单片机及接口综合实验设计任务书006.docx

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单片机及接口综合实验设计任务书006

中北大学

单片机及其接口技术

课程设计说明书

学生姓名：

王昆鹏学号：

0905054116

学院：

信息与通信工程学院

专业：

自动化

题目：

8位D/A转换接口电路设计

指导教师：

沈小林职称:

副教授

2012年6月17日

中北大学

单片机及其接口技术

课程设计任务书

11/12学年第二学期

学院：

信息与通信工程学院

专业：

自动化

学生姓名：

王昆鹏学号：

0905054116

课程设计题目：

8位D/A转换接口电路设计

起迄日期：

6月11日～6月17日

课程设计地点：

中北大学

指导教师：

沈小林

系主任：

王忠庆

下达任务书日期:

2012年06月11日

课程设计任务书

1．设计目的：

通过本设计，掌握单片机与D/A转换器的扩展设计。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

1、设计技术要求

（1）DA转换器通道：

1

（2）DA转换器位数：

8

（3）DA转换时间：

不大于1μS

2、设计内容

（1）设计地址译码电路、读写控制电路；

（2）选择DA转换器件和必要译码控制器件；

（3）用PROTEL（或手工绘制）扩展存储器电原理图。

（4）写出设计总结报告。

设计报告主要内容包括：

设计目的与要求、系统技术指标或设计要求、设计方案、有关参数计算，主要参考资料及心得体会等

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等〕：

设计总结；原理图；结构框图；参考文献等。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：

1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：

科学出版社，1985

参考资料不得少于10篇

5．设计成果形式及要求：

设计总结；系统电原理图；参考文献等。

6．工作计划及进度：

6月11日～6月12日

6月13日～6月13日

6月14日～6月15日

6月16日～6月16日

调研、资料收集；

确定设计方案（选择器件等）；

设计电路；

撰写总结、设计报告答辩

系主任审查意见：

签字：

年月日

目录

第一部分……………………………………………………………6

一主芯片介绍………………………………………………6

二设计要求及分析…………………………………………7

三DA转换器及必要译码控制器的选择……………………10

四最小系统电路……………………………………………10

第二部分……………………………………………………………14

设计地址译码电路、读写控制电路…………………………16

第三部分……………………………………………………………13

用Protell画电路原理图………………………………………13

第四部分……………………………………………………………14

设计总结…………………………………………………………15

附录：

…………………………………………………………………14

第一部分设计要求及DA转换器

及译码控制器的选择

一、主芯片介绍——89c51

89C51单片机部分引脚功能：

Vcc（40脚）：

电源端，为+5V；Vss（20脚）：

接地端

XTAL2（18脚）：

接外部晶体和微调电容的一端；在89C51片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。

若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。

89C51/8031正常工作时，该引脚应有脉冲信号输出。

XTAL1（19脚）：

接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。

RST/VPD（9脚）：

RST：

复位信号输入端，高电平有效。

当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。

ALE/PROG（30脚），ALE：

地址锁存允许信号端。

正常工作时，该引脚以振荡频率的1/6固定输出正脉冲。

CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。

它的负载能力为8个LS型TTL负载

PSEN（29脚）：

程序存储器允许信号输出端。

在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM的OE端。

EA/Vpp（31脚）：

EA：

外部程序存储器地址允许输入端。

当该引脚接高电平时，CPU访问片内EPROM/ROM并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执行片外ROM中的程序。

当该引脚接低电平时，CPU只访问片外EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程序。

PO口：

漏极开路的8位准双向I/O口，每位能驱动8个LS型TTL负载。

P0口可作为一个数据输入/输出口；在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的低8位地址总线和8位数据总线。

P1口：

带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载，可作为一般的输入输出口。

P2口：

带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。

在CPU访问片外存储器时，它输出高8位地址。

P3口：

带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。

P3口除作一般I/O口外，每个引脚都有第二功能。

二、设计要求及分析：

（1）DA转换器通道：

1

（2）DA转换器位数：

8

（3）DA转换时间：

不大于1μS

（一）芯片选型

根据上面的设计要求可得DAC0832满足技术指标。

DAC0832介绍：

DAC0832主要由两个8位寄存器和一个8位Ｄ／Ａ转换器组成。

该转换芯片有二十个引脚，其各引脚为：

D0～D7：

数字量数据输入线。

ILE：

数据锁存允许信号，高电平有效。

CS：

输入寄存器选择信号，低电平有效。

WR1：

输入寄存器的“写”选通信号，低电平有效。

XFER：

数据转移控制信号线，低电平有效。

WR2：

DAC寄存器的“写”选通信号。

VREF：

基准电压输入线。

RFB：

反馈信号输入线，芯片内已有反馈电阻。

IOUT1和IOUT2：

电流输出线。

IOUT1与IOUT2的和为常数，IOUT1随DAC寄存器的内容线性变化。

一般在单极性输出时，IOUT2接地；在双极性输出时，接运放。

VCC：

工作电源。

DGND：

数字地。

AGND：

模拟信号地。

DAC0832技术指标分析：

1.DAC0832能够在多个转换器同时工作的同时，实现多通道D/A的同步转换输出，能满足通道数为一个的要求。

选择的通道：

通道1

通道2

通道3

通道4

通道5

通道6

通道7

通道8

000IN0

001IN1

010IN2

011IN3

100IN4

101IN5

110IN6

111IN7

题目要求一路选IN1，故地址锁存时，地址锁存信号应为FE。

2.DAC0832是采用CMOS工艺制造的8外单片D/A转换器，满足转换位数为八位的要求。

3.电流稳定建立时间为1uS,指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。

一般D/A转换器输入数字量从全0变为全1时，输出电压达到规定误差范围时所需时间表示。

这里满足不大于1uS的要求。

（二）存储器的扩展分析

数据存储器RAM:

MCS-C51系列单片机内部仅有128字节的SRAM。

CPU对其内部SRAM有丰富的操作指令，因此片内SRAM是珍贵的操作资源，应合理的应用片内SRAM存储器，充分发挥他们的作用。

但在实际操作中，仅靠片内SRAM存储器是远远不够的，必须扩展外部数据存储器。

常用的数据存储器有静态RAM和动态RAM两种。

在单片机系统中，为避免动态RAM的刷新问题，通常有使用静态RAM。

数据存储器空间也分为片内和片外两部分,即片内RAM和片外RAM。

扩展存储器时，一码转换器件为P0口全八位和P2口的低三位及74HC573地址锁存器来扩展片外2K的RAM（6116）。

程序存储器ROM:

程序存储器的作用是存放单片机的执行程序，是只读存储器。

虽然MCS-51系列单片机具有片内的ROM，但当程序量超过单片机的片内程序存储器时，就需要片外扩展程序存储器。

容量为4KB片内FlahROM,地址为0000H～0FFFH,片外最多可扩至64KBROM/EPROM，地址为1000H～FFFFH,片内外统一编址。

当EA=“1”时：

在0000～0FFFH范围内执行片内ROM中的程序，当指令地址超过0FFFH后就自动转向片外ROM中取指令。

当EA=”0”时：

片内ROM不起作用，CPU只能从片外ROM/EPROM中取指令。

可以从0000H开始寻址。

三、DA转换器件及必要译码控制器件的选择

由上面可得DA转换器件选用DAC0832。

译码控制器件为通过P0口和74HC573锁存器来选通DAC0832工作（详见电路原理图）

之所有选用74HC573锁存器，因为通过它可以控制多个转换器件同时工作，能够节约单片机的I/O端口。

74HC系列的芯片为低功耗芯片，节能效果好，符合当今世界的绿色节能主题，另外74HC573锁存器芯片的管脚位于同一侧相邻排列，有利于画PCB板，减小连线的难度。

扩展存储器时，一码转换器件为P0口全八位和P2口的低三位及74HC573地址锁存器来扩展片外2K的RAM（6116）。

四、最小系统电路

单片机最小应用系统，即用最少的原件组成的单片机可以工作的系统。

对51单片机来说，最小系统一般包括：

单片机，晶振电路，复位电路。

复位电路：

复位电路相当于单片机的重启电路部分，单片机在运行过程中遇到环境的干扰或出现程序跑飞的时候，按下复位键就可以使内部的程序从头开始执行。

它由电容串联电阻构成。

当系统一上电，RST脚就会出现高电平，，并且高电平持续的时间由电路的电阻和电容来决定。

典型的51单片机的RST脚的高电平持续两个周期以上就可以复位，所以选择合适的电阻和电容值就可以达到要求的复位时间。

晶振电路：

典型的晶振取11.0592MHZ，若有需要可以选择其他晶振。

51单片机最小系统的晶振电路直接影响单片机的处理速度，频率越大，处理速度越快。

最小系统电路图

第二部分设计方案及电路结构框图

一、设计地址译码电路、读写控制电路

地址译码电路及读写控制电路：

D/A地址译码电路由P0口和74HC573锁存器组成，P0口的八位分别接DAC0832的八位数字量输入端D0～D7和74HC573的八位输入端D0～D7。

通过向D0～D7输入FE使锁存器输出端口Q0～Q7输出为FE，P2口输出为FF。

并将Q0位与DAC0832的XFER相连，这样可以得到DAC0832的地址为0xFFFE。

DAC0832的经典应用接法结构图如下所示：

存储器的地址译码电路有P0口和P2口低三位及74HC573锁存器组成。

74HC573锁存P0口的八位地址，P2口的第三位地址分别于与6116的高三位地址（A8～A10）相连；89C51的WR/和RD/分别于6116的写允许控制端WE/和读允许控制端OE/连接，以实现读写控制。

EA/悬空（相当于接高电平），使系统使用片内ROM从0000H开始的空间。

第四部分设计总结

选定课题以后，通过去图书馆及利用网络查阅大量的文献资料，并且对这些资料进行总结和分析，对这个题目的内容有了一定的系统了解及大概框架，在课程设计的过程中也遇到了不能突破的瓶颈，但还是通过网络及小组合作找到了突破点最终顺利完成了课程设计。

通过课程设计自己获取信息查阅资料的能力也有了很大的提高，并且熟练掌握了单片机8位D/A转换接口电路。

整个设计过程包括单片机最小系统电路的设计，即晶振电路，复位电路和单片机组成的单片机最小系统；根据题目要求的转换位数和转换时间要求，通过分析比较，选择合适的的D/A转换器；由于片内RAM容量比较小，在电路里扩展了2KB的片外RAM。

本次课程设计以Protell99se为主要软件，画电路图，进一步加深了对此软件的使用能力，对各种器件的名称有了熟练的了解记忆，便于以后快速查找各种元器件。

总之，通过本次课程设计，学到不少东西，在处理文件的能力也有所提高，还学会了一些画图软件和仿真软件及很多计算机方面的技能，可以说是受益匪浅。

附录：

参考文献

1.韩焱,张艳华,王康谊.数字电子技术基础.北京：

电子工业出版社,2009

2.郭天祥.新概念C51单片机C语言教程.北京：

电子工业出版社社，2011

3.彭伟.单片机程序设计实例.北京：

电子工业出版社，2011

4.高伟.AT89单片机原理及其应用.北京：

国防工业出版社，2008

5.李北明,于铭.单片机原理与实践教程.哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社，2009

6.张毅和，王敏男，许宏昌，余春长，例说51单片机，北京：

人民邮电出版社，2010

7.刘守义.单片机应用技术.西安：

西安电子科技大学出版社，2006

8.张毅刚.MCS-51单片机原理及应用.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2004

9.李建中.单片机原理及应用.西安：

西安电子科技大学出版社，2002

10.李朝青.单片机原理及接口技术.北京：

北京航空航天大学出版社，2006