数字录音机设计复习进程.docx
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数字录音机设计复习进程
数字录音机设计
数字录音机设计
1、课程设计的目的.....................................................................3
2、课程设计的方案论证.............................................................7
3、设计的结果与分析...............................................................18
4、心得体会...............................................................................18
5、参考文献...............................................................................19
数字录音机设计
1.课程设计的目的
1.1目的
(1)进一步加深对微机系统的理解和认识,提高微机系统的应用水平。
(2)进一步学习和掌握汇编语言程序的编写和应用的方法,通过较大规模程序的编写,提高编写汇编语言程序的水平和学习程序调试方法。
(3)进一步熟悉接口,DAC0832、ADC0809及定时计数器等芯片的使用。
1.2内容与要求
(1)设计一个声音录放系统,通过传感器及ADC0809以每秒5000次的速率采集语言信号,录音12秒后,再以同样的速率将语音数据通过DAC0832送出至喇叭发声(放音)。
(2)画出系统的硬件连接图。
(3)画出程序流程图并编写程序实现上述功能。
1.3各芯片工作原理及功能简介
(1)ADC0809
ADC0809是CMOS工艺制成的双列直插式8位A/D转换芯片,内部采用逐次逼近原理,单极性,量程为0~+5V。
片内部有8路模拟开关,可控制选择输入8个模拟量之中的一个,并带有三态输出锁存缓冲器,可直接与CPU总线连接,不需要外部锁存器,是应用较广泛的一种A/D转换芯片。
①ADC0809内部结构
ADC0809内部由两部分电路组成:
第一部分:
8路模拟通道选择开关,地址锁存器和译码器。
第二部分:
比较器、8位逐次逼近寄存器SAR、8位开关树型D/A转换电路、控制逻辑、三态输出缓冲锁存器。
工作原理:
由ADDA、ADDB、ADDC及ALE选择8个模拟量之一,并通过通道选择开关加至比较器一端。
由START信号启动A/D转换开始且SAR清0。
在CLOCK的控制下,将SAR从高位逐次置1,并将每次置位后的SAR送D/A转换器转换成与SAR中数字量成正比的模拟量。
DAC的输出加至比较器的另一端与输入的模拟电压进行比较,若Vi大于等于V0保留SAR中该位的1;若Vi小于V0则该位清0。
经过8次比较(8个CLOCK)后,SAR中的8位数字量即是结果。
在OE有效时,将SAR中的8位二进制数输出至锁存器,并通过D7~D0输出,同时发出EOC转换结束信号。
②ADC0809引脚功能如下:
IN0~IN7:
8路模拟输入通道。
D0~D7:
8位数字量输出端。
START:
启动转换命令输入端,由1→0时启动A/D转换,要求信号宽度>100n
OE:
输出使能端,高电平有效
ADDA、ADDB、ADDC:
地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路进入A/D转换。
其中ADDA是LSB位,这三个引脚上所加电平的编码为000~111,分别对应IN0~IN7,例如,当ADDC=0,ADDB=1,ADDA=1时,选中IN3通道。
ALE:
地址锁存允许信号。
用于将ADDA~ADDC三条地址线送入地址锁存器中。
EOC:
转换结束信号输出。
转换完成时,EOC的正跳变可用于向CPU申请中断,其高电平也可供CPU查询。
CLK:
时钟脉冲输入端,要求时钟频率不高于640KHZ。
REF(+)、REF(-):
基准电压,一般与微机接口时,REF(-)接0V或-5V,REF(+)接+5V或0V。
(2)DAC0832
DAC0832是用COMS工艺制成的双列直插式8位D/A转换芯片,内部采用T型电阻网络,数字输入有输入寄存器和DAC寄存器两级缓冲,可以双缓冲、单缓冲或直接输入方式连接。
片选信号:
输入低电平有效,与ILE相配合,可对写信号是否有效起到控制作用。
ILE允许锁存信号:
输入高电平有效。
输入锁存器的锁存信号由ILE,,的逻辑组合产生。
当ILE为高电平、为低电平、输入负脉冲时,在端产生正脉冲。
当为高电平时,输入锁存器的状态随着数据输入线的状态变化,的负跳变将数据线上的信息打入输入锁存器。
写信号1:
输入低电平有效。
当,,ILE均为有效时,可将数据写入8位输入锁存器。
写信号2:
输入低电平有效。
当其有效时,在传送控制信号的作用下,可将锁存在输入锁存器的8位数据送到DAC寄存器。
数据传送控制信号:
输入低电平有效。
当,均有效时,则在端产生正脉冲。
当为高电平时,DAC寄存器的输出和输入锁存器的状态一致,的负跳变将输入锁存器的内容打入DAC寄存器。
基准电压输入端:
可在±10V范围内调节。
DI7~DI0:
8位数字输入量输入端。
Iout1:
DAC的电流输出1。
当DAC寄存器各位均为1时,输出电流最大;当DAC寄存器各位均为0时,输出电流为0。
Iout2:
DAC的电流输出2。
与的和为一常数,一般单极性输出时接地,在双极性输出时接运放。
Rfb:
反馈电阻引脚。
在DAC0832芯片内部有一个反馈电阻,可作为外部运算放大电路的反馈电阻用。
(3)可编程计数/定时接口芯片8253
8253内部结构
①数据总线缓冲器
该缓冲器为8位双向三态的缓冲器,8根数据线D0~D7可直接挂在CPU数据总线上。
② 读/写控制逻辑
它是8253内部操作的控制部分,它决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个能进行工作,并控制内部总线上数据传送的方向。
③控制字寄存器
接收从CPU来的控制字,并由控制字的D7、D6位的编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器,控制寄存器只能写入,不能读出。
④计数器
8253有3个独立的计数器通道,每个通道的结构完全相同,如图10.2所示。
每一个通道有一个16位减法计数器;还有对应的16位初值寄存器和输出锁存器。
每个计数器都可以对其CLK输入端输入的脉冲按照二进制或BCD码从预置的初值开始进行减1计数,当减至0时,从OUT端输出一个信号,计数的开始由软件启动或硬件门控信号GATE控制。
计数开始前写入的计数初值存于初值寄存器;计数过程中,减法计数器的值不断递减,而初值寄存器中的初值不变。
输出锁存器则用于写入锁存命令时锁定当前计数值。
当8253用作计数器时,加在CLK引脚上脉冲的间隔可以是不相等的;当它用作定时器时,则在CLK引脚应输入精确的时钟脉冲,8253所能实现的定时时间,取决于计数脉冲的频率和计数器的初值。
对8253来讲,外部输入到CLK引脚上的时钟脉冲频率不能大于2MHZ,否则需分频后才能送到CLK端。
(4)可编程并行I/O接口芯片8255A
①并行输入/输出端口A、B、C
8255A芯片具有24个可编程输入输出引脚,分成3个8位端口,其中:
端口A包含一个8位数据输出锁存/缓冲寄存器和一个8位数据输入锁存器;端口B包含一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲寄存器和一个8位数据输入缓冲寄存器;端口C包含一个输出锁存/缓冲寄存器和一个输入缓冲寄存器。
必要时端口C可分成两个4位端口,分别与端口A与端口B配合工作,通常将端口A和端口B定义为输入/输出的数据端口,而端口C可作为状态或控制信息的传送端口。
②A组和B组控制部件
端口A与端口C的高4位(PC7~PC4)构成A组,由A组控制部件实现控制功能,端口B与端口C的低4位(PC3~PC0)构成B组,由B组控制部件实现控制功能。
它们各有一个控制单元,可接收来自读/写控制部件的命令和CPU通过数据总线(D7~D0)送来的控制字,并根据它们来定义各个端口的操作方式。
③数据总线缓冲器
这是一个三态双向8位数据缓冲器,它是8255A与8086CPU之间的数据接口,CPU输入输出的数据,CPU输出的控制字以及外设的状态信息都是通过这个缓冲器进行传送。
④读/写控制部件
这是8255A内部完成读/写控制功能的部件,它与CPU的地址总线及有关的控制信号相连,接收CPU的控制命令,并根据它们向片内各功能部件发出操作命令
(5)74LS138译码器
74LS138是3-8线二进制译码器,它有3个输入端,8个输出端,输出低电平有效。
该器件3个输入端A、B、C接受二进制码,其输出端Y0~Y7工8条译码输出线。
除此之外,还有3个使能控制端G、G2A、G2B,目的在于灵活应用并组合各种电路。
只有当G=0,同时G2A+G2B=0时,译码器工作,否则,译码器功能被禁止。
2.设计方案论证
2.1总体设计思想
根据设计要求,本次数字录音机的汇编语言设计所需芯片有模数转换芯片ADC0809、数模转换芯片DAC0832、定时计数器8253、可编程并行I/O接口8355A及译码器74LS138。
设计过程可简述为:
利用传感器和ADC0809采集语音数据,以每秒5000的速率采集IN0输入的语音数据并存入内存,共采集数据60000个,即录音12秒。
DAC0832进行数模转换,以同样的速率将数据送DAC0832使喇叭发声。
8253用作定时,定时0.2ms,设置成方式0,计数初值为200。
8253计数器0的OUT0与8255A的PA0连接,利用PA0查询OUT0电平,如果为高点平则表示定时时间到。
用译码器74LS138对地址线进行译码以产生各接口芯片所需的信号。
2.2硬件连接图
图1硬件连接图
2.3各芯片的作用及工作方式
(1)ADC0809在本次设计中的作用及工作方式
ADC0809作数据采集用,用来采集12秒的语音信号并保存到相应的存储单元。
对ADC0809的8个模拟通道,这里是用数据总线的低8位D2、D1、D0来控制ADC的通道选择信号ADDC、ADDB、ADDA,以实现选择其中之一模拟通道输入。
在本次设计中,初始值为000(D2=0、D1=0、D0=0),即选择IN0通道进行数据采集,然后使ADC0809的ALE、START有效,START和ALE信号通过CPU向选中的通道口执行一条输出指令,启动A/D转换。
转换结束后,发出EOC信号,当EOC为高电平时,可供CPU查询,读取每次采集的A/D转换结果。
当CPU知道转换已完成,执行一条输入指令使OE信号有效,此时输出缓冲器被打开,数据送到数据总线。
系统时钟经分频后接到ADC0809芯片的时钟引脚CLK上。
(2)DAC0832在本次设计中的作用及工作方式
在本次设计中,我使用的DAC0832采用直通方式与CPU连接,从硬件图中可以看出,该片DAC0832只有一个端口地址,即88H。
DAC0832的ILE信号与+5V连在一起,、WR1和WR2均接地,总是有效的,DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器均处于选通状态,只要CPU想88H端口执行一条输出指令,就会使XFER有效,CPU输出繁荣数字量就会顺利通过DAC0832的两个寄存器,然后进行D/A转换,在运算放大器的输出端得到转换结果。
(3)8253、8255A在本次设计中的作用及工作方式
8253在本次设计中用作定时,工作于方式0,与8255A连接使用完成定时操作。
8255A采用工作方式0进行输入操作,工作方式0是8255A个端口的基本输入输出方式,CPU可从指定端口输入信息,也可向指定端口输出信息。
当8253写入方式0控制字后,计数输出端OUT0立即变为低电平,并且在计数过程中一直保持低电平,当计数完成时,OUT0输出变为高电平。
8253计数器0的OUT0与8255A的PA0连接,因此可通过查询PA0是否为1,判断计数是否完成。
计数完成,则表示定时时间到。
(4)74LS138在本次设计中的作用
译码器74LS138对地址线进行译码以产生各接口芯片所需的信号
2.4流程图
图2主程序流程图
图3录音子程序流程图
图4放音子程序流程图
图5延时子程序
2.5具体实现方法
实现该声音录放系统功能的程序可以分为以下四个部分:
(1)主程序
主程序的主要任务是对8253、8255A进行初始化,实现录、放音的功能调用。
①8253初始化设置
8253在程序中设置成方式0,计数200,定时0.2ms
8253工作方式控制字:
10000000B,即10H;选择通道0,方式0,只读写的、低8位
设8253输入时钟信号的频率为1MHZ
计数初值=0.2ms/0.001ms=200
控制字端口地址为:
81H
计数器0端口地址为:
80H
②8255A初始化设置
8255A控制字:
10010000B,即90H;方式0,A口输入
控制字端口地址为:
85H
A口地址为:
84H
③调用录、放音子程序
首先DOS功能调用,显示录音提示信息,然后BIOS功能调用,读键盘缓冲区字符,等待键盘输入,若无键按下,继续等待;有键按下,则调用录音子程序,录音12秒。
清除键盘缓冲区后,再进行放音子程序的调用。
(2)A/D录放音子程序
根据设计要求,ADC0809要以每秒5000的速率采集语音数据,录音12秒,因此共需采集5000×12=60000个数据,计数器CX=60000。
选择IN0通道进行数据采集(D2=0、D1=0、D0=0),寻址A/D转换启动端口地址,CPU向IN0通道执行一条输出指令,启动一次A/D转换。
寻址EOC状态端口地址,读取EOC状态,测试转换是否结束,未完则继续等待,转换完成后,则寻址ADC0809转换结果端口,CPU执行一条输入指令,取A/D转换结果。
A/D转换启动端口地址:
8CH
转换结果端口地址:
90H
EOC状态端口地址:
94H
(3)D/A放音子程序
置数据区首址至SI,计数器CX=60000。
从数据区取数据,寻址DAC端口地址,CPU执行一条输出指令,进行D/A转换。
DAC端口地址为:
88H
(4)延时子程序
DELAY是延时0.2ms的子程序
将8253计数器0的OUT0输入到8255A端口,测试PA0是否为1,若不为1,则表示8253未计数完,继续查询,如果为1,则表示8253计数完成,定时时间到。
2.6课程设计的程序编写
NAME EXAMPLE
DATA SEGMENT
BUF DB60000DUP(?
)
MESS1 DB‘NOWREADAYTORACORD’,0DH,0AH,‘$’
MESS2 DB‘NOWPLAYTHERECORDING!
’,0DH,0AH,‘$’
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:
CODE,DS:
DATA
START:
MOVDX,81H ;指向8253控制口
MOVAL,10H ;控制字:
选择通道0,方式0,只读写的、低8位
OUTDX,AL ;送控制字
MOVDX,85H ;指向8255A控制口
MOVAL,90H ;控制字:
方式0,A口输入
OUTDX,AL
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
MOVDX,OFFSETMESS1
MOVAH,09H
INT21H ;显示录音提示信息
WAIT:
MOVAH,01H
INT16H ;读键盘缓冲区字符,是否有键按下
JZ WAIT ;无键按下,继续等待
CALLREAD ;有键按下,调用录音子程序
MOVDX,OFFSETMESS2
MOVAH,09H
INT21H ;显示放音提示信息
MOVAL,07H
MOVAH,0CH
INT21H ;清除键盘缓冲区
RE:
MOVAH,01H
INT16H ;读键盘缓冲区字符,是否有键按下
JZ RE ;无键按下,继续等待
CALL PLY ;有键按下,调用放音子程序
CMPAL,20H ;是空格吗
JZ RE ;不是,继续循环
MOVAH,4CH ;是,子程序返回
INT21H
READPROCNEAR
MOVDI,OFFSETBUF ;寻址数据区
MOVCX,60000 ;装入计数器CX=60000
READ1:
MOVAL,00H ;选择IN0通道
MOVDX,8CH ;DX指A/D转换启动端口地址
OUTDX,AL ;启动A/D转换
MOVDX,94H ;寻址EOC状态端口地址
READ2:
IN AL,DX ;取EOC状态
TESTAL,80H ;测试转换是否结束
JZ READ2 ;未完,则等待
MOV DX,90H ;寻址数据端口
IN AL, DX ;取A/D转换结果
MOV[DI],AL ;存到数据区
INC DI ;寻址下一单元
CALLDELAY ;延时0.2ms
LOOPREAD1 ;重复60000次
RET
READENDP
PLYPROCNEAR
MOVSI,OFFSET BUF ;寻址数据区
MOVCX,60000 ;装入计数器CX=60000
PLY1:
MOVAL,[SI] ;从数据区取数据
MOVDX,88H ;寻址DAC
OUTDX,AL ;发送到DAC
INCSI ;寻址下一单元
CALLDELAY ;延时0.2ms
LOOP PLY1
RET
PLYENDP
DELAYPROCNEAR
MOVDX,80H ;指向8253计数器0端口
MOVAL,200
OUTDX,AL ;写入计数初值200
MOVDX,84H ;指向8255A的A端口
XX:
INAL,DX ;将计数器0的OUT0输入到8255A的A口
TESTAL,01H ;测试PA0=1?
JZ XX ;不等于1,计数未完,继续等待
RET ;等于1,子程序返回
DELAYENDP
CODEENDS
ENDSTART
3.设计结果与分析
3.1设计结果
(1)用编辑程序建立.ASM源程序
在DOS提示符下键入C:
\ASM>EDITPAN.ASM,编辑文件名为PAN.ASM的源文件。
(2)用MASM程序把.ASM文件转换成.OBJ文件,输入命令C:
ASM\MASMPAN,汇编成OBJ文件。
(3)用LINK程序把.OBJ文件转换成.EXE文件,汇编无错后,输入C:
ASM\LINKPAN,将目标文件生成可执行程序。
(4)在DOS下直接键入文件名运行该程序。
(5)用DEBUG程序调试、修改,输入C:
ASM\DEBUGPAN.EXE,用单步、设置断点等方式对程序进行调试。
利用命令T、G调试,实现了12s的录音及放音。
3.2分析
在本实验中,充分利用学过的汇编语言程序设计能力,在了解了数字录音技术的基本原理后,通过对A/D转换器与D/A转换器的使用,以及利用8253和8255芯片实现延时功能,成功完成了数字录音机的设计。
测试实验结果时,实现功能有12s录音功能、放音功能、重复放音功能。
其中,提示信息为中文提示,清楚明了,达到设计要求。
4.设计体会
在进行这次微机原理及其应用课程设计之前,我觉得利用汇编语言进行较大规模程序的编写是非常困难的,但通过对这次课题数字录音机的设计与编程,我不仅加深了对微机原理及接口技术的认识和理解,还认识到只要自己认真对待,通过查阅资料,理解消化资料,编程并不是难事。
DAC0832,ADC0839都是我从未接触过的芯片,我以为程序一定会很复杂,但通过查阅资料,了解了数模转换和模数转换芯片的功能及应用,但在编程中也遇到一些问题,比如如何利用8253定时延时,CPU与A/D、D/A转换芯如何连接,在请教知道武老师以后,问题基本得以解决。
在调试过程中,出现缺少提示信息的栏目,导致在运行过程中不知道何时开始录音,何时开始放音,如何设置重播音。
发现问题后,马上增加白提示信息,使程序在运行过程中更加流畅,操作更加简单。
本次实验中,还可以增加更多的功能,由于时间的关系而没有添加上去。
从总体上看,本次实验还是非常成功的。
5.参考文献
[1]范立南,谢子殿.单片机原理及应用教程[M].北京:
北京大学出版社,2006.1:
123-140
[2]刘国荣,梁景凯.计算机控制技术与应用[M].北京:
机械工业出版社,2006.5:
66-86
[3]潘新民,王燕芳编著.微型计算机控制技术[M].北京:
电
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