微机原理课程设计-- 波形发生器

1、 课程设计报告课程名称： 微机原理课程设计 课 题： 波形发生器 专业班级： 计算机系10101班 学 号： 201017010118 姓 名： 刘 瑶 指导老师： 周慧灿 日 期： 2013年6 月28 日 教师评语：成绩评定： 指导教师（签名）： 目 录一、课程设计的目的及意义11.设计目的12.设计意义1二、方案论证11.设计要求12.方案论证1三、硬件电路设计21.波形产生电路22.按键控制电路43.地址译码电路7四、程序设计81.波形发生原理82.程序流程图9五、硬件连接及调试91.硬件连接92.电路调试9六、源程序代码及原理图101.电路原理图112.程序源码11七、体会与心得：1

2、5八、参考书目15一、课程设计的目的及意义1.设计目的（1） 掌握计算机应用系统特别是微机接口系统的设计。（2） 掌握接口电路设计技术，初步掌握电子设计软件protel99使用。（3） 掌握微机接口程序的编制与调试技术。（4） 掌握dac0832芯片的使用方法。（5） 利用所学微机的理论知识进行软硬件整体设计，提高综合应用能力。2.设计意义波形发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分

3、析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。此次课程设计旨在将理论知识与实际应用结合起来中，通过本次实验掌握微机接口电路的设计和调试方法。2、 方案论证1.设计要求利用桌面计算机和aedk实验系统进行接口电路设计并编写程序制作一个波形发生器。使用数模转换器dac0832构成波形发生器，可以产生方波、三角波、正锯齿波和反锯齿波等多种波形，波形的周期可调。要求了解不同波形的产生原理和设计方案，画出硬件电路图，并编程完成软件部分，最后调试观察产生不同类型的波形信号。具体要

4、求如下：（1） 设计硬件电路。标示引脚编号、元器件参数。 （2） 完成硬件电路的搭建。（3） 编制相应接口程序。与硬件一并调试成功。（4） 写好课程设计论文。（5） 完成任务书的其它内容2.方案论证（1）波形发生器的实现方法方案一：用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。方案二：可以由晶体管、运放ic等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器ic产生。早期的函数信号发生器ic，如l8038、ba205、xr2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300khz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调

5、节，二者互相影响。方案三：利用专用直接数字合成芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。方案四：使用d/a转换器如dac0832，通过程序控制能产生各种波形，且周期、振幅的大小容易调整。方案四整体性能和指标优于其他几种方案，价格也低廉，所以本设计采用方案四。（2）按键控制电路方案一：使用独立按键，电路实现较简单。每个i/o口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的i/o数目较多。方案二：采用阵列式键盘。此类键盘是采用行列扫描方式，优点是当按键较多时可以降低占用的i/o口数目，但是在程序实现上比独立按键麻烦。由于本次设计不需要用到太多按

6、键，故采用方案一。三、硬件电路设计1.波形产生电路该波形发生电路使用dac0832作为波形发生器件，通过程序控制使得dac0832输出不同幅值的电压从而得到所需的波形。由于dac0832的输出为电流，属于电流型芯片，需外接运算放大器才能得到模拟电压输出，所以本电路使用lm324运算放大器来完成电流向电压的转换。（1）波形产生部分电路图图1 波形产生部分电路图（2）主要芯片介绍1) d/a转换器dac0832dac0832是采样频率为八位的d/a转换器件，采用cmos工艺和r-2rt形电阻解码网络，转换结果为一对差动电流iout1和iout2输出。其引脚分布如下图所示：图2 dac0832引脚分

7、布图dac0832引脚功能说明：di0di7：数据输入线，tll电平。ile：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

8、.dac0832内部结构资料:芯片内有两级输入寄存器，使dac0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路d/a异步输入、同步转换等)。d/a转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过rfb端引用片内固有电阻，还可以外接。其内部结构如下图所示：图3 dac0832内部结构图2）lm324运算放大器lm324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为m

9、c1741的静态电流的五分之一。lm324的引脚排列如下图：图4 lm324引脚图lm324主要参数如下：放大器数目:4带宽:1.2mhz工作温度范围:0c to +70c3db带宽增益乘积:1.2mhz变化斜率:0.5v/s电源电压 最大:32v电源电压 最小:3v2.按键控制电路本次设计中使用可编程并行i/o接口芯片8255与拨码开关实现按键控制。8255工作在简单的输入/输出方式，8255的pa口作为输入口与拨码开关相连。微机通过读取8255pa口的状态判断拨码开关的状态，然后执行相应的程序产生对应波形。（1）按键控制电路原理图图5 按键控制电路原理图（2）主要芯片介绍1）8255可编程

10、并行i/o接口芯片8255是intel公司生产的可编程并行i/o接口芯片，有3个8位并行i/o口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。其引脚分布图如下：图6 8255引脚分布图8255引脚功能说明：reset:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有i/o口均被置成输入方式。cs:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/cs=0时,表示芯片被选中，允许8255与cpu进行通讯;/cs=1时,8255无法与cpu做数据传输.rd:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/rd=0且/cs=0时,允许8255通过数据总线向cpu发

11、送数据或状态信息，即cpu从8255读取信息或数据。wr:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/wr=0且/cs=0时,允许cpu将数据或控制字写入8255。d0d7:三态双向数据总线，8255与cpu数据传送的通道，当cpu 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。a1,a0:地址选择线,用来选择8255的pa口,pb口,pc口和控制寄存器.当a1=0,a0=0时,pa口被选择;当a1=0,a0=1时,pb口被选择;当a1=1,a0=0时,pc口被选择;当a1=1.a0=1时,控制寄存器被选择.8255具有3个相互独立的输入/输出通道端口，用

12、+5v单电源供电，能在一下三种方式下工作：方式0（基本输入/输出方式）：这种工作方式不需要任何选通信号。a口，b口及c口的两个4位口中任何一个端口都可以由程序设定为输入或者输出。作为输出口时，输出数据被锁存：作为输入口,输入数据不锁存。方式1( 选通输入/输出方式)：在这种工作方式下，a，b，c三个口分为两组。a组包括a口和c口的高四位，a口可由编程设定为输入口或者输出口，c口的高四位则是用来作为a口输入/输出操作的控制和同步信号：b组包括b口和c口的低四位，b口可由编程设定为输入口或者输出口，c口的低四位则是用来作为b口输入/输出操作的控制和同步信号。a口和b口的输入或者输出的数据都被锁存。

13、方式2( 双向传送方式)在这种方式下，a口可以用于双向传送，c口的pc3pc74用来作为输入/输出的控制同步信号。应该注意的是，只有a口允许用作双向传送，这时b口和pc0pc2则可编程为方式0或者方式1工作。8255编程控制字格式图7 8255控制字格式3.地址译码电路本电路模块为138译码电路，提供的i/o空间地址为20023f。（1）电路原理图图8 译码电路原理图（2）主要芯片资料1）74ls13874ls138 为3 线8 线译码器，其引脚分布图如下图所示：图9 74ls138引脚分布图该译码器真值表如下表所示:输入输出e1 e2# e3#a2 a1 a0y0#y1#y2#y3#y4#y

14、5#y6#y7#lhhhhhhhhhlll lllllhlll llllllll lhhhhll hhllhhlhlhlhlhhhhlhhhhhhhhhhhlhhhhhhhhhhhlhhhhhhhhhhhlhhhhhhhhhhhlhhhhhhhhhhhlhhhhhhhhhhhlhhhhhhhhhhhl表1 74ls138译码器真值表四、程序设计1.波形发生原理连续的波形都可以分解为若干个离散的数据点。要实现各种波形的输出，可周期性地定时输出一些随时间迁移而有规律变化的数据，这些数据的变化规律与要求的输出波形相一致，通过d/a转换就可以得到需要的输出波形。输出波形的曲线光滑程度取决于每个周期中数

15、据点的多少，或者说数据点间时间间隔的长短。数据点越多，时间隔越短，输出的曲线将越光滑。1）方波：首先赋给al 00h，然后执行out指令输出，然后延时一段，再赋给al 0ffh,执行out指令输出，同样延时一段时间，这一直循环下去，就可以得到方波。2）正锯齿波：首先赋给al 00h,然后执行out指令输出，在执行inc自动增1，直到al是否加满，未满则继续，已满，就可以继续判断是否有键按下，这样一直循环下去，就可得到连续的正锯齿波。3）反锯齿波：首先赋给al 0ffh,然后执行out指令输出，在执行dec自动减1，直到al为0，又赋给al 0ffh，这样一直循环下去，就可得到连续的反锯齿波。4

16、）三角波：首先赋给al 00h,然后执行out指令输出，再执行inc自动增1，直到al是否加满，未满则继续，已满，al置全“1”，然后输出数据减1，然后判断al是否减到“0”，不为0则继续。这样一直循环下去，就可得到连续的三角波。2.程序流程图图10 程序流程图五、硬件连接及调试1.硬件连接本次课程设计是基于aedk实验系统进行的接口电路设计。硬件连接要求如下：1）dac0832 cs#接译码电路的输出端y3（218h-21fh）2）8255 cs#接译码电路的输出端y0（200h-207h）3）dac0832的vout接单色led4）8255的pa0pa4接拨码开关2.电路调试1）调试方法由

17、于没有示波器，调试时可延长波形输出时各采样点之间的延时，从而加长波形的周期。这样便能通过观察单色led的亮暗变化查看波形输出是否符合要求2）预期效果按要求连接好电路后，接通电源，此时输出为低电平。拨下相应开关，将产生相应的波形。若拨下了二分频按钮，则输出波形的周期为原来的两倍。通过单色led即可观察。3）波形图正锯齿波方波三角波图11 波形图3）调试结果结果和预期效果一样，能达到设计要求。六、源程序代码以及原理图1.电路原理图2.程序源码;宏定义 addr_8255 equ 200h ;8255地址 addr_0832 equ 208h ;adc0832地址 cw_8255 equ 90h ;

18、8255控制字 fangbo_ equ 0eh zjuchi_ equ 0dh fjuchi_ equ 0bh sanjiao_ equ 07h;代码段 code segment assume cs:code start: mov dx,addr_8255+3 ;初始化8255工作方式 mov al,cw_8255 ;方式0，a口输入、b口输出 keyscan: mov dx,addr_8255 ;读取拨码开关状态 in al,dx and al,1fh ;只读取5个开关状态 mov bl,0 ;清除2分频标志位 mov cl,al ;检测是否2分频 and cl,10h cmp cl,10h

19、 jz div2 goon: cmp al,fangbo_ jz fangbo cmp al,zjuchi_ jz zjuchi cmp al,fjuchi_ jz fjuchi cmp al,sanjiao_ jz sanjiao mov dx,addr_0832 ;无按键时输出0 mov al,0 out dx,al jmp keyscan ;没检测到开关则继续检测 div2: mov bl,1 jmp goon fangbo: call fangbowave ;跳转到相信波形程序 jmp keyscan zjuchi: call zjuchiwave jmp keyscan fjuchi

20、: call fjuchiwave jmp keyscan sanjiao: call sanjiaow jmp keyscan fangbowave: mov dx,addr_0832 ;方波 mov al,0 out dx,al mov cx,0ffffh loop $ cmp bl,0 jz t1 mov cx,0ffffh loop $ t1: not al out dx,al mov cx,0ffffh loop $ cmp bl,0 jz t2 mov cx,0ffffh loop $ t2: ret zjuchiwave: mov dx,addr_0832 ;正锯齿波 mov a

21、l,0 loop1: out dx,al mov cx,00fffh loop $ cmp bl,0 jz t3 call delay1 t3: inc al cmp al,0ffh jnz loop1 out dx,al ret fjuchiwave: mov dx,addr_0832 ;反锯齿波 mov al,0ffh loop2: out dx,al mov cx,00fffh loop $ cmp bl,0 jz t4 call delay1 t4: dec al jnz loop2 out dx,al ret sanjiaow: mov dx,addr_0832 ;三角波 mov al,0 up: out dx,al mov cx,00fffh loop $ cmp bl,0 jz t5 call delay