機(jī)械系統(tǒng)單片機(jī)控制訓(xùn)練

機(jī)械系統(tǒng)單片機(jī)控制訓(xùn)練任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 根據(jù)學(xué)號選擇題目，每個人根據(jù)具體題目填寫 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、總體方案設(shè)計(jì) 2、選擇可編程接口芯片 3、設(shè)計(jì)硬件電路 4、編寫匯編語言程序 5、程序調(diào)試及驗(yàn)證 6、編寫課程設(shè)計(jì)說明書（參考目錄見第一部分） 時(shí)間安排： 1、總體設(shè)計(jì) 1 天 2、選擇芯片及設(shè)計(jì)硬件電路 1 天 3、編寫匯編語言程序 1 天 4、程序調(diào)試及驗(yàn)證 1 天 5、編寫課程設(shè)計(jì)說明書 0.5 天 6、答辯 0.5 天 指導(dǎo)教師： 教研室主任： 主管院長： 年 月 日 - 1 - 前 言 課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，是學(xué)生在完成本專業(yè)所有課程學(xué)習(xí)后必須接受的一項(xiàng)結(jié)合本專業(yè)方向的、系統(tǒng)的、綜合的工程訓(xùn)練。在 教師指導(dǎo)下，運(yùn)用工程的方法，通過一個較復(fù)雜課題的設(shè)計(jì)練習(xí)，可使學(xué)生通過綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熟悉設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計(jì)方法，掌握必須提交的各項(xiàng)工程文件。 - 2 - 目 錄 前言 1.課程設(shè)計(jì)的目的和要求 1.1、課程設(shè)計(jì)的目的 1.2、課程設(shè)計(jì)的基本要求 2.總體設(shè)計(jì) 2.1、基本工作原理 2.2、總體設(shè)計(jì)思想 2.3、總體設(shè)計(jì)電路圖及流程圖 3.硬件設(shè)計(jì) 3.1、硬件介紹 3.1.1、 8051單片機(jī) 3.1.2、 DAC0832 芯片 3.2、硬件濾波電路 4.程序 5.調(diào)試 6.結(jié)束語 7.參考文獻(xiàn) - 3 - 1.課程設(shè)計(jì)的目的和要求 1.1、課程設(shè)計(jì)的目的 1） .了解 D/A轉(zhuǎn)換的基本原理。 2） . 了解 D/A轉(zhuǎn)換芯片 0832的性能及編程方法。 3） . 了解單片機(jī)系統(tǒng)中擴(kuò)展 D/A轉(zhuǎn)換的基本方法。 1.2、課程設(shè)計(jì)的基本要求 編程實(shí)現(xiàn)用 DAC0832 進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換，根據(jù)選擇輸出正弦波（正弦波的波形數(shù)據(jù)見題目 7）、三角波、鋸齒波、方波，頻率可以調(diào)節(jié)。 2.總體設(shè)計(jì) 2.1、基本工作原理 1） . DAC0832讀寫原理 D/A 轉(zhuǎn)換 是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的變換，從 D/A 輸出的是模擬電壓信號。產(chǎn)生鋸齒波和三角波只需由 A 存放的數(shù)字量的增減來控制；要產(chǎn)生正弦波，較簡單的手段是造一張正弦數(shù)字量表。取值范圍為一個周期，采樣點(diǎn)越多，精度就越高。 在實(shí)驗(yàn)板上，輸入寄存器占偶地址端口， DAC 寄存器占較高的奇地址端口。兩個寄存器均對數(shù)據(jù)獨(dú)立進(jìn)行鎖存。因而要把一個數(shù)據(jù)通過 0832輸出，要經(jīng)兩次鎖存。典型程序段如下： MOV DPTR， #PORT MOV A， #DATA MOVX DPTR,A INC DPTR MOVX DPTR,A 其中第二次 I/O寫是一個虛擬寫過程，其目的只是產(chǎn)生一個 WR 信號。啟動 D/A。 2） . 正弦波的波形數(shù)據(jù)如下： DATA0: DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H,0D4H,0D6H,0D8H DB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H,0E5H,0E7H,0E9H DB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H,0F2H,0F4H,0F5H DB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH,0FBH,0FCH,0FDH DB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FEH,0FDH DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H,0F8H,0F7H,0F6H DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH,0EEH,0ECH,0EAH - 4 - DB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H,0DEH,0DDH,0DAH DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH,0CCH,0CAH,0C7H DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH,0B7H,0B4H,0B1H DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H,9FH,9CH,99H DB 96H,93H,90H,8DH,89H,86H,83H,80H DB 80H,7CH,79H,76H,72H,6FH,6CH,69H DB 66H,63H,60H,5DH,5AH,57H,55H,51H DB 4EH,4CH,48H,45H,43H,40H,3DH,3AH DB 38H,35H,33H,30H,2EH,2BH,29H,27H DB 25H,22H,20H,1EH,1CH,1AH,18H,16H DB 15H,13H,11H,10H,0EH,0DH,0BH,0AH DB 09H,8H,7H,6H,5H,4H,3H,2H DB 02H,1H,0H,0H,0H,0H,0H,0H DB 00H,0H,0H,0H,0H,0H,1H,2H DB 02H,3H,4H,5H,6H,7H,8H,9H DB 0AH,0BH,0DH,0EH,10H,11H,13H,15H DB 16H,18H,1AH,1CH,1EH,20H,22H,25H DB 27H,29H,2BH,2EH,30H,33H,35H,38H DB 3AH,3DH,40H,43H,45H,48H,4CH,4EH DB 51H,51H,55H,57H,5AH,5DH,60H,63H DB 69H,6CH,6FH,72H,76H,79H,7CH,80H 3） .電路原理 實(shí)驗(yàn)板連接：將 DAC0832的片選 CS0832接 CS0，輸出端 OUT接示波器探頭；將短路端子 DS的 1、 2短路。 - 5 - 2.2、總體設(shè)計(jì)思想 圖 2.1 所 示是波形發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖。 圖 2.1 總體設(shè)計(jì)流程圖 總體設(shè)計(jì)功能說明： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析得本次設(shè)計(jì)需要硬件和軟件兩部分。 硬件上，如圖。鍵盤輸入部分主要用于選擇波形。鍵盤共設(shè) 4 個鍵，用于選擇 三角波、矩形波、鋸齒波、正弦波 4 種不同的波形，。89C51 單片機(jī)用來執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向 D A 轉(zhuǎn)換器的輸入端發(fā)送數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化成模擬量，并通過運(yùn)算放大器調(diào)節(jié)波形的幅值，經(jīng)過濾波器的濾波，從而在輸出端得到所需的波形。 軟件上，如圖。可由硬件設(shè)計(jì)好后，再根據(jù) 要求進(jìn)行具體編寫。程序的主要功能是： 首先程序在開始后，先判斷 P0.0， P0.1 ， P0.2相應(yīng)的波形 ,然后根據(jù)選擇的波形輸出相應(yīng)的波形 .程序?qū)⒏鶕?jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)波形 .再下一步程序再判斷用戶繼續(xù)從鍵盤輸入要輸出的波形，可以進(jìn)行必要的延遲。 2.3、總體設(shè)計(jì)電路圖及程序流程圖 如下圖所示： 圖 2.2 總體設(shè)計(jì)電路圖 - 6 - 圖 2.3 總體程序流程圖 3.硬件設(shè)計(jì) 3.1、硬件介紹 3.1.1、 8051單片機(jī) 圖 3.1 8051 引腳圖 如果按功能劃分，它由 8 個部件組成，即微處理器（ CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、程序存儲器（ ROM/EPROM）、 I/O 口（ P0 口、 P1 口、P2 口、 P3 口）、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存 - 7 - 器（ SFR）的集中控制方式。 各功能部件的介紹： 1）數(shù)據(jù)存儲 器（ RAM）：片內(nèi)為 128個字節(jié)單元，片外最多可擴(kuò)展至 64K 字節(jié)。 2）程序存儲器（ ROM/EPROM）： ROM為 4K，片外最多可擴(kuò)展至 64K。 3）中斷系統(tǒng)：具有 5個中斷源， 2級中斷優(yōu)先權(quán)。 4）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器： 2 個 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，具有四種工作方式。 5）串行口： 1 個全雙工的串行口，具有四種工作方式。 6）特殊功能寄存器（ SFR）共有 21 個，用于對片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、監(jiān)控、監(jiān)視。 7）微處理器：為 8 位 CPU，且內(nèi)含一個 1位 CPU（位處理器），不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。 8）四 個 8 位雙向并行的 I/O 端口，每個端口都包括一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器。這四個端口的功能不完全相同。 A、 P0 口既可作一般 I/O端口使用，又可作地址 /數(shù)據(jù)總線使用； B、 P1 口是一個準(zhǔn)雙向并行口，作通用并行 I/O口使用； C、 P2 口除了可作為通用 I/O使用外，還可在 CPU 訪問外部存儲器時(shí)作高八位地址線使用； D、 P3 口是一個多功能口除具有準(zhǔn)雙向 I/O 功能外，還具有第二功能。 控制引腳介紹： 1）電源：單片機(jī)使用的是 5V 電源，其中正極接 40 引腳，負(fù)極（地）接 20 引腳。 2）時(shí)鐘引腳 XTAL1、 XTAL2 時(shí)鐘引腳外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成了振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 振蒎電路：單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器 3） RST：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳外加上兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RST）。我們在此引腳與 VCC之間連接一個約 8.2千歐的下拉電阻，與引腳之間連接一個約 10 微法的電容，以保證可靠復(fù)位。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為 0。 5V 低電平。 4） ALE：當(dāng)訪問單片機(jī)外部存儲器時(shí) ALE（地 址鎖存允許）輸出脈沖的負(fù)跳沿用于 16 位地址的底 8位的鎖存信號。即使不訪問外部鎖存器， ALE 端仍有正脈沖信號輸出，此頻率約為時(shí)鐘振蕩器的 1/6。但是每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，在兩個機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個 ALE脈沖。因此，嚴(yán)格來說，用戶不能用 ALE 做時(shí)鐘 - 8 - 源或定時(shí)。 ALE端可以驅(qū)動 8個 TTL負(fù)載 5） /PSEN（ 29 腳）：此腳的輸出是單片機(jī)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號不出現(xiàn)。 /PSEN 可以驅(qū)動（吸收或者輸出電平）8 個 LSTTL負(fù)載。 6） /EA/VPP（ 31 腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部存儲器，但在 PC 值超過 0FFFH時(shí)，講自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部存儲器內(nèi)的程序。當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部存儲器。 3.1.2、 DAC0832芯片 圖 3.2 DAC0832 芯片圖 DAC0832 是采樣頻率為八位的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器。 DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。 DAC0832 芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步 輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛 ,關(guān)于 DAC0832的引腳功能如下： D0D7：數(shù)字信號輸入端。 ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。 CS：片選信號，低電平有效。 WR1：寫信號 1，低電平有效。 XFER：傳送控制信號，低電平有效。 WR2：寫信號 2，低電平有效。 IOUT1、 IOUT2： DAC 電流輸出端。 RfB：是集成在片內(nèi)的外接運(yùn)放的反饋電阻。 - 9 - VREF：基準(zhǔn)電壓（ -1010V）。 Vcc：是源電壓（ +5+15V）。 AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與 AGND接在一起使用。 3.2、硬件濾波電路 圖 3.3 濾波電路圖 由圖知，截止頻率 w0 =w =1/RC，即 f =1/2pRC，再根據(jù)公式Q=Rf/(2Rf-R2)及 Rf R2=2R可算出 Rf 及 R2 的值。 4.程序 具體的程序代碼如下： ORG 8000H ；此為硬件仿真調(diào)試程序，使用軟件仿真或直接運(yùn)行，應(yīng)改為 0000H MAIN:MOV A,P1 MOV R0,A ；設(shè)置高電平 MOV R1,#00H ；設(shè)置低電平 LCALL BOXING SJMP MAIN BOXING: JNB P1.0,SANJIAO ；P1.0 控制三角波的輸出 JNB P1.1,JUXING ；P1.1 控制矩形波的輸出 JNB P1.2,JUCHI ；P1.2 控制鋸齒波的輸出 JNB P1.3,ZXBO；P1.3 控制正弦波的輸出 RET ；*三角波 * SANJIAO: MOV DPTR,#7FFFH ； 選中 DA0832 MOV A,#00H UP1: MOVX DPTR,A ； 向 0832輸出數(shù)據(jù) INC A JNZ UP1 ； A=！ 0 跳轉(zhuǎn)反之順序執(zhí)行 DOWN1:DEC A MOVX DPTR,A - 10 - JNZ DOWN1 RET ；*矩形波 * JUXING: MOV DPTR,#7FFFH LP:MOV A,R0 ；設(shè)置輸出上限 MOVX DPTR,A LCALL DEL_H ；調(diào)高電平延時(shí)程序 MOV A,R1 MOVX DPTR,A LCALL DEL_L ；調(diào)低電平延時(shí)程序 RET ；*鋸齒波 * JUCHI: MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00H LOOP:MOVX DPTR,A INC A SJMP LOOP RET ；*正弦波 * ZZXBO: DA01 : MOV R7,#0FFH MOV DPTR ,#TAB DA02 : MOV A , #0H MOVC A , A+DPTR MOV R0,DPL MOV R1,DPH MOV DPTR,#7FFFH MOVX DPTR, A MOV DPL,R0 MOV DPH,R1 INC DPTR DJNZ R7,DA02 AJMP DA01 TAB : - 11 - DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H, 0D4H,0D6H,0D8H DB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H, 0E5H,0E7H,0E9H DB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H, 0F2H,0F4H,0F5H DB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH, 0FBH,0FCH,0FDH DB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FEH,0FDH DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H, 0F8H,0F7H,0F6H DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH, 0EEH,0ECH,0EAH DB 0E9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H, 0DEH,0DDH,0DAH DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH, 0CCH,0CAH,0C7H DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH, 0B7H,0B4H,0B1H DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H, 9FH, 9CH, 99H DB 96H, 93H, 90H, 8DH, 89H, 86H, 83H, 80H DB 80H, 7CH, 79H, 78H, 72H, 6FH, 6CH, 69H DB 66H, 63H, 60H, 5DH, 5AH, 57H, 55H, 51H DB 4EH, 4CH, 48H, 45H, 43H, 40H, 3DH, 3AH DB 38H, 35H, 33H, 30H, 2EH, 2BH, 29H, 27H DB 25H, 22H, 20H, 1EH, 1CH, 1AH, 18H, 16H DB 15H, 13H, 11H, 10H, 0EH, 0DH, 0BH, 0AH DB 09H, 08H, 07H, 06H, 05H, 04H, 03H, 02H DB 02H, 01H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 01H, 02H DB 02H, 03H, 04H, 05H, 06H, 07H, 08H, 09H DB 0AH, 0BH, 0DH, 0EH, 10H, 11H, 13H, 15H DB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H DB 27H, 29H, 2BH, 2EH, 30H, 33H, 35H, 38H DB 3AH, 3DH, 40H, 43H, 45H, 48H, 4CH, 4EH DB 51H, 55H, 57H, 5AH, 5DH, 60H, 63H, 66H DB 69H, 6CH, 6FH, 72H, 76H, 79H, 7CH, 80H RET ；*延時(shí)程序 * DEL_H: ；高電平 MOV R7,#57 DE:MOV R6,#4 DJNZ R6,$ - 12 - DJNZ R7,DE RET DEL_L: ；低電平 MOV R7,#57 DEL:MOV R6,#4 DJNZ R6,$ DJNZ R7,DE RET END 5.調(diào)試 實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程需要使用到裝有 Keil C51 的電腦、 DP-51PRO 單片機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)儀以及示波器，具體步驟如下： （ 1）使用導(dǎo)線把 A2 區(qū) J57、 J58 接口的 /WR 引腳與 B6 區(qū) J37 接口的 WR1、 WR2相連。 （ 2）使用導(dǎo)線把 A2區(qū) J63、 J64 接口的 A15 引腳與 B6區(qū) J1 接口的 /CS、 XFER相連。 （ 3）使用導(dǎo)線把 B6區(qū) J10 接口的 ILE、 Vref 引腳與 A4 區(qū) J81接口和 A5 區(qū) J84 接口