基于MAX517的串行DA转换电路的设计.docx

1、基于MAX517的串行DA转换电路的设计中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 常 靖 学 号： 10050644X02 学生姓名： 陈慧敏 学 号： 10050644X04 学生姓名： 卢宇花 学 号： 10050644X14 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 题 目：专业综合实践之单片机信息处理部分： 基于MAX517的串行D/A转换电路的设计 王浩全 指导教师： 职称: 教授 2014 年 1 月 10 日中北大学信息商务学院课程设计任务书 2013/2014 学年第 1 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 常

2、 靖 学 号： 10050644X02 课程设计题目： 专业综合实践之单片机部分： 基于MAX517的串行D/A转换电路的设计起 迄 日 期： 2013年12 月30 日2014年1月 10 日 课程设计地点： 5院楼 201，510 实验室 指 导 教 师： 下达任务书日期: 2013 年 12 月30日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：巩固掌握单片机工作原理及应用，提高编程能力。本课程设计主要针对电子信息工程专业课程体系设置的要求，安排的一种综合性的课程设计。一方面为了培养学生在查阅资料、复习、学习知识的基础上，进行包括机、电系统的设计、计算、仿真、编程、调试等多个环节的综合能力培养；

3、另一方面，也是对学生进行毕业设计前的一次大型练兵，进一步培养学生独立地分析、解决实际问题的实际能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。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）：掌握单片机89C51的工作原理掌握用汇编、C或其他语言实现编程掌握MAX517串行D/A3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；（2）提供用Protel设计的电路原理图，印刷板电路图；（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真

4、、编程与分析；（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；（5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献； 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献： 要求按国标GB 771487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，19852 刘 坤.51单片机C语言应用开发技术大全.北京：人民邮电出版社，20083 韩全立，王建明.单片机控制技术及应用.北京：电子工业出版社，20044 杨素行，模拟电子技术基础简明教程.北京：高等教育出版社，20075 蒋辉平，单片机原理与应用设计.北京：北京航空航天大学出版社，20075设计成果形式及要求：（1）

5、电路原理图、程序、仿真结果、PCB图；（2）课程设计说明书；6工作计划及进度：2013年12月 30 日 2014年1 月 1 日：查阅资料；2014年:1 月 2 日 1 月 7 日：方案设计、实验验证；1 月 8 日 1 月 9 日：完成课程设计说明书； 1 月 10 日：答辩。系主任审查意见： 签字： 年 月 日目 录一、PROTEL的基本介绍1二、Keil uVision4的介绍1三、AT89C51的基本介绍21、AT89C51单片机的主要工作特性22、AT89C51各部分的组成及功能23、AT89C51的工作原理4四、MAX517的简介51、MAX517各引脚的具体说明如下62、MA

6、X517与AT89C51的硬件连接63、MAX517与AT89C51的通信子程序6五、实验程序6六、实验电路图10七、实验结果11八、实验心得11九、参考文献12一、PROTEL的基本介绍PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低。而现今的PROTEL已发展到DX

7、P 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了

8、解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。2005年年底，Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所

9、需的全部功能。这款最新高端版本Altium Designer 6.除了全面继承包括99SE，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。二、Keil uVision4的介绍2009年2月发布Keil uVision4，Keil uVision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可

10、以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。2011年3月ARM公司发布最新集成开发环境RealView MDK开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的最完美匹配。三、AT89C51的基本介绍1、AT89C51单片机的主要工作特性AT89C51的工作电源电压为5（10.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz.内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次；内含28字节的RAM；具有32根可编程I/O线；具有2个16位可编程定时器；具有6个中

11、断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；具有1个全双工的可编程串行通信接口；具有一个数据指针DPTR；两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定定位。2、AT89C51各部分的组成及功能单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。（1）运算器 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或

12、”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。（2）控制器控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单

13、元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H。(3) 存储器单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。（4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。

14、3、AT89C51的工作原理1. 引脚排列及功能AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。（1）I/O口线 P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。P1口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个T

15、TL负载。P2口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收高字节地址和某些控制信号。P3口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。（2）控制信号线 RST 复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在RST脚施加两个机器周期以上的高电平，将器件复位。 EA/VPP 外部程序存储器访问允许信号EA.当EA信号接地时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器，地址为0000H-FFFFH;当

16、EA接VCC时，对ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。在编程时，该引脚可接编程电压5V或12V。在编程校验时，该引脚可接VCC。 PSEN 片外程序存储器读选通信号PSEN，低电平有效。在片外程序存储器取指期间，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送至P0口；在访问外部RAM时，PSEN 无效。 ALE/PROG 低字节锁存信号ALE.在系统扩展时，ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送。此外，ALE端连续输出正脉冲，频率为晶振频率的1/6，可做外部定时脉冲使用。（3）外部晶振引线 XTAL1 片内振荡器反向放

17、大器和时钟发生线路的输入端。使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。XTAL2 片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容。2. 存储器组织和特殊功能寄存器AT89C51的存储器将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的存储空间和访问指令。它有4个存储空间：片内存储器、片外存储器、片内数据存储器及片外存储器。四、MAX517的简介MAX517是8位电压输出型数模转换器，它带有简单的双线串行接口，允许多个设备之间进行通信，MAX517采用单5V电源工作。MAX517使用简单的双线串行接口，只需要标准的微处理器提供2根总线与之相连。微处理器的SCL输出时钟信号，S

18、DA输出数据。当微处理器的SCL传送时钟脉冲时，对于MAX517来说，最高频率不能超过400kHz，即波特率不超过400kbps。1、MAX517各引脚的具体说明1脚（）：转换输出端；2脚（）：接地；3脚（）：时钟总线；4脚（）：数据总线；5、6脚（，）：用于选择哪个通道的转换输出 由于MAX517只有一个，所以，使用时，这两个引脚通常接地；7脚（）：电源；8脚（）：参考。2、MAX517与AT89C51的硬件连接AT89C51是ATMEL公司的89系列单片机的一种电路，是市面上应用相当广泛的一种产品。MAX517与AT89C51的硬件连接电路中，采用MAX813作为看门狗电路,既可自动复位，

19、也可手工复位。利用该电路可以用数码管来显示0-255个数字量,图中,采用MAX7219作为数码驱动电路,若将MAX517的输出引脚连接到示波器上，还可以显示相应的模拟电压的变化情况。3、MAX517与AT89C51的通信子程序该系统应将MAX517作为从设备，AT89C51作为主设备。首先主设备向从设备发送一个地址字节58H，之后从设备则发一个应答信号，主设备接到应答后，再发给从设备一个控制字节00H，当从设备接到该控制字节后，再发给主设备一个应答。之后主设备便可发给从设备要转换的8位数据。五、实验程序#include #include #define _Nop() _nop_() /定义空指

20、令sbit SDA=P01; /模拟I2C数据传送位sbit SCL=P00; /模拟I2C时钟控制位 bit ack; /应答标志位void Start_I2c(void);/声明函数void Stop_I2c(void);void SendByte(unsigned char c);bit WriteDAC(unsigned char dat); /*- 启动总线-*/void Start_I2c() SDA=1; /发送起始条件的数据信号 _Nop(); SCL=1; _Nop(); /起始条件建立时间大于4.7us,延时 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();

21、SDA=0; /发送起始信号 _Nop(); /起始条件锁定时间大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /钳住I2C总线，准备发送或接收数据 _Nop(); _Nop();/*- 结束总线-*/void Stop_I2c() SDA=0; /发送结束条件的数据信号 _Nop(); /发送结束条件的时钟信号 SCL=1; /结束条件建立时间大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=1; /发送I2C总线结束信号 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();/*- 字节数据传送函数

22、 -*/void SendByte(unsigned char c) unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt8;BitCnt+) /要传送的数据长度为8位 if(cBitCnt)&0x80)SDA=1; /判断发送位 else SDA=0; _Nop(); SCL=1; /置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位 _Nop(); _Nop(); /保证时钟高电平周期大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; _Nop(); _Nop(); SDA=1; /8位发送完后释放数据线，准备接收应答位 _Nop(); _Nop();

23、SCL=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); if(SDA=1)ack=0; else ack=1; /判断是否接收到应答信号 SCL=0; _Nop(); _Nop();/*- 写入DA转换数值输入参数：dat 表示需要转换的DA数值，范围是0-255-*/bit WriteDAC(unsigned char dat) Start_I2c(); /启动总线 SendByte(0x58); /发送器件地址 if(ack=0)return(0); SendByte(0x00); /发送器件子地址 if(ack=0)return(0); SendByte(dat); /发送数据 i

24、f(ack=0)return(0); Stop_I2c(); /*- 主程序-*/main() unsigned char num; while(1) num=0x77; WriteDAC(num); 六、实验电路图七、实验结果八、实验心得通过本门课程设计以下能力得到了提升：培养了综合应用相关知识解决实验问题的基础理论；培养在实践问题中研究问题，分析问题解决问题的能力；这些年来，有限的时间和精力都投入到了学习当中，动手能力比较差，所以对于实验课程并不是很擅长。实验时不能很迅速的熟悉每种仪器的使用方法，调试的时候有时会感觉无从下手，不知道具体按哪个键才能得到想要的波形和结果，往往在波形有问题的时

25、候不知道是哪里出错了，画图的时候也显得比较缓慢，画出来的图形总是不太好看。但正因为如此，我认为开设这门课程对于锻炼我的动手操作的能力有很大的帮助，也能提高我对课程的兴趣，而且实验中所用到的仪器都是常用的基本仪器，以后一定会经常需要，现在先掌握一些它的基本用法，以后要用时就能更熟练，为以后的研究奠定了基础。在我看来，自学能力、读图绘图能力、联系理论知识的能力、分析问题的能力、实验精神等对于完成实验是不可或缺的。九、参考文献1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，19852 刘 坤.51单片机C语言应用开发技术大全.北京：人民邮电出版社，20083 韩全立，王建明.单片机控制技术及应用.北京：电子工业出版社，20044 杨素行，模拟电子技术基础简明教程.北京：高等教育出版社，20075 蒋辉平，单片机原理与应用设计.北京：北京航空航天大学出版社，2007