微機原理課程設(shè)計報告

1、二O二二O三學(xué)年第一學(xué)期信息科學(xué)與工程學(xué)院自動化系課程設(shè)計報告課程名稱：微機原理及應(yīng)用課程設(shè)計班 級：自動化1003班姓 名：黃金龍學(xué) 號：201004134102指導(dǎo)教師：孟志華二O三年元月八日應(yīng)用 8255A 和 8 位 A/D 變換器實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的采集一、設(shè)計目的鞏固“微機原理”課程學(xué)過的知識，加強理論與實踐的聯(lián)系。通過本課程 設(shè)計，初步了解微機系統(tǒng)的硬件設(shè)備，學(xué)會 8086 系列編程指令的基本功能。二、設(shè)計任務(wù)采用8086系列CPU構(gòu)建控制系統(tǒng)，在IBM PC系統(tǒng)機的擴充槽上，利用8255A 和 8 位 ADC0809 模數(shù)變換器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并編寫程序完成多路數(shù) 據(jù)的采集工作。三

2、、設(shè)計要求（1）系統(tǒng)的基本原理及畫出硬件原理圖，并加以說明。（2）畫出程序流程圖。（3）編寫應(yīng)用程序，并注釋。（4）A/D 變換器通過 8255A 與計算機總線相連，完成數(shù)據(jù)的讀?。幌到y(tǒng)中 通過 8259A 可編程中斷控制器，向 8086 申請中斷。四、系統(tǒng)總體設(shè)計框架本設(shè)計采用 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0809, 把外界模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過并行接口 8255連接到IBM PC擴展槽。從鍵盤輸入數(shù)碼選擇 A/D轉(zhuǎn)換的通道, 從顯示器上得到轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量。五、相關(guān)工作原理說明1、A/D轉(zhuǎn)換的原理在我們所測控的信號中均是連續(xù)變化的物理量， 通常需要用計算機對這些信 號進行處理，則需要將其轉(zhuǎn)換成

3、數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬 量轉(zhuǎn)換成計算機能接受的數(shù)字量。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，常用的A/D轉(zhuǎn)換器可分為兩種，雙積分式A/D 轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。（1）雙積分A/D轉(zhuǎn)換器工作原理雙積分A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)，積分器，比較器，計數(shù)器和控制邏輯等部 分組成，所謂雙積分就是進行一次 A/D轉(zhuǎn)換需要兩次積分。雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器 采用間接測量的方法，它將被測電壓轉(zhuǎn)換成時間常數(shù)T,輸入電壓越大反向積分時間越長，用高頻標(biāo)準脈沖計數(shù)測此時間，即可得到相應(yīng)于輸入電壓的數(shù)字量。特點：可以有效的消除干擾和電源噪聲，轉(zhuǎn)換精度高，但是轉(zhuǎn)換速度慢。（2）逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器比較器心

4、加輸出為D7-D0逐次逼近式VD轉(zhuǎn)換原理逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器由D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)和控制邏輯等幾部分組 成。圖示是逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖，其轉(zhuǎn)換原理為：A/D轉(zhuǎn)換器將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓 Ui與一個預(yù)先設(shè)定的電壓Ui （預(yù)定的電壓由逐次逼 近型A/D轉(zhuǎn)換器中的D/A輸出獲得）電壓相比較，根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓 Ui是大于還 是小于待轉(zhuǎn)換成的模擬輸入電壓 Uin來決定當(dāng)前轉(zhuǎn)換的數(shù)字量是“ 0”還是1”據(jù) 此逐位比較，以便使轉(zhuǎn)換結(jié)果（相應(yīng)的數(shù)字量）逐漸與模擬輸入電壓相對應(yīng)的數(shù) 字量接近?！邦A(yù)設(shè)的電壓”值的算發(fā)如下：使逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器中的D/A的各位二 進制數(shù)從最高位起依次置1，

5、每變化一位就得到一個預(yù)設(shè)的電壓Ui并使之與待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓Ui進行比較，若模擬輸入電壓Ui小于預(yù)設(shè)的電壓Ui，則使 比較器中相應(yīng)的位為0，若模擬輸入電壓Ui大于預(yù)設(shè)的電壓Ui，則使比較器中 相應(yīng)的輸出位為1，無論哪鐘情況，均應(yīng)繼續(xù)比較下一位，直到最低位為止，此 時逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器中的D/A的數(shù)字輸入即為對應(yīng)模擬輸入信號的數(shù)字量， 將此數(shù)字量輸出就完成了 A/D的轉(zhuǎn)換過程。特點：逐次逼近式的屬于直接式 A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度高，速度高，價格適中，是目前種類最多，應(yīng)用最廣的 A/D轉(zhuǎn)換器，典型的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器有ADC0809。2.ADC0809 芯片ADC0809是逐位逼近型8位單片A/

6、D轉(zhuǎn)換器件。片內(nèi)含8路模擬開關(guān)，可 允許8個模擬量輸入，最大不可調(diào)誤差小于土 1LSB,典型時鐘頻率為640kHz, 每通道的轉(zhuǎn)換時間約為100 pso ADC0809沒有內(nèi)部時鐘，必須由外部提供，其范 圍為101280kHzo片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，因此可直接與系統(tǒng)總線相連。它 的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間都不是很高，但其性價比有較明顯優(yōu)勢。(1)外部引腳ADC0809共有28根引腳。如圖所示:D0D7 : 8位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，D7 是最咼位，D0是最低位。IN0IN7 : 8個通道的模擬量輸入端?？奢斎?5V待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。A、B、C:通道選擇端。當(dāng) CBA=000時，IN0 輸入；當(dāng)

7、CBA=111時，IN7輸入。ALE:地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿 處把A、B、C的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關(guān)地址 鎖存器中，從而選通8路模擬信號中的某一路。ALE:通道地址說村信號。將三位地址線ADDA、ADDB、ADDC進行鎖存，上升延有效。Z0nisti2-lIN-2寸工-3 ifIH-23-5跑245IN-4EOCHl-；ADD” AADMLDIOALEEHLESTJCRT n in r w *咖)Accoeog20L918&Li14177鮎2423229610START啟動信號輸入，下降延有效。EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號，用來申請中斷。當(dāng)該引腳輸出低電平時表示正在 轉(zhuǎn)換，輸出高電平

8、則表示一次轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束。OE:讀允許信號，高電平有效，有效期間， CPU將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入 CLK時鐘信號。REF( +)，REF (-):參考電壓輸入端。Vcc： 5V電源輸入。GND:地線。(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809內(nèi)部由3部分組成：模擬輸入選擇部分：包括一個8路模擬開關(guān)和地址鎖存器譯碼電路。輸入的 三位通道地址信號由鎖存器鎖存，經(jīng)譯碼電路譯碼后控制模擬開關(guān)選擇相應(yīng)的模 擬輸入。轉(zhuǎn)換器部分：包括比較器，8位D/A轉(zhuǎn)換器，逐位逼近寄存器以及控制邏輯 電路等。輸出部分：包括一個8位三態(tài)輸出緩沖器(3) 工作過程START;:ALE _LADD-CBA DDCBAXINO7 収乂 EOC |

9、0EI _D7.D0?CZZ首先CPU發(fā)出三位通道地址信號 C, B, A;其次，在通道地址信號有效期間，使 ALE引腳上產(chǎn)生一個由低到高的電平 變化，即脈沖上跳延，它將輸入的三位通道地址所存到內(nèi)部地址鎖存器；接著給START引腳加上一個由高到低變化的電平，啟動 A/D變換；再次，在變換開始后，EOC引腳呈現(xiàn)低電平，一旦變換結(jié)束，EOC又重新 變?yōu)楦唠娖?；最后，CPU再檢測到EOC變高后，輸出一個正脈沖到 0E端，將轉(zhuǎn)換結(jié)果 取走。（4）A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。對于8通道的輸入信號，要求分辨率為 0.5% 8位的A/D轉(zhuǎn)換器，其精度為：820.39%輸入為05V時，分辨

10、率為VFs A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程值N ADC二進制位數(shù)量化誤差為3并行接口芯片82558255是可編程1/O 口擴展芯片。對8255輸入不同的指令可改變1/O 口的 工作方式。8255與單片機系統(tǒng)連接方式簡單，工作方式由程序設(shè)定。8255內(nèi)部有4個寄存器：分別為寄存器 A、B、C和控制寄存器。A、B、C 寄存器的數(shù)據(jù)就是引腳 PA7PAO、PB7PB0 PC7PCO上輸入或輸出的數(shù)據(jù)。 而控制寄存器的數(shù)據(jù)則表明 PA、PB、PC的工作方式。通過 CS AO、A1、RD 和WR對4個寄存器進行操作。1）CS為低電平時選通8255 ;2）A1、A0為地址選通；3）RD和WR為讀、寫信號：RD為低、

11、WR為高時為讀方式，RD為高、WR為低時為寫方式。4）DOD7為數(shù)據(jù)口。向控制寄存器寫入不同的數(shù)據(jù)可以使 8255工作在三種不同的方式下。這里只介紹應(yīng)用最多的方式 0。方式0下8255的PA、PB及PC 口上半部分（PC7PC4）和下半部分（PC3PCO）中任何一個端口都可以設(shè)定為輸入或輸出，PC 訊?？谶€可以進行位操作。RESET復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O 口均被置成輸入方式。CS片選信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通盤益囂TBBT4迪創(chuàng)竝心U心曲期 p F F 0U- f PPlSr a

12、s3pK-141514LT口12111014RD讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。WR:寫入信號，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫8255。DOD7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU執(zhí)行輸 入輸出指令時，通過它實現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)的讀 /寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù) 據(jù)總線傳送。PA0PA7:端口 A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個 8 位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PBOPB7端口 B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸 出緩沖器。PC

13、OPC7端口 C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口 C 可以通過工作方式設(shè)定而分成 2 個 4位的端口， 每個 4 位的端口包含一個 4 位的鎖存器，分別與端口 A 和端口 B 配合使用，可 作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。8255方式0是基本輸入/輸出方式，A、B、C三個口中任何一個口都可提供 簡單的輸入和輸出操作， 不需要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號， 即可用于無條件傳送的場合， 也 可以用作查詢方式傳送。當(dāng)采用查詢方式傳送時，原則上可用A、B和C三個口的任一位充當(dāng)查詢信號，但通常都是選用 C 口充當(dāng)查詢信號，這和 C 口的編程 有關(guān)。通常把 C 口的 4

14、 位（高 4 位或低 4 位）規(guī)定為輸出口，用以輸出一些控制信 號，把C 口的另4位規(guī)定為輸人口，用以輸入外設(shè)的狀態(tài)方式 1 是一種選通輸人偷出方式， A 口和 B 口均可工作在這種方式。方式 1可作為查詢式傳送方式，此時握手聯(lián)絡(luò)信號， C 口要用6位（分成兩個3位）分別 作為A 口和B口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號。方式1也可用作中斷方式，此時要寫對應(yīng)的C 口的按位置位字，打開中斷。方式2是A 口獨有的雙向傳送方式，一般使用中斷傳送方式。4.PC/XT 總線擴展槽PC/XT總線擴展槽是PC系列機的擴充插槽在系統(tǒng)板上，一般共5個或8個。 它實際上是系統(tǒng)總線的擴充和經(jīng)過重新驅(qū)動， 也稱 I/O 通道。引腳有

15、62 條引線， 用雙列插槽引腳連接，分 A面和B面，規(guī)定又成為IBM PC總線標(biāo)準。IBM-PC 擴展總線圖及各引腳定義如下：GNDBiRESETDRW62+5V DC吊IRO2E4-SVDC刖DRQ2-12VDC67NOT USED創(chuàng)+12VDCQbGNDBidNEMWBnNEMRBl 2I0WB13IORB14DACK3B15DRQ3BlSDACK1817DRO1B19DACKO813CLK嗣7鈿IROEE：2：IRO5B231RG48241RQ33250AQK2B2BT/CB27ALEEh*5/ DGB29scE：jlGNDB31pfmJUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUWULr

16、uuunnnnrLnnnnnnnnnnnnrLnnnnmnnnnnnAGA1信號 UO CH CKA2DzA3D&A405AcD4AeA?D2AsO1AsDoA10HO CH CKA11AENAHai aA13AiaAl 4.A1?AlSA1&Al 6Al 5Al?.Al 4Aib.Al 3A1SA1STso-AHA .-111 11 1 r * 11 in 1 1 r rr rfftl 0雖在本設(shè)計中用到了以下引腳，并作出功能說明：A1A9 : D7D0與ADC0809的八根數(shù)據(jù)線相連，當(dāng)中斷允許信號發(fā)出，由 這八根線進行數(shù)據(jù)讀取。A23A28 : A8A0與74LS138相連，其輸出通過或

17、門電路控制 ADC0809的 START EOC，OE三個引腳。B01,B31: GND 接地。B13，B14：讀寫信號控制線。低電平有效。B20： CLK時鐘脈沖信號。周期為210ns的時鐘輸出信號，頻率為4.77MHZ，一個周期內(nèi)高電平持續(xù)70 ns,低電平持續(xù)140 nsB04: IQR2中斷請求輸入信號。5.8086 簡介Intel 8086 是一個由 Intel 于 1978 年所設(shè)計的 1 6位微處理器芯片, 是 x86 架 構(gòu)的鼻祖。 8086 擁有四個 16 位的通用寄存器, 也能夠當(dāng)作八個 8 位寄存器來存 取,以及四個 16 位索引寄存器 （包含了堆棧指標(biāo) ）。資料寄存器通

18、常由指令隱含 地使用,針對暫存值需要復(fù)雜的寄存器配置。它提供 64K 8 位元的輸出輸入 （或 32K 16 位元） ,以及固定的向量中斷。大部分的指令只能夠存取一個內(nèi)存位址, 所以其中一個操作數(shù)必須是一個寄存器。運算結(jié)果會儲存在操作數(shù)中的一個。Intel 8086 有四個內(nèi)存區(qū)段 （segment） 寄存器,可以從索引寄存器來設(shè)定。 區(qū)段寄存器可以讓 CPU 利用特殊的方式存取 1 MB 內(nèi)存。 8086 把段地址左移 4 位然后把它加上偏移地址。 大部分的人都認為這是一個很不好的設(shè)計, 因為這樣 的結(jié)果是會讓各分段有重疊。盡管這樣對組合語言而言大部分被接受（也甚至有用）,可以完全地控制分段

19、, ,使在編程中使用指針 （如 C 編程語言 ） 變得困難。 它導(dǎo)致指針的高效率表示變得困難, 且有可能產(chǎn)生兩個指向同一個地方的指針擁 有不同的地址。更壞的是,這種方式產(chǎn)生要讓內(nèi)存擴充到大于 1 MB 的困難。 而 8086 的尋址方式改變讓內(nèi)存擴充較有效率。8086處理器的時鐘頻率介于 4.77MHz（在原先的IBM PC）和10 MHz之間。 8086沒有包含浮點指令部分（FPU），但是可以通過外接數(shù)學(xué)輔助處理器來增強 浮點計算能力。6.七段數(shù)碼管發(fā)光二極管顯示器 LED 是微型計算機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出裝置。七段LED顯示器內(nèi)部由7個發(fā)光二極管和1個原點發(fā)光二極管組成（如圖 6所示）。根

20、據(jù)各管的亮暗程度組合成 16 進制數(shù)，小數(shù)點和少數(shù)字符。 常用的七段LED的管腳排列如下圖所示。發(fā)光二極管顯示器led根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極 管的接線形式可分為共陽極型和共陰極型1 UP七段數(shù)碼管引腳圖當(dāng)為共陰型時，公共極低電平，段碼高電平的段亮，低則滅；而共陽型則反之。實驗中我們采用的是共陽極型的接法。 共陽極型的七段數(shù)碼表字形編碼如下表所示D7D6D5D4D3D2D1D0七段dpgfedcba代碼11000000C0H11111001F9H10100100A4H10110000B0H1001100199H1001001092H1000001082H11111000F8H1000000080H10

21、01000090H1000100088H1000001183H11000110C6H10100001A1H1000111086H100011108EH七、功能實現(xiàn)1.電路圖2.程序流程圖啟血3809進行市i欠A D輕換門-+J延時鋅待AD轉(zhuǎn)換結(jié)果存JWad轉(zhuǎn)換結(jié)果-L彳寥結(jié)果轉(zhuǎn)換成顯示代碼戶JL調(diào)用顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果子程序門3.程序源代碼DATA SEGMENTDATA1 DW 10 DUP(?);定義 DATA1 為字型MAX DW ?MIN DW ?TAB DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H;09的段碼(字形碼)DATA ENDSCOD

22、E SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATAADDR_0809 EQU 8000H; AD0809 端口地址PROC_A EQU 0FF28HPROC_B EQU 0FF29HPROC_C EQU 0FF2AHPROC CTL EQU 0FF2BHORG 1100HMOV AL,SIMOV AL,SISTART0:MOV CX,10MOV BX,0MOV DI,OFFSET DATA1LP1:CALL AD0809XOR AH,AHADD BX,AXMOV DI,AXINC DIINC DILOOP LP1MOV SI, OFFSET DATA1MOV AL,SIMOV CX

23、,9;采集 10 次數(shù);把 DATA1 的首地址賦給 DI;采集數(shù)據(jù)，進行 A/D 轉(zhuǎn)換;高位清零;BX=BX+AX求采集數(shù)據(jù)之和;DI存儲10個數(shù)據(jù);DATA1 為字型;比較 9 次MOV AL,SIMOV AL,SIP1:INC SIINC SICMP AL,SIJAE NEXTMOV AL,SINEXT:P2:CONT:LOOP P1MOV AH,00HMOV MAX,AXMOV SI, OFFSET DATA1MOV AL,SIMOV CX,9INC SIINC SICMP AL,SIJBE CONTMOV AL,SILOOP P2MOV AH,00HMOV MIN,AXXOR AH,

24、AHMOV AX,BXMOV DX,MAXSUB AX,DX;求出最大值;求出最小值;采集 10 個數(shù)據(jù);減去最大值MOV DX,MINSUB AX,DX;減去最小值MOV BL,8DIV BL;求剩余 8 位數(shù)的平均值XOR AH,AHMOV BL,50;A/D 的輸出結(jié)果經(jīng)過運算法則DIV BLMOV BH,AL;BH 為整數(shù)部分CMP AH,5;AH 為小數(shù)部分JAE LP3;大于等于 5 時跳轉(zhuǎn)MOV AH,0;小于 5 時置零JMP LP4;無條件轉(zhuǎn)移LP3:MOV BL,5MOV AL,AHXOR AH,AHDIV BLMOV AH,AL;十進制小數(shù)LP4:MOV AL,BH;十進

25、制整數(shù)MOV CH,AHLEA BX,TAB;裝入有效地址ADD BX,AX;得到整數(shù)的段碼字節(jié)MOV AL,BX;整數(shù)段碼顯示MOV CL,AL;完成整數(shù)部分換碼MOV AL,CHLEA BX,TABMOV AH,0ADD BX,AXMOV AL,BXMOV CH,AL;完成小數(shù)部分換碼MOV BH,CH;換碼后小數(shù)MOV BL,CL;換碼后整數(shù)AND BL,7FH;得到整數(shù)和小數(shù)點的段碼MOV AL,80H;8255 控制字 ，方式 0 工作MOV DX,PROC_CTLOUT DX,ALMOV SI,05FH;實現(xiàn)循環(huán)顯示LP:MOV AL,BH;顯示小數(shù)部分MOV DX,PROC_AOUT DX,ALMOV AL,0FEHMOV DX,PROC_BMOV DX,ADDR_0809MOV DX,ADDR_0809OUT DX,ALMOV CX,0FFHDELAY1:LOOP DELAY1MOV AL,BLMOV DX,PROC_AOUT DX,ALMOV AL,0FDHMOV DX,PROC_BOUT DX,ALMOV CX,0FFHDELAY2:LOOP