微机原理与接口技术课程设计(报告)

1、湖南科技大学潇湘学院信息与电气工程系微机原理与接口技术课程设计报告题 目：基于D/A转换器DAC0832的波形发生器设计专业：通信工程班级：通信002班姓名：刘黎辉学 号：0954040217扌旨导老师：欧青立陈君宋芳课程设计任务书题目基于D/A转换器DAC0832的波形发生器设计设计时间第17-18周（2011年12月19日-2011年12月30日）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Hotel99使用。3. 掌握微机接口程序的编制与调试技术。设计要求：1. 使用DAC0832设计一个波形发生器。2. 设计硬件电路。标示

2、引脚编号、元器件参数。3. 完成硬件电路的搭建。4. 编制相应接口程序。与硬件一并调试成功。总体方案实现：设计一个波形发生器，以DAC0832作为波形发生芯片，通过拨码开关和8255 组成的按键控制电路来控制发出波形的种类。能产生方波、锯齿波和三角波。按 键电路也能控制波形是否经二分频再输出。指导教师评语：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.

3、硬件连接 92. 电路调试 9六、体会与心得 10七、参考书目： 10八、附录 101. 电路原理图 112. 程序源码 12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，

4、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。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勾成波形发生器，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

5、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

6、，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节，二者互相影响。方案三：利用专用直接数字合成DDS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

7、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GND图1波形产生部分电路图(2)主要芯片介绍1) D/A 转换器 DAC0832D/A转换器件，采用 CMO工艺和R-2RT

8、形电阻解码网络，转换结果为一对差动电流DAC0832是采样频率为八位的Iout1和Iout2输出。其引脚分布如下图所示:! OL-彳 *-HE3u-UR117-、卜卜M-DAT隅2161 M T 15ht 711!Kt i质13I血Kin -JA12| fl 4 : 1：1 XiNt) JHH J :图2 DAC0832引脚分布图DAC0832引脚功能说明：DIODI7 :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。lou

9、tl:电流输出线。当输入全为 1时loutl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.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

10、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：if:I .卜: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 MC1741的静态电流的五分之一。LM324的引脚排列如下图:输出1 n管脚连接亘输出4输入4输出2 7卫/圧，Gnd勺输入3可输出3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：0 ° C to

11、+70 ° C3dB带宽增益乘积:1.2MHz 变化斜率：0.5V/ 口 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。 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 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。8255工作8255PA(1)按键控制电路原理图ntsBBO 34ix'rE： 3；tsT>E2 3：3128 .r品4 口嬴 1 PA :PA2】 ：PA3 霊 P加泪 吹rJ I 2 ri-|. 4 疔 £ 乩扎A

12、izA.电 AA p p p p p p F p o- I -1* G 垃- D c E匚E匚匸亡4 111- Ji <d 6 - pppppppp ro-WRju益aKP?P?P:P:KP:P-:2RD 亍柱7ETRlL.IE二 A图5按键控制电路原理图(2)主要芯片介绍1) 8255可编程并行I/O接口芯片8255是In tel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：8255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

13、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=o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。DOD7:三态双向数据总线，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，

14、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PAD ,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A仁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+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

15、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。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

16、制字格式控制字恪式与初始化编程Dt Du辽irIJ(IXDtD?t-5ZDV£口0tr输人nHD01:输人丁方式诸抒o方贞)1AgS®CU01A 口0精出10方贰0tiL方式1tX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200 23F。(1)电路原理图7LH鮎V-FVZVZY-VLV-一V-2A23A E c&1G-GID Y5_22iT :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:c O 1 2 3 4 5 6 VYYYYYYYA2E3E2E1

17、Y7ND图9 74LS138引脚分布图该译码器真值表如下表所示输入输出E1E2# E3#A2 A1 A0Y0#Y1#Y2#Y3#Y4#Y5#Y6#Y7#XHXXXXHHHHHHHHXXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL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

18、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

19、的正锯齿波。3) 反锯齿波：首先赋给 AL OFFH,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) 三角波：首先赋给 AL 00H,然后执行OUTt旨令输出，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嘏译码

20、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。LED即可观察。三角波图11波形图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3）波形图3）调试结果结果和预期效果一样，能达到设

21、计要求。六、体会与心得在本次课程设计中，无论是在程序设计方面还是实践动手能力都得到了一个非常大 的锻炼，并对硬件知识的了解以及安装调试能力也得到了一个很大的提升。在刚开始设计的时候，发现很多知识自己在书本都看过， 但是都没有很牢固的掌握。 因此在开始的几天里，阅读了大量相关的资料，了解了各芯片的功能及使用方法。同时 也参考了别人的一些关于波形发生器的设计报告。在接下来的几天中开始基于实验平台进行硬件电路设计，同时也一边学习电路图设计软件的使用。第二个星期开始设计程序 并在试验平台上调试，遇到了很多问题。有时是因为设备出现问题，有时是自己粗心大 意。通过不断的调试，终于完成了设计任务。本次课程设

22、计无疑是一次巩固知识、通过实践验证理论的机会。大大增强了我们综合电路设计的能力。在指导老师精心指导下，获得了丰富的理论知识，极大的提高的动 手能力。通过这次课程设计，也非常的清楚的认识了这门课程的重要性，也意识到了自己在程序设计方面的薄弱性。希望在以后的学习和工作中能进一部的加强自己专业素质和实 践动手能力。七、参考书目：1 朱晓华，微机原理与接口技术（第 2版），电子工业出版社，20112 李干林，微机原理与接口技术实验指导，北京大学出版社，2010八、附录1.电路原理图11a. .X仟”r-i Ph !=' T ”L j L J iL J i J L J I5fis t；牛|巒申冲

23、| abbtebteHtlUimii KEiiiHE託昶聽找BEBBSESB |辈.i'.'iJ-riixus,03-NXS-2-sfUF n-HLSn efaa Xi=F临<-3SS-NT7¥XTPs2.程序源码地址地址控制字;宏定义200H;8255208H;ADC083290H;82550EH0DH0BH07HADDR_8255 EQUADDR_0832 EQUCW_8255 EQU FANGBO_ EQUZJUCHI_ EQUFJUCHI_ EQUSANJIAO_ EQU 代码段CODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART: MOV D

24、X,ADDR_8255+3;初始化 8255 工作方式MOVAL,CW_8255 ;方式0, A 口输入、B 口输出KEYSCAN:MOVDX,ADDR_8255;读取拨码开关状态INAL,DXANDAL,1FH ;只读取5个开关状态MOVBL,0;清除2分频标志位MOVCL,AL;检测是否2分频AND CL,10HCMP CL,10HJZ DIV2GOON: CMP AL,FANGBO_JZFANGBOCMPAL,ZJUCHI_JZZJUCHICMPAL,FJUCHI_JZFJUCHICMPAL,SANJIAO_JZSANJIAOMOVDX,ADDR_0832;无按键时输出0MOVAL,0OUTDX,ALJMPKEYSCAN ;没检测到开关则继续检测DIV2: MOV BL,1J