8255LCD函数信号发生器.docx
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8255LCD函数信号发生器
课程设计报告
课程名称51单片机
课程题目基于8255的LCD显示函数信号发生器的设计
专业通信工程
班级学号
姓名
同组人
指导单位南京邮电大学通达学院
指导教师林建中
第一部分实验目的及要求
1、实验目的
掌握Proteus对MCS51单片机的仿真
学习汇编语言以及C语言在51编程上的使用
掌握使用Keil软件对51单片机编程
根据提供的参考工程,在Proteus平台自己重新画出实验所需要的电气原理图,并在此基础上编写相对应的程序,实现其功能,学习Proteus软件的使用,其中包括原理图器件的选取、原理图的电气连接、程序的编写编译以及运行,并能查出其错误等。
2、实验设备
硬件:
微机(WindowsXP)
软件:
Proteus7.4sp3,KeiluVersion3
3、实验基本要求
基本要求:
用存储器或算法得到信源。
用DA转换器输出一函数信号(正弦、方波、三角、锯齿等,频率1000Hz),可以用示波器进行波形观察。
用LCD显示输出参数。
用功能键切换各信号的输出。
动态显示格式:
自定
第二部分实验工具及实验器件
1、Proteus以及Keil软件的介绍
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件。
Proteus可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。
Proteus是目前唯一能对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具,真正实现了在没有目标原型时就可对系统进行调试、测试和验证。
Proteus软件大大提高了企业的产品开发效率,降低了开发风险。
由于Proteus软件逼真、真实的协同仿真功能,它也特别适合于作为配合单片机课堂教学和实验的学习工具。
Proteus软件提供了30多个元器件库、7000余种元器件。
元器件涉及电阻、电容、二极管、三极管、变压器、继电器、各种放大器、各种激励器、各种微控制器、各种门电路和各种终端等。
Proteus软件还提供有交直流电压表、逻辑分析仪、示波器、定时/计数器和信号发生器等测试信号工具用于电路测试。
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选,即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为:
编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接,产生目标文件—程序调试。
Keil使用“工程”(Project)的概念,对工程(而不能对单一的源程序)进行编译/汇编、连接等操作。
工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。
首先选择菜单File-New…,在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序(或选择File-Open…,直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档)并保存,注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm(.a51)或.c;然后选择菜单Project-NewProject…,建立新工程并保存(保存时无需加扩展名,也可加上扩展名.uv2);工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框,选择CPU后点确定返回主界面。
这时工程管理窗口的文件页(Files)会出现“Target1”,将其前面+号展开,接着选择SourceGroup1,右击鼠标弹出快捷菜单,选择“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”,出现一个对话框,要求寻找并加入源文件(在加入一个源文件后,该对话框不会消失,而是等待继续加入其它文件)。
加入文件后点close返回主界面,展开“SourceGroup1”前面+号,就会看到所加入的文件,双击文件名,即可打开该源程序文件。
紧接着对工程进行设置,选择工程管理窗口的Target1,再选择Project-OptionforTarget‘Target1’(或点右键弹出快捷菜单再选择该选项),打开工程属性设置对话框,共有8个选项卡,主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等,如要写片,还必须在Output选项卡中选中“CreatHexFi”;其它选项卡内容一般可取默认值。
工程设置后按F7键(或点击编译工具栏上相应图标)进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。
成功编译/汇编、连接后,选择菜单Debug-Start/StopDebugSession(或按Ctrl+F5键)进入程序调试状态,Keil提供对程序的模拟调试功能,内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。
Keil能以单步执行(按F11或选择Debug-Step)、过程单步执行(按F10或选择Debug-StepOver)、全速执行等多种运行方式进行程序调试。
如果发现程序有错,可采用在线汇编功能对程序进行在线修改(Debug-InlineAssambly…),不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。
对于一些必须满足一定条件(如按键被按下等)才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行,可采用断点设置的方法处理(Debug-Insert/RemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints…等)。
在模拟调试程序后,还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。
在PROTEUS绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:
*.HEX,可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
2、51单片机AT89C51
51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。
该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机,后来随着Flashrom技术的发展,8031单片机取得了长足的进展,成为目前应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。
目前很多公司都有51系列的兼容机型推出,在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。
51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。
需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。
当前常用的51系列单片机主要产品有:
*Intel的:
80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52等;
*ATMEL的:
89C51、89C52、89C2051等;
AT89C51单片机的内部结构为:
单一+5V电源供电;
CPU:
由运算和控制逻辑组成,同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器;
RAM:
用以存放可以读写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据;
ROM:
用以存放程序、一些原始数据和表格;
I/O口:
四个8位并行I/O口,既可用作输入,也可用作输出;
T/C:
两个定时/记数器,既可以工作在定时模式,也可以工作在记数模式;
五个中断源的中断控制系统:
一对全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口,用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信;
片内振荡器和时钟产生电路,石英晶体和微调电容需要外接。
2、D/A转换集成芯片DAC0832
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片,与微处理器完全兼容。
这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。
它由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
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。
由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1,当LE1为高电平时,数据锁存器状态随输入数据线变换,LE1的负跳变时将输入数据锁存;
XFER:
数据传输控制信号输入线,低电平有效,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效;
WR2:
DAC寄存器选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。
由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时,DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化,LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。
IOUT1:
电流输出端1,其值随DAC寄存器的内容线性变化;
IOUT2:
电流输出端2,其值与IOUT1值之和为一常数;
Rfb:
反馈信号输入线,改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度;
Vcc:
电源输入端,Vcc的范围为+5V~+15V;
VREF:
基准电压输入线,VREF的范围为-10V~+10V;
AGND:
模拟信号地
DGND:
数字信号地
3、可编程并行I/O接口芯片8255A
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255作为主机与外设的连接芯片,必须提供与主机相连的3个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分,因而8255内部结构分为3个部分:
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
特点:
(1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。
(2)具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口。
它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0~PC3)。
A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。
RESET:
复位输入线,当该输入端处于高电平时,所有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除,所有I/O口均被置成输入方式。
CS:
芯片选择信号线,当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输。
RD:
读信号线,当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息,即CPU从8255读取信息或数据。
WR:
写入信号,当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
D0~D7:
三态双向数据总线,8255与CPU数据传送的通道,当CPU执行输入输出指令时,通过它实现8位数据的读/写操作,控制字和状态信息也通过数据总线传送。
PA0~PA7:
端口A输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入锁存器。
PB0~PB7:
端口B输入输出线,一个8位的I/O锁存器一个8位的输入输出缓冲器。
PC0~PC7:
端口C输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口,每个4位的端口包含一个4位的锁存器,分别与端口A和端口B配合使用,可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
A1,A0:
地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。
当A1=0,A0=0时,PA口被选择;
当A1=0,A0=1时,PB口被选择;
当A1=1,A0=0时,PC口被选择;
当A1=1,A0=1时,控制寄存器被选择。
4、LCD液晶显示器件LM016L
LM016L是一个2*16的点阵式字符液晶显示模块,每个字符由5*7个点组成的;
内部带有HD44780控制器;
采用5V电源供电;
内建有192个字符,8个用户自建字符。
第三部分实验原理图及程序
1、实验步骤
有Proteus参与的单片机系统开发过程一般分为四步:
在Proteus平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等。
进行单片机系统源程序设计、编辑、汇编编译、调试,最后生成目标代码文件。
在Proteus平台上将目标代码文件加载到单片机系统中,并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。
仿真正确后,制作实际单片机系统电路,并将目标代码文件下载到实际单片机中运行、调试,直至运行成功。
2、硬件部分电路设计
由于本次实验设计的是一个由单片机组成的函数信号发生器的实验,并且题目要求我们使用的是8255芯片,由于8255并行IO口扩展方法之一,通过初始化编程设置,为单片机扩展多种方式的并行输入/输出接口,最多可扩展三个八位的IO口,分别称为A口、B口和C口,其中,A口具有输入输出双向锁存,可实现一般IO功能、选通输入功能、选通输出功能和选通输入/输出双向功能,其运用最为灵活。
B口具有输出锁存和输入缓冲,能实现A口的相同功能,除了双向输入/输出功能,C口能用于一般八为IO口,具有为操作功能,在多数场合作为A口和B口的控制端口使用。
8255芯片占用CPU的四个外部RAM地址单元。
8255具有多种用途,通过跳线可以用于LCD数码管显示输出。
DA转换器用于数字信号模拟化,DAC0832是8位分辨率的DA转换器,与微处理器完全兼容。
与它类似的芯片有DAC0830和DAC0831,这个系列的转换器芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛应用。
这类D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及控制电路构成。
该电路的显示部分按要求则使用型号为LM016的LCD液晶显示器,通过P0口传送数据然后由LCD显示出来。
另外,电路中还设计了两个按键,用来选择要显示的波形。
基于8255口是指显示和键盘都由8255的I/O口控制,使用8255可编程并行口芯片,设定为工作方式0,PC口做输入,PA口做输出,使得达到控制通过按键选择发送,显示正确的数据串。
完整电路原理图如下:
(虽然题目的要求是频率1000Hz,但是经过测试,1000Hz时的波形及其不稳定,经过反复调试,得出结论:
当频率为333Hz时,波形比较稳定,所以改动了题目的要求)
3、软件部分设计
程序如下:
#include
#include"lcd1602.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitkey1=P3^4;
sbitkey2=P3^5;
codeunsignedcharStr1[]="SignalSource";
codeunsignedcharStr2[]="Starting...";
unsignedcharDispSin1[]={"Wave:
sin"};
unsignedcharDispSin2[]={"F=333hz2A=2.5v"};
codeunsignedcharDispSaw1[]={"Wave:
saw"};
codeunsignedcharDispSaw2[]={"F=333hzA=2.5v"};
codeunsignedcharDispSqu1[]={"Wave:
squ"};
codeunsignedcharDispSqu2[]={"F=333hzA=2.5v"};
codeunsignedcharDispTri1[]={"Wave:
tri"};
codeunsignedcharDispTri2[]={"F=333hzA=1.25v"};
codeunsignedcharSin[128]=
{64,67,70,73,76,79,82,85,88,91,94,96,99,102,104,106,
109,111,113,115,117,118,120,121,123,124,125,126,126,
127,127,127,127,127,127,127,126,126,125,124,123,121,
120,118,117,115,113,111,109,106,104,102,99,96,94,91,
88,85,82,79,76,73,70,67,64,60,57,54,51,48,45,42,39,
36,33,31,28,25,23,21,18,16,14,12,10,9,7,6,4,3,2,1,
1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,2,3,4,6,7,9,10,12,14,16,18,21,23,
25,28,31,33,36,39,42,45,48,51,54,57,60};//T=3msf=333hz
codeunsignedcharSaw[128]=
{
0,1,2,3,4,5,6,7,
8,9,10,11,12,13,14,15,
16,17,18,19,20,21,22,23,
24,25,26,27,28,29,30,31,
32,33,34,35,36,37,38,39,
40,41,42,43,44,45,46,47,
48,49,50,51,52,53,54,55,
56,57,58,59,60,61,62,63,
64,65,66,67,68,69,70,71,
72,73,74,75,76,77,78,79,
80,81,82,83,84,85,86,87,
88,89,90,91,92,93,94,95,
96,97,98,99,100,101,102,103,
104,105,106,107,108,109,110,111,
112,113,114,115,116,117,118,119,
120,121,122,123,124,125,126,127};
codeunsignedcharTri[128]=
{
1,1,2,3,4,5,6,7,
8,9,10,11,12,13,14,15,
16,17,18,19,20,21,22,23,
24,25,26,27,28,29,30,31,
32,33,34,35,36,37,38,39,
40,41,42,43,44,45,46,47,
48,49,50,51,52,53,54,55,
56,57,58,59,60,61,62,63,
63,62,61,60,59,58,57,56,
55,54,53,52,51,50,49,48,
47,46,45,44,43,42,41,40,
39,38,37,36,35,34,33,32,
31,30,29,28,27,26,25,24,
23,22,21,20,19,18,17,16,
15,14,13,12,11,10,9,8,
7,6,5,4,3,2,1,1};
codeunsignedcharSqu[128]=
{0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
127,127,127,127,127,127,127,127,
127,127,127,127,127,127,127,127,
127,127,127,127,127,127,127,127,
127,127,127,127,127,127,127,127,
127,127,127,127,127,127,127,127,
127,127,127,127,127,127,127,127,
127,127,127,127,127,127,127,127,
127,127,127,127,127,127,127,127};
main()
{
unsignedcharouoput_cnt;
unsignedchardispflg;
unsignedchardispbak,dispnum;
lcd1602init();
PORT=0x03;
lcd_clr();
lcd_string(Str1,1);
lcd_string(Str2,2);
while
(1)
{
ouoput_cnt++;
if(ouoput_cnt==128)
ouoput_cnt=0;
if(key1==0&&key2==0)
{
P1=Sin[ouoput_cnt];
dispbak=dispnum;
dispnum=0;
if(dispbak!
=dispnum)
dispflg=1;
}
elseif(key1==0&&key2==1)
{
P1=Tri[ouoput_cnt];
dispbak=dispnum;
dispnum=1;
if(dispbak!
=dispnum)
dispflg=1;
}
elseif(key1==1&&key2==0)
{
P1=Saw[ouoput_cnt];
dispbak=dispnum;
dispnum=2;
if(dispbak!
=dispnum)
dispflg=1;
}
else
{
P1=Squ[ouoput_cnt];
dispbak=dispnum;
dispnum=3;
if(dispbak!
=dispnum)
dispflg=1;
}
if(dispflg==1)
{
dispflg=0;
lcd_clr();
switch(dispnum)
{
case0:
lcd_strin
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