《微机接口技术》课程设计

《微机接口技术》课程设计指导书信息科学与工程学院电子信息工程教研室2013.7修订目录1、设计任务与要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42、总体方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43、硬件电路分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.1设计思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.2基本工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54、程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64.1程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64.2设计思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65、调试说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75.1硬件电路调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75.2软件程序调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75.3遇到的问题及解决办法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76、结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．86.1设计结果及分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．86.2学到的知识及个人体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．87、参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．98、附录1—原程序清单及注释．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10附录2—电路原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1211.设计任务与要求本设计通过简单的A/D转换接口电路，配合汇编语言程序设计，实现最基本的信号波形采集与存储，并通过简单的D/A转换接口电路，将存储的数据还原为信号波形，在普通示波器的屏幕上显示出来。被测信号产生电路参见“A/D、D/A接口实验扩展卡电路原理图”。当按下S1时，电容C5完全放电，A/D转换器输入电压为零；抬起S1时，电容C5开始充电，A/D转换器输入电压按RC过渡过程开始上升，最终达到+5V。图中RC时间常数约为10ms，整个充电过程需要3～5倍的RC时间常数时间。设计要求使用A/D转换器捕捉电容C5充电的完整过程，并将采样数据存储起来。然后依次将采样数据通过D/A转换器循环输出，产生一定频率的重复波形，送到普通示波器显示。基本要求：使用一个D/A转换器通道，将信号波形施加到示波器的Y轴，X轴扫描信号由示波器产生并调节，实现RC充电过程的波形稳定显示。发挥部分：将示波器调整在X-Y方式，采样数据的D/A转换器输出接到Y轴输入端，增加一个D/A转换器通道，产生频率可变的X轴扫描信号，接到示波器X轴外部输入端，使RC充电过程的波形稳定显示。2.总体方案设计电路由四部分组成：输入电路、控制电路、A/D转换、D/A转换。输入电路：即采集电路部分，本设计为RC充电过程采样实验。控制电路：本设计采用MCS-51实验教学系统板，输入编写的程序后用来控制数字存储示波器的采样、存储、ADC0809及DAC0832的及工作。A/D转换：用芯片ADC0809对采样值进行变换从而生成代表每一采样电压的二进制字，即数字化。D/A转换：用芯片DAC0832输出存储器中贮存的数据，加到Y偏转板在示波器的屏幕上重建信号波形的幅度。总体结构框图如下：3.硬件电路分析3.1设计电路3.2基本工作原理（1）A/D转换部分如电路原理图所示，ADC0809的数据线、地址线、读/写信号与单片机实验系统板连接，其片选信号来自实验系统板的地址译码器，有效地址范围为F000～F3FFH（PS4）。U8A将ALE信号2分频，产生500kHz的转换时钟。U7B和U7C与片选信号PS4配合，完成ADC0809的通道选择、启动转换和数据读取。U8B将EOC信号转换极性，生成INT0信号，向单片机提出中断请求，同时驱动L2发光，指示A/D转换已经完成。图中RP4为参考电压调节电位器，RP5为ADC0809的IN-7输入电压调节电位器。S1为RC过渡过程输入控制按键，当S1从按下状态抬起时，IN-6引脚将产生RC充电过程的电压变化，该变化过程可由ADC0809定时取样捕捉到，用于实现存储示波器的相关实验。输入端VIN1和VIN2引到了实验卡的连接器J1上，用于连接外部的电压输入，相关的串联电阻和嵌位二极管组成保护电路，防止外部的电压输入过高造成ADC0809的损坏。通过不同输入通道的选择和相关的电压调节，配合不同的试验程序，可以对ADC0809进行不同的实验测试。2（2）D/A转换部分如电路原理图所示，DAC0832的数据线、地址线、读/写信号与单片机实验系统板连接，其片选信号来自实验系统板的地址译码器，U2（输出端为VO1）的有效地址范围为F800～FBFFH（PS6），U3（输出端为VO2）的有效地址范围为F400～F7FFH（PS5）。通过拨码开关SW1的选择，可分别接入低通滤波电容C2（闭合SW1-1）和C3（闭合SW1-2），也可以改变参考电压的极性（SW1-3闭合时为-5V）和的工作模式（SW1-4闭合时为单缓冲）。SW1-4断开时两片DAC0832均工作在双缓冲模式，第二级缓冲器的选通信号来自实验系统板地址译码器的PS7输出，其有效地址范围为FC00～FFFFH。图中RP2为参考电压调节电位器，RP3为VO1输出的调零电位器，RP1为VO1输出的满度调节电位器。输出端VO1和VO2引到了实验卡的连接器J1上，可用于连接外部电路，也可以连接万用表和示波器，以便测量输出电压和输出波形。输出端VO1还通过限流电阻连接LED指示灯L1，可以观察到输出电压变化引起LED亮度的变化情况。通过外围电路的不同选择和参数调节，配合不同的试验程序，可以对DAC0832进行各种工作方式的实验测试。4.程序设计4.1程序流程图34.2设计思路程序“开始”部分是初始化内容，包括指定堆栈指针SP（例如：50H）；设定采集数据的存储首地址，本设计为单片机外部RAM的C000H。“数据采集”部分包括启动A/D转换、执行延时程序（延时时间可设定在200μs）等待转换结束、取回转换结果，为S1是否按下提供参考数据。“S1按下吗？”部分为按键S1是否按下判断程序。本设计采用上升沿触发方式，S1按下时产生下降沿。当A/D采样数据大于判断点（例如：20H）时，表明按键尚未按下，当A/D采样数据小于触发点时，表明按键已经按下，转入触发检测环节，循环存储采样数据。当A/D采样值重新上升到大于或等于触发点数据时，便认为触发信号到来，转入下面的采样程序。“采集并存储”部分包括启动A/D转换、执行延时程序等待转换结束、取回转换结果并存储到C000H开始的RAM中和存储器地址加1，为下次存储做准备等程序。其中延时程序决定了数据采样周期，采样周期（延时时间）可初步设定在200μs，全部程序调试完成后，再尝试改变采样周期，观察采样周期变化对重现被测信号波形的影响，并说明原因。本设计数据存储深度为256字节，存满256字节后自动从头开始刷新。可用DPTR做数据指针，利用INCDPL指开始采集并存储有触发吗？设定存储字节数完成吗？采集并存储设定初始地址设定存储字节数输出存储的数据地址+1NYNYS1按下吗？N数据采集4令实现DPTR在C000H～C0FFH之间自动循环。“有触发吗？”部分为触发点（触发点数据要大于等于S1按下判断点数据）判断程序。本设计采用上升沿触发方式，当A/D采样数据小于触发点时，表明按键按下尚未抬起，继续循环存储采样数据。当A/D采样值上升到大于或等于触发点数据时，表明按键按已抬起，便认为触发信号到来，转入下面的采样程序。“设定存储字节数”程序将触发后的采样点数设定在128个字节。接下来的“采集并存储”部分与前面叙述的完全相同。“完成吗？”判断128个字节的采样是否完成，如果完成就进入下面的D/A转换程序。这样在256个字节的存储器中，就包含了触发前、后各128字节的采样数据，可完全记录电容C5充电前后的电压变化波形。“设定初始地址”部分将数据指针（例如：DPTR）重新设定在C000H。“输出存储的数据”程序将数据存储器中的A/D采样值送到D/A转换器输出。“地址＋1”程序修改数据指针的低8位地址，使数据存储器地址在C000H～C0FFH之间自动循环。这样便可以通过D/A转换器反复重现电容C5充电过程的完整波形，实现存储波形的稳定显示。5.调试说明5.1硬件电路调试存储示波器的硬件电路调试分为A/D和D/A两个部分，参见附录电路原理图。A/D转换器部分只要调节RP4使基准电压VREF2为最大值（VCC）即可。D/A转换器部分，首先调节RP2和SW1-3，使基准电压VREF1为-5.00V。然后向D/A转换器写入00H，调节RP3，使VO1输出电压为0V；再向D/A转换器写入FFH，调节RP1，使VO1输出电压为5.00V。5.2软件程序调试存储示波器的控制程序可分为三个步骤进行调试：（1）A/D转换部分调试。无条件循环执行数据采集和存储程序，分别在S1按下和抬起状态终止程序的执行（按MON键），观察存储器中采集到的数据是否全部为00H或FFH。如果是，则说明A/D转换和数据存储程序工作正常，否则说明A/D转换和数据存储程序没有正常工作。（2）D/A转换部分调试。将存储器中输入一些有规律的数据，例如多个FFH和OOH，循环执行D/A转换程序，看示波器中是否有对应的高、低电压波形出现。如果有，则说明D/A转换程序工作正常，否则说明D/A转换程序没有正常工作。（3）触发点捕捉部分调试。连续执行全部程序，在不断的按下和抬起S1时，按下MON键，根据当前的PC值，确定程序终止在哪个部分的循环程序中，判断相关指令的使用是否正确。6.结论6.1设计结果及分析6.2个人体会这次微机接口的课程设计报告题目为数字存储示波器设计，跟我们平时上课的做过的A/D,D/A转换实验是有非常大的联系的，由于那两次实验都好好做了，所以这次的课程设计显得还相应的顺手点，在程序调试与仿真的过程中，没有显得特别难。通过这次对数字存储示波器的设计，我加深了对A/D，D/A转化原理的了解，增强了我对数字存储示波器原理的了解。使我在课堂上学到的知识能够活学活用到我们真正的实践过程中，增强了我们的动手能力与团队合作能力，因为这个实验不是我们一个人在完成，而是一个小组在完成，只有小组成员间搭配好了我们才能更好更快的做好我们的实验，及时发现问题与解决问题。同时增强了我们软硬5件结合的能力，只有软件调试与硬件调试都调试好了我们才能出结果。同时在本次实验中学科渗透在体现的非常明显，跟我们单片机学到的内容也联系非常密切，又加深了对MCS-51单片机的认识。参考文献1刘乐善.微型计算机接口技术及应用.第1版.武汉：华中科技大学出版社，20002张永瑞.电子测量技术基础.第1版.西安：西安电子技大学出版社，19943阎石.数字电子技术基础.第4版.北京：高等教育出版社，20024童诗白.模拟电子技术基础.第3版.北京：高等教育出版社，2