微機課程設計da與ad轉換電路實現(xiàn).

1、微機原理課程設計題目：DA與AD接口電路設計班級：08通信<1>班姓名：田茂剛 學號：P081513155 成績： A/D與D/A的接口電路設計【摘要】：隨著社會的發(fā)展，模擬量與數(shù)字量在我們的生活中的作用越來越重要，特別是在圖像處理與通信系統(tǒng)中應用及為廣泛。因此，AD與DA的轉換的精度與效率就越發(fā)重要了，本次課程設計主要利用8086CPU為核心控制器，DA0832為數(shù)模轉換核心、AD0809為模數(shù)轉換核心來實現(xiàn)對輸入信號進行模數(shù)與數(shù)模的轉換，同時在微機監(jiān)測與控制系統(tǒng)中芯片與外界進行信息交換就必須進行AD與DA轉換，在通信中AD與DA轉換的應用占主導地位?！娟P鍵字】：8086CPU

2、DA與AD轉換 通信系統(tǒng)一、 前言1.1 設計背景隨著科學技術的發(fā)展，由于微機只能處理數(shù)字化的信息，而在實際應用中被控對象常常是連續(xù)變換的物理量，因此，微機用于測控系統(tǒng)時需要有能吧模擬信號轉換成數(shù)字信號的接口，以便于能對被控制對象進行處理和控制。A/D與D/A轉換器就承擔這樣的任務，它適用于工業(yè)自動化控制，數(shù)據(jù)采集等許多領域。信號與圖像的的DA與AD轉換在氣象衛(wèi)星遙感圖象數(shù)據(jù)傳輸、導航系統(tǒng)、雷達、遙測遙控中應用非常廣泛，特別是在自動控制中。模數(shù)轉換最早應用于 中把語音信號轉化為數(shù)字信號進行傳輸，然后再把數(shù)字信號解碼出來?，F(xiàn)在，DA與AD有著多種應用形式，包括自動控制系統(tǒng)，各種通信系統(tǒng)以及圖像處

3、理等。DA技術是把數(shù)字信號轉化為模擬信號的技術，AD技術是把模擬信號轉化為數(shù)字信號的一種技術。利用這一原理，可以實現(xiàn)許多復雜與難于傳輸?shù)男盘柕目刂?，因此設計一個高效而精確度高的電路是至關重要的。 1.2 設計目的 （1）提高我們自身對電路與程序設計與分析的能力與思想，加強知識的運用能力，將課堂所學知識運用到實際生活中去。 （2）進一步理解數(shù)模與模數(shù)轉換的過程，熟悉8086微處理器在各種系統(tǒng)中的運用。 （3）掌握芯片DA0832與AD0809的工作特性作用，同時熟掌握匯編語言程序的編程方法。 （4） 同時了解DA與AD在自動控制系統(tǒng)以及在通信系統(tǒng)、圖像處理中的應用。1.3 設計意義（1） 微型計

4、算機原理與接口技術 是一門專業(yè)考查課程，它主要內容包括微型計算機體系結構、 8086 微處理器和指令系統(tǒng)、匯編語言設計以及微型計算機各個組成部分介紹等內容。要求我們對微 機原理中的基本概念有較深入的了解，能夠系統(tǒng)地掌握微型計算機的 結構、 8086 微處理器和指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計方法、微機系統(tǒng)的接口電路設計及編程方法等，并具有綜合運用所學知識分析問題 和解決問題的能力。（2） 我們知道當我們用計算機來構成數(shù)據(jù)采集或者是過程控制等系統(tǒng)時，所要采集的外部信號或被控制對象的參數(shù)，往往是溫度，壓力，流量，聲音和位移 等連續(xù)變化的模擬量。但是，計算機只能處理不連續(xù)的數(shù)字量，即離散的有限值。因此，必

5、須用模數(shù)轉換器即 A/D 轉換器將模擬信號變成數(shù)字量后才能送入計算機進行處理。（3）計算機處理后的結果也必須通過數(shù)模轉換器即 D/A 轉換器轉換成模擬量后，在示波器上顯示結果波形和在記錄儀上描述下來，或者是驅動執(zhí)行部件，才能達到控制目的?？梢娔?shù)或數(shù)模轉換在構成一個控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。我們這里通過設計這個數(shù)字信號發(fā)生器，可以使我們加深對該轉換過程的認識和理解，有利于以后的學習及設計一個控制系統(tǒng)。1.4 設計要求設計一個具有8位A/D變換器和一個8位D/A變換器的外設接口路。1.5 設計工具計算機 VC+6.0軟件 PROTEUS軟件1.6 設計流程微型計算機由微處理器，存儲器，接口電

6、路以及連接在這些部件上的總線組成。微處理器，存儲器和所有IO設備之間的信息交換都通過總線進行?？偩€包括地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線，他們始于CPU或終于CPU，現(xiàn)代微機大部分都是這種以總線為中心的結構。8088CPU的地址數(shù)據(jù)總線AD15-AD0和地址狀態(tài)總線A16/S3-A19/S6是復用的，必須通過地址鎖存器把地址總線和數(shù)據(jù)總線分離?？刂瓶偩€直接和8088CPU相連，這樣8088CPU就工作在最小工作方式。 微型計算機及外圍設備組成微型計算機系統(tǒng)的硬件，外圍設備必須通過接口電路才能與系統(tǒng)總線相連，因此構建一個基于8088CPU的簡單微型計算機系統(tǒng)就是工作于最小工作方式的8088CPU系統(tǒng)總

7、線上掛上一定規(guī)模的存儲器和接口電路，然后在把合適的外圍設備連接到接口電路上。一個基于8088CPU的簡單微型計算機系統(tǒng)框圖如圖所示。圖中鍵盤與顯示器作為外圍設備通過接口芯片與系統(tǒng)總線相連。圖1 系統(tǒng)總體框圖提出設計方案小組討論擬定電路方案電路連接程序編寫運行正確仿真調試結果測量指標滿足？設計結束程序編譯連接重編程序修改電路方案二、元件原理介紹 為了能讓電路能夠更加清晰可見，下面對各個元件進行分析 總的電路圖如下所示： 圖2 總電路圖2.1 CPU8086簡介 1、 8086微處理器內部基本結構8086的內部結構從功能分成兩個單元：總線接口單元BIU管理8086與系統(tǒng)總線的接口，負責CPU對存儲

8、器和外設進行訪問執(zhí)行單元EU負責指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運算，兩個單元相互獨立，分別完成各自操作，兩個單元可以并行執(zhí)行，實現(xiàn)指令取指和執(zhí)行的流水線操作圖3 8086的內部結構2、8086CPU寄存器結構（1）.通用寄存器AX/BX/CX/DX BP/SP DI/SI（2）.指令指針寄存器IP（3）.標志寄存器1PSW（4）.段寄存器4 CS/SS/DS/ES 8086 CPU內部寄存器如圖示圖4 8086 CPU內部寄存器3、8086總線的工作周期時鐘周期(Clock Cycle):執(zhí)行指令的一系列操作都是在時鐘脈沖CLK的統(tǒng)一控制下逐步進行的，一個時鐘脈沖時間稱為一個時鐘周期(Clock C

9、ycle)。時鐘周期由計算機的主頻決定，是CPU的定時基準，例如，8086的主頻為5MHz則1個時鐘為200ns。8086CPU與外部交換信息總是通過總線進行的。CPU從存儲器或外設存或取一個字節(jié)或字所需的時間稱為總線周期(Bus Cycle)。一個基本的總線周期由四個時鐘周期組成，分別稱為T1、T2、T3和T4時鐘周期，或T狀態(tài)(State)。指令周期:一條指令的執(zhí)行包括取指令、分析指令和執(zhí)行指令。一條指令從開始取指令到最后執(zhí)行完畢所需的時間稱為一個指令周期 。4. 8086微處理器外部基本引腳與工作模式兩種組態(tài)構成兩種不同規(guī)模的應用系統(tǒng)，最小組態(tài)模式，構成小規(guī)模的應用系統(tǒng)，8088本身提供

10、所有的系統(tǒng)總線信號，最大組態(tài)模式構成較大規(guī)模的應用系統(tǒng)，例如可以接入數(shù)值協(xié)處理器8087，。8088和總線控制器8288共同形成系統(tǒng)總線信號兩種組態(tài)利用MN/MX*引腳區(qū)別。MN/MX*接高電平為最小組態(tài)模式，MN/MX*接低電平為最大組態(tài)模式，兩種組態(tài)下的內部操作并沒有區(qū)別。8086微處理器外部基本引腳：圖5 8086微處理器外部基本引腳總線周期IO/M*WR*RD*存儲器讀低高低存儲器寫低低高I/O讀高高低I/O寫高低高圖5 8086讀寫時序2.2 DAC0832簡介1. D/A轉換器工作時，只要CPU把數(shù)據(jù)送到它們的輸入端，就開始轉換，而不需要專門的控制信號觸發(fā)轉換開始。同時，D/A轉換

11、器也不提供轉換結束之類的狀態(tài)信號，所以CPU向DAC傳送數(shù)據(jù)時，也不必查詢DAC的狀態(tài)是否準備好，只要兩次傳送數(shù)據(jù)之間間隔不小于DAC的轉換時間，都能得出正確的結果2. 8位D/A轉換器接口設計8位D/A轉換器DAC0832 （1）內部結構及引腳功能圖6 DAC0832內部結構（2）.DAC0832輸出方式DAC0832是電流型輸出的，有電流輸出1(IOUT1)和電流輸出(IOUT2)，IOUT1+IOUT2=常數(shù)。由于大部分器件是電壓型的，因此需將電流信號轉換為電壓信號，對于DAC0832而言，在其輸出端接一運算放大器即可。根據(jù)不同的應用，DAC0832可以接成單極性輸出，也可以接成雙極性輸

12、出方式。單極性工作輸出接線如圖所示：圖7單極性工作輸出接線雙極性工作輸出接線如圖所示： 圖8 雙極性工作輸出接線（3）. DAC0832與CPU的連接1）單緩沖工作方式按單緩沖工作方式，它與CPU的連接電路如圖所示：圖9 單緩沖工作方式2）雙緩沖工作方式： 圖10 雙緩沖工作方式(4).DAC0832引腳功能簡介圖11 DAC0832引腳功能DI0-DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 CS：片選信號輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。 Iou

13、t1:電流輸出線。當輸入全為1時Iout1最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 Rfb:反饋信號輸入線,芯片內部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v+15v) Vref:基準電壓輸入線 (-10v+10v) AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地. DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比較好.2.3 ADC0809簡介1.主要性能指標ADC0809是CMOS數(shù)據(jù)采集器件，它不僅包括一個8位的逐次逼近型的A/D部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關和聯(lián)合尋址邏輯。 2.內部結構及引腳功能ADC0809的原理框圖如圖所示：圖12 ADC0809 內部

14、結構及引腳3. ADC0809與8086CPU接口（1）查詢法ADC0809與CPU采用查詢法的接口電路，如圖所圖13 查詢法的接口電路（2）中斷法ADC0809與8086CPU采用中斷響應的接口電路如圖：圖 14 中斷響應的接口電路4. ADC0809引腳功能簡介圖15 ADC0809引腳功能IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中START轉換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間，START應保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C地址線。 通道

15、端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDCCLK時鐘信號。ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC轉換結束信號。EOC=0,正在進行轉換；EOC=1,轉換結束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高 OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。Vcc +5V電源。 Vref參考電源參

16、考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).2.4 可編程并行接口8255簡介1.引腳簡介8255A是一個單+5V電源供電，40個引腳的雙列直插式組件，其外部引線如圖所示：圖16 8255引腳圖（1）外部引腳1）面向數(shù)據(jù)總線的有：D0D7：雙向數(shù)據(jù)線，用于CPU向8255A發(fā)送命令、數(shù)據(jù)和8255A向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)和8255A向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。2）面向地址總線的有：RD：讀信號，低電平有效。WR：寫信號，低電平有效。RESET：復位信號，高電平有效。它清除控制寄存器并將8255A的A、B、C三個端口均

17、置為輸入方式；輸入寄存器和狀態(tài)寄存器被復位，并且屏蔽中斷請求；24條面向外設信號線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)PA0PA7：端口A的輸入/輸出線。PB0PB7：端口B的輸入/輸出線。PC0PC7：端口C的輸入/輸出線。這24根信號線均可用來連接I/O設備和傳送信息。其中，A口和B口只作輸入/輸出的數(shù)據(jù)口用，盡管有時也利用它們從I/O設備讀取一些狀態(tài)信號，如打印機的“忙”（Busy）狀態(tài)信號、A/D轉換器的“轉換結束”（EOC）狀態(tài)信號，但對A口和B口來說，都是作8255A的數(shù)據(jù)口讀入，而不是作8255A的狀態(tài)口讀入的。C口的作用與8255A的工作方式有關，它除了作數(shù)據(jù)口以外，還有其他用途，故C口的使用比較

18、特殊，單獨介紹如下： a.作數(shù)據(jù)口。 b.作狀態(tài)口。 c.作專用（固定）聯(lián)絡（握手）信號線。d.作按位控制用。（2）內部結構8255A的內部結構如圖所示。它由以下4個部分組成圖17 8255A的內部結構 數(shù)據(jù)總線緩沖器。這是一個三態(tài)雙向8位緩沖器，它是8255A與CPU系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。 讀/寫控制邏輯。讀/寫控制邏輯由讀信號RD、寫信號WR、選片信號CS以及端口選擇信號A1A0等組成。 輸入/輸出端口A、B、C。8255A包括3個8位輸入輸出端口（port）。每個端口都有一個數(shù)據(jù)輸入寄存器和一個數(shù)據(jù)輸出寄存器。 A組和B組控制電路?？刂艫、B和C三個端口的工作方式。2. 8255A基本操作

19、與端口地址圖18 8255A基本操作與端口地本次設計還用到74LS138譯碼器，由于在數(shù)電中接觸過，且較簡單，在此處不作介紹。三、 實驗結果 圖19 實驗結果圖四、 設計總結 通過本次的課程設計，我認識到課本上的知識的實際應用，以及A/D、D/A轉換器在計算機等各種智能電子領域有著廣泛應用，激發(fā)了學習興趣，增強了思考和解決實際問題的能力。這次做課程設計，給我留下了很深的印象。上了三年大學，學了三年電子，發(fā)覺自己竟然連一只三極管還沒有學會?？磥碜鍪裁炊家凶犯蟮椎木?。不然什么都只是知道，卻什么都不精通，這是將來走上社會最忌諱的。雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。整設計過程中，我

20、發(fā)現(xiàn)了自己對于課本上的知識有很多的不足，并且對知識運用不夠靈活，對一些元器件的功能不是很了解，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力急需提高。團隊協(xié)作都非?？傄?，通過團隊的討論，然后在分工明確，做到有條不紊。這樣節(jié)省了很多的時間，這是我們這次課程設計能夠完成的關鍵。每個人都能夠互相幫助，互相督促，集思廣益，不斷地完善電路。 這次課程設計讓我認識到了知識和實踐的重要性。只有牢固掌握了所學的知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個問題。就以這次課程設計為例，剛拿到題目的時候，大致看一下要求，根據(jù)平時所學的知識，腦海中就立刻會想到應該用到的元器件，然后再去圖書館去查這些元器件的資料，很快地初步方案以及大概的電路原理圖就出來了。但是，在具體的細節(jié)設計上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎知識掌握得不牢固。所以，這次課程設計在讓我認識了知識的重要性之外，更讓我明白了自己理論知識和實踐知識的欠缺。這次課程設計雖然結束了，但是在這期間所學