数字录音机1.docx

数字录音机1.docx

《数字录音机1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字录音机1.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数字录音机1

前言………………………………………………………

一、设计目的…………………………………………………

二、设计内容及要求…………………………………………

三、具体设计过程……………………………………………

1、总体设计思想……………………………………………………

2、硬件连接图……………………………………………………

3、各芯片的作用及工作方式……………………………………

4、各芯片工作原理及功能简介……………………………………

（1）ADC0809………………………………………………………………………………

（2）DAC0832……………………………………………………………………………………

（3）可编程计数/定时接口芯片8253…………………………………………………………

（4）可编程并行I/O接口芯片8255A…………………………………………………………

（5）74LS138译码器………………………………………………………………………………

5、流程图………………………………………………………………

6、具体实现方法…………………………………………………………

四、心得体会…………………………………………………………

参考文献……………………………………………………………

附录1实验总程序………………………………………………

附录2实验原理图………………………………………………

前言

由于计算机技术的飞速发展，微机原理与接口技术课程已经作为一门比较重要的专业基础课。

微机原理与接口技术已经融入我们的基本生活当中，我们生活中的许多电子产品都与之密切相关。

微机原理与接口技术是一门实践性强的学科，其中很多理论和知识仅考书本的学习是无法掌握的，必须通过实践才能比较直观深刻的理解。

通过课程设计可以培养我们动手的能力，使我们对书本的理论知识掌握更加牢固，培养学生编程的能力以及提出问题，分析分体，解决问题的能力。

本次课程设计所做的是关于数字录音机的设计。

一、设计目的

1.进一步加深对微机系统的理解和认识，提高微机系统的应用水平。

2.进一步学习和掌握汇编语言程序的编写和应用的方法，通过较大规模程序的编写，提高编写汇编语言程序的水平和学习程序调试方法。

3.进一步熟悉接口，DAC0832、ADC0809及定时计数器等芯片的使用。

 二、设计内容及要求：

1.设计一个声音录放系统，通过传感器及ADC0809以每秒5000次的速率采集语言信号，录音12秒后，再以同样的速率将语音数据通过DAC0832送出至喇叭发声（放音）。

2.用protel画出系统的硬件连接图。

3.画出程序流程图并编写程序实现上述功能。

 三、具体设计过程

1.总体设计思想

根据设计要求，本次数字录音机的汇编语言设计所需芯片有模数转换芯片ADC0809、数模转换芯片DAC0832、定时计数器8253、可编程并行I/O接口8255A及译码器74LS138。

设计过程可简述为：

利用传感器和ADC0809采集语音数据，以每秒5000的速率采集IN0输入的语音数据并存入内存，共采集数据60000个，即录音12秒。

DAC0832进行数模转换，以同样的速率将数据送DAC0832使喇叭发声。

8253用作定时，定时0.2ms，设置成方式0，计数初值为200。

8253计数器0的OUT0与8255A的PA0连接，利用PA0查询OUT0电平，如果为高点平则表示定时时间到。

用译码器74LS138对地址线进行译码以产生各接口芯片所需的信号。

 2.硬件连接图（见附录）

 3.各芯片的作用及工作方式

（1）ADC0809在本次设计中的作用及工作方式

ADC0809作数据采集用，用来采集12秒的语音信号并保存到相应的存储单元。

对ADC0809的8个模拟通道，这里是用数据总线的低8位D2、D1、D0来控制ADC的通道选择信号ADDC、ADDB、ADDA，以实现选择其中之一模拟通道输入。

在本次设计中，初始值为000（D2=0、D1=0、D0=0），即选择IN0通道进行数据采集，然后使ADC0809的ALE、START有效，START和ALE信号通过CPU向选中的通道口执行一条输出指令，启动A/D转换。

转换结束后，发出EOC信号，当EOC为高电平时，可供CPU查询，读取每次采集的A/D转换结果。

当CPU知道转换已完成，执行一条输入指令使OE信号有效，此时输出缓冲器被打开，数据送到数据总线。

系统时钟经分频后接到ADC0809芯片的时钟引脚CLK上。

（2）DAC0832在本次设计中的作用及工作方式

在本次设计中，我使用的DAC0832采用直通方式与CPU连接，从硬件图中可以看出，该片DAC0832只有一个端口地址，即88H。

DAC0832的ILE信号与+5V连在一起，、WR1和WR2均接地，总是有效的，DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器均处于选通状态，只要CPU想88H端口执行一条输出指令，就会使XFER有效，CPU输出繁荣数字量就会顺利通过DAC0832的两个寄存器，然后进行D/A转换，在运算放大器的输出端得到转换结果。

（3）8253、8255A在本次设计中的作用及工作方式

8253在本次设计中用作定时，工作于方式0，与8255A连接使用完成定时操作。

8255A采用工作方式0进行输入操作，工作方式0是8255A个端口的基本输入输出方式，CPU可从指定端口输入信息，也可向指定端口输出信息。

当8253写入方式0控制字后，计数输出端OUT0立即变为低电平，并且在计数过程中一直保持低电平，当计数完成时，OUT0输出变为高电平。

8253计数器0的OUT0与8255A的PA0连接，因此可通过查询PA0是否为1，判断计数是否完成。

计数完成，则表示定时时间到。

（4）74LS138在本次设计中的作用

译码器74LS138对地址线进行译码以产生各接口芯片所需的信号

各接口芯片端口地址分配如下：

 芯片

A7 A6 A5

A4  A3 A2

A1 A0

 选中的芯片

端口地址

8253

1  0  0

1  0  0

0   0  0

0   0  0

0               0

0   1

Y0选中8253计数器0

 选中8253控制口

 80H

 81H

8255A

1  0  0

1  0  0

0   0  1

0   0  1

0               0

0   1

Y1选中8255A的A口

 选中8255A控制口

 84H

 85H

DAC0832

1  0  0

0   1  0

0   0

Y2选中DAC

 88H

ADC0809

1  0  0

1  0  0

1  0  0

0   1  1

1   0  0

1   0  1

0   0

0   0

0   0

Y3选中ADCIN0

 选中ADC转换结果端口

 选中ADC的EOC端口

 8CH

 90H

 94H

 4．各芯片工作原理及功能简介

（1）ADC0809

   ADC0809是CMOS工艺制成的双列直插式8位A/D转换芯片，内部采用逐次逼近原理，单极性，量程为0～+5V。

片内部有8路模拟开关，可控制选择输入8个模拟量之中的一个，并带有三态输出锁存缓冲器，可直接与CPU总线连接，不需要外部锁存器，是应用较广泛的一种A/D转换芯片。

①ADC0809内部结构

ADC0809内部结构框图如图1所示

ADC0809内部由两部分电路组成：

第一部分：

8路模拟通道选择开关，地址锁存器和译码器。

第二部分：

比较器、8位逐次逼近寄存器SAR、8位开关树型D/A转换电路、控制逻辑、三态输出缓冲锁存器。

工作原理：

由ADDA、ADDB、ADDC及ALE选择8个模拟量之一，并通过通道选择开关加至比较器一端。

由START信号启动A/D转换开始且SAR清0。

在CLOCK的控制下，将SAR从高位逐次置1，并将每次置位后的SAR送D/A转换器转换成与SAR中数字量成正比的模拟量。

DAC的输出加至比较器的另一端与输入的模拟电压进行比较，若Vi大于等于V0保留SAR中该位的1；若Vi小于V0则该位清0。

经过8次比较（8个CLOCK）后，SAR中的8位数字量即是结果。

在OE有效时，将SAR中的8位二进制数输出至锁存器，并通过D7～D0输出，同时发出EOC转换结束信号。

图1ADC0809内部结构框图

 ②ADC0809引脚功能如下：

 IN0～IN7：

8路模拟输入通道。

D0～D7：

8位数字量输出端。

START:

启动转换命令输入端，由1→0时启动A/D转换，要求信号宽度>100n

OE：

输出使能端，高电平有效

ADDA、ADDB、ADDC:

地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路进入A/D转换。

其中ADDA是LSB位，这三个引脚上所加电平的编码为000～111，分别对应IN0～IN7，例如，当ADDC=0，ADDB=1，ADDA=1时，选中IN3通道。

ALE：

地址锁存允许信号。

用于将ADDA～ADDC三条地址线送入地址锁存器中。

EOC：

转换结束信号输出。

转换完成时，EOC的正跳变可用于向CPU申请中断，其高电平也可供CPU查询。

CLK：

时钟脉冲输入端，要求时钟频率不高于640KHZ。

REF（+）、REF（-）：

基准电压，一般与微机接口时，REF（-）接0V或-5V，REF（+）接+5V或0V。

（2）DAC0832

DAC0832是用COMS工艺制成的双列直插式8位D/A转换芯片，内部采用T型电阻网络，数字输入有输入寄存器和DAC寄存器两级缓冲，可以双缓冲、单缓冲或直接输入方式连接。

DAC0832内部结构图

DAC0832引脚图如图2所示，各引脚功能如下：

                     图2DAC0832引脚图

 DI7～DI0：

转换数据输入

：

片选信号（输入），低电平有效

ILE：

数据锁存允许信号（输入），高电平有效

：

第1写信号（输入），低电平有效

上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当ILE=1和

=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和

=1时，为输入寄存器锁存方式。

：

第2写信号（输入），低电平有效

：

数据传送控制信号（输入），低电平有效

上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当

=0和

=0时，为DAC寄存器直通方式；当

=1和

=0时，为DAC寄存器锁存方式。

Iout1：

电流输出1

Iout2：

电流输出2

DAC转换器的特性之一是：

Iout1+Iout2=常数。

Rfb—反馈电阻端

0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。

运算放大器的接法如图3所示。

Vref：

基准电压，其电压可正可负,范围-10V～+10V。

DGND：

数字地

AGND：

模拟地                             

DAC0832的三种工作方式

①直通方式

当ILE接高电平，都接数字地时，DAC处于直通方式，8位数字量一旦到达D0～D7输入端，就立即加到D/A转换器，被转换成模拟量。

在D/A实际连接中，要注意区分“模拟地”和“数字地”的连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到数字地，而模拟量部分只能连接到模拟地。

这种方式可用于不采用微机的控制系统中。

②单缓冲方式

单缓冲方式是将两个锁存器之一处于直通状态，输入数据中经过一级缓冲送入D/A转换器。

如把都接地，使寄存锁存器2处于直通状态，ILE接+5V，接CPU系统总线的信号，接端口地址译码信号，这样CPU可执行一条OUT指令，使和有效，写入数据并立即启动D/A转换。

③双缓冲方式

即数据通过两个寄存器锁存后再送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完成一次D/A转换。

这种方式可在D/A转换的同时，进行下一个数据的输入，可提高转换速度。

更为重要的是，这种方式特别适用于系统中含有2片及以上的DAC0832，且要求同时输出多个模拟量的场合。

（3）可编程计数/定时接口芯片8253

8253外部引脚结构

8253各引脚的功能定义如下：

　　数据总线D0～D7：

它们为三态输入／输出线，用于将8253与系统数据总线相连，是8253与CPU接口数据线，供CPU向8253读写数据、命令和状态信息。

　　读信号RD：

它为输入信号，低电平有效。

它由CPU发出，用于对8253寄存器读操作。

　　写信号WR：

它为输入信号，低电平有效。

它由CPU发出，用于对8253寄存器写操作。

　　地址译码线A1A0：

这两根线接到系统地址总线的A1A0上。

当CS＝0，8253被选中时，A1A0用于选择8253内部寄存器，以便对它们进行读写操作。

8253内部寄存器与地址码A1A0的关系如表7－3所示。

　　时钟信号CLK：

CLK为输入信号。

3个计数器，各有一独立的时钟输入信号，分别为CLK0、CLK1、CLK2。

时钟信号的作用是在8253定时或计数工作时，每输入一个时钟信号CLK，便使定时或计数值减1。

它是计量的基本时钟。

　　门选通信号GATE：

GATE信号为输入信号。

3个通道，每一个都有自己的门选通信号，分别为GATE0、GATE1、GATE2。

GATE信号的作用是用来禁止、允许或开始计数过程。

对8253的6种不同工作方式，GATE信号的控制不同（参见后面的表7－4）。

　　计数器输出信号OUT：

OUT是8253向外输出信号。

3个独立通道，每一个都有自己的计数器输出信号，分别为OUT0、OUT1、OUT2。

OUT信号的作用是，计数器工作时，当定时或计数值减为0时，即在OUT线上输出OUT信号，用以指示定时或计数已到。

这个信号可作为外部定时、计数控制信号引到I／O设备用来启动某种操作（开／关或启／停），也可作为定时、计数已到的状态信号供CPU检测，或作为中断请求信号使用。

8253的内部结构

①数据总线缓冲器

该缓冲器为8位双向三态的缓冲器，8根数据线D0～D7可直接挂在CPU数据总线上。

②   读/写控制逻辑

它是8253内部操作的控制部分，它决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个能进行工作，并控制内部总线上数据传送的方向。

③控制字寄存器

接收从CPU来的控制字，并由控制字的D7、D6位的编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器，控制寄存器只能写入，不能读出。

④计数器

8253有3个独立的计数器通道，每个通道的结构完全相同，如图10.2所示。

每一个通道有一个16位减法计数器；还有对应的16位初值寄存器和输出锁存器。

每个计数器都可以对其CLK输入端输入的脉冲按照二进制或BCD码从预置的初值开始进行减1计数，当减至0时，从OUT端输出一个信号，计数的开始由软件启动或硬件门控信号GATE控制。

计数开始前写入的计数初值存于初值寄存器；计数过程中，减法计数器的值不断递减，而初值寄存器中的初值不变。

输出锁存器则用于写入锁存命令时锁定当前计数值。

当8253用作计数器时，加在CLK引脚上脉冲的间隔可以是不相等的；当它用作定时器时，则在CLK引脚应输入精确的时钟脉冲，8253所能实现的定时时间，取决于计数脉冲的频率和计数器的初值。

对8253来讲，外部输入到CLK引脚上的时钟脉冲频率不能大于2MHZ，否则需分频后才能送到CLK端。

（4）可编程并行I/O接口芯片8255A

8255A的外部引脚布局如图所示。

它有40根引脚，可分为与系统总线（如8086）连接的引脚和与外部设备连接的引脚。

8255A引脚图

8255A引脚功能说明：

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。

8255A内部结构

①并行输入/输出端口A、B、C

8255A芯片具有24个可编程输入输出引脚，分成3个8位端口，其中：

端口A包含一个8位数据输出锁存/缓冲寄存器和一个8位数据输入锁存器；端口B包含一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲寄存器和一个8位数据输入缓冲寄存器；端口C包含一个输出锁存/缓冲寄存器和一个输入缓冲寄存器。

必要时端口C可分成两个4位端口，分别与端口A与端口B配合工作，通常将端口A和端口B定义为输入/输出的数据端口，而端口C可作为状态或控制信息的传送端口。

②A组和B组控制部件

端口A与端口C的高4位（PC7～PC4）构成A组，由A组控制部件实现控制功能，端口B与端口C的低4位（PC3～PC0）构成B组，由B组控制部件实现控制功能。

它们各有一个控制单元，可接收来自读/写控制部件的命令和CPU通过数据总线（D7～D0）送来的控制字，并根据它们来定义各个端口的操作方式。

③    数据总线缓冲器

这是一个三态双向8位数据缓冲器，它是8255A与8086CPU之间的数据接口，CPU输入输出的数据，CPU输出的控制字以及外设的状态信息都是通过这个缓冲器进行传送。

④    读/写控制部件

　 这是8255A内部完成读/写控制功能的部件，它与CPU的地址总线及有关的控制信号相连，接收CPU的控制命令，并根据它们向片内各功能部件发出操作命令

（5）74LS138译码器

74LS138是3-8线二进制译码器，它有3个输入端，8个输出端，输出低电平有效。

该器件3个输入端A、B、C接受二进制码，其输出端Y0～Y7工8条译码输出线。

除此之外，还有3个使能控制端G、G2A、G2B，目的在于灵活应用并组合各种电路。

只有当G=0，同时G2A+G2B=0时，译码器工作，否则，译码器功能被禁止。

5．流程图

6．具体实现方法

实现该声音录放系统功能的程序可以分为以下三个部分

（1）主程序

主程序的主要任务是对8253、8255A进行初始化，实现录、放音的功能调用。

①8253初始化设置

（C）放音子程序

8253在程序中设置成方式0，计数200，定时0.2ms

8253工作方式控制字：

10000000B，即10H；选择通道0，方式0，只读写的、低8位

设8253输入时钟信号的频率为1MHZ

计数初值=0.2ms/0.001ms=200

控制字端口地址为：

81H

计数器0端口地址为：

80H

②8255A初始化设置

8255A控制字：

10010000B，即90H；方式0，A口输入

控制字端口地址为：

85H

A口地址为：

84H

③调用录、放音子程序

首先DOS功能调用，显示录音提示信息，然后BIOS功能调用，读键盘缓冲区字符，等待键盘输入，若无键按下，继续等待；有键按下，则调用录音子程序，录音12秒。

清除键盘缓冲区后，再进行放音子程序的调用。

（2）A/D录放音子程序

根据设计要求，ADC0809要以每秒5000的速率采集语音数据，录音12秒，因此共需采集5000×12=60000个数据，计数器CX=60000。

选择IN0通道进行数据采集（D2=0、D1=0、D0=0），寻址A/D转换启动端口地址，CPU向IN0通道执行一条输出指令，启动一次A/D转换。

寻址EOC状态端口地址，读取EOC状态，测试转换是否结束，未完则继续等待，转换完成后，则寻址ADC0809转换结果端口，CPU执行一条输入指令，取A/D转换结果。

A/D转换启动端口地址：

8CH

转换结果端口地址：

90H

EOC状态端口地址：

94H

（3）D/A放音子程序

置数据区首址至SI，计数器CX=60000。

从数据区取数据，寻址DAC端口地址，CPU执行一条输出指令，进行D/A转换。

DAC端口地址为：

88H

（4）延时子程序

DELAY是延时0.2ms的子程序

   将8253计数器0的OUT0输入到8255A端口，测试PA0是否为1，若不为1，则表示8253未计数完，继续查询，如果为1，则表示8253计数完成，定时时间到。

四、心得体会

在进行这次微机原理及其应用课程设计之前，我觉得利用汇编语言进行较大规模程序的编写是非常困难的，但通过对这次课题数字录音机的设计与编程，我不仅加深了对微机原理及接口技术的认识和理解，还认识到只要自己认真对待，通过查阅资料，理解消化资料，编程并不是难事。

刚拿到这个课题时，我还十分担心编不出程序，因为DAC0832，ADC0839都是从未接触过的芯片，设计要求中要通过传感器及ADC0809采集语音信号，录音12秒，再通过DAC0832送至喇叭放音，我感觉很抽象，以为程序一定会很复杂，但通过查阅资料，了解了数模转换和模数转换芯片的功能及应用，我认为这次的设计任务并不麻烦，但在编程中也遇到一些问题，比如如何利用8253定时延时，CPU与A/D、D/A转换芯如何连接，在请教知道老师以后，问题基本得以解决。

我和同组人通过所获得的资料及老师的提示，终于完成了编程任务。

虽然不是很复杂庞大的程序，但我们依然很有成就感，因为我们真正掌握了这些知识。

每次课程设计，我都会认真对待，因为这个是培养我们应用能力的最佳机会，也是对课本知识的进一步深化与提高。

通过这次课程设计我又收获了不少新知识，掌握了这次设计中所用到的芯片的工作原理功能及应用，而且经过这次设计，我们的自学能力与独立思考能力也得到了提高。

参考文献

1.《微机原理与接口技术》         主编：

彭楚武          湖南大学出版社

2.《微机原理与接口技术实验指导》 主编：

黄海萍、陈用昌  国防工业出版社

3.《微机原理应用及实训》         主编：

赵欢            高等教育出版社

附录1