面，首先51熟悉单片机的结构和工作原理，连接单片机的最小系统。之后熟悉D/A转换器工作方式，经过分析后选择DAC0832的单缓冲启动控制方式，完成电路框图。进一步根据设计要求完成通过独立按键控制D/A输出，作出电路框图和电路原理图。 软件方面：设计思路主要体现在两点上。一是控制，通过程序控制DAC转换与输出，按键消抖，选择相应的即将输出的波形。二是产生波形，根据波形的特点编写程序以产生相应波形的数字信号。 分别通过C语言和汇编语言实现简易的波形发生器，输出方波、正弦波、三角波、梯形波和锯齿波，通过独立按键控制分别输出不同的波形。以KILL与Proteus为设计平台，仿真测试设计结果的正确性。 关键字:51单片机，DAC0832，单缓冲启动控制方式，波形发生器，C语言设计，汇编语言设计1DAC0832及其特性1.1 D/A转换器与单片机接口探究D/A转换器与单片机接口具有软硬相依性。在连接过程中要考虑到数据线、地址线、控制线的连接。1.1.1数据线连接D/A转换器与单片机接口要考虑到两个问题：一个是位数，当高于8位的D/A转换器与8位数据总线的51单片机接口时，51单片机的数据必须分时输出，这时就必须考虑数据分时传送的格式和输出电压“毛刺”问题；二是D/A转化器的内部结构，当D/A转换器的内部结构没有输入锁存器时，必须在单片机与D/A转换器之间增设锁存器或者I/O口。最常用的是8位带锁存端的D/A转换器与8位单片机的接口，这时只需要将单片机的数据总线和D/A转换器的8位数据输入端一一对应即可。1.1.2地址线连接一般的D/A转换器只有片选信号，而没有地址线。这时单片机的地址线采用全译码或者部分译码，经译码器输出控制片选信号，也可以用某一位I/O线来控制片选信号。也有少数D/A转换器有少量的地址线，用于选中片内独立的寄存器或者选择输出通道，这时单片机执行的地址线与D/A转换器的地址线对应连接。1.1.3控制线连接 D/A转换器主要有片选信号、写信号、及启动转换信号等，一般由单片机的有关引脚或译码器提供。一般来说，写信号多由单片机的WR信号控制；启动信号常常由片选信号与写信号的组合形式（LE1、LE2）形成，当单片机执行一条输出指令时，传送的地址使转换器的片选信号有效，由WR实现启动。1.2 DAC0832的认识1.2.1 DAC0832的结构 DAC0832的结构如图1-1所示，主要由控制逻辑电路、输入寄存器、DAC寄存器和D/A转换器构成。由上图逻辑控制电路可知：LE1=(+)ILELE2=+由LE1控制输入寄存器读入数据，由LE2控制输入寄存器向DAC寄存器传输数据，同时开始D/A转换。图1-1 DAC0832的管脚图结构1.2.2 DAC0832的引脚DAC0832的引脚如图1.1所示：DI0DI7：8位数据输入线，高电平有效。ILE：数据锁存允许控制输入线，高电平有效。：片选信号输入线，低电平有效。1WR：输入锁存器写选通输入线，负脉冲有效。输入锁存器的信号就是LE1。LE1负跳变有效。：数据传送控制信号输入线，低电平有效。2WR：DAC寄存器写选通信号输入线，负脉冲有效。DAC锁存信号就是LE2，LE2的负跳变有效。1OUTI：模拟电流输出线。2OUTI：模拟电流输出线，采用单极性输出时，2OUTI通常接地。FBR：反馈信号输入线。反馈电阻FBR被制作在芯片里，用作外接运放的反馈电阻，为D/A转换器提供电压输出。REFV：参考电压输入端。要求外接一精密电压源，电压范围在-10V+10V之间选定。通过REFV的符号来改变输出极性。CCV:电源接口。AGND：模拟地。DGND：数字地。 注：数字信号的高频噪声很大，如果模拟信地和数字地混合的话，就会把数字的噪声传到模拟部分，造成干扰。如果分开的话，高频噪声可以在电源处通过滤波来消除掉。1.2.3 DAC0832的启动控制方式DAC0832有三种启动控制方式：（1）直通方式：将、信号都接地，ILE信号引脚接高电平，只要数据传送到数据线上，两级锁存器同时开始工作，并启动D/A转换，即转换器处于非受控状态。在这种工作方式下，转换器的数据线不能直接和单片机的数据线（P0.0P0.7）相连接。因为P0口分时复用为低8位的地址总线和数据总线，对输出无锁存能力，会使转换器的输出不确定。但是可以将ADC的数据线连接到某个I/O口上，执行端口输出指令（MOV PxA）即可启动一次D/A转换。这种方式很少采用。（2）单缓冲方式：两级锁存器接受同一种控制，例如将和直接接地，8位ADC锁存器处于非受控状态，只有8位输入锁存器处于受控状态，即此时仅有LE1控制ADC。这种方式在不要求多个模拟同步输出时采用。（3）双缓冲方式：俩个锁存器都处于受控状态，单片机要对转换器进行两步写操作：第一次执行指令使LE1有效，称作第一级缓冲，第二次执行指令使LE2有效，称作第二级缓冲。这种方式的优点是数据接收和启动转换可以异步进行，可在D/A转换的同时接收下一个转换数据，以提高转换速度，还可以实现多个转换器同时启动转换，同步输出。2硬件设计2.1启动方式选择因为本设计要求设计一个波形发生器，要求能产生方波、三角波、而且由按键控制输出的波形。各个波形输出并非同步输出，而是由按键控制，单个输出，并且本例只需要一个DAC，如果选择双缓冲方式就会加大不必要的难度；直通方式不能有效的控制DAC转换，转换时可能会出现数据流失。故选择单缓冲启动控制方式来驱动DAC0832。2.2框图设计根据2.1节的判断，选择AT89c51单片机作控制，实现电路框如下：2.3电路图设计图2.2单片机与ADC的连接方式此外加上单片机最小系统，用P1口控制输出的波形，电路连接如下：图2.3电路原理图3程序设计3.1程序流程图3.1.1程序设计思路（1）因为要使用到按钮（本例中选择独立按键），必须使用到键盘扫描，首先要进行键盘消抖，然后通过扫描确定是哪个按键被按下，通过I/O口（本例中为P1口）的数据判断选择五种波形中的哪一个。（2）根据（1）中的结果，通过编程产生各个波形的数字信号。（3）控制DAC转换数字信号为模拟信号。 程序框图如下：图3.1程序设计思路3.1.2流程图在本流程图中分别以k1、k2、k3、k4、k5代表单片机的I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4；设置flag1、flag2、flag3、flag4、flag5为1时分别代表方波、正弦波、三角波、梯形波、锯齿波。当确认按键按下时，令相对应的flagx=1，然后用连续的判断程序来选择将要输出的波形。程序实现了只需按一下按钮便可持续输出对应的波形。流程图如下：3.2程序流程图3.2用汇编语言实现程序：START:MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#00LOOP:MOVR0,#00MOVP1,R0MOVR0,P1JBP1.0,K0JBP1.1,K1JBP1.2,K2JBP1.3,K3 K0:AJMPLOOP1K1:AJMPLOOP2K2:AJMPLOOP3K3:AJMPLOOP4 LOOP1:MOVA,#00 ;LOOP 方波MOVXDPTR,AMOVR1,#255MOVR4,#255DEL1: DJNZR1,$ DJNZR4,DEL1MOVA,#255MOVXDPTR,AMOVR1,#255MOVR4,#255DEL2: DJNZR1,$ DJNZR4,DEL2 LJMPLOOP LOOP2: ;LOOP3：三角波UP:MOVXDPTR,AINCA CJNEA,#0FFH,UPDOWN:MOVXDPTR,ADECA CJNEA,#00H,DOWNLJMPLOOPEND4仿真及其结果4.1方波：4.1方波模拟图4.2三角波4.2三角波模拟图心得体会通过这次课程设计，让我对单片机的结构和功能更加熟悉了，同时也加强了我对KILL、Proteus的熟悉度，让我在实践中运用所学的知识，加强了我对单片机相关知识以及数电模电知识的掌握。 单片机设计是一个复杂的过程，需要经历硬件设计和软件设计，硬件设计首先需要根据设计目标画出框图，根据设计的需要选择元件连接成电路图。软件设计则需要根据电路原理图考虑到三条线：控制线、地址线、数据线，根据所要实现的结果画出程序流程图，根据流程图编写程序代码。在KILL中调试排错。 在硬件和软件设计完成后，还需将两者结合，也就是说将程序产生的.HEX文件烧写进单片机，硬件与软件必须衔接恰当，否则就不能正常运行，必须改变电路结构或者改变程序。比如在这次设计中，针对DAC0832单缓冲启动控制方式的程序就不能直接考入直通方式的电路中，反之亦然。电路有很多种连法，程序也是灵活多变，只有正真了解它们的原理，才能运用的自如。 我在单片机课程中学习了汇编语言，于是在本次设计尝试使用汇编实现目标，发现自