基于EPROM的可編程波形發(fā)生器

1、設(shè)計(jì)要求在計(jì)算機(jī)控制、電子測(cè)量、通訊與電視等系統(tǒng)中，常常要用到各種模擬連續(xù)波形，如鋸齒波、三角波、正弦波等。設(shè)計(jì)要求如下：1、以EPROM2764芯片構(gòu)成可編程多種連續(xù)波形發(fā)生器，產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波和正弦波四種波形；3、 輸出波形周期T=1s；3、四種波形可選擇輸出；總體方案系統(tǒng)總體方案如上圖所示，通過555定時(shí)器產(chǎn)生256Hz的方波時(shí)鐘信號(hào)，為256進(jìn)制的計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器每秒送出256個(gè)地址數(shù)，作為EPROM的地址選擇端字線，相應(yīng)取出該地址上的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每秒輸出一個(gè)周期的數(shù)據(jù)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)周期為1s的波形信號(hào)的輸出。通過波形選擇線實(shí)現(xiàn)正弦波，方波，三角波和鋸齒波的輸出

2、波形選擇。采用器件及典型電路介紹EPROM簡(jiǎn)介可編程邏輯器件是在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路，它通過對(duì)器件內(nèi)部的編程來(lái)改變器件的邏輯功能，可以實(shí)現(xiàn)在普通的實(shí)驗(yàn)室制作專用集成電路。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有兩大類型：只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。ROM的特點(diǎn)是 一旦將數(shù)據(jù)寫入(即將數(shù)據(jù)存入)存儲(chǔ)器中，在工作過程中不會(huì)改變，斷電后數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。RAM的特點(diǎn)是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以在工作過程中，根據(jù)需要隨時(shí)寫入和讀出，斷電后數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。 EPROM內(nèi)容的改寫不象RAM那么容易，在使用過程中，EPROM的內(nèi)容是不能擦除重寫的，所以仍屬于只讀存儲(chǔ)器。要想改寫EPROM中的內(nèi)容，必須將芯

3、片從電路板上拔下，放到紫外燈光下數(shù)分鐘，使存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)消失。數(shù)據(jù)的寫入可用軟件編程，生成電脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ROM的工作原理ROM的電路結(jié)構(gòu)主要包括三部分：地址譯碼器，存儲(chǔ)矩陣，輸出緩沖器。如圖所示。圖中地址譯碼器有n個(gè)輸入，它的輸出W0、W1、Wn-1共有N=2n個(gè)，稱為字線(或稱選擇線)。字線是ROM矩陣的輸入，ROM矩陣有M條輸出線，稱為位線。字線與位線的交點(diǎn)，即是ROM矩陣的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元代表了ROM矩陣的容量，所以ROM矩陣的容量等于W×D。輸出緩沖器的作用有兩個(gè)，一是能提高存儲(chǔ)器的帶負(fù)載能力，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線聯(lián)接。地址譯碼器相當(dāng)于最小項(xiàng)譯碼器，

4、其輸入A1、A0稱為地址線。二位地址代碼A1A0能給出4個(gè)不同的地址。每輸入一個(gè)地址，地址譯碼器的字線輸出W0-W3中將有一根線為高電平，其余為低電平。即每一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)一個(gè)最小項(xiàng)。當(dāng)字線W0-W3某根線上給出高電平信號(hào)時(shí)，都會(huì)在位線D3-D0四根線上輸出一個(gè)4位二進(jìn)制代碼。例如，當(dāng)輸入一個(gè)地址碼A1A0=00時(shí)，字線W0被選中（高電平），其他為低電平，則該字線上信息就從相應(yīng)的位線上讀出。地址譯碼器相當(dāng)于最小項(xiàng)譯碼器，如下圖所示,其輸入A1、A0稱為地址線。二位地址代碼A1A0能給出4個(gè)不 同的地址。每輸入一個(gè)地址，地址譯碼器的字線輸出W0-W3中將有一根線為高電平，其余為低電平。即每一個(gè)輸出對(duì)

5、應(yīng)一個(gè)最小項(xiàng)。當(dāng)字線W0-W3某根線上給出高電平信號(hào)時(shí)，都會(huì)在位線D3-D0四根線上輸出一個(gè)4位二進(jìn)制代碼。例如，當(dāng)輸入一個(gè)地址碼A1A0=00時(shí)，字線W0被選中（高電平），其他為低電平，則該字線上信息就從相應(yīng)的位線上讀出，D3D2D1D0=0101 。EPROM2764在集成只讀存儲(chǔ)器中，最常用的是EPROM。EPROM有2716、2732、2764、27128等型號(hào)。存儲(chǔ)容量分別為2k×8、4k×8、8k×8、16k×8個(gè)單元，(型號(hào)27后面的數(shù)字即為以千計(jì)的存儲(chǔ)容量)。EPROM的管腳圖如下圖所示，共有28個(gè)管腳，除電源(VCC)和地(GND)外，

6、A12A0為地址譯碼器輸入端，數(shù)據(jù)輸出端有8位，既它有條字線，8條位線，存儲(chǔ)容量為bit。是片選端， 為低電平時(shí)起片選作用， 等于高電平時(shí)2764輸出為高阻，與總線脫離，芯片不工作。PGM為編程脈沖輸入線，OE為數(shù)據(jù)輸出選通線。Vcc=5V時(shí)，工作電流約100mA,維持電流50mA；Vpp為編程電源，編程時(shí)Vpp=25V，讀出時(shí)Vpp=5V。EPROM2764編程：先將波形按時(shí)間16等分后，分別按電壓幅值進(jìn)行量化，對(duì)于復(fù)雜波形或精度要求高的波形可按時(shí)間256等分來(lái)進(jìn)行量化，則精度可很高。我們采用將一個(gè)周期內(nèi)的波形256等分實(shí)現(xiàn)量化，將量化后的波形幅值按8421碼進(jìn)行數(shù)字編碼，編碼位數(shù)為n位，按

7、256等分來(lái)量化波形時(shí)，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼需要八位D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0，此時(shí)EPROM的地址輸入也為八位A7，A6，A5，A4，A3，A2，A1，A0。555時(shí)鐘電路555定時(shí)器是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、壓控振蕩器等多種應(yīng)用電路。從555定時(shí)器的功能表可以看出幾個(gè)特點(diǎn)：1. 有兩個(gè)閾值電平，分別是電源電壓的1/3和2/3；2. 輸出從低到高，從高到低有回差；3. 輸出端和放電端的狀態(tài)一致，要通都通，要斷都斷；4. 輸出與兩觸發(fā)端是反相關(guān)系。555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖所示。它是將兩個(gè)觸發(fā)端合并

8、在一起，放電端接于兩電阻之間。利用電容器的充放電來(lái)代替外加觸發(fā)信號(hào)，所以，電容器上的電壓信號(hào)應(yīng)該在兩個(gè)閾值之間按指數(shù)規(guī)律轉(zhuǎn)換。充電回路是RA、RB和C，此時(shí)相當(dāng)輸入是低電平，輸出是高電平。當(dāng)電容器充電達(dá)到2Vcc/3時(shí)，即輸入達(dá)到高電平時(shí)，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，電容器開始放電。當(dāng)電容器放電達(dá)到Vcc/3時(shí)，電路的狀態(tài)又開始翻轉(zhuǎn), 如此不斷循環(huán)。電容器之所以能夠放電，是由于有放電端7腳的作用，因7腳的狀態(tài)與輸出端一致，7腳為低電平電容器即放電。中規(guī)模同步加法計(jì)數(shù)器中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器，在一個(gè)單片上將整個(gè)計(jì)數(shù)器全部集成在上面，比小規(guī)模集成電路構(gòu)成的計(jì)數(shù)器有更多的功能，有的還能方便地改變

9、計(jì)數(shù)進(jìn)制。計(jì)數(shù)器的種類很多。74LS161為同步十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，具有計(jì)數(shù)，保持，異步清零和同步置數(shù)的功能，可以運(yùn)用其清零和置數(shù)功能實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。161的功能如下表所示：計(jì)數(shù)功能計(jì)數(shù)的功能，從上面的表格中可以看出，在時(shí)鐘上升沿到來(lái)之時(shí)，并且清零端和置數(shù)端位高電平，并且EP和ET為高電平時(shí)，開始計(jì)數(shù)功能。同步置數(shù)功能這二對(duì)計(jì)數(shù)器都有預(yù)置數(shù)功能，功能相同，操作相同。預(yù)置數(shù)是該計(jì)數(shù)器可以將數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D的數(shù)據(jù)送入計(jì)數(shù)器。可已看出，當(dāng)為高電平，為低電平式，可以實(shí)現(xiàn)置數(shù)，但需要配合時(shí)鐘。異步清零功能 符號(hào)是清零端，低電平有效，對(duì)于74LS160/161這一對(duì)計(jì)數(shù)器是異步清零，只要就

10、執(zhí)行清零操作；對(duì)于74LS162/163這一對(duì)計(jì)數(shù)器是同步清零，清零時(shí)不但要有清零信號(hào)，而且還需要時(shí)鐘參與。計(jì)數(shù)器的進(jìn)位使能與計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián) 當(dāng)計(jì)數(shù)容量不夠時(shí)，需要幾片計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組成計(jì)數(shù)鏈。對(duì)于多位計(jì)數(shù)鏈的規(guī)則是，只有所有的低位片計(jì)數(shù)器計(jì)入最大數(shù)時(shí)，高位片才計(jì)數(shù)，否則該片處于保持狀態(tài)，因此，可以通過低片位的進(jìn)位端與高片位級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)大容量的計(jì)數(shù)。 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器 自然界中存在的物理量大都是模擬量，如溫度、時(shí)間、角度、速度等。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)的情況非常普遍。D/A轉(zhuǎn)換器是利用電阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開關(guān)，將二進(jìn)制數(shù)D轉(zhuǎn)換為與之成比例的模擬量。常用的解碼網(wǎng)絡(luò)

11、有權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)和倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器是由電阻解碼網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)和運(yùn)算放大器組成。Sn-1S0是n個(gè)電子開關(guān)，受輸入代碼d n-1d 0控制，當(dāng)該位的值為“1”時(shí)，開關(guān)將電阻接至參考電壓源VREF；當(dāng)該位為“0”時(shí)，開關(guān)將電阻接地。 D/A轉(zhuǎn)換器是利用電阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開關(guān)，將二進(jìn)制數(shù)D轉(zhuǎn)換為與之成比例的模擬量。電阻解碼網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是所用的電阻數(shù)少，缺點(diǎn)是阻值分散，集成電路制作困難。集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832的典型應(yīng)用其引腳功能為：直通工作方式：WR1、WR2、XFER及CS接低電平，ILE接高電平。即不用寫信號(hào)控制，外輸入數(shù)據(jù)直通內(nèi)部8位D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)

12、據(jù)輸入端。單緩沖工作方式：WR2、XFER接低電平，使8位DAC寄存器處于直通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)8位輸入寄存器緩沖控制后直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器。雙緩沖工作方式：兩個(gè)寄存器均處于受控狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)要經(jīng)過兩個(gè)寄存器緩沖控制后才進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器。這種工作方式可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)多片D/A轉(zhuǎn)換器的同步輸出。轉(zhuǎn)換精度：分辨率當(dāng)輸入數(shù)字量的最低位（LSB）發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化量。常用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示分辨率轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換器實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換誤差用LSB的倍數(shù)表示。轉(zhuǎn)換誤差分靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。轉(zhuǎn)換速度：建立時(shí)間tset 它是在輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿?，或由全1變?yōu)槿?，輸出電壓達(dá)到某一規(guī)定值所需要

13、的時(shí)間轉(zhuǎn)換速率SR 即輸入數(shù)字量的各位由全0變?yōu)槿?，或由全1變?yōu)?時(shí)，輸出電壓uo的變化率。這個(gè)參數(shù)與運(yùn)算放大器的壓擺率類似。 數(shù)碼管LED數(shù)碼管有共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極兩種，我們選用共陽(yáng)極數(shù)碼管，其高電平點(diǎn)亮，需要加上上拉電阻，和74LS47顯示譯碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)碼輸出。74LS47顯示譯碼器其管腳圖如下所示：功能表如下所示：倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)是集成D/A轉(zhuǎn)換器中采用最多的一種，結(jié)構(gòu)原理如下圖所示：輸出電壓的模擬量和輸入數(shù)字量之間的關(guān)系：集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832的管腳如下圖所示，DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格

14、低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。主要引腳功能如下： D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入

15、線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信

16、號(hào)地DGND：數(shù)字信號(hào)地轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的時(shí)候要注意轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度的指標(biāo)要求。轉(zhuǎn)換精度1 .分辨率當(dāng)輸入數(shù)字量的最低位（LSB）發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化量。常用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示分辨率2. 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換器實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換誤差用LSB的倍數(shù)表示。轉(zhuǎn)換誤分靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。 轉(zhuǎn)換速度1建立時(shí)間它是在輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿?，或由全1變?yōu)槿?，輸出電壓達(dá)到某一規(guī)定值所需要的時(shí)間2轉(zhuǎn)換速率SR 即輸入數(shù)字量的各位由全0變?yōu)槿?，或由全1變?yōu)?時(shí)，輸出電壓的變化率。這個(gè)參數(shù)與運(yùn)算放大器的壓擺率類似。 擴(kuò)展部分設(shè)計(jì) 在擴(kuò)展部分，通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將

17、波形選擇線的選擇信號(hào)在數(shù)碼管上顯示輸出，總體方案如上圖所示。其中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于定時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特性具有如下的顯著特性：1.它有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；2.在外界觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)， 在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；3.暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅無(wú)關(guān)。通過外接電容和電阻實(shí)現(xiàn)暫穩(wěn)態(tài)的定時(shí)。系統(tǒng)總體電路圖心得體會(huì)在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老想著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我沉得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的

18、知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末測(cè)試之前的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識(shí)到老一輩電子設(shè)計(jì)為我們的社會(huì)付出。我想說(shuō)，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，但我們可以，而且設(shè)計(jì)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說(shuō)有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來(lái)天的合作，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說(shuō)，確實(shí)很累，但當(dāng)我們看到自己所做的成果時(shí)，心中也不免產(chǎn)生興奮； 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會(huì)作出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計(jì)的工作有些枯燥，但我們認(rèn)為無(wú)論干什