第一章 微机应用系统课程设计目的意义和任务

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。

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。

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转换的控制。这种芯片有

、/CS、许多控制引脚，可以和微处理器控制线相连，接受微处理器的控制，如I

LE

/WR1、/WR2、/XFER端。有两级锁存控制功能，能够实现多通道D/A的同步转换