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第一章 微机应用系统课程设计目的意义和任务
1.1 设计目的
多功能波形发生器是科学实验研究中常用的电子仪器之一。本实验通过设
计一个由微机控制的多功能波形信号发生器,旨在使学生能够做到以下几点。
1.熟悉几种典型波形产生的原理。
2.进一步掌握 A/D 转换电路在智能化仪表装置中的应用。
3.了解由微机控制的多功能波形发生器的设计思路与实现方法。
1.2 课程在教学计划中的地位和作用
本课程涉及到的基础理论知识较广,应用范围广,在国内外同类课程中占
有十分重要的地位。二十世纪八十年代,微机技术日臻成熟,日趋完善,在国
内外许多企业的微机应用中发挥着重要作用,占主导地位。随着机电一体化水
平的不断提高,微机的应用越来越广泛,微机技术在我国应用范围逐步扩大,
而且用人单位急需微机应用方面的人才,所以该课程具有一定的领先性和代表
性。本课程在将以上内容有机地联系在一起的基础上,遵循“重原理轻细节、重
系统轻局部”的原则,结合微机技术的发展,不断地对课程结构和教学内容进行
优化和更新。以提高学生能力与素质为重点,对教学思想、教学内容,教学手
段与方法进行了系统改革,将理论教学、实验与多媒体课内外实践相结合,提
高学生的素质与能力。通过本课程的教学试验,使学生能够掌握微型计算机的
基本知识、基本组成、体系结构和工作模式,从而很清楚的了解微机的结构和
工作流程,建立起系统的概念。
1.3 设计内容及要求
本实验设计一个由微机控制的多功能波形发生器。具体要求如下。
1.该发生器能在操作人员控制下输出正弦波、方波、三角波或锯齿波波形。
2.这些波形的极性、周期和占空比(对矩形波而言)等可由操作人员设置
和修改。通过示波器显示、检验产生的波形。
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第二章 总体设计方案
2.1 设计思想
本实验通过开关程序来控制波形之间的切换,当某个开关打开对应的某个
波形就出现在示波器上,开关用外围芯片 8255A 来实现。频率的调节用调频
旋钮 W1 来实现,用模数转换芯片 ADC0809 将电压值转换成二进制来实现调
频。对于方波的占空比,改变上、下限值输出的延时时间,可改变矩形波的占
空比。这是本试验的主要设计思路。
2.2 实施方案论述
任何一个随时间连接变化的波形都可以分解为许多离散的数据点,每周期
中数据点的个数取决于周期的长短和数据点间时间间隔的大小,而各点数据的
幅值则与连续波形的变化规律相同,也随时间的变化而变化。
因此,要实现各种波形的输出,可以利用一个定时/计数器,控制微机系统周
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。这样,就可以得到需要的输出波形了。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。因为本试验没有对精度有要
求,所以本实验没有用定时器,而是用到了延迟程序来代替 8253 来实现延迟
这样实现比较简单。
要想看到产生的波形,必须将微机输出的二进制数据变换为模拟电压或电
流信号送往示波器。为此需要采用 D/A 转换器。D/A 转换器的位数取决于所需
的精度和分辨率。位数越多一个周期中的数据点数就可越多,波形自然就越光
滑、越难确。本试验采用了 8 位 DAC0832 作为 D/A 转换器。
为了按实验任务要求产生几种不同的波形,下面对各种波形的实现进行分
析说明:方波、锯齿波等相对来说比较容易实现,所以没有采用预置数的方法,
而直接根据波形特点,依次将每点输出数据加/减一数或在上、下限值上交替变
化来实现。对于正弦波,本试验是先预先在内存数据内中建立正弦波的一个周
期输出数据表。然后,每来一次定时中断信号或每延时一定时间,循环地依次
从表中取一个数据输出,便可得到相应的正弦波形。
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第三章 硬件设计
3.1 硬件设计概要
3.1.1 8255A 的功能简介
图 3.1 8255A 的引脚图
引脚主要功能介绍:
RESET:复位输入线,当该输入端外于高电平时,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。
PA0~PA7:端口 A 输入输出线,一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器, 一个 8
位的数据输入锁存器。
PB0~PB7:端口 B 输入输出线,一个 8 位的 I/O 锁存器, 一个 8 位的输入输出
缓冲器。
PC0~PC7:端口 C 输入输出线,一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器, 一个 8
位的数据输入缓冲器。端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口,
每个 4 位的端口包含一个 4 位的锁存器,分别与端口 A 和端口 B 配合使用,可
作为控制信号输出或状态信号输入端口。
CS:片选信号线,当这个输入引脚为低电平时,表示芯片被选中,允许 8255
与 CPU 进行通讯。
RD:读信号线,当这个输入引脚为低电平时,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,允许 CPU 将数据或控制字写
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8255。
D0~D7:三态双向数据总线,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。
8255 的三种工作方式:
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。
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
PC3~PC74 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 PC0~PC2 则可编程为方式 0 或者方式 1 工作。
3.1.2 DAC0832 的功能简介
DAC0832 当今世界在以电子信是 8 位分辨率的 D/A 转换集成芯片,与微
处理器完全兼容,这个系列的芯片 以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等
优点,在单片机应用系统中得到了广泛的应用。这类 D/A 转换器由 8 位输入锁
存器,8 位 DAC 寄存器,8 位 DA 转换电路及转换控制电路构成。
1、DAC0832 的引脚及功能:
DAC0832 芯片是一种具有两个输入数据寄存器的 8 位 DAC,它能直接与
MCS51 单片机接口,其主要特性参数如下:
分辨率为 8 位;电流稳定时间 1us;可单缓冲、双缓冲或直接数字输入;只需在
满 量程和下调整 其 线 性 度 ; 单 一电 源供电(+ 5V ~+15V);低 功 耗 ,
200mW。为便于 DAC0832 的使用,特将其应用特性总结如下:DAC0832
是微处理器兼容型 D/A 转换器,可以充分利用微处理器的控制能力实现对 D/A
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