基于8155的8LCD显示存储滤波器

1、单片机课程设计实验课程设计要求第一部分 实验目的及要求：1实验目的本课程设计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，为下一步结合实际的硬件系统设计准备条件2.实验要求 基本要求：1 用ad转换器采集输入信号，存入sram（例6264）芯片中，2 进行da转换后回放sram中的数据，通过模拟示波器显示。3 利用键盘控制单步和连续慢放信号波形。4 波形参数可以用数值或图形在数码管或lcd上显示，或者可以结合示波器进行图形回放显示。 发挥部分：1 对采样数据平滑滤波处理， 2 对波形回放（图形）的

2、时间缩放调节。 3 对回放波形（图形）的幅度缩放调节。动态显示格式：自定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。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

3、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

4、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。k

5、eilc51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 c

6、51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80c3151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

7、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)

8、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

9、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

10、）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

11、二功能如下示：口引脚 第二功能p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 （外部中断）p3.3 （外部中断）p3.4 t0（定时器0外部输入）p3.5 t1（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      &#

12、160;  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       &

13、#160; 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：110000

14、00 （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

15、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、805

16、1单片机等典型连接图频率计算方式是：fck1/(1.1×r×c)若以图2的r10k、c150pf为例，则内部的转换频率是fck1/（1.1×10 k×150pf）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in

17、tr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：l         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）。l         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

18、时间>100us）。l         步骤s2：cs0、wr1、rd0（由cpld发出信号以读取adc0804的转换资料）。l         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：l         负责在每个步骤送出所需的cs、wr、rd控制信号。l

19、         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。l         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

20、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

21、，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+5

22、v+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

23、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dac0

24、832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

25、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

26、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

27、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。5sram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

28、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。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

29、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ra

30、m，其逻辑图如下： 6264a012 vcci/o07wroecs2 gndcs1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：控制信号cs1cs2oewr数据线读lhlh输出写lhl输入非选h高阻态6.三态输出的8d透明锁存器74hc373。74hc373  74hc373373为三态输出的八 d 透明锁存器,共有 54/74s373 和 54/74ls373 两种线路结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):型号 tpd pd54s373/74s373 7ns

31、 525mw54ls373/74ls373 17ns 120mw373 的输出端 o0o7 可直接与总线相连。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。管脚说明：1oe3-state output enable input (active low)2, 5, 6,

32、 9, 12, 15, 16, 19q0 to q73-state latch outputs3, 4, 7, 8, 13, 14, 17, 18d0 to d7data inputs10gndground (0 v)11lelatch enable input (active high)20vccpositive supply voltage7.8155引脚以及功能。8155描 述：2048-bit static mos ram with i/o ports and timer中文描述：2048位静态内存与i/o端口和定时器8155各引脚功能说明如下：rst：复位信号输入端，高电平有效。复位

33、后，3个i/o口均为输入方式。ad0ad7：三态的地址/数据总线。与单片机的低8位地址/数据总线（p0口）相连。单片机与8155之间的地址、数据、命令与状态信息都是通过这个总线口传送的。rd：读选通信号，控制对8155的读操作，低电平有效。wr：写选通信号，控制对8155的写操作，低电平有效。ce：片选信号线，低电平有效。io/m ：8155的ram存储器或i/o口选择线。当io/m 0时，则选择8155的片内ram，ad0ad7上地址为8155中ram单元的地址（00hffh）；当io/m 1时，选择 8155的i/o口，ad0ad7上的地址为8155 i/o口的地址。ale：地址锁存信号。

34、8155内部设有地址锁存器，在ale的下降沿将单片机p0口输出的低8位地址信息及 ，io/ 的状态都锁存到8155内部锁存器。因此，p0口输出的低8位地址信号不需外接锁存器。pa0pa7：8位通用i/o口，其输入、输出的流向可由程序控制。pb0pb7：8位通用i/o口，功能同a口。pc0pc5：有两个作用，既可作为通用的i/o口，也可作为pa口和pb口的控制信号线，这些可通过程序控制。timer in：定时/计数器脉冲输入端。timer out：定时/计数器输出端。vcc：5v电源。2、8155的地址编码及工作方式在单片机应用系统中，8155是按外部数据存储器统一编址的，为16位地址，其高8位

35、由片选线 提供， ce0，选中该片。当 ce0，io/m 0时，选中8155片内ram，这时8155只能作片外ram使用，其ram的低8位编址为00hffh；当 ce0，io/m 1时，选中8155的i/o口，其端口地址的低8位由ad7ad0确定，如表6-6所示。这时，a、b、c口的口地址低8位分别为01h、02h、03h（设地址无关位为0）。表6-6 8155芯片的i/o口地址a7a6a5a4a3a2a1a0选择i/o口× × × × × ×× ×

36、60;× × × ×× × × × × ×× × × × × ×× × × × × ×0 0 0 0 1 10 0 1 

37、1 0 00 1 0 1 0 1命令/状态寄存器 a口 b口 c口 定时器低8位 定时器高6位及方式8155的a口、b口可工作于基本i/o方式或选通i/o方式。c口可工作于基本i/o方式，也可作为a口、b口在选通工作方式时的状态控制信号线。当c口作为状态控制信号时，其每位线的作用如下：pc0：aintr（a口中断请求线）pc1：abf（a口缓冲器满信号）pc2： （a口选通信号）pc3：bintr（b口中断请求线）pc4：bbf（b口缓冲器满信号）pc5： （b口选通信号）8

38、155的i/o工作方式选择是通过对8155内部命令寄存器设定控制字实现的。命令寄存器只能写入，不能读出，命令寄存器的格式如图6-16所示。在alt1alt4的不同方式下，a口、b口及c口的各位工作方式如下：alt1：a口，b口为基本输入/输出，c口为输入方式。alt2：a口，b口为基本输入/输出，c口为输出方式。alt3：a口为选通输入/输出，b口为基本输入/输出。pc0为aintr，pc1为abf，pc2为 ，pc3pc5为输出。alt4：a口、b口为选通输入/输出。pc0为aintr，pc1为abf，pc2为 ，pc3为bintr，pc4为bbf，pc5为 。  图6-

39、16 8155命令寄存器格式8155内还有一个状态寄存器，用于锁存输入/输出口和定时/计数器的当前状态，供cpu查询用。状态寄存器的端口地址与命令寄存器相同，低8位也是00h，状态寄存器的内容只能读出不能写入。所以可以认为8155的i/o口地址00h是命令/状态寄存器，对其写入时作为命令寄存器；而对其读出时，则作为状态寄存器。状态寄存器的格式如图所示。  8155状态寄存器格式3、8155的定时/计数器8155内部的定时/计数器实际上是一个14位的减法计数器，它对timer in端输入脉冲进行减1计数，当计数结束（即减1计数“回0”）时，由timer out端输出方波或脉冲。当timer in接外部脉冲时，为计数方式；接系统时钟时，可作为定时方式。定时/计数器由两个8位寄存器构成，其中的低14位组成计数器，剩下的两个高位（m2，m1）用于定义输出方式。8.led液晶显示器件7seg-mpx8-ca7seg-mpx8-ca是8位八段共阳极led数码管，其要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个码段，从而显示出我们要的数字因此根据数码管的驱动方