基于简单IO口的8LED显示录音回放机实验报告.doc
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通信与信息工程学院
2014/2015学年第二学期
软件设计实验报告
模块名称Proteus51
专业通信工程
学生班级
学生学号
学生姓名
指导教师
设计题目
基于简单IO口的8LED显示录音回放机设计
任务要求
基本要求：
1把需要录取的信号用AD转换器采样并存储在SRAM中。
2在一组数码管或LCD上显示采样速率和录音时间（秒），以及信号相关参数。
3用D/A转换器回放录音信号，通过喇叭过模拟示波器显示。
4在一组数码管或LCD上显示回放的播放时间或信号强度。
发挥部分：
1用功能键可分别设定录音和放音的采样速率。
2多段录音管理。
3任意组合播放。
动态显示格式：
自定
实验设备及软件
计算机、Protues以及Keil软件
同组人员学号及姓名
无
参考文献
单片机实验与课程设计指导（Protues仿真版）
51系列单片机李静
第一部分实验目的和要求
本课程设计是在理论课程的基础上，重点培养学生的动手能力，通过理论计算、实际编程、调试、测试、分析查找故障，解决在实际设计中的问题，使设计好的电路能正常工作，为下一部结合实际的硬件系统设计准备条件。
1、总体要求：
以下各类设计必须按照实验提供的单片机原理图（dpj.pdf文件），结合自己所选择的题目进行元器件的连接。
每组学生只能选择一个与别组不同的设计题目，按照先到先选择的规则进行选题。
在仿真设计完成的基础上，有能力的同学可以申请硬件实验板的下载并完成软、硬件结合的课程设计。
2、分类要求：
录音机类
实验中需要录取的信源，可以用单片机或者信号发生器产生。
基本要求：
1把需要录取的信号用AD转换器采样并存储在SRAM中。
2在一组数码管或LCD上显示采样速率和录音时间（秒），以及信号相关参数。
3用D/A转换器回放录音信号，通过喇叭过模拟示波器显示。
4在一组数码管或LCD上显示回放的播放时间或信号强度。
发挥部分：
1用功能键可分别设定录音和放音的采样速率。
2多段录音管理。
3任意组合播放。
动态显示格式：
自定
根据提供的参考工程，在proteus平台自己重新画出实验所需要的电气原理图，并在此基础上编写相对应的程序，实现其功能，学习proteus软件的使用，其中包括原理图器件的选取、原理图的电气连接、程序的编写编译以及运行，并能查出其错误等。
第二部分实验工具及实验器件
1.Proteus7.4以及Keil2软件的使用
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：
*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
而*.HEX文件则由Keil软件编译后生成。
KeiluVision2是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。
KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。
C51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。
C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：
编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。
uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，使您能在很短的时间内就能学会使用keilc51来开发您的单片机应用程序。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
有了proteus和keil我们就需要在这两个软件中建立我们所需要的工程进行实验，具体步骤如下：
第一步：
在Keil2中建立一个新的工程，并命名，
第二步：
选择使用的单片机芯片，我们选择80c31，
第三步：
将新创建的.c文件添加到Target中。
这样我们就可以在keil2的环境下对单片机的程序进行编译和运行了。
2.51单片机AT89c51
51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。
该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。
目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。
51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。
需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。
当前常用的51系列单片机主要产品有：
*Intel的：
80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；
*ATMEL的：
89C51、89C52、89C2051等；
*Philips、华邦、Dallas、Siemens（Infineon）等公司的许多产品80C31单片机，它是8位高性能单片机。
属于标准的MCS-51的HCMOS产品。
它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，标准MCS-51单片机的体系结构和指令系统。
80C31内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出（I/O）口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
但80C31片内并无程序存储器，需外接ROM。
此外，80C31还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
80C31有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。
管脚说明：
8031芯片具有40根引脚，其引脚图如图所示：
80C31管脚图
40根引脚按其功能可分为四类：
1.电源线2根
Vcc：
编程和正常操作时的电源电压，接+5V。
Vss：
地电平。
2.晶振：
2根
XTAL1：
振荡器的反相放大器输入。
使用外部震荡器是必须接地。
XTAL2：
振荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。
当使用外部振荡器时用于输入外部振荡信号。
3.I/O口共有p0、p1、p2、p3四个8位口，32根I/O线，其功能如下：
1）P0.0～P0.7（AD0～AD7）
是I/O端口O的引脚，端口O是一个8位漏极开路的双向I/O端口。
在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口。
（在此时内部上拉电阻有效）
2）P1.0～P1.7
端口1的引脚，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O通道，专供用户使用。
3）P2.0～P2.7（A8～A15）
端口2的引脚。
端口2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A8～A15
4）P3.0～P3.7
端口3的引脚。
端口3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口，该口的每一位均可独立地定义第一I/O口功能或第二I/O口功能。
作为第一功能使用时，口的结构与操作与P1口完全相同，第二功能如下示：
口引脚第二功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2（外部中断）
P3.3（外部中断）
P3.4 T0（定时器0外部输入）
P3.5 T1（定时器1外部输入）
P3.6（外部数据存储器写选通）
P3.7（外部数据存储器读选通）
3.模数转换芯片ADC0804。
ADC0804的管脚图如下所示
它的主要电气特性如下：
l 工作电压：
＋5V，即VCC＝＋5V。
l 模拟输入电压范围：
0～＋5V，即0≤Vin≤＋5V。
l 分辨率：
8位，即分辨率为1/28=1/256，转换值介于0～255之间。
l 转换时间：
100us（fCK＝640KHz时）。
l 转换误差：
±1LSB。
l 参考电压：
2.5V，即Vref＝2.5V。
1.ADC0804的转换原理
ADC0804是属于连续渐进式（SuccessiveApproximationMethod）的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。
以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式A/D转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位寻找起）。
第一次寻找结果：
10000000（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第二次寻找结果：
11000000（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第三次寻找结果：
11000000（若假设值>输入值，则寻找位＝该假设位＝0）
第四次寻找结果：
11010000（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第五次寻找结果：
11010000（若假设值>输入值，则寻找位＝该假设位＝0）
第六次寻找结果：
11010100（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第七次寻找结果：
11010110（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第八次寻找结果：
11010110（若假设值>输入值，则寻找位＝该假设位＝0）
这样使用二分法的寻找方式，8位的A/D转换器只要8次寻找，12位的A/D转换器只要12次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表图1的模拟输入电压Vin
2.分辨率与内部转换频率的计算
对8位ADC0804而言，它的输出准位共有28＝256种，即它的分辨率是1/256，假设输入信号Vin为0～5V电压范围，则它最小输出电压是5V/256＝0.01953V，这代表ADC0804所能转换的最小电压值。
表1列出的是8～12位A/D转换器的分辨率和最小电压转换值。
表1A/D转换器的分辨率和最小电压值
位数目
分辨率
最小电压转换值
8
1/256
0.01953V
10
1/1024
0.00488V
12
1/4096
0.00122V
至于内部的转换频率fCK，是由图2的CLKR（19脚）、CLKIN（4脚）所连接的R（）、C（150PF）来决定。
图2ADC0804与CPLD&FPGA、8051单片机等典型连接图
频率计算方式是：
fCK＝1/（1.1×R×C）
若以图2的R＝10KΩ、C＝150PF为例，则内部的转换频率是
fCK＝1/（1.1×10KΩ×150PF）＝606KHz
更换不同的R、C值，会有不同的转换频率，而且频率愈高代表速度愈快。
但是需要注意R、C的组合，务必使频率范围是在100KHz～1460KHz之间。
3.ADC0804的控制方法
要求ADC0804进行模拟/数字的转换，其实可以直接由下面的时序图及图2信号的流向来配合了解。
图3ADC0804控制信号时序图
以图2、图3信号流向而言，控制ADC0804动作的信号应该只有CS、WR、RD。
其中INTR由高电位转为低电位后，代表ADC0804完成这次的模拟/数字转换，而DB0～DB7代表是转换后的数字资料。
图3的动作大概可分成4个步骤区间——S0、S1、S2、S3，每个步骤区间的动作方式如下：
步骤S0：
CS＝0、WR＝0、RD＝1（由CPLD发出信号要求ADC0804开始进行模拟/数字信号的转换）。
步骤S1：
CS＝1、WR＝1、RD＝1（ADC0804进行转换动作，转换完毕后INTR将高电位降至低电位，而转换时间>100us）。
步骤S2：
CS＝0、WR＝1、RD＝0（由CPLD发出信号以读取ADC0804的转换资料）。
步骤S3：
CS＝1、WR＝1、RD＝1（由CPLD读取DB0～DB7上的数字转换资料）。
由上述步骤说明，可以归纳出所要设计的CPLD动作功能有：
负责在每个步骤送出所需的CS、WR、RD控制信号。
在步骤S1时，监控INTR信号是否由低电位变高电位，如此以便了解ADC0804的转换动作结束与否。
在步骤S3，读取转换的数字资料DB0～DB7
4.数模转换芯片DAC0832。
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。
DAC0832的主要特性参数如下：
*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；
*只需在满量程下调整其线性度；
*单一电源供电（+5V～+15V）；
*低功耗，20mW。
DAC0832结构：
*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
DAC0832芯片：
DAC0832
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。
1.DAC0832的结构
DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE；第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号为传输控制信号。
因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。
此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。
LE为高电平、和为低电平时，为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化；此后，当由低变高时，为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。
对第二级锁存器来说，和同时为低电平时，为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化；此后，当由低变高时，变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC寄存器中。
2.DAC0832的引脚特性
DAC0832是20引脚的双列直插式芯片。
各引脚的特性如下：
CS——片选信号，和允许锁存信号ILE组合来决定是否起作用，低有效。
ILE——允许锁存信号，高有效。
WR1——写信号1，作为第一级锁存信号，将输入资料锁存到输入寄存器（此时，必须和、ILE同时有效），低有效。
WR2——写信号2，将锁存在输入寄存器中的资料送到DAC寄存器中进行锁存（此时，传输控制信号必须有效）低有效。
XFER——传输控制信号，低有效。
DI7~DI0——8位数据输入端。
IOUT1——模拟电流输出端1。
当DAC寄存器中全为1时，输出电流最大，当DAC寄存器中全为0时，输出电流为0。
IOUT2——模拟电流输出端2。
IOUT1+IOUT2=常数。
Rfb——反馈电阻引出端。
DAC0832内部已经有反馈电阻，所以，RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端。
相当于将反馈电阻接在运算放大器的输入端和输出端之间。
VREF——参考电压输入端。
可接电压范围为±10V。
外部标准电压通过VREF与T型电阻网络相连。
VCC——芯片供电电压端。
范围为+5V~+15V，最佳工作状态是+15V。
AGND——模拟地，即模拟电路接地端。
DGND——数字地，即数字电路接地端。
3.DAC0832的工作方式
DAC0832进行D/A转换，可以采用两种方法对数据进行锁存。
第一种方法是使输入寄存器工作在锁存状态，而DAC寄存器工作在直通状态。
具体地说，就是使和都为低电平，DAC寄存器的锁存选通端得不到有效电平而直通；此外，使输入寄存器的控制信号ILE处于高电平、处于低电平，这样，当端来一个负脉冲时，就可以完成1次转换。
第二种方法是使输入寄存器工作在直通状态，而DAC寄存器工作在锁存状态。
就是使和为低电平，ILE为高电平，这样，输入寄存器的锁存选通信号处于无效状态而直通；当和端输入1个负脉冲时，使得DAC寄存器工作在锁存状态，提供锁存数据进行转换。
根据上述对DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法，DAC0832有如下3种工作方式：
⑴单缓冲方式。
单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。
此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。
⑵双缓冲方式。
双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。
此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。
⑶直通方式。
直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即CS*，XFER*，WR1*，WR2*均接地，ILE接高电平。
此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。
5.SRAM芯片6264。
6264的容量为8KB，是28引脚双列直插式芯片，采用CMOS工艺制造
A12～A0（addressinputs）：
地址线，可寻址8KB的存储空间。
D7～D0（databus）：
数据线，双向，三态。
OE（outputenable）：
读出允许信号，输入，低电平有效。
WE（writeenable）：
写允许信号，输入，低电平有效。
CE1（chipenable）：
片选信号1，输入，在读/写方式时为低电平。
CE2（chipenable）：
片选信号2，输入，在读/写方式时为高电平。
VCC：
+5V工作电压。
GND：
信号地。
6.6264的操作方式
6264的操作方式由,CE1,CE2的共同作用决定
①写入：
当和为低电平，且和CE2为高电平时，数据输入缓冲器打开，数据由数据线D7～D0写入被选中的存储单元。
②读出：
当和为低电平，且和CE2为高电平时，数据输出缓冲器选通，被选中单元的数据送到数据线D7～D0上。
③保持：
当为高电平，CE2为任意时，芯片未被选中，处于保持状态，数据线呈现高阻状态。
微处理器通过数据总线、地址总线及控制总线与存储器连接，如下图所示：
控制总线
地址总线
存储器
CPU
数据总线
地址总线为地址信号，用来指明选中的存储单元地址。
数据总线为数据信号，它是微处理器送往存储器的信息或存储器送往微处理器的信息。
它包括指令和数据。
控制总线发出存储器读写信号，以便从ROM、RAM中读出指令或数据，或者向RAM写入数据。
在微机系统中，常用的静态RAM有6116、6264、62256等。
在本实验中使用的是6264。
6264为8K╳8位的静态RAM，其逻辑图如下：
其中A0～12为13根地址线，I/O0～7为8根数据线，CS1、CS2为两个片选端，OE为数据输出选通端，WR为写信号端。
其工作方式见下表：
CE1
CE2
OE
WE
方式
D0-D7
H
*
*
*
未选中
高阻
*
L
*
*
未选中
高阻
L
H
H
H
输出禁止
高阻
L
H
L
H
读
Dout
L
H
H
L
写
Din
L
H
L
L
写
Din
7.74LS373锁存器
当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。
当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。
当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。
当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。
当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。
引出端符号：
D0～D7数据输入端
OE三态允许控制端（低电平有效）
LE锁存允许端
O0~O7输
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