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分享函数发生器课程设计

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2020年4月19日
文档仅供参考

一、 设计目的
掌握8位D/A转换器DAC0832与8086的接口技术及编程方法。
二、 设计要求
1．以8086为CPU。利用D|A转换器，编程产生锯齿波，正弦波，三角波，方波信号。输出上述四种波形。
2．按“1”键输出方波，按“2”键输出正弦波，按“3”键输出三角波，按“4”键输出锯齿波，按“5”键输出退出。
3．频率、幅度自行设定。
用8086与DAC0832 构成的波形发生器，可产生方波、三角波、锯齿波、正弦波等多种波形，波形的周期可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。
三、 背景知识
8位D/A转换器DAC0832简介：
DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容，这个系列的芯片 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了广泛的应用。这类D/A转换器由8位输入锁存器，8位DAC寄存器，8位DA转换电路及转换控制电路构成。
1、DAC0832的引脚及功能：
DAC0832芯片是一种具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与MCS51单片机接口，其主要特性参数如下：
·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；
·只需在满量程和下调整其线性度；
·单一电源供电（＋5V～＋15V）；
·低功耗，200mW。
为便于DAC0832的使用，特将其应用特性总结如下：
·DAC0832是微处理器兼容型D/A转换器，能够充分利用微处理器的控制能力实现对D/A转换的控制。这种芯片有许多控制引脚，能够和微处理器控制线相连，接受微处理器的控制，如ILE、/CS、/WR1、/WR2、/XFER端。
·有两级锁存控制功能，能够实现多通道D/A的同步转换输出。
·DAC0832内部无参考电压源；须外接参考电压源。
·DAC0832为电流输入型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需要外加转换电路。
　DAC0832的引脚图及逻辑结构如下图：
　 图 1.1 DAC0832结构框图及引脚排列
DAC0832各引脚的功能如下：
DI0～DI7： 数据输入线。
ILE ： 数据允许锁存信号，高电平有效；
/CS： 输入寄存器选择信号，低电平有效。/WR1为输入寄存器的写选通信号。输入寄存器的锁存信号/LE1由ILE 、/CS、/WR1的逻辑组合产生。当ILE 为高电平、/CS为低电平、/WR1输入负脉冲时，在/LE1产生正脉冲；/LE1为高电平，输入锁存器的状态随数据输入线的状态变化，/LE1的负跳变将数据线上的信息锁入输入寄存器。
/XFER: 数据传送信号，低电平有效。/WR2为DAC寄存器的写选通信号。DAC寄存器的锁存信号/LE2,由/XEFR、/WR2的逻辑组合产生。当/XFER为低电平，/WR2输入负脉冲，则在/LE2产生正脉冲；/LE2为高电平是时，DAC寄存器的输出和输入寄存器的状态一致，/LE2负跳变，输入寄存器的内容打入DAC寄存器。
VREF ： 基准电源输入引脚 。
Rfb ： 反馈信号输入引脚，反馈电阻在芯片内部。
IOUT1、IOUT2 ： 电流输出引脚。电流IOUT1、IOUT2 的和为常数，IOUT1、IOUT2 随DAC寄存器的内容线性变化。
VCC： 电源输入引脚。
AGND： 模拟信号地
DGND： 数字地。
2、DAC0832三种数据输入方式：
　　（1）双缓冲方式：即数据经过双重缓冲后再送入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，可提高转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统，每片对应一个模拟量。
　　（2）单缓冲方式：不需要多个模拟量同时输出时，可采用此种方式。此时两个寄存器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D／A转换电路。这种方式只需执行一次写操作，即可完成D／A转换。
　　（3）直通方式：此时两个寄存器均处于直通状态，因此要将、、和端都接数字地，ILE接高电平，使LE1、LE2均为高电平，致使两个锁存寄存器同时处于放行直通状态，数据直接送入D／A转换电路进行D／A转换。这种方式可用于一些不采用微机的控制系统中或其它不须0832缓冲数据的情况。
四、硬件原理
波形的产生是经过AT89S52执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。
波形发生器是一种常见的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。
AT89S52组成单片机的最小系统有三种联接方式。一种是两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器型，即输入数据经过两级缓冲器后，送D/A转换电路。第二种是单级缓冲器型，输入数据经输入寄存器直接送入DAC寄存器，然后送D/A转换电路。第三种是两个缓冲器直通，输入数据直接送D/A转换电路进行转换。本电路直通联接方式，即WR1、WR2、CS和XFER接地，ILE和VCC接+5V电源，8751的数据输出线直接与DAC0832的数字输入端相连。D/A转换电路可采用单极性输出，也可采用双极性输出。本线路采用双极性输出，即经过两个运算放大器NE4558后输出电压UOUT。在本设计的基础上，加上按钮控制和LED显示器，则可经过按钮设定所需要的波形频率，并在LED上显示频率、幅值电压，波形可用示波器显示。
输入数字量与输出电压的关系如表所示。

表一：输入数字量与输出电压的关系
输入码
模拟输出电压UOUT
MSB

LSB
+｜Vref｜
1
1
1
1
1
1
1
1
｜Vref｜-1LSB
1
1
0
0
0
0
0
0
｜Vref｜/2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
-1LSB
0
0
1
1
1
1
1
1
-｜Vref｜/2-1LSB
0
0
0
0
0
0
0
0
-｜Vref｜

从表中可看出，当输入数字量D=00H时，输出电压UOUT=-VREF；当D=80H时，UOUT=0；当D=FFH时，。可见波形的最大幅值由D/A的参考电压VREF决定。
8751的P1口接一转换开关K，经过软件编程来选择各种波形，其中电阻R1~R8的作用是保证转换开关的各浮空节点为“0”。P3口用来驱动一组发光二极管，每种波形对应一个发光二极管作为波形的指示器。

图1.2 核心部分硬件电路图

下图为8255A接线图：

图1.3 8255A的接线图
PC7到PC0分别接开关K7到K0，其中K7到K4也就是对应AL的高半字节，每个开关对应一个波形切换，K7为三角波切换开关，K6为锯齿波切换开关，K5为正弦波切换开关，K4为方波切换开关，当对应的开关为高电平时，切换到相应的波形。K3到K0为频率调节开关，对应到AL寄存器的低半字节，能够调16倍频。

五、软件实现
系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计主要是产生各种波形的子程序的编程，经过编程可得到各种波形。周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。主程序和几种常见波形子程序的流程图如图所示。

图 3 锯齿波发生子程序流程图 图 4 三角波发生子程序流程图

图 5 方波发生子程序流程图 图 6 正弦波发生子程序流程图
设波形选择开关状态为：SW4按“1”键输出方波；按“2”键输出正弦波；按“3”键输出三角波；按“4”键输出锯齿波；按“5”键退出
1、主程序：
ORG 0000H
AJMP Start；转主程序
ORG 0003H
AJMP Begin；转INT0中断服务程序
ORG 0013H
AJMP Xuanze；转INT1中断服务程序
Start: MOV A ，#00H
MOV R0, #00H
MOV R7, #00H
SETB EA ；开CPU中断
SETB EX0 ；开INT0中断
CLR IT0 ；令INT0为电平触发
SETB EX1 ；开INT1中断
SETB PX1 ；令INT1为高优先级
CLR IT1 ；令INT1为电平触发
SJMP $ ；等待中断
Xuanze：INC R7
CJNE R7,#06H,ABC
RETI
ABC： MOV R7 ,#01H
RET
Begin：MOV DPTR ,#0BFFFH ；8255控制口地址为0BFFFH
MOV A,#80H
MOV @DPTR,A ；设置8255PA,PB,PC都为输出口
INC R0
MOV A , R0
MOV B , #100
DIV AB
LJMP BIAO
MOV DPTR, #0BEFFH ；指向8255PC地址
MOVX @DPTR,A ；百位数显示
MOV A ,B
MOV B ,#10
DIV AB
LJMP BIAO
MOV DPTR, #0BDFFH ；8255PB地址
MOVX @DPTR,A ；十位数显示
MOV A , B
LJMP BIAO
MOV DPTR, #0BCFFH ；8255PA地址
MOVX @DPTR,A ；个位数显示
MOV A ，R7 ；读波形选择状态
CJNE A ,#01H ,Sanjo ；R7=1调方波子程序：SQUN
LCALL SQUW ；调生成方波子程序：SQUN
Zhexi：CJNE A ,#04H ,Tixing ；R7=2调正弦波子程序：SINE
LCALL SINE ；调生成正弦波子程序：SINE
Sanjo：CJNE A ,#02H ,Juchi ；R7=3调三角波子程序：TRIAN
LCALL TRIAN ；调生成三角波子程序：TRIAN
Juchi：CJNE A ,#03H ,Zhexi ；R7=4调锯齿波子程序：SANTOO
LCALL SANTOO ；调生成锯齿波子程序：SANTO
Back ：RETI
BIAO:INC A
MOVC A,@A+PC
RET
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH ；0,1,2,3,4,5
DB 7DH,07H,7FH,6FH ；6,7,8,9
；2、输出方波子程序：SQUN
SQUN：MOV DPTR,#7FFFH ；DAC0832寄存器地址
MOV A ,#0FFH
MOVX @DPTR,A ；输出一个幅度的方波
LCALL Delay ；调125ms延时子程序：Delay
MOV A ,#00H
MOVX @DPTR,A ；输出另一个幅度的方波
LCALL Delay ；调125ms延时子程序：Delay
RET ；返回
125ms延时子程序(单片机晶振12MHZ)
Delay： MOV R2, #0F5H
Dely1： MOV R1, #0FFH
Dely2： DJNZ R1, Dely2
DJNZ R2, Dely1
RET

；3、输出正弦波子程序：SINE
SINE: MOV DPTR1,#sinTab
MOV DPTR,#7FFFH
LOOP: CLR A
MOVC A,@A+DPTR1
CJNE A,#129,LOOP1
RET
LOOP1: MOVX @DPTR,A
INC DPTR1
AJMP LOOP

；4、输出三角波子程序：TRIAN
TRIAN ：MOV A ,#00H
MOV DPTR,#7FFFH
UP:    MOVX @DPTR,A
        INC A
        JNZ UP
DOWN:   DEC A
        MOVX @DPTR,A
        JNZ DOWN
RET
；5、输出锯齿波子程序：SANTOO
SANTOO: MOV A ,#00H
MOV DPTR,#7FFFH
LLOOP： MOVX @DPTR,A
INC A ；
CJNE A,FFH,LLOOP
RET
CMP AL,'5'
JZ QUIT1 ;是5则退出

sinTab:DB 128,132,137,141,146,150,154,159,163,167
DB 171,176,180,184,188,191,195,199,203,206
DB 210,213,216,219,222,225,228,231,233,236
DB 238,240,242,244,246,247,249,250,251,252
DB 253,254,254,255,255,255,255,255,254,254
DB 253,252,251,250,249,247,246,244,242,240
DB 238,236,233,231,228,225,222,219,216,213
DB 210,206,203,198,195,192,188,184,180,176
DB 172,167,163,159,155,150,146,141,137,133
DB 128,124,119,115,111,106,102,97,93,89,85
DB 81,77,73,69,65,61,57,54,50,47,43,40,37
DB 34,31,28,25,23,20,18,16,14,12,10,9,7
DB 6,5,4,3,2,2,1,1,1,1,1,2,2,3,4,5,6
DB 7,9,10,12,14,16,18,20,23,25,28,30,33,36
DB 40,43,46,50,53,57,60,64,68,72,76,80,84
DB 88,93,97,101,106,110,114,119,123,128,12
RET
START ENDP
CODE ENDS
END START

六、心得体会
在本次课程设计中，无论是在程序设计方面还是实践动手能力都得到了一个非常大的锻炼，并对硬件知识的了解以及安装调试能力也得到了一个很大的提升。
    经过这次课程设计，也非常的清楚的认识了这门课程的重要性，也意识到了自己在程序设计方面的薄弱性。希望在以后的学习和工作中能进一部的加强自己专业素质和实践动手能力，并在单片机程序设计语言方面要实现从汇编语言到 C 语言的跳转。
七、参考文献 
[1]范立南.微型计算机原理与应用.沈阳：东北大学出版社，
[2]赵国相,于秀峰.微型计算机原理及接口技术. 北京:科学出版社， .4
[3]张有德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版社，1994.6