單片機及接口綜合實驗設(shè)計任務(wù)書006.

1、中北大學(xué)單片機及其接口技術(shù)課程設(shè)計說明書學(xué)生姓名： 王昆鵬 學(xué) 號：0905054116學(xué) 院：信息與通信工程學(xué)院專 業(yè)：自動化題 目：8位D/A轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計指導(dǎo)教師：沈小林職稱：副教授2012年6月17日2 / 15中北大學(xué)單片機及其接口技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書11/12學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動化學(xué)生姓名：王昆鵬學(xué) 號：0905054116課程設(shè)計題目：8位D/A轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計起迄日期：課程設(shè)計地點：6月11日6月17日中北大學(xué)指導(dǎo)教師：沈小林系主 任：王忠慶下達任務(wù)書日期：2012年06月11日課程設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計目的：通過本設(shè)計，掌握單片機與 D/A轉(zhuǎn)換器的擴展

2、設(shè)計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)：1、設(shè)計技術(shù)要求(1) DA轉(zhuǎn)換器通道：1(2) DA轉(zhuǎn)換器位數(shù)：8(3) DA轉(zhuǎn)換時間：不大于1卩S2、設(shè)計內(nèi)容(1) 設(shè)計地址譯碼電路、讀寫控制電路；(2) 選擇DA轉(zhuǎn)換器件和必要譯碼控制器件；(3) 用PROTE(或手工繪制)擴展存儲器電原理圖。(4) 寫出設(shè)計總結(jié)報告。設(shè)計報告主要內(nèi)容包括：設(shè)計目的與要求、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)或設(shè)計要求、設(shè)計方案、 有關(guān)參數(shù)計算，主要參考資料及心得體會等3. 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、圖紙、實物 樣品等：設(shè)計總結(jié)；原理圖；結(jié)構(gòu)框圖；參考文獻等。課程設(shè)計任務(wù)書4.主要參

3、考文獻：要求按國標(biāo)GB 7714 87文后參考文獻者錄規(guī)則書與，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，1985 參考資料不得少于10篇5.設(shè)計成果形式及要求：設(shè)計總結(jié)；系統(tǒng)電原理圖；參考文獻等。6.工作計劃及進度：16月11日6月12日6月13日6月13日6月14日6月15日6月16日6月16日調(diào)研、資料收集；確定設(shè)計方案（選擇器件等）；設(shè)計電路；撰寫總結(jié)、設(shè)計報告答辯系主任審查意見：簽字：年 月日目錄第一部分 6一主芯片介紹 6二設(shè)計要求及分析 7三DA轉(zhuǎn)換器及必要譯碼控制器的選擇 10四最小系統(tǒng)電路 10第二部分 14設(shè)計地址譯碼電路、讀寫控制電路 16第三部分 1

4、3用Protell畫電路原理圖 13第四部分 14設(shè)計總結(jié) 15附錄： 146 / 15第一部分設(shè)計要求及DA轉(zhuǎn)換器及譯碼控制器的選擇一、主芯片介紹一一89c5189C51單片機部分引腳功能：Vcc（40腳）：電源端，為+5V ；Vss（20腳）：接地端XTAL2（ 18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在 89C51片 內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有 頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。 89C51/8031正常工作時，該引腳應(yīng)有脈沖信號輸出。XTAL1 （ 19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是 振蕩電路反向放大器的輸入端，在采用

5、外部時鐘時，該引腳接地。RST/Vpd（ 9腳）：RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此 輸入端保持兩個機器周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。ALE/PROG（30腳），ALE :地址鎖存允許信號端。正常工作時， 該引腳以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖。CPU訪問片外存儲器時， 該引腳輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。它的負(fù)載能力為 8 個LS型TTL負(fù)載PSEN（29腳）：程序存儲器允許信號輸出端。在訪問片外ROM 時，定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外 ROM的選通信號，接片外ROM的 OE端。EA/Vpp（31腳）：EA :外部程序存儲器地址允許輸入端。當(dāng)該引腳接高電平時，CPU訪問片內(nèi)e

6、prom/rom并執(zhí)行片內(nèi)程序 存儲器中的指令，但當(dāng) PC值超過OFFFH （片內(nèi)ROM為4KB ）時， 將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外ROM中的程序。當(dāng)該引腳接低電平時，CPU只 訪問片外EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。PO 口 ：漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O 口，每位能驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。P0 口可作為一個數(shù)據(jù)輸入/輸出口；在CPU訪問片外存儲 器時，P0 口為分時復(fù)用的低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線。P1 口 ：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4 個LS型TTL負(fù)載，可作為一般的輸入輸出口。P2 口 ：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4 個LS型TT

7、L負(fù)載。在CPU訪問片外存儲器時，它輸出高8位地址。P3 口 ：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動4 個LS型TTL負(fù)載。P3 口除作一般I/O 口外，每個引腳都有第二功能。二、設(shè)計要求及分析：（1）DA轉(zhuǎn)換器通道：1（2）DA轉(zhuǎn)換器位數(shù)：8（3）DA轉(zhuǎn)換時間：不大于1卩S（一）芯片選型根據(jù)上面的設(shè)計要求可得DAC0832滿足技術(shù)指標(biāo)。DAC083岔紹：DAC0832主要由兩個8位寄存器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。該轉(zhuǎn)換芯片有二十個引腳，其各引腳為：D0D7:數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入線。ILE :數(shù)據(jù)鎖存允許信號，高電平有效。CS:輸入寄存器選擇信號，低電平有效。WR1輸入寄存器的“寫”選

8、通信號，低電平有效。XFER 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移控制信號線，低電平有效。WR2 DAC寄存器的“寫”選通信號。VRef :基準(zhǔn)電壓輸入線。Rb :反饋信號輸入線，芯片內(nèi)已有反饋電阻。I OUT1和| OUT2:電流輸出線。I OUT1與|oUT2的和為常數(shù)，I OUt1隨DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化。一般在單極性輸出時，IOUT2接地；在雙極性 輸出時，接運放。Vcc：工作電源。DGND 數(shù)字地。AGND 模擬信號地。DAC0832技術(shù)指標(biāo)分析：1. DAC0832能夠在多個轉(zhuǎn)換器同時工作的同時，實現(xiàn)多通道D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出，能滿足通道數(shù)為一個的要求。選擇的通道：通道1通道2通道3通道4通道5通道6通

9、道7通道8000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7題目要求一路選IN1，故地址鎖存時，地址鎖存信號應(yīng)為FE2. DAC0832是采用CMO工藝制造的8外單片D/A轉(zhuǎn)換器，滿足 轉(zhuǎn)換位數(shù)為八位的要求。3. 電流穩(wěn)定建立時間為1uS,指輸入數(shù)字量變化時，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時間。一般D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量從全0變 為全1時，輸出電壓達到規(guī)定誤差范圍時所需時間表示。這里滿足不大于1uS的要求。（二）存儲器的擴展分析數(shù)據(jù)存儲器RAM: MCS-C51系列單片機內(nèi)部僅有128字節(jié)的 SRAM。CPU對其內(nèi)部SRAM有豐富的操作指令，因此

10、片內(nèi) SRAM 是珍貴的操作資源，應(yīng)合理的應(yīng)用片內(nèi)SRAM存儲器，充分發(fā)揮他們的作用。但在實際操作中，僅靠片內(nèi) SRAM存儲器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 必須擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM兩種。在單片機系統(tǒng)中，為避免動態(tài) RAM的刷新問題，通常 有使用靜態(tài)RAM。數(shù)據(jù)存儲器空間也分為片內(nèi)和片外兩部分，即片內(nèi)RAM和片外RAM。擴展存儲器時，一碼轉(zhuǎn)換器件為P0 口全八位和P2 口的低三位 及74HC573地址鎖存器來擴展片外 2K的RAM（ 6116）。程序存儲器ROM:程序存儲器的作用是存放單片機的執(zhí)行程 序，是只讀存儲器。雖然 MCS-51系列單片機具有片內(nèi)的ROM，但 當(dāng)

11、程序量超過單片機的片內(nèi)程序存儲器時，就需要片外擴展程序存儲容量為4KB片內(nèi)Flah ROM,地址為0000HHOFFFH片外最多可擴至 64KB ROM/EPROMft 址為 1000H- FFFF H 片內(nèi)外統(tǒng)一編址。當(dāng)EA二“ 1”時：在00000FFFH范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng) 指令地址超過0FFFH后就自動轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。當(dāng)EA二” 0”時： 片內(nèi)ROMF起作用，CPU只能從片外ROM/EPRC中I 取指令?？梢詮?000H開始尋址。三、DA轉(zhuǎn)換器件及必要譯碼控制器件的選擇由上面可得DA轉(zhuǎn)換器件選用DAC0832。譯碼控制器件為通過P0 口和74HC573鎖存器來選通D

12、AC0832 工作(詳見電路原理圖)之所有選用74HC573鎖存器，因為通過它可以控制多個轉(zhuǎn)換器 件同時工作，能夠節(jié)約單片機的I/O端口。74HC系列的芯片為低功 耗芯片，節(jié)能效果好，符合當(dāng)今世界的綠色節(jié)能主題，另外74HC573 鎖存器芯片的管腳位于同一側(cè)相鄰排列，有利于畫PCB板，減小連線的難度。擴展存儲器時，一碼轉(zhuǎn)換器件為P0 口全八位和P2 口的低三位 及74HC573地址鎖存器來擴展片外 2K的RAM (6116 )。四、最小系統(tǒng)電路單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，即用最少的原件組成的單片機可以工作的 系統(tǒng)。對51單片機來說，最小系統(tǒng)一般包括：單片機，晶振電路， 復(fù)位電路。復(fù)位電路：復(fù)位電路相當(dāng)

13、于單片機的重啟電路部分，單片機在運行過程中遇到環(huán)境的干擾或出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位鍵就可以使內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。它由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)一上電， RST腳就會出現(xiàn)高電平，并且高電平持續(xù)的時間由電路的電阻和電 容來決定。典型的51單片機的RST腳的高電平持續(xù)兩個周期以上就 可以復(fù)位，所以選擇合適的電阻和電容值就可以達到要求的復(fù)位時 間。晶振電路：典型的晶振取11.0592MHZ，若有需要可以選擇其他晶振。51單片機最小系統(tǒng)的晶振電路直接影響單片機的處理速度,頻率越大，處理速度越快。S irO592MHzmn9INI0C11105EWVPiXIXZwWK最小系統(tǒng)電路圖第二部分設(shè)計方案及

14、電路結(jié)構(gòu)框圖亠、設(shè)計地址譯碼電路、讀寫控制電路地址譯碼電路及讀寫控制電路：D/A地址譯碼電路由P0 口和74HC573鎖存器組成，P0 口的八位分別接DAC0832的八位數(shù)字量輸入端D0D7和74HC573的八位輸入端 D0D7。通過向D0D7輸入FE使鎖存器輸出端口 QOQ7輸出為FE, P2 口輸出為FF。并將Q0位與DAC0832的XFER相連，這樣可以得到 DAC0832的地址為OxFFFE。DAC0832的經(jīng)典應(yīng)用接法結(jié)構(gòu)圖如下所示:存儲器的地址譯碼電路有 P0 口和P2 口低三位及74HC573 鎖存器組成。74HC573鎖存P0 口的八位地址，P2 口的第三位 地址分別于與611

15、6的高三位地址（A8A10）相連；89C51的 WR/和RD/分別于6116的寫允許控制端 WE/和讀允許控制端 OE/連接，以實現(xiàn)讀寫控制。EA/懸空（相當(dāng)于接高電平），使 系統(tǒng)使用片內(nèi)ROM從0000H開始的空間。13 / 1513 / 15第四部分設(shè)計總結(jié)選定課題以后，通過去圖書館及利用網(wǎng)絡(luò)查閱大量的文獻資 料，并且對這些資料進行總結(jié)和分析， 對這個題目的內(nèi)容有了一 定的系統(tǒng)了解及大概框架，在課程設(shè)計的過程中也遇到了不能突 破的瓶頸，但還是通過網(wǎng)絡(luò)及小組合作找到了突破點最終順利完 成了課程設(shè)計。通過課程設(shè)計自己獲取信息查閱資料的能力也有了很大的 提高，并且熟練掌握了單片機8位D/A轉(zhuǎn)換接

16、口電路。整個設(shè)計 過程包括單片機最小系統(tǒng)電路的設(shè)計，即晶振電路，復(fù)位電路和單片機組成的單片機最小系統(tǒng)；根據(jù)題目要求的轉(zhuǎn)換位數(shù)和轉(zhuǎn)換 時間要求，通過分析比較，選擇合適的的 D/A轉(zhuǎn)換器；由于片內(nèi) RAM容量比較小，在電路里擴展了 2KB的片外RAM本次課程設(shè)計以 Protell99se 為主要軟件，畫電路圖，進 一步加深了對此軟件的使用能力，對各種器件的名稱有了熟練的 了解記憶，便于以后快速查找各種元器件?？傊ㄟ^本次課程設(shè)計，學(xué)到不少東西，在處理文件的能 力也有所提高，還學(xué)會了一些畫圖軟件和仿真軟件及很多計算機 方面的技能，可以說是受益匪淺。附錄：參考文獻1. 韓焱,張艷華，王康誼.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社,20092. 郭天祥.新概念C51單片機C語言教程.北京：電子工業(yè)出版社社，20113. 彭偉.單片機程序設(shè)計實例北京：電子工業(yè)出版社，20114. 高偉.AT89單片機原理及其應(yīng)