基于MAX517的串行DA轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名： 常 靖 學(xué) 號： 10050644X02 學(xué)生姓名： 陳慧敏 學(xué) 號： 10050644X04 學(xué)生姓名： 盧宇花 學(xué) 號： 10050644X14 學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目：專業(yè)綜合實踐之單片機信息處理部分： 基于MAX517的串行D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 王浩全 指導(dǎo)教師： 職稱: 教授 2014 年 1 月 10 日中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 2013/2014 學(xué)年第 1 學(xué)期學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生 姓 名： 常 靖 學(xué) 號： 10050644X02

2、課程設(shè)計題目： 專業(yè)綜合實踐之單片機部分： 基于MAX517的串行D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計起 迄 日 期： 2013年12 月30 日2014年1月 10 日 課程設(shè)計地點： 5院樓 201，510 實驗室 指 導(dǎo) 教 師： 下達任務(wù)書日期: 2013 年 12 月30日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：鞏固掌握單片機工作原理及應(yīng)用，提高編程能力。本課程設(shè)計主要針對電子信息工程專業(yè)課程體系設(shè)置的要求，安排的一種綜合性的課程設(shè)計。一方面為了培養(yǎng)學(xué)生在查閱資料、復(fù)習(xí)、學(xué)習(xí)知識的基礎(chǔ)上，進行包括機、電系統(tǒng)的設(shè)計、計算、仿真、編程、調(diào)試等多個環(huán)節(jié)的綜合能力培養(yǎng)；另一方面，也是對學(xué)生進行畢業(yè)設(shè)計前的一次

3、大型練兵，進一步培養(yǎng)學(xué)生獨立地分析、解決實際問題的實際能力。另外還培養(yǎng)學(xué)生用專業(yè)的、簡潔的文字,清晰的圖表來表達自己設(shè)計思想的能力。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：掌握單片機89C51的工作原理掌握用匯編、C或其他語言實現(xiàn)編程掌握MAX517串行D/A3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：（1）提供核心器件的工作原理與應(yīng)用介紹；（2）提供用Protel設(shè)計的電路原理圖，印刷板電路圖；（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等軟件對電路的仿真、編程與分析；（4）提供符合規(guī)定要求的課

4、程設(shè)計說明書；（5）提供參考文獻不少于15篇，且必須是相關(guān)的參考文獻； 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書4主要參考文獻：l 要求按國標GB 771487文后參考文獻著錄規(guī)則書寫，例：1 傅承義，陳運泰，祁貴中.地球物理學(xué)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，19852 劉 坤.51單片機C語言應(yīng)用開發(fā)技術(shù)大全.北京：人民郵電出版社，20083 韓全立，王建明.單片機控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，20044 楊素行，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.北京：高等教育出版社，20075 蔣輝平，單片機原理與應(yīng)用設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20075設(shè)計成果形式及要求：（1）電路原理圖、程序、仿真結(jié)果、PCB圖；

5、（2）課程設(shè)計說明書；6工作計劃及進度：2013年12月 30 日 2014年1 月 1 日：查閱資料；2014年:1 月 2 日 1 月 7 日：方案設(shè)計、實驗驗證；1 月 8 日 1 月 9 日：完成課程設(shè)計說明書； 1 月 10 日：答辯。系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目 錄一、PROTEL的基本介紹························

6、;·····1二、Keil uVision4的介紹··························1三、AT89C51的基本介紹·············&

7、#183;··············21、AT89C51單片機的主要工作特性···························22、AT89C51各部分的組成及功能·

8、3;···························23、AT89C51的工作原理····················&

9、#183;················4四、MAX517的簡介·······························&

10、#183;··51、MAX517各引腳的具體說明如下····························62、MAX517與AT89C51的硬件連接············&#

11、183;·············· 63、MAX517與AT89C51的通信子程序························· 6五、實驗程序···&#

12、183;··································6六、實驗電路圖··············

13、······················10七、實驗結(jié)果··························

14、3;···········11八、實驗心得·····································&#

15、183;11九、參考文獻·····································12一、PROTEL的基本介紹PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在

16、眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用。早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低。而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到DXP 2004，是個龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，

17、并具有Client/Server（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。在國內(nèi)PROTEL軟件較易買到，有關(guān)PROTEL軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。想更多地了解PROTEL的軟件功能或者下載PROTEL99的試用版，可以在INTERNET上。2005年年底，Protel軟件的原廠商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。Altium Designer 6.0，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一

18、個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。Altium Designer 是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化PCB 設(shè)計、可編程器件（如FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行PCB和FPGA設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。這款最新高端版本Altium Designer 6.除了全面繼承包括99SE，Protel2004在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界限，全面集成了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)

19、功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設(shè)計中的FPGA與PCB設(shè)計以及嵌入式設(shè)計集成在一起。二、Keil uVision4的介紹2009年2月發(fā)布Keil uVision4，Keil uVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。2011年3月ARM公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境RealView MDK開發(fā)工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其編譯器、調(diào)試工具實現(xiàn)與AR

20、M器件的最完美匹配。三、AT89C51的基本介紹1、AT89C51單片機的主要工作特性AT89C51的工作電源電壓為5（1±0.2）V且典型值為5V,最高工作頻率為24MHz.·內(nèi)含4KB的FLASH存儲器，擦寫次數(shù)1000次；·內(nèi)含28字節(jié)的RAM；·具有32根可編程I/O線；·具有2個16位可編程定時器；·具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；·具有1個全雙工的可編程串行通信接口；·具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR；·兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式；·具有可編程的3級程序鎖定

21、定位。2、AT89C51各部分的組成及功能TXDRXDP0 P1 P2 P3擴展控制外部中斷振蕩器和時鐘電路數(shù)據(jù)存儲器128字節(jié)程序存儲器14KBCPU兩個16位定時器計數(shù)器中斷控制總線擴展控制器并行可編程I/O口可編程串行口內(nèi)部總線單片機的中央處理器（CPU）是單片機的核心，完成運算和操作控制，主要包括運算器和控制器兩部分。（1）運算器 運算器主要用來實現(xiàn)算術(shù)、邏輯運算和位操作。其中包括算術(shù)和邏輯運算單元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW和兩個暫存器等。ALU是運算電路的核心，實質(zhì)上是一個全加器，完成基本的算術(shù)和邏輯運算。算術(shù)運算包括加、減、乘、除、增量、減量、BCD碼運算；邏

22、輯運算包括“與”、“或”、“異或”、左移位、右移位和半字節(jié)交換，以及位操作中的位置位、位復(fù)位等。暫存器1和暫存器2是ALU的兩個輸入，用于暫存參與運算的數(shù)據(jù)。ALU的輸出也是兩個：一個是累加器，數(shù)據(jù)經(jīng)運算后，其結(jié)果又通過內(nèi)部總線返回到累加器；另一個是程序狀態(tài)字PSW，用于存儲運算和操作結(jié)果的狀態(tài)。累加器是CPU使用最頻繁的一個寄存器。ACC既是ALU處理數(shù)據(jù)的來源，又是ALU運算結(jié)果的存放單元。單片機與片外RAM或I/O擴展口進行數(shù)據(jù)交換必須通過ACC來進行。B寄存器在乘法和除法指令中作為ALU的輸入之一，另一個輸入來自ACC。運算結(jié)果存于AB寄存器中。（2）控制器控制器是識別指令并根據(jù)指令性

23、質(zhì)協(xié)調(diào)計算機內(nèi)各組成單元進行工作的部件，主要包括程序計數(shù)器PC、PC增量器、指令寄存器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等，其功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，并對指令執(zhí)行過程進行定時和邏輯控制。AT89C51單片機中，PC是一個16位的計數(shù)器，可對64KB程序存儲器進行尋址。復(fù)位時PC的內(nèi)容是0000H。(3) 存儲器單片機內(nèi)部的存儲器分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。AT89C51單片機的程序存儲器采用4KB的快速擦寫存儲器Flash Memory,編程和擦除完全是電器實現(xiàn)。（4）外圍接口電路 AT89C51單片機的外圍接口電路主要包括：4個可編程并行I/O口,1個可編程串行口，2個16位的可編程

24、定時器以及中斷系統(tǒng)等。3、AT89C51的工作原理1.引腳排列及功能AT89C51的封裝形式有PDIP,TQFP,PLCC等，現(xiàn)以PDIP為例。（1）I/O口線 P0口 8位、漏極開路的雙向I/O口。當使用片外存儲器及外擴I/O口時，P0口作為低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。在編程時，P0口可用于接收指令代碼字節(jié)；程序校驗時，可輸出指令字節(jié)。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉電阻。作為普通輸入時，應(yīng)輸出鎖存器配置1。P0口可驅(qū)動8個TTL負載。P1口 8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P1口是為用戶準備的I/O雙向口。在編程和校驗時，可用作輸入低8位地址。用作輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置1

25、。P1口可驅(qū)動4個TTL負載。P2口 8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當使用外存儲器或外擴I/O口時，P2口輸出高8位地址。在編程和校驗時，P2口接收高字節(jié)地址和某些控制信號。P3口 8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P3口可作為普通I/O口。用作輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。在編程/校驗時，P3口接收某些控制信號。它可驅(qū)動4個TTL負載。（2）控制信號線 RST 復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時，在RST腳施加兩個機器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。 EA/VPP 外部程序存儲器訪問允許信號EA.當EA信號接地時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為000

26、0H-FFFFH;當EA接VCC時，對ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。在編程時，該引腳可接編程電壓5V或12V。在編程校驗時，該引腳可接VCC。 PSEN 片外程序存儲器讀選通信號PSEN，低電平有效。在片外程序存儲器取指期間，當PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送至P0口；在訪問外部RAM時，PSEN 無效。 ALE/PROG 低字節(jié)鎖存信號ALE.在系統(tǒng)擴展時，ALE的下降沿將P0口輸出的低8位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，以實現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外，ALE端連續(xù)輸出正脈沖，頻率為晶振頻率的1/6，可做外部定時脈沖使用。（3）外部晶振引線 XTAL

27、1 片內(nèi)振蕩器反向放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。XTAL2 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當使用片內(nèi)振蕩器時，外接石英晶體和微調(diào)電容。2.存儲器組織和特殊功能寄存器AT89C51的存儲器將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，并有各自的存儲空間和訪問指令。它有4個存儲空間：片內(nèi)存儲器、片外存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器及片外存儲器。四、MAX517的簡介MAX517是8位電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它帶有簡單的雙線串行接口，允許多個設(shè)備之間進行通信，MAX517采用單5V電源工作。 MAX517使用簡單的雙線串行接口，只需要標準的微處理器提供2根總線與之相連。微

28、處理器的SCL輸出時鐘信號，SDA輸出數(shù)據(jù)。當微處理器的SCL傳送時鐘脈沖時，對于MAX517來說，最高頻率不能超過400kHz，即波特率不超過400kbps。1、MAX517各引腳的具體說明1腳（）：轉(zhuǎn)換輸出端； 2腳（）：接地；3腳（）：時鐘總線；4腳（）：數(shù)據(jù)總線； 5、6腳（，）：用于選擇哪個通道的轉(zhuǎn)換輸出由于MAX517只有一個，所以，使用時，這兩個引腳通常接地；7腳（）：電源；8腳（）：參考。2、MAX517與AT89C51的硬件連接 AT89C51是ATMEL公司的89系列單片機的一種電路，是市面上應(yīng)用相當廣泛的一種產(chǎn)品。 MAX517與A

29、T89C51的硬件連接電路中，采用MAX813作為看門狗電路,既可自動復(fù)位，也可手工復(fù)位。利用該電路可以用數(shù)碼管來顯示0-255個數(shù)字量,圖中,采用MAX7219作為數(shù)碼驅(qū)動電路,若將MAX517的輸出引腳連接到示波器上，還可以顯示相應(yīng)的模擬電壓的變化情況。 3、MAX517與AT89C51的通信子程序 該系統(tǒng)應(yīng)將MAX517作為從設(shè)備，AT89C51作為主設(shè)備。首先主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送一個地址字節(jié)58H，之后從設(shè)備則發(fā)一個應(yīng)答信號，主設(shè)備接到應(yīng)答后，再發(fā)給從設(shè)備一個控制字節(jié)00H，當從設(shè)備接到該控制字節(jié)后，再發(fā)給主設(shè)備一個應(yīng)答。之后主設(shè)備便可發(fā)給從設(shè)備要轉(zhuǎn)換的8位數(shù)據(jù)。五、

30、實驗程序#include<reg51.h> #include<intrins.h> #define _Nop() _nop_() /定義空指令sbit SDA=P01; /模擬I2C數(shù)據(jù)傳送位sbit SCL=P00; /模擬I2C時鐘控制位 bit ack; /應(yīng)答標志位void Start_I2c(void);/聲明函數(shù)void Stop_I2c(void);void SendByte(unsigned char c);bit WriteDAC(unsigned char dat); /*- 啟動總線-*/void Start_I2c() SDA=1; /發(fā)送起始條

31、件的數(shù)據(jù)信號 _Nop(); SCL=1; _Nop(); /起始條件建立時間大于4.7us,延時 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=0; /發(fā)送起始信號 _Nop(); /起始條件鎖定時間大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /鉗住I2C總線，準備發(fā)送或接收數(shù)據(jù) _Nop(); _Nop();/*- 結(jié)束總線-*/void Stop_I2c() SDA=0; /發(fā)送結(jié)束條件的數(shù)據(jù)信號 _Nop(); /發(fā)送結(jié)束條件的時鐘信號 SCL=1; /結(jié)束條件建立時間大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(

32、); _Nop(); _Nop(); SDA=1; /發(fā)送I2C總線結(jié)束信號 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();/*- 字節(jié)數(shù)據(jù)傳送函數(shù) -*/void SendByte(unsigned char c) unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt+) /要傳送的數(shù)據(jù)長度為8位 if(c<<BitCnt)&0x80)SDA=1; /判斷發(fā)送位 else SDA=0; _Nop(); SCL=1; /置時鐘線為高，通知被控器開始接收數(shù)據(jù)位 _Nop(); _Nop(); /保證時鐘高電平周期大于4 _Nop(); _Nop();