基于EPROM的可编程波形发生器.docx

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基于EPROM的可编程波形发生器

设计要求

在计算机控制、电子测量、通讯与电视等系统中，常常要用到各种模拟连续波形，如锯齿波、三角波、正弦波等。

设计要求如下：

1、以EPROM2764芯片构成可编程多种连续波形发生器，产生方波、三角波、锯齿波和正弦波四种波形；

3、输出波形周期T=1s；

3、四种波形可选择输出；

总体方案

系统总体方案如上图所示，通过555定时器产生256Hz的方波时钟信号，为256进制的计数器提供时钟信号，计数器每秒送出256个地址数，作为EPROM的地址选择端字线，相应取出该地址上的存储数据，每秒输出一个周期的数据，经过D/A转换，实现周期为1s的波形信号的输出。

通过波形选择线实现正弦波，方波，三角波和锯齿波的输出波形选择。

采用器件及典型电路介绍

EPROM

简介

可编程逻辑器件是在半导体存储器基础上发展起来的一种大规模集成电路，它通过对器件内部的编程来改变器件的逻辑功能，可以实现在普通的实验室制作专用集成电路。

半导体存储器有两大类型：

只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。

ROM的特点是一旦将数据写入（即将数据存入）存储器中，在工作过程中不会改变，断电后数据也不会丢失。

RAM的特点是存储的数据可以在工作过程中，根据需要随时写入和读出，断电后数据就会丢失。

EPROM内容的改写不象RAM那么容易，在使用过程中，EPROM的内容是不能擦除重写的，所以仍属于只读存储器。

要想改写EPROM中的内容，必须将芯片从电路板上拔下，放到紫外灯光下数分钟，使存储的数据消失。

数据的写入可用软件编程，生成电脉冲来实现。

ROM的工作原理

ROM的电路结构主要包括三部分：

地址译码器，存储矩阵，输出缓冲器。

如图所示。

图中地址译码器有n个输入，它的输出W0、W1、……、Wn-1共有N=2n个，称为字线（或称选择线）。

字线是ROM矩阵的输入，ROM矩阵有M条输出线，称为位线。

字线与位线的交点，即是ROM矩阵的存储单元，存储单元代表了ROM矩阵的容量，所以ROM矩阵的容量等于W×D。

输出缓冲器的作用有两个，一是能提高存储器的带负载能力，二是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接。

地址译码器相当于最小项译码器，其输入A1、A0称为地址线。

二位地址代码A1A0能给出4个不同的地址。

每输入一个地址，地址译码器的字线输出W0-W3中将有一根线为高电平，其余为低电平。

即每一个输出对应一个最小项。

当字线W0-W3某根线上给出高电平信号时，都会在位线D3-D0四根线上输出一个4位二进制代码。

例如，当输入一个地址码[A1A0]=00时，字线W0被选中（高电平），其他为低电平，则该字线上信息就从相应的位线上读出。

地址译码器相当于最小项译码器，如下图所示,其输入A1、A0称为地址线。

二位地址代码A1A0能给出4个不同的地址。

每输入一个地址，地址译码器的字线输出W0-W3中将有一根线为高电平，其余为低电平。

即每一个输出对应一个最小项。

当字线W0-W3某根线上给出高电平信号时，都会在位线D3-D0四根线上输出一个4位二进制代码。

例如，当输入一个地址码[A1A0]=00时，字线W0被选中（高电平），其他为低电平，则该字线上信息就从相应的位线上读出，[D3D2D1D0]=0101。

EPROM2764

在集成只读存储器中，最常用的是EPROM。

EPROM有2716、2732、2764、27128等型号。

存储容量分别为2k×8、4k×8、8k×8、16k×8个单元，（型号27后面的数字即为以千计的存储容量）。

EPROM的管脚图如下图所示，共有28个管脚，除电源（VCC）和地（GND）外，A12～A0为地址译码器输入端，数据输出端有8位，既它

有条字线，8条位线，存储容量为

bit。

是片选端，

为低电平时起片选作用，

等于高电平时2764输出为高阻，与总线脱离，芯片不工作。

PGM为编程脉冲输入线，OE为数据输出选通线。

Vcc=5V时，工作电流约100mA,维持电流50mA；Vpp为编程电源，编程时Vpp=25V，读出时Vpp=5V。

EPROM2764编程：

先将波形按时间16等分后，分别按电压幅值进行量化，对于复杂波形或精度要求高的波形可按时间256等分来进行量化，则精度可很高。

我们采用将一个周期内的波形256等分实现量化，将量化后的波形幅值按8421码进行数字编码，编码位数为n位，按256等分来量化波形时，对应的二进制编码需要八位D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0，此时EPROM的地址输入也为八位A7，A6，A5，

A4，A3，A2，A1，A0。

555时钟电路

555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。

它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。

从555定时器的功能表可以看出几个特点：

1.有两个阈值电平，分别是电源电压的1/3和2/3；

2.输出从低到高，从高到低有回差；

3.输出端和放电端的状态一致，要通都通，要断都断；

4.输出与两触发端是反相关系。

555定时器构成多谐振荡器

555定时器构成的多谐振荡器如图所示。

它是将两个触发端合并在一起，放

电端接于两电阻之间。

利用电容器的充放电来代替外加触发信号，所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。

充电回路是RA、RB和C，此时相当输入是低电平，输出是高电平。

当电容器充电达到2Vcc/3时，即输入达到高电平时，电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器开始放电。

当电容器放电达到Vcc/3时，电路的状态又开始翻转,如此不断循环。

电容器之所以能够放电，是由于有放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器即放电。

中规模同步加法计数器

中规模集成电路计数器，在一个单片上将整个计数器全部集成在上面，比小规模集成电路构成的计数器有更多的功能，有的还能方便地改变计数进制。

计数器的种类很多。

74LS161为同步十六进制加法计数器，具有计数，保持，异步清零和同步置数的功能，可以运用其清零和置数功能实现任意进制加法计数器。

161的功能如下表所示：

计数功能

计数的功能，从上面的表格中可以看出，在时钟上升沿到来之时，并且清零端和置数端位高电平，并且EP和ET为高电平时，开始计数功能。

同步置数功能

这二对计数器都有预置数功能，功能相同，操作相同。

预置数是该计数器可以将数据输入端A、B、C、D的数据送入计数器。

可已看出，当

为高电平，

为低电平式，可以实现置数，但需要配合时钟。

异步清零功能

符号

是清零端，低电平有效，对于74LS160/161这一对计数器是异步清零，只要

就执行清零操作；对于74LS162/163这一对计数器是同步清零，清零时不但要有清零信号，而且还需要时钟参与。

计数器的进位使能与计数器的级联

当计数容量不够时，需要几片计数器级联组成计数链。

对于多位计数链的规则是，只有所有的低位片计数器计入最大数时，高位片才计数，否则该片处于保持状态，因此，可以通过低片位的进位端与高片位级联实现大容量的计数。

D/A数模转换器

自然界中存在的物理量大都是模拟量，如温度、时间、角度、速度等。

随着数字技术的迅速发展，尤其是计算机的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况非常普遍。

D/A转换器是利用电阻网络和模拟开关，将二进制数D转换为与之成比例的模拟量。

常用的解码网络有权电阻解码网络和倒T形电阻解码网络。

权电阻解码网络

D/A转换器是由电阻解码网络、电子开关和运算放大器组成。

Sn-1~S0是n个电子开关，受输入代码dn-1~d0控制，当该位的值为“1”时，开关将电阻接至参考电压源VREF；当该位为“0”时，开关将电阻接地。

D/A转换器是利用电阻网络和模拟开关，将二进制数D转换为与之成比例的模拟量。

电阻解码网络的优点是所用的电阻数少，缺点是阻值分散，集成电路制作困难。

集成D/A转换器DAC0832

DAC0832的典型应用

其引脚功能为：

直通工作方式：

WR1、WR2、XFER及CS接低电平，ILE接高电平。

即不用写信号控制，外输入数据直通内部8位D/A转换器的数据输入端。

单缓冲工作方式：

WR2、XFER接低电平，使8位DAC寄存器处于直通状态，输入数据经8位输入寄存器缓冲控制后直接进入D/A转换器。

双缓冲工作方式：

两个寄存器均处于受控状态，输入数据要经过两个寄存器缓冲控制后才进入D/A转换器。

这种工作方式可以用来实现多片D/A转换器的同步输出。

转换精度：

分辨率—当输入数字量的最低位（LSB）发生变化引起的输出电压的变化量。

常用输入数字量的位数表示分辨率

转换误差—转换器实际能达到的转换精度。

转换误差用LSB的倍数表示。

转换误差分静态误差和动态误差。

转换速度：

建立时间tset—它是在输入数字量各位由全0变为全1，或由全1变为全0，输出电压达到某一规定值所需要的时间

转换速率SR—即输入数字量的各位由全0变为全1，或由全1变为0时，输出电压uo的变化率。

这个参数与运算放大器的压摆率类似。

数码管LED

数码管有共阴极数码管和共阳极两种，我们选用共阳极

数码管，其高电平点亮，需要加上上拉电阻，和74LS47显示

译码器实现数码输出。

74LS47显示译码器

其管脚图如下所示：

功能表如下所示：

倒T形电阻解码网络

倒T型电阻网络是集成D/A转换器中采用最多的一种，结构原理如下图所示：

输出电压的模拟量和输入数字量之间的关系：

集成D/A转换器DAC0832

DAC0832的管脚如下图所示，DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处理器完全兼容。

这个DA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广泛的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

主要引脚功能如下：

 D0～D7：

8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；

ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

CS：

片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；

WR1：

数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

XFER：

数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

WR2：

DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

IOUT1：

电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；

IOUT2：

电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

Rfb：

反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；

Vcc：

电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；

VREF：

基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；

AGND：

模拟信号地

DGND：

数字信号地

转换精度与转换速度

在进行D/A转换的时候要注意转换精度和转换速度的指标要求。

转换精度

1.分辨率—当输入数字量的最低位（LSB）发生变化引起的输出电压的变化量。

常用输入数字量的位数表示分辨率

2.转换误差—转换器实际能达到的转换精度。

转换误差用LSB的倍数表示。

转换误分静态误差和动态误差。

转换速度

1．建立时间

—它是在输入数字量各位由全0变为全1，或由全1变为全0，输出电压达到某一规定值所需要的时间

2．转换速率SR—即输入数字量的各位由全0变为全1，或由全1变为0时，输出电压

的变化率。

这个参数与运算放大器的压摆率类似。

扩展部分设计

在扩展部分，通过单稳态触发器和十进制计数器，将波形选择线的选择信号在数码管上显示输出，总体方案如上图所示。

其中单稳态触发器用于定时，

单稳态触发器

单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特性：

1.它有稳态和暂态两个不同的工作状态；

2.在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后再自动返回稳态；

3.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅无关。

通过外接电容和电阻实现暂稳态的定时。

系统总体电路图

心得体会

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之前的课程设计对我们的作用是非常大的。

汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。

我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。

我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？

我们不断的反问自己。

也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。

社会需要我们，我们也可以为社会而工作。

既然如此，那还有什么必要失落呢？

于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

某个人的离群都可能导致整项工作的失败。

实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！