微型計(jì)算機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)模擬電壓采集電路設(shè)計(jì)

1、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì) 模擬電壓采集電路指導(dǎo)教師： 學(xué)生班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 班內(nèi)序號(hào)： 41 課設(shè)日期：2013年1月11日2013年1月16日 同組隊(duì)員：24 目錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)目的-1二 課題設(shè)計(jì)思路-2三 設(shè)計(jì)儀器、器件-3 以及芯片介紹-3 74LS138-3 8253-4 8255A-5 ADC0809-6 ADC0809與8255A的連接-7 8259內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理-7 數(shù)碼管-9四 芯片初始化編程程序初始化8255和8253-10（1） 初始化8255-10（2） 初始化8253-10編寫中斷服務(wù)子程序-11五 程序流程圖-12ADC主程序編寫-12中斷流

2、程-12六 硬件連接圖-13七 程序代碼-14八 主要難點(diǎn)及解決思路和辦法-19九 課設(shè)設(shè)結(jié)果及分析-20十收獲、體會(huì)和建議-21一、設(shè)計(jì)任務(wù)利用微型計(jì)算機(jī)原理課程中所學(xué)的主要可編程接口芯片74LS138、8253、8255A、ADC0809和中斷控制器8259設(shè)計(jì)一個(gè)模擬電壓采集電路。采用ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)單通道模擬電壓采集電路，要求對(duì)所接通道變化的模擬電壓值進(jìn)行采集，采集來的數(shù)字量送至數(shù)碼管LED指示，采集完100個(gè)數(shù)據(jù)后停止采集過程。設(shè)計(jì)要求1、 選用8088CPU和適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器芯片、接口芯片完成相應(yīng)的功能。2、 畫出詳細(xì)的硬件連接圖。3、 畫出各程序的詳細(xì)框圖。4、 給出RAM地址

3、分配表及接口電路的端口地址。5、 給出設(shè)計(jì)思路。6、 給出程序所有清單并加上必要的注釋。7、 完成設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)目的1. 通過本設(shè)計(jì)，使學(xué)生綜合運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)以及電子技術(shù)等課程的內(nèi)容，為以后從事計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制工作奠定一定的基礎(chǔ)。2. 主要掌握并行I/O接口芯片8253、8255A、ADC0809及中斷控制芯片8259A等可編程器件的使用,掌握譯碼器74LS138的使用。3. 學(xué)會(huì)用匯編語(yǔ)言編寫一個(gè)較完整的實(shí)用程序。4. 掌握微型計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的全過程：分析需求、設(shè)計(jì)原理圖、選用元器件、布線、編程、調(diào)試、撰寫報(bào)告等步驟。2、 設(shè)計(jì)思路： 本設(shè)計(jì)是利用已給芯片配搭相應(yīng)

4、輔助器件完成一個(gè)對(duì)電壓的采集并顯示的過程。我對(duì)這個(gè)課題的設(shè)計(jì)思路如下： 先用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片作為與外部測(cè)量到的模擬量相連接，如果ADC0809接收到模擬量時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。然后中斷芯片8259不停地對(duì)外設(shè)進(jìn)行探測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)中斷就繼續(xù)探測(cè)，當(dāng)有模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量時(shí)，就有中斷執(zhí)行。8088開始工作，通過接口電路8255A對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，最后顯示在數(shù)碼管上！100個(gè)數(shù)據(jù)還得分配相應(yīng)的內(nèi)存空間（本設(shè)計(jì)中沒有畫出相應(yīng)的存儲(chǔ)芯片）。本設(shè)計(jì)以8088為中心，通過譯碼器74LS138對(duì)個(gè)芯片的工作進(jìn)行地址分配，控制各個(gè)芯片工作在何種狀態(tài)。 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)模擬信號(hào)通過采集放到內(nèi)存并顯示后，中斷執(zhí)

5、行結(jié)束，8088通過控制分頻器8253，在一定時(shí)間間隔后再對(duì)模擬電壓量進(jìn)行采集，知道執(zhí)行100次之后，采集電壓過程結(jié)束！三、設(shè)計(jì)儀器、器件1、一臺(tái)微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)裝置一套。2、可編程芯片8253、8255A 、ADC0809和譯碼器芯片74LS138、8259中斷芯片、數(shù)據(jù)總路線緩沖器74LS245各一片。3、四位數(shù)碼管4、其它邏輯器件、導(dǎo)線若干、示波器、萬用表、常用工具等。74LS138芯片圖：控制方式圖：當(dāng)一個(gè)選通端為高電平，另兩個(gè)選通端為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：ABC=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。8253825

6、3內(nèi)部有三個(gè)計(jì)數(shù)器，分別稱為計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2，他們的機(jī)構(gòu)完全相同。每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入和輸出都決定于設(shè)置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨(dú)立。每個(gè)計(jì)數(shù)器通過三個(gè)引腳和外部聯(lián)系，一個(gè)為時(shí)鐘輸入端CLK，一個(gè)為門控信號(hào)輸入端GATE，另一個(gè)為輸出端OUT。每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一個(gè)8位的控制寄存器，還有一個(gè)16位的計(jì)數(shù)初值寄存器CR、一個(gè)計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE和一個(gè)輸出鎖存器OL。8255A8255A在使用前要寫入一個(gè)方式控制字，選擇A、B、C三個(gè)端口各自的工作方式，共有三種;方式0 ：基本的輸入輸出方式，即無須聯(lián)絡(luò)就可以直接進(jìn)行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入

7、或輸出。方式1 ：選通I/O,此時(shí)接口和外圍設(shè)備需聯(lián)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，只有A口和B口可以工作在方式1，此時(shí)C口的某些線被規(guī)定為A口或B口與外圍設(shè)備的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，余下的線只有基本的I/O功能，即只工作在方式0.方式2： 雙向I/O方式，只有A口可以工作在這種方式，該I/O線即可輸入又可輸出，此時(shí)C口有5條線被規(guī)定為A口和外圍設(shè)備的雙向聯(lián)絡(luò)線，C口剩下的三條線可作為B口方式1的聯(lián)絡(luò)線，也可以和B口一起方式0的I/O線。8255A是一個(gè)并行輸入、輸出器件，具有24個(gè)可編程設(shè)置的I/O口，包括3組8位的I/O為PA口、PB口、PC口，又可分為2組12位的I/O口：A組包括A口及C口高4位，B組包括B口及C

8、組的低4位。A口可以設(shè)置為方式0、方式1、方式2，B口與C口只能設(shè)置為方式0或方式1.ADC08091、提供一個(gè)8通道的多路開關(guān)和尋址邏輯l IN0IN7：8個(gè)模擬電壓輸入端l ADDA、ADDB、ADDC：3個(gè)地址輸入線l ALE：地址鎖存允許信號(hào)2、ALE的上升沿用于鎖存3個(gè)地址輸入的狀態(tài)，然后由譯碼器從8個(gè)模擬輸入中選擇一個(gè)模擬輸入端進(jìn)行A/D3、ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序:4、ADC0809內(nèi)部鎖存轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量5、具有三態(tài)數(shù)字量輸出端D0D76、配合輸出允許信號(hào)OE7、當(dāng)輸出允許信號(hào)OE為高電平有效時(shí)，將三態(tài)鎖存緩沖器的數(shù)字量從D0D7輸出（4）.8255A與ADC0809的連接中斷控

9、制器8259 8259芯片的工作原理一個(gè)外部中斷請(qǐng)求信號(hào)通過中斷請(qǐng)求線IRQ，傳輸?shù)絀MR（中斷屏蔽寄存器），IMR根據(jù)所設(shè)定的中斷屏蔽字（OCW1），決定是將其丟棄還是接受。如果可以接受，則8259A將IRR（中斷請(qǐng)求暫存寄存器）中代表此IRQ的位置位，以表示此IRQ有中斷請(qǐng)求信號(hào)，并同時(shí)向CPU的INTR（中斷請(qǐng)求）管腳發(fā)送一個(gè)信號(hào)。但CPU這時(shí)可能正在執(zhí)行一條指令，因此CPU不會(huì)立即響應(yīng)。而當(dāng)這CPU正忙著執(zhí)行某條指令時(shí)，還有可能有其余的IRQ線送來中斷請(qǐng)求，這些請(qǐng)求都會(huì)接受IMR的挑選。如果沒有被屏蔽，那么這些請(qǐng)求也會(huì)被放到IRR中，也即IRR中代表它們的IRQ的相應(yīng)位會(huì)被置1。當(dāng)CP

10、U執(zhí)行完一條指令時(shí)后，會(huì)檢查一下INTR管腳是否有信號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)有信號(hào)，就會(huì)轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)，此時(shí)，CPU會(huì)立即向8259A芯片的INTA（中斷應(yīng)答）管腳發(fā)送一個(gè)信號(hào)。當(dāng)芯片收到此信號(hào)后，判優(yōu)部件開始工作，它在IRR中，挑選優(yōu)先級(jí)最高的中斷，將中斷請(qǐng)求送到ISR（中斷服務(wù)寄存器），也即將ISR中代表此IRQ的位置位，并將IRR中相應(yīng)位置零，表明此中斷正在接受CPU的處理。同時(shí)，將它的編號(hào)寫入中斷向量寄存器IVR的低三位（IVR正是由ICW2所指定的，不知你是否還記得ICW2的最低三位在指定時(shí)都是0，而在這里，它們被利用了?。┻@時(shí)，CPU還會(huì)送來第二個(gè)INTA信號(hào)，當(dāng)收到此信號(hào)后，芯片將IVR中的內(nèi)

11、容，也就是此中斷的中斷號(hào)送上通向CPU的數(shù)據(jù)線。數(shù)碼管數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。4、 芯片初始化（1）初始化8255：8255有四個(gè)寄存器，地址為300h-303h，分別為A口，B口，C口，和控制口，首先要向C口寫入控制字，控制字格式

12、如下：工作方式控制D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0特征位1A組方式選擇端口A輸入/輸出C口高四位輸入/輸出B組方式選擇端口B輸入/輸出端口C低四位輸入/輸出C端口置位/復(fù)位控制D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0特征位0任意位選擇置位/復(fù)位 0為復(fù)位，1為置位可用如下代碼初始化8255：MOV DX,303H MOV AL,10011001bOUT DX,AL（2）初始化82538253控制字格式如下D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0計(jì)數(shù)器選擇讀寫格式工作方式計(jì)數(shù)方式輸入時(shí)鐘信號(hào)為0.5MHZ，需要寫入的計(jì)數(shù)初值為2，選用計(jì)數(shù)器0，工作方式3，代碼如下：MO

13、V DX,307H MOV AL,00110110b OUT DX,AL MOV AX,2 MOV DX,304H OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL（3）編寫中斷服務(wù)子程序首先要設(shè)置好中斷向量，這里是調(diào)用72H號(hào)中斷,在里面寫入A/D轉(zhuǎn)換的中斷服務(wù)子程序地址,所以要保存原來72H中斷向量表里面的內(nèi)容,最后在程序完成時(shí)要恢復(fù)72H里的內(nèi)容,在執(zhí)行這些操作的時(shí)候是不容許中斷的,所以要關(guān)中斷,操作完成后要開中斷,可以用一下指令來完成:CLI;獲取原中斷向量里的內(nèi)容并保存 IN AL,0A1H;設(shè)置中斷屏蔽寄存器，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生72號(hào)中斷 AND AL,0FBH OUT 0A1

14、H,AL MOV AX,3572H INT 21H MOV INTOFF,BX MOV INTSEG,ES PUSH DS MOV DX,OFFSET CONVERT_PROC;設(shè)置新的中斷向量 MOV AX,SEG CONVERT_PROC MOV DS,AX MOV AX,2572H INT 21H POP DSSTI;開中斷，進(jìn)行判斷選擇按什么鍵CLI;恢復(fù)1C號(hào)中斷向量 MOV DX,INTOFF MOV AX,INTSEG MOV DS,AX MOV AX,2572H INT 21H STI中斷服務(wù)子程序：要想啟動(dòng)0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，首先必須有一個(gè)start信號(hào)，該信號(hào)為：在轉(zhuǎn)換的時(shí)候

15、通過EOC信號(hào)來判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)EOC信號(hào)由0變?yōu)?時(shí)就代表轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)讓OE引腳為1，這時(shí)轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù)就輸出了。五、程序流程圖 ADC主程序編寫開 始8253初始化8255初始化中斷向量的設(shè)置啟動(dòng)8253分頻啟動(dòng)ADC有 中 斷？中斷處理采集100次到否？有ESC按下？結(jié) 束 六、詳細(xì)的硬件連接圖七、程序代碼STACK1 SEGMENT STACKDW 200 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENTMESG1 DB '8255 checkself 8253 checkself and A/Dconversion',0ah,0dh DB 'E

16、xit with Esc',0ah,0dh,'$'LEDDATA DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,7FHNUM db 0 count1 db 0INT0A_OFF DW(?)INT0A_SEG DW(?) DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATADELAY PROC PUSH CX PUSH BX MOV BX,0FFFHLOOP2:MOV CX,0FFFFHLOOP1:LOOP LOOP1 DEC BX JNZ LOOP2 POP BX POP CX RET DELAY END

17、P ;延時(shí)程序START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AH,09H MOV DX,OFFSET MESG1 INT 21h ;顯示提示信息 MOV DX,303H ;初始化8255 MOV AL,80H OUT DX,AL MOV DX,301H ;LED燈亮4盞滅四盞 MOV AL,0F0H OUT DX,AL MOV AX,3572H ;獲取原中斷向量 INT 21H MOV INT0A_OFF,BX ;保存原中斷向量 MOV BX,ES MOV INT0A_SEG,BX CLI ;關(guān)中斷 MOV AX,2572H MOV DX,SEG LEDLIGHT ;設(shè)置新

18、的中斷向量 PUSH DS MOV DS,DX MOV DX,OFFSET LEDLIGHT INT 21H POP DS STI ;開中斷 IN AL,0A1H ;打開IRQ10 AND AL,0FBH OUT 0A1H,AL IN AL,21H ;打開IRQ2 AND AL,0FBH OUT 21H,AL MOV DX,307H ;8253定時(shí)1S MOV AL,01110110B OUT DX,AL MOV DX,305H MOV AL,0E8H OUT DX,AL MOV AL,03H OUT DX,AL MOV DX,307H MOV AL,10110110B OUT DX,AL M

19、OV DX,306H MOV AL,0E8H OUT DX,AL MOV AL,03H OUT DX,ALL1: MOV AH,0BH ;檢查是否有Esc鍵按下 INT 21H INC AL JNZ NEXT0 ; 若無鍵按下，則程序往下執(zhí)行 MOV AH,08H ;如有Esc鍵按下，則程序退出 INT 21H CMP AL,27 JZ EXIT NEXT0: CALL DELAY JMP L1 EXIT: MOV AX,2572H ;恢復(fù)中斷向量 MOV DX,INT0A_SEG PUSH DS MOV DS,DX MOV DX,INT0A_OFF INT 21H POP DS IN AL,

20、0A1H ;屏蔽IRQ10 OR AL,04H OUT 0A1H,AL IN AL,21H ;屏蔽IRQ2 OR AL,04H OUT 21H,AL MOV AX,4C00H ;程序退出 INT 21H LEDLIGHT PROC FAR ;中斷服務(wù)程序 PUSH AX INC count1 MOV AL,count1 CMP AL,100 POP AX JZ EXIT ;采集到100次后退出 CLI ;關(guān)中斷 MOV DX,303H MOV AL,10011000B OUT DX,AL ;重寫8255方式字,A口輸入,C口低四位輸出,C口高四位輸入lop: MOV DX,303H MOV A

21、L,1H OUT DX,AL ;先使PC0為1 MOV CX,0F00Hlop1: LOOP lop1 ;延時(shí) MOV DX,303H MOV AL,00H ;使PC0為0下降沿啟動(dòng)信號(hào) OUT DX,ALlopsub: MOV DX,302 IN AL,DX AND AL,10H JZ lopsub ;判斷PC4是否為高，即判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 MOV DX,303H MOV AL,5H OUT DX,AL ;使PC2為高，發(fā)出OE MOV DX,300H IN AL,DX ;從A口讀數(shù)據(jù) MOV BL,AL PUSH AX MOV DX,303H MOV AL,10011001B OUT DX

22、,AL MOV DX,301H MOV AL,BL OUT DX,AL ;將數(shù)據(jù)輸入發(fā)光二極管顯示 POP AX PUSH AXshow1: ;顯示高四位 AND AL,0F0H SHR AL,4 CMP AL,9 JA HEX2 ADD AL,30H JMP NEXTPROL1 HEX2: ADD AL,37HNEXTPROL1: MOV DL,AL MOV AH,2 INT 21H POP AX AND AL,0FH ;顯示低四位 CMP AL,9 JA HEX3 ADD AL,30H JMP next4 HEX3: ADD AL,37H next4: PUSH AX INC NUM MO

23、V AL,NUM CMP AL,5 POP AX JNZ NEXT5 ;使一行輸入5個(gè)數(shù)據(jù) MOV DL,AL MOV AH,2 INT 21H MOV DL,20H ;向屏幕送空格符 MOV AH,2 INT 21H MOV DL,13 ;向屏幕送回車符 MOV AH,2 INT 21H MOV DL,10 ;向屏幕送換行符 MOV AH,2 INT 21H MOV NUM,0 JMP NEXT NEXT5: MOV DL,AL MOV AH,2 INT 21H MOV DL,20H ;向屏幕送空格符 MOV AH,2 INT 21HNEXT: MOV AL,62H ;發(fā)中斷結(jié)束命令 MOV

24、 DX,0A0H OUT DX,AL ;向從片8259發(fā)EOI命令 OUT 020H,AL ;向主片8259發(fā)EOI命令 STI ;開中斷 IRETLEDLIGHT ENDPCODE ENDS END START八、設(shè)計(jì)過程中的主要難點(diǎn)及解決思路和辦法：在本次設(shè)計(jì)中，我遇到的問題很多：1、 ADC08009模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的使用，以及對(duì)這塊芯片與接口單元8255A的連接很不熟悉。解決方法：先翻閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解ADC0809各個(gè)接口的功能以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，再和本次設(shè)計(jì)的課題相結(jié)合，找出它與8255A的連接方式。2、 譯碼器74LS138如何輸出相應(yīng)的地址控制各個(gè)芯片正常工作。解決方法：在設(shè)計(jì)前先對(duì)這個(gè)電路的所有工作方式寫出來，然后通過對(duì)相應(yīng)的芯片的片選端進(jìn)行置1或置0，從而對(duì)每一個(gè)方式進(jìn)行地址譯碼，這樣就可以較簡(jiǎn)潔地通過譯碼器輸出相應(yīng)控制地址。3、 中斷處理器8259如何放入設(shè)計(jì)電路中，對(duì)中斷進(jìn)行執(zhí)行。解決方法：整理思路，結(jié)合中斷處理的過程和原理，結(jié)合本次設(shè)計(jì)電路的要求，將每次采集的每一個(gè)模擬電壓量看作一次中斷，從而將中斷融入到次電路設(shè)計(jì)中去。4、74LS245數(shù)據(jù)總路線緩沖器的原理結(jié)構(gòu)及使用方法不太了解。 解決方法：通過網(wǎng)絡(luò)、書籍等途徑，對(duì)74LS245數(shù)據(jù)總路線緩沖器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)一步了解，熟悉74LS245的功能表，從