【正文】 kΩ p3^3……………………3c……………………40 kΩ p3^2……………………4c……………………80 kΩ 3) 與系統(tǒng)外的接口：運(yùn)算放大器 LM741 的 6 號(hào)腳作為整個(gè)系統(tǒng)的輸出端，與外界測(cè)量設(shè)備相連。 實(shí)現(xiàn)方式 人機(jī)界面操作 用戶通過按四個(gè)不同的鍵來輸入不同的倍數(shù)。單片機(jī)通過把按鍵得到的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳遞給 第 10頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 CD4066，從而 控制 CD4066 上面的四個(gè)開關(guān)從而控制四個(gè)不同電阻連入電路的情況，最終實(shí)現(xiàn)用戶所要求的增益倍數(shù)。當(dāng)接口發(fā)出的是高電平時(shí)，開關(guān)閉合，即與開關(guān)串聯(lián)的電阻連入電路；當(dāng)接口發(fā)出的是低電平時(shí)，開關(guān)斷開，即與開關(guān)串聯(lián)的電阻未連入電路。 我們要找到有能夠按比例放大電壓信號(hào)功能的元件或電路。其電路原理如圖 8： 圖 8 反相比例器 其中， R’= R//Rf , Uo = － Rf Ui / R 電路原理分析如下 i ： 由于理想運(yùn)放的凈輸入電壓和凈輸入電流均為 0，故 R’ 中電流為 0，所以有： Up = Un = 0 I ip = in = 0 ii II 式 I 表明，運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位均為 0，也就是“虛地”。 第 12頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 再從控制信號(hào)的方面考慮。由單片機(jī)給出的控制信號(hào)是二進(jìn)制的數(shù)字信 號(hào)，其輸出時(shí)的方式是四線制。 我們聯(lián)想到了數(shù)字電路中用于數(shù)模轉(zhuǎn)換的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) v。由此可見在此權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)中，可以通過控制開關(guān)的開合來改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。 接下來要定下確定的電阻值。而且四個(gè)并聯(lián)的電阻倍數(shù)要滿足 8： 4： 2： 1 的關(guān)系。 vii 插座 1 與單片機(jī)小系統(tǒng)的 P5 插座通過 IDC10 扁平電纜連接，使 插座 1 上的 8 腳與8255PA的 7 口連接。 液晶模塊詳細(xì)的管腳定義如表 31 所示 第 14頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 引腳號(hào) 符 號(hào) 名 稱 功 能 具體定義 1 Vss 接地 0V 接地 2 VDD 電路電源 5V 接 5V電壓 3 VEE 液晶驅(qū)動(dòng)電壓 對(duì)比度調(diào)節(jié) 接電位器滑動(dòng)端 4 RS 寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 接 8255 的 PA5 口 5 R/W 讀 /寫信號(hào) H:讀 L:寫 接 8255 的 PA6 口 6 E 片選信號(hào) 下降沿觸發(fā) ,鎖存數(shù)據(jù) 接 8255 的 PA7 口 714 DB0DB7 數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)傳輸 接 8255 的 PB07 口 表 31 液晶模塊管腳定義表 [10] 8255 部分管腳定義： [6] 由于 8255 管腳較多，本報(bào)告中僅就所涉及的管腳加以說明。 D07， 8255 數(shù)據(jù)線，雙向三態(tài)，用來傳送數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)字。 RESET， 8255 復(fù)位端，用于初始化 8255。由于單片機(jī)的輸入 輸出口有限，使用 8255進(jìn)行輸入輸出口的擴(kuò)展，再將 8255 的 PA 與 PB 口與液晶電路模塊連接。實(shí)現(xiàn)方案如圖 35 所示。 圖 36 液晶模塊的電路示意圖 [6] 液晶模塊的 1 號(hào) 引腳 接地， 2 號(hào) 引腳 接 5V電壓， 3 號(hào) 引腳 就調(diào)節(jié)對(duì)比度的電位器 滑動(dòng)端，電位器的另兩端分別接 5V 電壓與接地。 液晶模塊的 8 條數(shù)據(jù)線， 714 號(hào) 引腳 分別與插座 2 上的 18 腳相連，從而與 8255PB 的 07 口連接。具體設(shè)備功能如下。 三極管：接收信號(hào)，并與一對(duì)分壓電阻（兩個(gè) 70 歐姆電阻，如圖 37）將 +5V 電壓在運(yùn)放電路輸入端形成穩(wěn)定的 。 圖 37 三極管局部圖 [1] 模塊具體功能如下： 本部分有播放電子音樂和產(chǎn)生函數(shù)信號(hào)的功能，同時(shí)還保留基礎(chǔ)部分的放大功能。 函數(shù)發(fā)生 以及音樂播放部分電路圖如圖 38 第 17頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 38 函數(shù)發(fā)生 以及音樂播放部分電路圖 [1] 在基礎(chǔ)部分的基礎(chǔ)上，需要增加電壓增益倍數(shù)的個(gè)數(shù)，從原來的４路控制信號(hào)增加到 7 路控制信號(hào)；同時(shí)，還需要用單片機(jī)的一個(gè)接口來控制三極管。 2）拓展部分 4066 的管腳 1c,2c,3c,4c 則為拓展放大電路輸入接口。 3c*************P3^3。 3）三極管局部 Vi 端連接單片機(jī) P3^5 控制端口； Vo 端連接運(yùn)放電路輸入節(jié)點(diǎn)。 技術(shù)要求 當(dāng) Vi為低電平時(shí)， Vcc 端輸入電壓約為 ，經(jīng)過三極管和分壓電路后 Vo 端可以輸出穩(wěn)定的。 最終實(shí)現(xiàn)對(duì)不同函數(shù)信號(hào)的調(diào)頻與調(diào)幅，并播放音樂。我們添加了一個(gè) CD4066，并由其控制增加的三個(gè)電阻阻值為 160kΩ、 320kΩ、 640kΩ 。 ，單片機(jī) output1 輸出頻率動(dòng)態(tài)變化的方波， output2 保持合適的輸出不變。 ，詳細(xì)資料請(qǐng)見軟件部分?；A(chǔ)部分增益控制需要4 個(gè) PIO 接口，選擇 PIO[79:76]；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放器需要使用 8 個(gè)接口，選擇PIO[79:72]。 實(shí)現(xiàn)方式 該模塊作為原件發(fā)放，只需由程序控制各設(shè)備。 圖 41 線性增益和液晶顯示軟件框架圖 圖 42 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放器軟件框架 Basys_FPGA部分： 第 22頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 本部分完成了基礎(chǔ)部分及拓展部分，我們將程序分成了基礎(chǔ)、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放兩個(gè)部分，第一部分控制線性增益，第二部分控制函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放。 sbit KEY2= P1^1。 sbit KEY4= P1^3。 輸出端口定義：本系統(tǒng)中使用了 P3^ P3^ P3^ P3^2 作為輸出端口控制電子開關(guān)4066，使用了 8255 擴(kuò)展的 PB0~PB7 作為輸出端口控制液晶模塊，使用 8255A 口的 A A地址發(fā)生器 波形數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 波形選擇 按鍵控制 分頻器 頻率調(diào)制 幅度調(diào)制 四種波形 數(shù)碼管顯示 按鍵控制 數(shù)碼管顯示 模 16 計(jì)數(shù)器 增益控制 第 23頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 A7 分別控制液晶模塊的 RS、 R/W、 E，使用 P1^4 作為 8255 的復(fù)位控制。 sbit R2=P3^3。 sbit R4=P3^5。 數(shù)碼管位驅(qū)動(dòng)和指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出緩存，定義了一個(gè)可位尋址的變量 unsigned char bdata output_sel。 sbit led_2 = output_sel^6。 sbit led_4 = output_sel^4。 sbit BF = busy^7。 數(shù)碼管 4 位輸出變量，十進(jìn)制表示 unsigned char data digi[4]。 按鍵檢測(cè)時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器 unsigned char data time=0。 第 24頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 1液晶輸出位置指針 unsigned char data pos=0。 sbit R0= RATE ^ 0。 sbit R2= RATE ^ 2。 sbit R4= RATE ^ 4。 sbit R6= RATE ^ 6。 模式指針： unsigned int mode。 控制模式選擇： unsigned int bool。 樂譜數(shù)組指針： unsigned int (*ptr)[2]。 FPGA模塊： Verilog 硬件描述語言中不強(qiáng)調(diào)全局變量和局部變量的定義，所以我們將程序中用到的板上資源以變量形式列舉： mclk： 50Mhz 時(shí)鐘輸入 btn[3:0]：四個(gè)按鍵 sw[7:0]： 8 個(gè)撥碼開關(guān)，不同的軟件使用其中的某個(gè)幾個(gè)開關(guān) Led[7:0]： 8 個(gè) Led 燈，用于表示當(dāng)前顯示波形的種類。 PIO[72]用于輸出可變頻率的方波 a_to_g[6:0]：七段碼，用于數(shù)碼管顯示 an[3:0]：數(shù)碼管公共端，用于掃描 流程邏輯 圖 45 為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放器的邏輯流程圖 第 26頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 45 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放器邏輯流程圖 液晶顯示、 FPGA流程邏輯與軟件結(jié)構(gòu)類似 控制線性增益和液晶顯示 描述 功能描述 實(shí)現(xiàn)液晶的初始化和開機(jī)滾動(dòng)字幕顯示功能。 輸入輸出項(xiàng)描述 輸入：按任意鍵跳出開機(jī)滾動(dòng)字幕狀態(tài)，進(jìn)入控制線性增益和液晶顯示的主循環(huán)中。 void initialize() 功能：液晶初始化，清屏，清除顯示緩存區(qū)內(nèi)容 輸入：無 輸出：無 詳細(xì)說明： 函數(shù)流程如圖 46 所示。 功能：液晶忙信號(hào)檢測(cè)與等 待 輸入：無 輸出：無 詳細(xì)說明： 函數(shù)流程如圖 47 所示。 控制字 A口 B口 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 十六進(jìn)制 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 輸出 輸出 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 輸出 輸入 表 41 8255 在方式 0 在輸入 /輸出組合 [9] void lcdpos()。 void lcdoutput(char n)。 KEY1~4 的值代表相應(yīng)的端口的高低電平，低電平說明按鍵按下，高電平說明按鍵 彈起。 當(dāng)檢測(cè)到某一鍵按下時(shí)，并不馬上響應(yīng)，而是由 time 開始計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到一定抖動(dòng)次數(shù)時(shí)才進(jìn)行處理。 放大倍數(shù)的計(jì)算 程序中放大倍數(shù)以變量 count 保存，根據(jù)用戶按鍵的情況， count 在合理范圍內(nèi)自增或自減。count 的值介于 0 和 15 之間，其 4 位二進(jìn)制值分別送入 R R R R1 。代碼如下： void switch_output() { switch(count) { case 1: // R1 R1=1。 R3=0。 break。 R2=1。 第 31頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 R4=0。 case 3: // R1//R2 R1=1。 R3=0。 break。 R2=0。 R4=0。 case 5: // R1//R3 R1=1。 R3=1。 break。 R2=1。 R4=0。 case 7: // R1//R2//R3 R1=1。 R3=1。 break。 R2=0。 R4=1。 case 9: // R1//R4 R1=1。 R3=0。 break。 R2=1。 R4=1。 case 11: // R1//R2//R4 R1=1。 R3=0。 break。 R2=0。 R4=1。 case 13: // R1//R3//R4 R1=1。 R3=1。 break。 R2=1。 R4=1。 第 33頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 case 15: // R1//R2//R3//R4 R1=1。 R3=1。 break。 R2=0。 R4=0。 digi[2]、 digi[3]分別取 count 十位和個(gè)位，其中 digi[2]后需要加小數(shù)點(diǎn)。本系統(tǒng)使用74HC138 三態(tài)八位譯碼器連接 8255 與單片機(jī)， 74HC138 的Ｙ７引腳與 8255 的片選引腳相連，地址總線的高三位為單片機(jī)的 P2^0,P2^1,P2^2，全部置１時(shí)選中 8255，故 A、 B、 C 三個(gè)端口和控制字寫入分別對(duì)應(yīng)的地址聲明如下： //8255 PA口寄存器地址 define PA XBYTE[0xE000] //8255 PB口寄存器地址 define PB XBYTE[0xE001] //8255 控制字寄存器地址 define CONTROL XBYTE[0xE003] 本例中由Ｂ口輸出數(shù)據(jù)和命令。 結(jié)合 RS、 R/