波形发生器

微机应用系统设计一、课题名称波形发生器二、设计的任务与要求1、综合应用微机的硬件和软件知识，设计制作一个波形发生器，可以输出各种标准波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波。还可以输出任意波形，如用鼠标在屏幕上绘出任意波形后由波形产生器输出。＊2、要求输出波形的频率、幅度可调，且能脱机输出。3、设计的人机界面不但清晰美观，而且操作方便。三、系统组成与工作原理波形发生器的工作可以分为波形存储与波形输出两个工作阶段。＊波形存储—向波形存储器写入波形数据，此时控制器使波形存储器的写输入端开放，同时向其中写入数据；另一方面，控制器此时关闭地址产生器及波形变换器的使能端，使之停止工作。＊波形输出—从波形存储器中读取数据，并启动波形变换器工作，使之输出波形，此时控制器开放波形存储器的读出端和波形变换器的输入端，并启动地址产生器工作，同时关闭波形存储器的写输入端。波形存储器6116or6264控制器地址产生器8254、393波形变换器0832DBDBABABCB波形发生器的系统框图CBCB波形存储：CPU通过374把波形数据写入6116，此时要求接393的244和0832不工作（如何编程做到？）波形输出：374不工作，而是让393和244给6116不断提供地址信息使其把先前存储的波形数据自动送到0832产生波形输出。（如何编程做到？）四、电路设计1、波形存储器：在SRAM6116中存储各种波形的数据。关键技术：采用间接端口地址译码电路，实验中，6116仅用256Byte（仅存储一个波形周期），只需使用8位地址线。注意地址/数据分时复用8位数据线问题即将数据信号作为6116的低位地址信号来使用。数据总线：D0～D7地址线：374的1Q～8Q→6116的A0～A7，A8-A10三根地址线作接地处理。控制线：WE（写允许信号）﹑CE（片选信号）﹑OE（输出允许信号）关键技术：6116作I/O寄存器使用熟悉6116存储器的使用方法，掌握将6116作为I/O寄存器的原理和方法，设计用6116作为I/O寄存器的接口电路，并编写程序，实现对6116的写入和读出。波形存储器写入电路：此实验采用间接端口地址译码的原理,6116的高位地址由DB提供,低位地址由AB提供。2=256byte,一种波形数据,8根地址线8工作原理：6116的A0到A7地址线采用间接端口地址译码,由8D触发器74LS374的输出来选择，74LS374每输出一个二进制数，选择6116的8个单元，74LS374输出00H，可选择6116的000H～007H８个单元，74LS374输出01H，可选择6116的008H～00FH单元．这样一来,可寻址2048单元.只要接口控制电路对374的OE和244的1G输出低电平,即可实现微机6116的写入和读出．2、波形存储器输出电路：将波形存储器中波形数据送波形变换器,不能采用程序传送的方式,因为速度太低,要自行设计一个地址产生器,由地址产生器来控制6116的地址线和WE﹑OE﹑CE３根控制线，在进行波形输出时，接口控制电路将6116的上述信号线切换给地址产生器,6116的波形数据在地址产生器的控制下脱机工作．在进行波形输出时,仅对6116执行读操作,不执行写操作,为简化地址产生器的的电路,可将WE接高电平，OE和CE接低电平，即6116工作在常通的输出状态，电路如图．只要接口控制电路对244的2G输出低电平，即可将6116中的波形数据在地址产生器的控制下进行输出．考虑到在波形存储阶段，地址产生器输出的地址不能影响6116的地址，同样，在波形输出阶段，地址产生器输出地址有效，加入缓冲器244进行隔离．波形存储器输出电路3、地址产生器：地址产生器的核心部件是计数器，每计一个脉冲，则引起6116地址增一的变化，可由74LS393的两个四位二进制计数器级联，构成8位的二进制计数器，可输出8位地址，为了实现对输出波形的频率进行控制，改变计数器输入计数脉冲的速率，即可实现6116的地址线增1变化，亦可改变输出波形的速率，此时使用一片定时器8254，工作在方式3（方波发生器），输出端out产生一频率可变的方波供计数器393分频，→393的1QA～2QD对应6116的A0～A7。数据总线：D0～D7地址线：A0﹑A1控制线：RD,WR,CS为什么在波形发生器的设计中使用两片244芯片?4﹑波形变换器：将6116中存储的波形数据转换成为模拟量，可利用实验装置中的ADC0832，让D/A转换器，使其工作在直通方式，CS→接地，用74LS74的来控制波形输出，用它来控制0832芯片上的WR信号，即可完成数据线上的数据输出。0Q5、控制器:脱机前:在控制器的作用下，由CPU的三总线完成波形数据写入6116中。脱机后：在控制器的作用下，由分频电路供给地址，将被地址产生器选中的存储单元中的数据送到波形变换器，波形变换器再将数据进行D/A转换。为了实现波形的写入和输出，切换控制可由74LS74的输出两种状态来实现。四﹑硬件调试将设计好的电路安装到面包板上，一般都不可能一次成功，可能是软件的问题，也可能是硬件的问题，所以调试是非常重要的步骤。硬件调试一般分级调试，可以从前往后，亦可由后向前。★控制器74的调试★检测374﹑6116是否工作正常。★检查8253是否输出方波。★检测393是否输出8位地址。★检测138是否有4个端口地址信号。★检测0832是否输出模拟信号。难点提示——6116的测试：A）程序中先往6116的256个存储单元依次顺序写入固定的数值，如30h,31h,32h,…，37h,30h,31h,32h,…，37h,…B）再依次顺序读取256个存储单元的值并在显示器上显示，看是否显示为0,1,2,…,7,0,1,2,…,7,…,据此来判断硬件/软件的正确与否。注意：从原理图可知,74、6116、374、8254这四个芯片需要四个端口地址，有两种方法实现，一种方法是将一个译码输出用138进行再译码，得到四个端口地址。另一种方法是直接使用四个译码输出，便有四个端口地址。★波形发生器的各个工作模块调试正常以后，才能进行硬件的联调工作，联调程序用汇编来写，可以完成方波和三角波，联调程序的流程图如下：波形发生器的工作流程程序设计分级调试完成，各部分模块电路都正常工作后，可以参考下面流程，设计输出某一种波形的完整程序。五﹑软件设计1﹑语言的选择：汇编语言﹑C语言﹑VB和VC以及C++，亦可用高级语言与汇编语言结合编程，界面用高级语言实现，与硬件紧密的部分用汇编语言编程附VB6.0调用汇编的用法：因为VB不具有控制硬件端口输出的功能，所以必须有一个控制输入输出的链接程序，可在Internet上搜索到vbio32.dll动态链接库，显示API应用。直接读写I/O端口的DLL用法如下:DeclareSubOutprotLib“vbio32.dll”(ByValprotid%,byValnByte%)例如：调用0832实验。PrivateSubCommand1_Click()Outport&HB800,&HFFEndsub在工程中添加如下模块：PublicDeclareSubOutportLib“d:\vbio32.dll”(ByValportIDAsinteger,ByValnByteAsinteger)当输入数据为FF时，对应输出为5伏值，当输入数据为00时，对应输出为0伏值，可以在示波器上观察到。[汇编]MOVDX,0B840HMOVAL,00H;控制器74端口Q=0，/Q=1，0832和接393的244OUTDX,AL;不工作，而选通374，为波形写入阶段。硬件调试——控制器74的调试执行完三条指令后,用示波器应该观察到74的Q=0,/Q=1,否则说明地址译码或硬件连接有误。[VB]Outport&HB840,&H00上面一条VB指令等价于上述三条汇编指令，执行后产生同样效果：控制器74端口Q=0，/Q=1。提示：1）用汇编编程还是用VB编程根据自己喜好选择；2）各IC芯片的I/O端口地址根据自己设计的电路图确定，保持软、硬一致；3）其余模块的调试方法类似。程序设计再一步扩充、完善程序界面和功能，达到类似右图所示界面的效果。VB编程设计请参考相关书籍或网上例子、源代码。附在VC++6.0中输入：_inp(提示:int_inp(unsigned,short)_outp(提示:int_outp(unsignedshort,int)例如VC++6.0中调用0832#includeconio.hvoidmain(){_outp(0xb800,0xff);}或者：asm{movdx,0b800moval,0ffhoutdx,al}同样在示波器上有输出。关于微机原理实验装置，是PCI接口，提供接口卡的所有信号。提供基地址是B8××H,片选信号选择范围：译码输出地址范围IOY4B880H～B89FHIOY3B860H～B87FHIOY2B840H～B85FHIOY1B800H～B81FH因为实验装置译码输出中不含IOR和IOW信号，74和374两芯片中的CLK信号，必须在端口地址有效的同时，还必须满足IOW有效，二者符合或逻辑。关于机房里文件的备份说明。课设的组织方式：机房全天开放，老师负责答疑。按工程管理的要求。时间安排第十八周第一次上课布置课设任务，要求：理解波形发生器原理、设计思路，结合IC芯片功能，画出具体的电路连接原理图（标明每一个IC使用管脚的名称和管脚号），为下次课连线、编程作准备。第二次上课时每人必须完成一份系统电路图的设计。第十八周开始设计安装与调试。做完每个同学逐个验收考核，当场打分。按完成时间以及完成质量进行评分。第十九周五下午4：00之前交报告，交元器件。课程设计的报告内容与要求一课题名称二设计任务与要求三设计原理四设计电路分析和完整电路图五设计软件分析和完整程序清单六调试故障的检测与分析七收获﹑体会﹑建议﹑要求及对本课程设计的评价意见。谢谢大家！