《微机接口技术》课程设计指导书(11修订)

《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

2011.6 修订

目录

一、课程设计目的及意义 (1)

二、课程设计任务及要求 (1)

三、课程设计题目及设计要求 (1)

四、课程设计说明书内容要求 (5)

五、课程设计考核方法及成绩评定 (6)

附录：A/D、D/A接口实验卡电路原理图 (7)

一、课程设计目的及意义

通过课程设计，学生可掌握多种接口的软硬件设计基本思路和调试方法，培养学生分析解决实际问题的能力。加深学生对《微机接口技术》、《电子测量技术》和《单片机原理及应用》等课程知识的掌握与综合运用能力。掌握工程设计手段和软件工具，锻炼以图纸和说明书表达设计思想和结果的能力，培养学生在实际工程设计中严谨认真的工作态度。提高学生的创新意识及动手能力，为后续课程的学习以及毕业后从事微机硬件及软件开发打下基础，积累初步的经验。

二、课程设计任务及要求

课程设计的过程是综合运用所学知识的过程。课程设计主要任务是根据设计题目的具体要求，将单一的接口电路及相关的控制程序组合起来，完成题目所规定的任务及功能。设计任务包括：查阅专业资料、工具书或参考文献，了解设计课题的总体结构、组成单元及相关的专业术语，分析其工作原理；完成总体方案设计、单元电路设计、控制程序设计及安装调试工作；总结全部设计工作，写出完整、规范的设计说明书。课程设计2人一组，在教师的指导下协作完成规定的设计任务，每人独立完成一份课程设计说明书。课程设计提供以下四个题目，学生从其中任选一个，按题目要求完成全部设计工作。

三、课程设计题目及设计要求

题目一：数字存储示波器设计

（一）设计目的及意义

数字存储示波器是常用的电子测量仪器之一，其中采用的A/D转换、D/A转换及数据处理技术与《微机接口技术》课程内容联系紧密。通过本设计，学生可掌握A/D、D/A转换电路的设计和调试方法，培养学生分析解决实际问题的能力。

（二）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。

（三）设计内容与步骤

1. 数字存储示波器原理分析

阅读相关的参考文献，了解数字存储示波器的组成单元、电路结构及相关的专业术语。分析数字存储示波器的工作原理。掌握数字存储示波器中最基本的数据采集及处理方法。

2. 数字存储示波器电路设计

根据单片机实验系统提供的相关信号线，使用ADC0809、DAC0832和相关外围电路元件，组成最基本的A/D转换和D/A转换电路。要求具有单通道0～5V的电压输入范围，双通道0～5V的电压输出功能。画出电路原理图，确定元器件参数，并给出关键元件参数的计算方法。

3. 数字存储示波器程序设计

根据数字存储示波器的基本工作原理编写实验程序，实现触发点的捕捉、被测信号的采集和数据的存储以及信号波形的再现功能。参考程序流程如下：

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INC DPL指令实现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。

4. 数字存储示波器调试

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。

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。