单片机实习报告

1.波形发生器背景及过去、现在和未来的发展及应用1.1背景波形发生器也称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。

目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿波，正弦波，方波，三角波等波形。

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。

随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。

用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

1.2波形发生器的发展状况及应用波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。

这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。

同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。

在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和 D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。

这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。

90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统，它由 HP8770A任意波形数字化和 HP1776A波形发生软件组成。

HP8770A实际上也只能产生8 中波形，而且价格昂贵。

不久以后，Analogic 公司推出了型号为 Data-2020的多波形合成器，Lecroy 公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。

到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 GHz 的DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent的产品 33220A 能够产生 17 种波形，最高频率可达到 20M，2005 年的产品N6030A 能够产生高达500MHz 的频率，采样的频率可达 1.25GHz。

由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。

波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。

波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。

同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成 v=f (t)形式的波形方程的数学表达式产生。

从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。

目前可以利用可视化编程语言(如Visual Basic ,Visual C 等等)编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。

（2）与VXI资源结合。

目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的VXI模块。

由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量产生复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI模块的周期长，而且需要专门的VXI机箱的配套使用，使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。

在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便。

（3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。

不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。

这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。

而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。

早在 1978 年，由美国 Wavetek 公司和日本东亚电波工业公司公布了最高取样频率为 5MHz ，可以形成 256 点(存储长度)波形数据，垂直分辨率为8bit，主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高性能信号源，经过将近30年的发展，伴随着电子元器件、电路、及生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能有了飞速的提高。

变得操作越来越简单而输出波形的能力越来越强。

波形操作方法的好坏，是由波形发生器控制软件质量保证的，编辑功能增加的越多，波形形成的操作性越好。

2.设计要求2.1设计内容设计一个波形发生器，能产生三角波、方波、正弦波。

用按键来选择波形输出（A 按键输出三角波，B按键输出方波，C按键输出正弦波），调节电位器能改变输出波形的频率。

并用四位LED显示，第1位显示目前输出什么波形，后3位显示频率值，即经A/D 转换后得到的数字值。

2.2设计目的1.了解波形发生及键盘扫描的基本方法；2.掌握软、硬件的相互配合和相互作用的关系。

3.设计要求3.1设计方案3.11系统总体框图：图1通过键盘扫描来选择相应的波形，按A 选择三角波，按B 选择方波，按下C 选择正弦波。

将输入的值通过DA 转换成模拟量，并且在示波器上显示波形。

通过AD 转换，将模拟量转换成数字量—波形频率，并且通过电位器调节波形频率大小。

将波形的频率值显示在数码管上。

3.12 P0-P3口结构： P0口功能:P0口具有两种功能：第一，P0口可以作为通用I/O 接口使用，P0.7—P0.0用于传送CPU 的输入/输出数据。

输出数据时可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲。

第二，P0.7—P0.0在CPU 访问片外存储器时用于传送片外存储器de 低8位地址，然后传送CPU 对片外存储器的读写P1口 功能:P1口的功能和P0口de 第一功能相同，仅用于传递I/O 输入/输出数据。

P2口的功能:2口的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O 使用。

它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，作为地址总线用于输出片外存储器的高8位地址。

P3口功能:P3口有两个功能：第一功能与其余三个端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每个引脚都不同。

P3.0—RXD 串行数据接收口 P3.1—TXD 串行数据发送口 P3.2—INT0外中断0输入 P3.3—INT1外中断1输入 P3.4—T0计数器0计数输入 P3.5—T1计数器1计数输入P3.6—WR 外部RAM 写选通信号 P3.7—外部RAM 读选通信号3.1.3 三总线连结：P0口数据总线连结8255数据总线D0-D7，地址总线A0、A1口连结8255的A0、A1，用于口地址选择，地址总线A3、A4、A5连结74LS138的A、B、C口，地址总线A6、A7、A15连结74LS138的使能端。

DA转换器D0-D7连结P0口数据总线，AD转换器D0-D7连结P0口数据总线。

控制总线WR、RD、RESET连结8255的WR、RD、RESET。

地址总线A5-A3经过译码器后分配CS0832的地址000，分配给CS0809的地址001，分配给8255的地址110。

3.2 8255可编程通用并行接口芯片：;图21.外部引脚PA0--PA7 ：A口的输入输出信号线。

该口是输入还是输出或双向，由软件决定。

PB0--PB7 ：B口的输入输出信号线。

该口是输入还是输出，由软件决定。

PC0--PC7 ：C口信号线。

该口可作输入、输出、控制和状态线使用，由软件决定。

D0--D7 ：双向数据信号线，用来传送数据和控制字。

RD：读号线。

WR：写信号线。

CS片选信号线，低电平（有效）时，才选中该芯片，才能对8255进行操作。

RESET ：复位输入信号，高电平有效时，复位8255。

复位后8255的A口、B口和C口均被定为输入。

A0A1口地址选择信号线。

8255内部共有三个口，A口、B口、C口和一个控制寄存器供用户编程。

不同的编码可分别选择上述三个口和一个控制寄存器。

地址编码如下表所示A1 A0图38255A 的内部结构:从图可以看到，左边的信号与系统总线相连。

而右边是与外设相连接的三个口。

三个口均为8位。

其中A 口输出有锁存能力，输入亦有锁存能力。

B 口输入输出均有锁存能力。

C 口输出有锁存能力，输入没有锁存能力，在使用上要注意到这一点。

为了控制方便，将8255的三个口分成A ，B 两组。

其中A 组包括A 口的8条口线和C 口的高四位 。

B 组包括B 口的8条口线和C 口的低四位 。

A 组和B 组分别由软件编程来加以控制。

图4 8255的内部结构框图8255的工作方式:8255共有三种工作方式，这些工作方式可用软件编程来指定。

工作方式0，又称基本输入输出方式 工作方式1，又称选通输入输出方式在方式1下，A 口和B 口仍作为数据的输出或输入口而同时要利用C 口的某些位端口 0 0A 口 0 1B 口 1 0C 口 1 1 控制寄存器 70PA ~PA 70PB ~PB 30PC ~PC 74PC ~PC作为控制和状态信号，从而实现这种工作方式。

（1）方式1下，A 口和B 口均为输出 （2）方式1下，A 口和B 口均为输入( 3 )工作方式2，又称双向输入输出方式I/O 操作只有A 口才能工作在方式2。

8255的控制字及初始化程序 1. 工作方式控制字对工作方式控制字作如下说明：A 口可工作在方式0、方式1和方式2，B 口可工作在方式0和方式1在方式1或方式2下，对C 口的定义（输入或输出）不影响作为控制信号使用的C 口各位功能最高位是标志位，作为方式控制字使用时，其值固定为1。

8255工作方式控制字图53.3 DAC0832芯片图6 DAC0832内部结构及引脚10：C 口低四位输入还是输出：输出：输入口输入还是输出：输出：输入口工作方式：方式0：方式1口输入还是输出：输出：输入口高四位输入还是输出：输出：输入口工作方式00：方式001：方式11 ：方式2×结构介绍：D0～D7：8位数据输入线，TTL 电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)； * ILE ：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； * CS ：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效； * WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns ）有效。