基于简单IO口的8LED显示录音回放机实验报告.doc

通信与信息工程学院2014/2015 学年 第 二 学期软件设计 实验报告模 块 名 称 proteus 51 专 业 通信工程 学 生 班 级 学 生 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 设计题目基于简单io口的8led显示录音回放机设计任务要求基本要求：1 把需要录取的信号用ad转换器采样并存储在sram中。2 在一组数码管或lcd上显示采样速率和录音时间（秒），以及信号相关参数。3 用d/a转换器回放录音信号，通过喇叭过模拟示波器显示。4 在一组数码管或lcd上显示回放的播放时间或信号强度。发挥部分：1 用功能键可分别设定录音和放音的采样速率。2 多段录音管理。3 任意组合播放。动态显示格式：自定实验设备及软件计算机、protues以及keil软件同组人员学号及姓名无参考文献单片机实验与课程设计指导（protues仿真版）51系列单片机 李静第一部分 实验目的和要求本课程设计是在理论课程的基础上，重点培养学生的动手能力，通过理论计算、实际编程、调试、测试、分析查找故障，解决在实际设计中的问题，使设计好的电路能正常工作，为下一部结合实际的硬件系统设计准备条件。1、总体要求：以下各类设计必须按照实验提供的单片机原理图（dpj.pdf文件），结合自己所选择的题目进行元器件的连接。每组学生只能选择一个与别组不同的设计题目，按照先到先选择的规则进行选题。在仿真设计完成的基础上，有能力的同学可以申请硬件实验板的下载并完成软、硬件结合的课程设计。2、分类要求：录音机类 实验中需要录取的信源，可以用单片机或者信号发生器产生。基本要求：1 把需要录取的信号用ad转换器采样并存储在sram中。2 在一组数码管或lcd上显示采样速率和录音时间（秒），以及信号相关参数。3 用d/a转换器回放录音信号，通过喇叭过模拟示波器显示。4 在一组数码管或lcd上显示回放的播放时间或信号强度。发挥部分：1 用功能键可分别设定录音和放音的采样速率。2 多段录音管理。3 任意组合播放。动态显示格式：自定 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。第二部分 实验工具及实验器件1. proteus7.4以及keil 2软件的使用proteus软件是英国labcenter electronics公司出版的eda工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。proteus是世界上著名的eda工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年即将增加cortex和dsp系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持iar、keil和mplab等多种编译器。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。而*.hex文件则由keil软件编译后生成。keil uvision2是美国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，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,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。keilc51标准c编译器为8051微控制器的软件开发提供了c语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。c51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近cpu本身，及其它的衍生产品。c51已被完全集成到uvision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uvision2 ide可为它们提供单一而灵活的开发环境。keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全windows界面，使您能在很短的时间内就能学会使用keil c51来开发您的单片机应用程序。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到keil c51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。有了proteus和keil 我们就需要在这两个软件中建立我们所需要的工程进行实验，具体步骤如下：第一步：在keil2中建立一个新的工程，并命名，第二步：选择使用的单片机芯片，我们选择80c31，第三步：将新创建的.c文件添加到target中。这样我们就可以在keil2的环境下对单片机的程序进行编译和运行了。2. 51单片机at89c5151单片机是对目前所有兼容intel 8031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flash rom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；*philips、华邦、dallas、siemens(infineon)等公司的许多产品80c31单片机，它是8位高性能单片机。属于标准的mcs-51的hcmos产品。它结合了hmos的高速和高密度技术及chmos的低功耗特征，标准mcs-51单片机的体系结构和指令系统。80c31内置中央处理单元、128字节内部数据存储器ram、32个双向输入/输出(i/o)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。但80c31片内并无程序存储器，需外接rom。此外，80c31还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结cpu而ram定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存ram数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80c31有pdip(40pin)和plcc(44pin)两种封装形式。管脚说明：8031芯片具有40根引脚，其引脚图如图所示：80c31管脚图40根引脚按其功能可分为四类：1. 电源线2根vcc：编程和正常操作时的电源电压，接+5v。vss：地电平。2. 晶振：2根xtal1：振荡器的反相放大器输入。使用外部震荡器是必须接地。xtal2：振荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部振荡器时用于输入外部振荡信号。3. i/o口共有p0、p1、p2、p3四个8位口，32根i/o线，其功能如下：1） p0.0p0.7 （ad0ad7）是i/o端口o的引脚，端口o是一个8位漏极开路的双向i/o端口。在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口。（在此时内部上拉电阻有效）2） p1.0p1.7端口1的引脚，是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o通道，专供用户使用。3） p2.0p2.7 （a8a15）端口2的引脚。端口2是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址a8a154） p3.0p3.7端口3的引脚。端口3是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o端口，该口的每一位均可独立地定义第一i/o口功能或第二i/o口功能。作为第一功能使用时，口的结构与操作与p1口完全相同，第二功能如下示：口引脚第二功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2 （外部中断）p3.3 （外部中断）p3.4t0（定时器0外部输入）p3.5t1（定时器1外部输入）p3.6 （外部数据存储器写选通）p3.7 （外部数据存储器读选通）3. 模数转换芯片adc0804。adc0804的管脚图如下所示它的主要电气特性如下：l 工作电压：5v，即vcc5v。l 模拟输入电压范围：05v，即0vin5v。l 分辨率：8位，即分辨率为1/28=1/256，转换值介于0255之间。l 转换时间：100us（fck640khz时）。l 转换误差：1lsb。l 参考电压：2.5v，即vref2.5v。1.adc0804的转换原理adc0804是属于连续渐进式（successive approximation method）的a/d转换器，这类型的a/d转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。以输出8位的adc0804动作来说明“连续渐进式a/d转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位寻找起）。第一次寻找结果：10000000 （若假设值输入值，则寻找位假设位1）第二次寻找结果：11000000 （若假设值输入值，则寻找位假设位1）第三次寻找结果：11000000 （若假设值输入值，则寻找位该假设位0）第四次寻找结果：11010000 （若假设值输入值，则寻找位假设位1）第五次寻找结果：11010000 （若假设值输入值，则寻找位该假设位0）第六次寻找结果：11010100 （若假设值输入值，则寻找位假设位1）第七次寻找结果：11010110 （若假设值输入值，则寻找位假设位1）第八次寻找结果：11010110 （若假设值输入值，则寻找位该假设位0）这样使用二分法的寻找方式，8位的a/d转换器只要8次寻找，12位的a/d转换器只要12次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表图1的模拟输入电压vin2.分辨率与内部转换频率的计算对8位adc0804而言，它的输出准位共有28256种，即它的分辨率是1/256，假设输入信号vin为05v电压范围，则它最小输出电压是5v/2560.01953v，这代表adc0804所能转换的最小电压值。表1列出的是812位a/d转换器的分辨率和最小电压转换值。表1 a/d转换器的分辨率和最小电压值位数目分辨率最小电压转换值81/2560.01953v101/10240.00488v121/40960.00122v至于内部的转换频率fck，是由图2的clkr（19脚）、clk in（4脚）所连接的r（）、c(150pf)来决定。图2 adc0804与cpld&fpga、8051单片机等典型连接图频率计算方式是：fck1/(1.1rc)若以图2的r10k、c150pf为例，则内部的转换频率是fck1/（1.110 k150pf）606khz更换不同的r、c值，会有不同的转换频率，而且频率愈高代表速度愈快。但是需要注意r、c的组合，务必使频率范围是在100khz1460khz之间。3.adc0804的控制方法要求adc0804进行模拟/数字的转换，其实可以直接由下面的时序图及图2信号的流向来配合了解。图3 adc0804控制信号时序图以图2、图3信号流向而言，控制adc0804动作的信号应该只有cs、wr、rd。其中intr由高电位转为低电位后，代表adc0804完成这次的模拟/数字转换，而db0db7代表是转换后的数字资料。图3的动作大概可分成4个步骤区间s0、s1、s2、s3，每个步骤区间的动作方式如下：步骤s0：cs0、wr0、rd1（由cpld发出信号要求adc0804开始进行模拟/数字信号的转换）。步骤s1：cs1、wr1、rd1（adc0804进行转换动作，转换完毕后intr将高电位降至低电位，而转换时间100us）。步骤s2：cs0、wr1、rd0（由cpld发出信号以读取adc0804的转换资料）。步骤s3：cs1、wr1、rd1（由cpld读取db0db7上的数字转换资料）。由上述步骤说明，可以归纳出所要设计的cpld动作功能有：负责在每个步骤送出所需的cs、wr、rd控制信号。在步骤s1时，监控intr信号是否由低电位变高电位，如此以便了解adc0804的转换动作结束与否。在步骤s3，读取转换的数字资料db0db74. 数模转换芯片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。d/a转换器由8位输入锁存器、8位dac寄存器、8位d/a转换电路及转换控制电路构成。dac0832的主要特性参数如下：* 分辨率为8位；* 电流稳定时间1us；* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；* 只需在满量程下调整其线性度；* 单一电源供电（+5v+15v）；* 低功耗，20mw。dac0832结构：* d0d7：8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dac0832芯片：dac0832dac0832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。d/a转换器由8位输入锁存器、8位dac寄存器、8位d/a转换电路及转换控制电路构成。1.dac0832的结构dac0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ile；第二级锁存器称为dac寄存器，它的锁存信号为传输控制信号。因为有两级锁存器，dac0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。此外，两级锁存器还可以在多个d/a转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。le为高电平、和为低电平时，为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化；此后，当由低变高时，为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。对第二级锁存器来说，和同时为低电平时，为高电平，dac寄存器的输出跟随其输入而变化；此后，当由低变高时，变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到dac寄存器中。2. dac0832的引脚特性dac0832是20引脚的双列直插式芯片。各引脚的特性如下：cs片选信号，和允许锁存信号ile组合来决定是否起作用，低有效。ile允许锁存信号，高有效。wr1写信号1，作为第一级锁存信号，将输入资料锁存到输入寄存器（此时，必须和、ile同时有效），低有效。wr2写信号2，将锁存在输入寄存器中的资料送到dac寄存器中进行锁存（此时，传输控制信号必须有效）低有效。xfer传输控制信号，低有效。di7di08位数据输入端。iout1模拟电流输出端1。当dac寄存器中全为1时，输出电流最大，当dac寄存器中全为0时，输出电流为0。iout2模拟电流输出端2。iout1+iout2=常数。rfb反馈电阻引出端。dac0832内部已经有反馈电阻，所以，rfb端可以直接接到外部运算放大器的输出端。相当于将反馈电阻接在运算放大器的输入端和输出端之间。vref参考电压输入端。可接电压范围为10v。外部标准电压通过vref与t型电阻网络相连。vcc芯片供电电压端。范围为+5v+15v，最佳工作状态是+15v。agnd模拟地，即模拟电路接地端。dgnd数字地，即数字电路接地端。3.dac0832的工作方式dac0832进行d/a转换，可以采用两种方法对数据进行锁存。第一种方法是使输入寄存器工作在锁存状态，而dac寄存器工作在直通状态。具体地说，就是使和都为低电平，dac寄存器的锁存选通端得不到有效电平而直通；此外，使输入寄存器的控制信号ile处于高电平、处于低电平，这样，当端来一个负脉冲时，就可以完成1次转换。第二种方法是使输入寄存器工作在直通状态，而dac寄存器工作在锁存状态。就是使和为低电平，ile为高电平，这样，输入寄存器的锁存选通信号处于无效状态而直通；当和端输入1个负脉冲时，使得dac寄存器工作在锁存状态，提供锁存数据进行转换。根据上述对dac0832的输入寄存器和dac寄存器不同的控制方法，dac0832有如下3种工作方式：单缓冲方式。单缓冲方式是控制输入寄存器和dac寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把dac寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。双缓冲方式。双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到dac寄存器，即分两次锁存输入资料。此方式适用于多个d/a转换同步输出的情节。直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即 cs*，xfer* ，wr1* ，wr2* 均接地，ile接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加i/o接口与cpu连接，以匹配cpu与d/a转换。5. sram芯片6264。6264的容量为8kb，是28引脚双列直插式芯片，采用cmos工艺制造a12a0（address inputs）：地址线，可寻址8kb的存储空间。d7d0（data bus）：数据线，双向，三态。oe（output enable）：读出允许信号，输入，低电平有效。we（write enable）：写允许信号，输入，低电平有效。ce1（chip enable）：片选信号1，输入，在读/写方式时为低电平。ce2（chip enable）：片选信号2，输入，在读/写方式时为高电平。vcc：+5v工作电压。gnd：信号地。6. 6264的操作方式6264的操作方式由, ce1 , ce2的共同作用决定写入：当和为低电平，且和ce2为高电平时，数据输入缓冲器打开，数据由数据线d7d0写入被选中的存储单元。读出：当和为低电平，且和ce2为高电平时，数据输出缓冲器选通，被选中单元的数据送到数据线d7d0上。保持：当为高电平，ce2为任意时，芯片未被选中，处于保持状态，数据线呈现高阻状态。微处理器通过数据总线、地址总线及控制总线与存储器连接，如下图所示：控制总线地址总线存储器cpu数据总线地址总线为地址信号，用来指明选中的存储单元地址。数据总线为数据信号，它是微处理器送往存储器的信息或存储器送往微处理器的信息。它包括指令和数据。控制总线发出存储器读写信号，以便从rom、ram中读出指令或数据，或者向ram写入数据。在微机系统中，常用的静态ram有6116、6264、62256等。在本实验中使用的是6264。6264为8k8位的静态ram，其逻辑图如下： 其中a012为13根地址线，i/o07为8根数据线，cs1 、cs2为两个片选端，oe为数据输出选通端，wr为写信号端。其工作方式见下表：ce1ce2oewe方式d0-d7h*未选中高阻*l*未选中高阻lhhh输出禁止高阻lhlh读doutlhhl写dinlhll写din7. 74ls373锁存器当三态允许控制端 oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o 被锁存在已建立的数据电平。当 le 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mv。引出端符号：d0d7 数据输入端oe 三态允许控制端（低电平有效）le 锁存允许端o0o7 输出端真值表：dnleoeonhhlhlhllxllq0xxh高阻态第三部分 实验原理图及程序代码1.硬件部分电路设计 本次实验设计的是一个基于简单io口的8led显示录音回放机设计实验，基于简单io口是指显示由74hc373控制，使得达到控制通过按键选择在8led上显示采样速率和录音时间（秒），以及信号相关参数。通过input输入信号，进行ad转换，存储相应数据在sram中，最后进行da转换回放录音信号，通过模拟示波器显示，该电路的显示部分按要求则使用型号为7seg-mpx8-ca-blue的8led液晶显示器，通过p0口传送数据然后由8led显示出来。另外，电路中还设计了两个按键，分别是采样和回放键。完整电路图如下：2.软件部分设计/*基于简单io口的8led显示录音回放机设计程序*/#include#include/*宏定义*/#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*芯片端口地址定义*/#define dac0832 xbyte0xbfff /dac0832口#define adc0804 xbyte0x77ff /adc0804口/*系统引脚定义*/sbit key1=p31; /key1sbit key2=p32; /key2sbit bpsp=p33; /bps+sbit bpsm=p34; /bps-/*定义系统变量*/uchar num=0,second=0,minute=0; /定义时间变量bit flag1=0,flag2=0; /定义状态标志位uint bps=1000,delay=1000,z=0;uchar xianshi10; /显示缓存 unsigned char code ledcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;/数码管编码/*延时子程序*/void delayms(uchar x) /ms延时函数uchar y;for(;x0;x-)for(y=110;y0;y-) ;void delayus(uint x) /us延时函数while(x-);/*屏幕驱动程序*/void display()uchar i;for(i=0;i8;i+) /扫描8位数码管p0=xianshii; /送段码p1=(110000)bps=1000;delay=1000;return; while(!bpsp); if(bpsm=0)/判断bps-是否被按下delayms(20);if(bpsm=0)bps-=5;delay=1000000/bps;if(bps5)bps=1000;delay=1000;return; while(!bpsm); void initial()tmod=0x01; /定义定时器工作方式et0=1; /开定时器0的中断ea=1;/开总中断th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;/给定时器0装初值tr0=0;/关定时器0/*主程序*/void main()uint x=0xe000; /定义sram地址变量uint max;uchar temp; /定义系统临时变量initial();while(1)keyscan();display();x=0xe000; /将地址清零 while(flag1=1)/采样循环 if(tr0=1)/判断是否正在进行采样adc0804=0xff;/将口置1，启动addelayus(delay);/延时temp=adc0804;/读取ad转换的数据xbytex=temp; /将ad转换的数据存入sram中x+;max=x; /地址加1if(x=0xffff) /判断sram的地址范围x=0xe000;keyscan(); /键盘扫描display(); /显示时间x=0xe000; /将地址清零while(flag2=1) /回放循环 if(tr0=1) /判断是