1、哈 爾 濱 理 工 大 學課 程 實 踐 題 目：智能儀器設計 姓 名: 班 級： 學 號： 指導教師 成 績：2016年6月16日哈爾濱理工大學課程實踐目錄目錄I第一章 緒論11.1 實驗目的11.2 實驗內容11.3 實驗用設備11.4 實驗要求11.5 實驗波形1第二章 總體方案設計22.1 工作原理2 2.3 波形發生22.4 顯示部分32.5 按鍵部分3第三章 硬件設計33.1 硬件原理33.2 DAC接口電路設計33.3 數碼管顯示及鍵盤接口電路43.4 中央處理部分53.4.1 CPU53.4.2復位電路73.4.3 系統時鐘83.5 PCB93.5.1 DAC1210 PCB板

2、9第四章 軟件設計104.1 系統流程圖104.2 軟件程序10第五章 設計總結11參考文獻11附錄12第一章 緒論1.1 實驗目的1、根據給定D/A轉換器設計其與51單片機的接口電路，畫出原理圖及線路板圖，掌握智能儀器模擬量輸出通道的設計方法。2、通過一個相對完整的程序編程，將單片機知識和智能儀器的設計融會貫通，同時掌握對智能儀器的軟硬件構成及“硬件軟化”方法。1.2 實驗內容設計數字式波形發生器，畫出硬件電路原理圖；編寫程序生成各種波形，而且頻率可調；確定所生成的波形頻率范圍；用鍵盤控制生成的波形及頻率；數碼管顯示輸出波形的類型及頻率。1.3 實驗用設備HC6800實驗板，示波器，計算機，

3、電源1.4 實驗要求1. 繪制DAC1210接口電路原理圖及線路板圖。2. 焊接D/A接口電路板。3. 編寫程序完成以下任務1) 鍵盤識別。2) 動態LED顯示。3) 使用按鍵通過D/A輸出要求的波形并顯示頻率。1.5 實驗波形 下半波整流正弦波 方波第二章 總體方案設計2.1 工作原理根據題目的要求，制定了整體方案：以STC89C51單片機為控制核心，DAC1210和LF356等組成DAC接口電路，其中DAC的四個控制位分別接在單片機的P14,P15,P16,P17，數據線接在單片機的P0口。利用單片機程序控制的方法不斷地給DAC輸入不同的數字量，可以在DAC輸出端得到連續變化的波形（分別為

4、三角波和下半波整流正弦波），再由按鍵控制產生波形的種類及頻率，在數碼管上實時的顯示波形的頻率和種類，其中數碼管位選端接在p24,p23,p22 。波形在示波器上產生。2.2 系統組成圖2-2 原理圖2.3 波形發生采用單片機STC89C51和數模轉換芯片DAC1210實現波形的產生。通過STC89C51執行下斜鋸齒波、上半波整流正弦波程序，向D/A轉換器的輸入端發送數據，從而在D/A轉換電路輸出端得到相應的電壓波形。在STC89C51的P25,P26,P27口接獨立按鍵，通過軟件編程來選擇波形、頻率，每種波形對應一個按鍵，頻率增加、減少對應一個按鍵。2.4 顯示部分8段LED共陰極數碼管，13

5、8譯碼器進行位選,P0口輸出段選信號。2.5 按鍵部分采用獨立按鍵，它相比較矩陣鍵盤，按鍵的數目比少，結構簡單，方便操作，執行效率高。第三章 硬件設計3.1 硬件原理波形的產生是通過STC89C51單片機執行某一波形發生程序，通過這個51單片機將數字信號傳入D/A轉換器中，D/A轉換器將數字信號轉換成模擬電流信號，經過LF356芯片轉換成電壓信號，即產生想要輸出的波形。3.2 DAC接口電路設計圖3-2 DAC接口電路DAC1210是一種雙緩沖的12位DAC芯片，它包含2個輸入鎖存器（高8位和低四位）、一個12位的DAC寄存器和一個12位的D/A轉換器。片選信號與寫入信號同時有效時將數字量送入

6、輸入鎖存器，字節控制端BYTE1/為高電平時，8位數字量同時送入輸入鎖存器，而此端為低電平時，只將低4位數字量送入低四位鎖存器。傳輸控制信號與同時有效時，12位輸入鎖存器信號同時送進DAC寄存器。由于本設計單片機為8位單片機，所以不需兩次傳送。3.3 數碼管顯示及鍵盤接口電路圖3-3-1 共陰極數碼管接線圖圖3-3-2 六路獨立按鍵本設計選擇了8位共陰極數碼管，它的8個發光二極管的陰極（二極管正端）連接在一起，通常公共陰極接低電平，其它管腳接驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據發光字段的不同組合可顯示出各種數字或字符。此時，要求段驅動電路能吸收額

7、定的位置導通電流，還需根據外接電源及額定位置導通電流來確定相應的限流電阻。顯示電路用于顯示信號的波形種類和信號的頻率，并且使系統能根據按鍵實時顯示相關信息。該系統中添加74LHC573 鎖存器，用于驅動數碼顯示管，使其更易于控制，增加顯示的準確性。使用74LS138 譯碼器，利用P0口控制數碼管的位選。由LED數碼管顯示器和獨立按鍵組成。當某一按鍵按下一次時，掃描程序掃描到之后，通過P0口將信號發送到LED。掃描及顯示利用程序實現，不斷掃描獨立按鍵，當某一按鍵按下時，隨即執行程序段，完成相應的功能。74LS573芯片 原理：本次設計我們采用動態掃描的方法顯示，74LS573 的八個鎖存器都是透

8、明的D 型鎖存器，當使能（G）為高輸出將隨數據（D）輸入而變。當使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數據電上.輸出控制不影響鎖存器的內部工作，即老數據可以保持，甚至當輸出被關閉時，新的數據也可以置入。這種電路可以驅動大電容或低阻抗負載，可直接與系統總線接口并驅動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅動器和工作寄存器。表3-1 74LS573芯片的真值表輸出enableLatch ENABLE 啟動D輸出 OLHHHLHLLLLXQOHXXZ圖3-3-3 74LS573芯片 3.4 中央處理部分3.4.1 CPU1、 CPU結構CPU 是單片機的核心部件。它由運算器和控

9、制器等部件組成。(1)運算器 運算器以完成二進制的算術/邏輯運算部件ALU為核心。它可以對半字節（4）、單字節等數據進行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進制調整、比較等算術運算，完成與、或、異或、求反、循環等邏操作，操作結果的狀態信息送至狀態寄存器。運算器還包含有一個布爾處理器，用以處理位操作。它以進位標志位C為累加器，可執行置位、復位、取反、位判斷轉移，可在進位標志位與其他可位尋址的位之間進行位數據傳誦等操作，還可以完成進位標志位與其他可位尋址的位之間進行邏輯與、或操作。(2)程序計數器PCPC是一個16位的計數器，用于存放一條要執行的指令地址，尋址范圍為64kB，P

10、C有自動加1功能，即完成了一條指令的執行后，其內容自動加1。(3)指令寄存器 指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經指令譯碼器譯碼后由定時有控制電路發出相應的控制信號，完成指令功能。2、 存儲器和特殊功能寄存器(1)存儲器（Memory）是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。(2)特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80HFFH。在MCS51中，除程序計數器PC和四個工作寄存器區外，其余

11、21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個是雙字節寄存器，它們共占用了26個字節。各特殊功能寄存器的符號和地址見附表2。其中帶號的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態，實際上是8051的狀態字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關，另一類作片內功能的控制用。與芯片引腳有關的特殊功能寄存器是P0P3，它們實際上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應的輸出驅動器和輸入緩沖器就構成了一個并行口。MCS51共有P0P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片

12、控制的寄存器中，累加器A、標志寄存器PSW、數據指針DPTR等的功能前已提及。3、 P0-P3口結構P0口功能:P0口具有兩種功能：第一，P0口可以作為通用I/O接口使用，P0.7P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數據。輸出數據時可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數據可以得到緩沖。第二，P0.7P0.0在CPU訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器de低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫P1口 功能:P1口的功能和P0口的第一功能相同，僅用于傳遞I/O輸入/輸出數據。 P2口的功能:2口的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功

13、能相配合，作為地址總線用于輸出片外存儲器的高8位地址。 P3口功能:P3口有兩個功能：第一功能與其余三個端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每個引腳都不同。 P3.0RXD串行數據接收口 P3.1TXD串行數據發送口 P3.2INT0外中斷0輸入 P3.3INT1外中斷1輸入 P3.4T0計數器0計數輸入 P3.5T1計數器1計數輸入 P3.6WR外部RAM寫選通信號 P3.7RD外部RAM讀選通信號 圖3-4-1 89C51芯片及部分電路3.4.2復位電路復位操作則使單片機的片內電路初始化，使單片機從一種確定的狀態開始運行。圖3-4-2 復位電路單片機的復位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒

14、有電的，電容內的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒），RC構成的微分電路在上電瞬間產生一個微分脈沖，其寬度大于兩個機器周期，90C51復位。因此，復位腳的電由低電位升到高電位，引起了內部電路的復位工作，RST端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機開始正常工作（即上電復位，也叫初始化復位）；當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復位工作（即手動復位）。3.4.3 系統時鐘單片機的時鐘信號用來提供單片機內各種微操作的時間基準 圖3-4-3 系統時鐘電路單片機的時鐘信號通常用兩

15、種電路形式得到：內部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器，構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自積振蕩，并產生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ、或24MHZ。單片機的時序單位振蕩周期:晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。狀態周期:振蕩頻率經單片機內的二分頻器分頻后提供給片內CPU的時鐘周期。因此一個狀態周期包含2個振蕩周期。機器周期:1個機器周期由6個狀態周期12個振蕩周期組成，是計算機執行一種基本操作的時間單位。指令周期:執行一條指令所需的時間。一個指令周期由1-4個機器周期組成，依

16、據指令不同而不同。3.5 PCB3.5.1 DAC1210 PCB板 圖3-5PCB 圖3-5 PROTUES仿真圖 圖3-6 PROTUES 方波仿真圖 圖3-6 PROTUES 下半波整流正弦波圖圖3-6 PROTUES 方波圖 第四章 軟件設計4.1 系統流程圖圖4-1 軟件流程圖4.2 軟件程序按鍵1表示選擇方波；按鍵2表示選擇下半波整流正弦波；按鍵3表示選擇頻率變化。程序見附錄。4.3答辯問題A為什么要用動態LED顯示，動態和靜態LED顯示各有什么優缺點？答：（1）靜態顯示方式：靜態顯示方式是指當顯示器顯示某一字符時，發光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個LED數碼管顯

17、示器都需要一個8位的輸出口進行控制。由于單片機本身提供的I/O口有限，實際使用中，通常通過擴展I/O口的形式解決輸出口數量不足的問題。 靜態顯示主要的優點是顯示穩定，在發光二極管導通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統運行過程中，在需要更新顯示內容時，CPU才去執行顯示更新子程序，這樣既節約了CPU的時間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個LED數碼管需要獨占8條輸出線。隨著顯示器位數的增加，需要的I/O口線也將增加。 （2）動態顯示方式：動態顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器（稱為掃描），即每個數碼管的位選被輪流選中，多個數碼管公用一組段選，段選數據僅對位選選

18、中的數碼管有效。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。通過調整電流和時間參數，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數不大于8位，則顯示器的公共端只需一個8位I/O口進行動態掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段碼輸出）。B動態顯示的亮度如何控制？答：頻率適當下，用脈寬控制C如何消除動態LED顯示中“暗亮”問題？答：降低掃描速度D識別按鍵時為什么要去抖？答：去抖動的原因：普通按鍵一般采用的是機械彈性開關，由于機械觸點的彈性作用，在按鍵被按下和松開的瞬間均會伴隨一連串的抖動（微觀上講），一個電壓

19、信號通過觸點的閉合、斷開時，導致信號出現抖動（抖動時間一般5ms10ms，這個參數很重要），為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響，進行去抖處理E按鍵時LED顯示器有何變化，為什么？答：數碼顯示會發生變化，因為存在鍵抖動。F如示波器顯示波形不理想，如何處理？答：調整同步旋鈕。重新調整程序的波形發生程序和延時程序。或者需要加抗干擾電路。第5章 心得體會 課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發展的日新日異，單片機已經成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以

20、說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發技術是十分重要的。 在實訓過程中遇到相當多的難題 。一開始大家都是一頭霧水，不知道從哪里下手，而且知識嚴重匱乏，大家只好分工合作，紛紛查找各種資料，并且成立了一個討論小組，共同來研究這次的課設。經過兩周的努力和合作終于把這次的課設完成了。可謂苦盡甘來。 通過這次單片機課程設計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養我們堅持不懈和合作精神，讓我們不斷超越自己。課堂上沒有見過真正的單片機 ，只是從理論上去理解 ，枯燥乏味，這次的實訓 ，讓我大開眼界，提高了單片機知識的理解和運用水平 ，從選題

21、到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計我也發現了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經過一番努力才得以解決。 我認為這個收獲應該說是相當大的。一開始我們從參考書上找來了課題，但是畢竟是參考書，做到后來發現很多程序都是不完整的，這讓我們傷透了腦筋。看著別的小組都弄得有模有樣了，可是我們連一個課題都還沒有定好。好不容易又找到了課題，可是結果還是很不盡人意。程序接線什么的都弄好了，調試也沒有問題，可是就是無法達到預期想要的結果

22、。參考書畢竟只是一個參考，設計這種東西最后還是要靠自己動腦筋。然后我們大家一起齊心協力，從平時做的實驗老師上課的舉例書本上的知識以及老師的輔導和其他同學的幫助下終于完成了。另外在課程設計的過程中，當我們碰到不明白的問題時，指導老師總是耐心的講解，給我們的設計以極大的幫助，使我們獲益匪淺。因此非常感謝老師的教導。通過這次設計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名工程專業的學生，這次課程設計是很有意義的。更重要的是如何把自己平時所學的東西應用到實際中。雖然自己對于這門課懂的并不多，很多基礎的東

23、西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通過自身去理解，但是靠著這一個多禮拜的“學習”，在小組同學的幫助和講解下，漸漸對這門課逐漸產生了些許的興趣，自己開始主動學習并逐步從基礎慢慢開始弄懂它。 最后再次感謝老師和同學們的幫助。 附錄參考文獻主要參考文獻： 1 張鑫.單片機原理及應用M. 北京：電子工業出版社，2005.8.2 梅麗鳳，王艷秋，王毓鐸. 單片機原理及其接口技術M.北京：清華大學出版社， 2006.8.3 張毅剛，彭喜源，譚曉昀，曲春波.MCS-51單片機應用設計M.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1997.4 張洪潤，易濤. 單片機應用技術教程M. 北京：清華大學出版社，

24、2006.10.5 丁向榮，謝俊，王彩申. 單片機C 語言編程與實踐M. 北京：電子工業出版社，2009.8.程序#include<reg51.h>/開發板中已經將 P2 口與 138 譯碼器的輸入連接好了sbit LS138A = P2 2; /定義138譯碼器的輸入A腳由P2.2來控制sbit LS138B = P2 3; /定義138譯碼器的輸入B腳由P2.3來控制sbit LS138C = P2 4; /定義138譯碼器的輸入C腳由P2.4來控制sbit BYTE = P2 0; /定義DAC的sbit XFER = P2 1; /定義138譯碼器的輸入B腳由P2.3來控制

25、sbit CS = P2 5; /定義138譯碼器的輸入C腳由P2.4來控制sbit WR_1_2 = P2 6; /定義138譯碼器的輸入C腳由P2.4來控制#define u_char unsigned char#define u_int unsigned int#define u_long unsigned long#define KeyPort P3 /鍵盤#define DA_Port P1 /DA轉換口u_int squ_flag=0;void Delay(u_char i);/延時函數 延時時間為 i*5*2 us/此表為 LED 的字模, 共陰數碼管 0-9 - */*0 1

26、2 3 4 5 6 7 8 9 *u_char code Disp_Tab = 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f ; /*/*u_char LED_OUT = 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 ; /要顯示的數組void DePlay();/數碼管顯示函數/判斷鍵盤是否按下了*void keydown(void); /*/鍵盤的值得確定的函數 /*u_char keyscan(void); /*/*u_char BoxingFlage;/波形的標記 用

27、來決定輸出什么波形u_int ValueFlage;/波形幅值 /正弦波u_int code DA_Sin=2048,2098,2148,2198,2248,2298,2348,2398,2447,2496,2545,2594,2642,2690,2737,2784,2831,2877,2923,2968,3013,3057,3100,3143,3185,3226,3267,3307,3346,3385,3423,3459,3495,3530,3565,3598,3630,3662,3692,3722,3750,3777,3804,3829,3853,3876,3898,3919,3939,3

28、958,3975,3992,4007,4021,4034,4045,4056,4065,4073,4080,4085,4089,4093,4094,4095,4094,4093,4089,4085,4080,4073,4065,4056,4045,4034,4021,4007,3992,3975,3958,3939,3919,3898,3876,3853,3829,3804,3777,3750,3722,3692,3662,3630,3598,3565,3530,3495,3459,3423,3385,3346,3307,3267,3226,3185,3143,3100,3057,3013,2

29、968,2923,2877,2831,2784,2737,2690,2642,2594,2545,2496,2447,2398,2348,2298,2248,2198,2148,2098,2048,1997,1947,1897,1847,1797,1747,1697,1648,1599,1550,1501,1453,1405,1358,1311,1264,1218,1172,1127,1082,1038,995,952,910,869,828,788,749,710,672,636,600,565,530,497,465,433,403,373,345,318,291,266,242,219,

30、197,176,156,137,120,103,88,74,61,50,39,30,22,15,10,6,2,1,0,1,2,6,10,15,22,30,39,50,61,74,88,103,120,137,156,176,197,219,242,266,291,318,345,373,403,433,465,497,530,565,600,636,672,710,749,788,828,869,910,952,995,1038,1082,1127,1172,1218,1264,1311,1358,1405,1453,1501,1550,1599,1648,1697,1747,1797,184

31、7,1897,1947,1997,;u_long Time_Set;/ 定時器 每隔 Time_Set us發送一次u_int nVlaue_HZ = 50;void Init_Timer0(void);/定時器初始化void main()WR_1_2=0;Init_Timer0();BoxingFlage=1;/波形默認是正弦波ValueFlage=0;/默認波形幅值是第0個while (1)keydown(); Time_Set=1000000/(nVlaue_HZ) ;/找到是哪個鍵摁下u_char keyscan(void)u_char KeyVal = 0;if (KeyPort !

32、= 0xFF) /判斷按鍵是否按下 如果按鈕按下 會拉低P1其中的一個端口Delay(100);if (KeyPort != 0xFF) /表示有鍵按下if (KeyPort = 0xFE)/K1按下KeyVal = 0;while (KeyPort = 0xFE);Delay(1000); /去抖while (KeyPort = 0xFE);if (KeyPort = 0xFD)/K2按下KeyVal = 1;while (KeyPort = 0xFD);Delay(1000); /去抖while (KeyPort = 0xFD);if (KeyPort = 0xFB)/K3按下KeyVal

33、 = 2;while (KeyPort = 0xFB);Delay(1000); /去抖while (KeyPort = 0xFB);if (KeyPort = 0xF7)/K4按下KeyVal = 3;while (KeyPort = 0xF7);Delay(1000); /去抖while (KeyPort = 0xF7);return KeyVal;return -1; return -1;/判斷鍵盤是否按下了void keydown(void)switch (keyscan()case 0:/用來控制顯示的是什么波形BoxingFlage=!BoxingFlage; /波形轉換Value

34、Flage=0;/ 波形的幅值置0break;case 1:/用來控制顯示的波形加加nVlaue_HZ+;break;case 2:/用來控制波形的減減nVlaue_HZ-;break;case 3:nVlaue_HZ+=10;break;/延時函數void Delay(u_char i) /一個延時函數是30US 一個for循環的時間是6USu_char j;for (i; i > 0; i-)for (j = 5; j > 0; j-);void DePlay()u_int i=0;LED_OUT0 = Disp_TabnVlaue_HZ % 10000 / 1000;LED_OUT1 = Disp_TabnVlaue_HZ % 1000 / 100;LED_OUT2 = Disp_TabnVlaue_HZ % 100 / 10;LED_OUT3 = Disp_TabnVlaue_HZ % 10 / 1;for (i = 0; i<4; i+) /實現8位動態掃描循環/將字模送到P0口顯示P0 = LED_OUTi;switch (i) /使用switch