微原課設(shè)-8088最小系統(tǒng)方案

.PAGE.微機原理課程設(shè)計學(xué)院：機電工程學(xué)院專業(yè)：自動化______目錄一電路總體設(shè)計………2二電路各部分原理圖設(shè)計……………4 2.18088最小方式系統(tǒng)…………4 2.2存儲器的設(shè)計………………6 2.38位AD變換接口電路………8 2.48位DA變換接口驅(qū)動直流電機……………11 2.5步進電機控制電路……………14 2.6鍵盤和顯示電路………………16三最小系統(tǒng)PCB版圖設(shè)計……………18四總結(jié)…………………18概述本系統(tǒng)采用8088位處理器工作在最小方式系統(tǒng)下,采用8282、8286、8284構(gòu)成了最小系統(tǒng),形成總線邏輯。采用2764和6264構(gòu)成了16KB的ROM和16KB的RAM。在此基礎(chǔ)之上,分別實現(xiàn)了一系列接口邏輯,包括采用0809實現(xiàn)8位的溫度采集接口,采用0832實現(xiàn)直流電機的控制,采用8255和8253實現(xiàn)步進電機的控制,并設(shè)計了鍵盤和顯示邏輯。最后,運用Protel99SE的自動布線功能,完成了最小系統(tǒng)的PCB版圖設(shè)計。一電路總體設(shè)計一、課程設(shè)計的要求本系統(tǒng)完成的功能如下：〔1用8088構(gòu)成最小系統(tǒng)〔2用0809組成8位溫度AD變換接口電路〔3用0832組成8位DA變換接口電路驅(qū)動直流電機〔4用8255和8253組成步進電機控制電路〔5鍵盤與顯示功能二、系統(tǒng)的總體組成下面給出了系統(tǒng)的總體框圖如下：1處理器芯片選用8088,當(dāng)8088的MN/MX引腳接+5V電壓時,8088工作在最小方式下。①時鐘發(fā)生器采用8284A芯片②主微處理器CPU選用8088芯片③總線鎖存器采用74LS373,用ALE的下降沿鎖存。由于8088中地址線有20條,所以地址鎖存要三個8282。④數(shù)據(jù)收發(fā)器用來對數(shù)據(jù)進行緩沖和驅(qū)動,并控制數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方向,向CPU傳送IO的數(shù)據(jù)或向IO傳送CPU提供的數(shù)據(jù)。同樣由于8088中數(shù)據(jù)線只有8條,所以數(shù)據(jù)收發(fā)器只要一個8286就可以了。⑤地址譯碼器采用74LS138,用地址線的高三位〔即A19、A18、A17三位。譯碼輸出Y0-Y7,共可以控制8個I/O芯片在最小方式下,8088CPU會直接產(chǎn)生全部總線控制信號。2只讀存儲器采用ROM芯片2764〔或27128,隨機存儲器6264〔或621283A/D轉(zhuǎn)換采用0809芯片4用0832D/A轉(zhuǎn)換芯片的模擬信號去驅(qū)動直流電機58253+8255去控制步進電機6顯示器控制電路7鍵盤控電路8時鐘電路、加電復(fù)位和復(fù)位電路。9地址分配 ROM:0000H—3FFFH RAM:8000H--BFFFH AD:00H—07H DA:40H—41H 鍵盤相關(guān)：100H—103H 顯示相關(guān)：140H—141H 步進電機相關(guān)：200H—207H 功能描述：在最小方式下,8088CPU產(chǎn)生全部總線控制信號,由2764和6264構(gòu)成了16KB的ROM和16KB的RAM,在此基礎(chǔ)上,分別實現(xiàn)接口邏輯,本系統(tǒng)采用8088位處理器工作在最小方式系統(tǒng)下,采用8282、8286、8284構(gòu)成了最小系統(tǒng),形成總線邏輯。采用<8k>2764和<8k>6264構(gòu)成了16KB的ROM和16KB的RAM。在此基礎(chǔ)之上,分別實現(xiàn)了一系列接口邏輯,包括采用0809實現(xiàn)8位的溫度采集接口,采用0832實現(xiàn)直流電機的控制,采用8255和8253實現(xiàn)步進電機的控制,并設(shè)計了鍵盤和顯示邏輯。最后,運用Protel99SE的自動布線功能,完成了最小系統(tǒng)的PCB版圖設(shè)計。二電路各部分原理圖設(shè)計2.18088最小方式系統(tǒng) 8088芯片介紹引腳如下圖:8088的MN/MX信號線接至＋5V時,系統(tǒng)就處于最小工作模式,即單處理器系統(tǒng)方式,它適合與較小規(guī)模的應(yīng)用。8088最小模式典型的系統(tǒng)主要由8088CPU時鐘發(fā)生器8284、地址鎖存器8282及數(shù)據(jù)總線收發(fā)器8286組成。由于地址與數(shù)據(jù)、狀態(tài)線分時復(fù)用,系統(tǒng)中需要地址鎖存器。地址鎖存信號ALE控制8282的STB,用8282鎖存器產(chǎn)生地址總線；用8286收發(fā)器產(chǎn)生緩沖的數(shù)據(jù)總線。8088的DEN信號作為8286的輸出允許信號面,僅當(dāng)DEN為低電平時,允許數(shù)據(jù)經(jīng)8286進行傳送；8088的DT/R信號用來控制數(shù)據(jù)傳送的方向,接至8286的引腳T。當(dāng)DT/R＝1時,CPU向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù),當(dāng)DT/R＝0時,則CPU接收來自系統(tǒng)總線上的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)線連至內(nèi)存及I/O接口,需用數(shù)據(jù)總線收發(fā)器作驅(qū)動。在控制總線一般負(fù)載較輕,不需要驅(qū)動,故直接從8088引出。8088工作與最小模式,此時8088CPU提供所有的總線控制信號,以實現(xiàn)與存儲器、I/O接口的選擇。在最小組態(tài)時,系統(tǒng)總線可分為幾個基本部分：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制與狀態(tài)信號、中斷與DMA信號。最小模式下,引腳的信號功能如下。INTA：中斷響應(yīng)信號輸出,低電平有效。用與對外設(shè)的中斷請求作出響應(yīng)。8088的INTA信號實際上是CPU響應(yīng)外設(shè)中斷申請時,發(fā)出兩個連續(xù)的負(fù)脈沖,其第一個負(fù)脈沖是通知外設(shè)端口,它發(fā)出的中斷請求已獲允許；外設(shè)接口收到第二個負(fù)脈沖后,往數(shù)據(jù)總線上放中斷類型碼,從而使CPU得到該中斷請求的詳細信息。ALE：地址鎖存允許信號,輸出,高電平有效。該信號是8088提供給地址鎖存器的控制信號。DEN：數(shù)據(jù)允許信號,輸出,低電平有效。給信號為收發(fā)器提供一個控制信號,DEN有效時,表示CPU當(dāng)前準(zhǔn)備發(fā)送或接受一個數(shù)據(jù)。在DMA方式時,被置為高阻狀態(tài)。DT/R：數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號,輸出。該信號用來控制數(shù)據(jù)總線收發(fā)器的傳送方向。當(dāng)DT/R高電平時,CPU向內(nèi)存或I/O端口發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)DT/R為低電平時,CPU從內(nèi)存或I/O端口接收數(shù)據(jù)。在DMA方式時,DT/R被置為高阻狀態(tài)。IO/M：存儲器輸入/輸出控制信號,輸出。該信號作為區(qū)分CPU進行存儲器訪問還是輸入/輸出訪問的控制信號。當(dāng)IO/M為高電平時,表示CPU正與存儲器之間進行數(shù)據(jù)傳送；當(dāng)IO/M為低電平時,表示CPU正與輸入/輸出設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳送。在DMA方式時,IO/M被置為高阻狀態(tài)。SSO：系統(tǒng)狀態(tài)信號,輸出,低電平有效。該信號對8088的34腳。SSO與IO/M、DT/R的組合及對應(yīng)的操作見下表。M/IODT/RSSO操作100中斷響應(yīng)101讀I/O端口110寫I/O端口111暫停〔Halt000取指令操作碼001讀存儲器010寫存儲器011無源WR：寫信號,輸出,低電平有效。當(dāng)該信號有效時,表示CPU當(dāng)前正在進行存儲器或I/O端口寫操作。到底為哪種寫操作,則由WR信號決定。在DMA方式時,該信號被置為高阻狀態(tài)。HOLD：總線保持請求信號,輸入。當(dāng)8088系統(tǒng)中CPU之外的另一個主模塊要求選用總線時,通過該信號向CPU發(fā)出一個高電平的總線保持請求信號。HLDA：總線保持響應(yīng)信號,輸出。當(dāng)CPU接收到HOLD信號后,便發(fā)出高電平有效的HLDA信號給以響應(yīng),此時,CPU讓出總線控制板,發(fā)出HOLD請求總線主設(shè)備獲得總線的控制權(quán)。8088工作于最小模式,如前所述,由于8088地址線和數(shù)據(jù)線有一部分是復(fù)用的,工作于最小模式時,必須外部配置鎖存器8282共3片,總線收發(fā)器82861片和外部時鐘芯片,才能組成三組系統(tǒng)總線,控制信號是CPU直接發(fā)出的。外加芯片配置后,其低8位地址線已被分離出來,地址線為A19～A0,控制線包括IO/M、WR、RD等控制信號。綜上所述,我們可以畫出8088CPU最小系統(tǒng)圖,如下圖所示。2.2存儲器的設(shè)計1．有關(guān)芯片介紹1>靜態(tài)存儲器6264Intel6264是8K×8SRAM,單一的+5V電源,所有的輸入端和輸出端都與TTL電路兼容。它的電路原理圖邏輯符號如圖所示。其中,A0~A12為13根地址線,D0~D7為8位數(shù)據(jù)線。/CS1和CS2為片選信號,當(dāng)兩個片選信號同時有效時,即/CS1=0,CS2=1時,才能選中芯片。/OE為輸出允許信號,只有在/OE=0時,即其有效時,才允許該芯片將某單元的數(shù)據(jù)送到芯片外部的D0~D7上。/WE為寫信號,當(dāng)/WE=0時,允許將數(shù)據(jù)寫入芯片,當(dāng)/WE=1時,允許芯片的數(shù)據(jù)讀出。2EPROM27642764EPROM存儲器容量為64K,結(jié)構(gòu)為8K*8。其中,13條地址線A0~A12,8條數(shù)據(jù)線D0~D7。/CE和/OE為控制信號有片選引腳,低電平有效時,分別選中芯片和允許芯片輸出數(shù)據(jù)。2764的編程由編程控制引腳/PGM和編程電源Vpp控制,在編程時,對引腳加較寬的負(fù)脈沖；在正常讀出時,該引腳應(yīng)該無效。在正常工作時,要求Vpp接+5V；在編程狀態(tài)時,要求Vpp接+25V作為編程電壓。2．存儲器電路及譯碼電路設(shè)計8088最小系統(tǒng)中,地址總線為A0~A19,數(shù)據(jù)總線D0~D7,對SRAM的控制信號有/WR,/RD,IO/M。當(dāng)IO/M為低電平時,表示cpu對存儲器傳送數(shù)據(jù)。/RD為讀信號,低電平有效,/RD有效時表明cpu正在執(zhí)行從存儲器或IO口的輸入操作數(shù)據(jù)。/WR為寫讀信號,低電平有效,/WR有效時表明cpu正在執(zhí)行從存儲器或IO口的輸出操作數(shù)據(jù)。在該設(shè)計中選用的ROM模塊芯片為EPROM2764,容量為8K*8。RAM模塊芯片為SRAM6264,容量為8K*8。系統(tǒng)要求由16KB的ROM和16K的RAM組成。16KB的ROM需要兩片2764芯片,16K的RAM需要兩片6264芯片。下圖給出了8088最小系統(tǒng)組成的16K的ROM和16K的RAM存儲器邏輯圖。圖中U1和U2兩片2764構(gòu)成16K的ROM模塊；U3和U4兩片6264組成16K的RAM模塊。地址總線A0~A12作為片內(nèi)地址分別連接到U1,U2,U3和U4的相應(yīng)地址線引腳上。數(shù)據(jù)線D0~D7作為分別連接到U1,U2,U3和U4的相應(yīng)數(shù)據(jù)線引腳上。讀信號/RD連接到U1,U2,U3和U4的/OE引腳上,寫信號/WR連接到兩片6264芯片的/WE引腳上。6264選引腳CS2接+5V。4個芯片的片選信號由74LS138譯碼器產(chǎn)生。存儲器電路原理圖如下：2.38位AD變換接口電路1．有關(guān)芯片介紹ADC0809的引腳定義如右圖所示。共有28個引腳,其中：D0~D7：:輸出數(shù)據(jù)線；IN0~IN7：8路模擬電壓輸入端；ADDA,ADDB,ADDC：路地址輸入；ADDA：最低位；ADDC：最高位；START：啟動信號輸入端ALE：路地址鎖存信號,用來鎖存ADDA~ADDC路地址,上升沿有效；EOC：變換結(jié)束狀態(tài)信情號,高電平表示—次變換結(jié)束；OE：讀允許信號,高電平有效；CLK：時鐘輸入端；Vref〔+,Vref〔-：參考電壓輸入端；Vcc：5V電源輸人；GND：地。ADC0809的時鐘為10KHz~1.2MHz。在時鐘頻率為640KHz時,其變換時間為100us。ADC0809的工作時序如下圖所示。由圖可以看到,在進行A/D變換時,路地址應(yīng)先送到ADDA~ADDC輸入端。然后在ALE上輸入端加一個正跳變脈沖,將路地址鎖存到ADC0809內(nèi)部的路地址寄存器中。這樣,對應(yīng)路的模擬電壓輸入就和內(nèi)部變換電路接通。為了啟動變換工作序列,必須在START端加一個負(fù)跳變信號。此后變換工作就開始進行,標(biāo)志ADC0809正在工作的狀態(tài)信號EOC由高電平<閑狀態(tài)>變成為低電平<工作狀態(tài)>。一旦變換結(jié)束,EOC信號就又由低電平變成高電平。此時只要在OE端加一個高電平,即可打開數(shù)據(jù)線的三態(tài)緩沖器,從D0~D7端數(shù)據(jù)線讀得一次變換后的數(shù)據(jù)。2原理圖設(shè)計 設(shè)計原理圖如下：2.48位DA變換接口驅(qū)動直流電機1相關(guān)芯片與器件介紹1數(shù)模變換器0832DAC0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器,它采用CMOS工藝制作,具有雙緩沖器輸入結(jié)構(gòu),其引腳排列如圖所示,DAC0832各引腳功能說明：DI0～DI7：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入端。CS：片選信號輸入端,低電平有效。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號輸入端,高電平有效。WR1：第一寫信號輸入端,低電平有效,Xfer：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入端,低電平有效。WR2：第二寫信號輸入端,低電平有效。Iout1：電流輸出1端,當(dāng)數(shù)據(jù)全為1時,輸出電流最大；當(dāng)數(shù)據(jù)全為0時,輸出電流最小。Iout2：電流輸出2端。DAC0832具有：Iout1+Iout2=常數(shù)的特性。Rfb：反饋電阻端。Vref：基準(zhǔn)電壓端,是外加的高精度電壓源,它與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接,該電壓范圍為：-10V～+10V。VCC和GND：芯片的電源端和地端。DAC0832內(nèi)部有兩個寄存器,而這兩個寄存器的控制信號有五個,輸入寄存器由ILE、CS、WR1控制,DAC寄存器由WR2、Xref控制,用軟件指令控制這五個控制端可實現(xiàn)三種工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。三種工作方式區(qū)別是：直通方式不需要選通,直接D/A轉(zhuǎn)換；單緩沖方式一次選通；雙緩沖方式二次選通。2直流伺服電機直流伺服電機的工作原理與一般直流電動機的工作原理市完全相同。他激直流電機轉(zhuǎn)子上的載流導(dǎo)體〔即電樞繞組在定子磁場中受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用,使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由直流電機的基本原理分析得到：n=<u-IaRa>/Ke式中：n——電樞的轉(zhuǎn)速,r/minu——電樞電壓Ia——電機電樞電流Ra——電樞電阻Ke——電勢系數(shù)由上式可知,調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速有三種方法：①改變電樞電壓u。調(diào)速范圍較大,直流伺服電機常用此方法調(diào)速。②變磁通量＆〔即改變Ke的值。改變激磁回路的電阻Rf以改變激磁電流If?？梢源虻礁淖兇磐康哪康模徽{(diào)磁調(diào)速因其調(diào)速范圍較小常常作為調(diào)速的輔助方法,而主要的調(diào)速方法是調(diào)壓調(diào)速。若采用調(diào)壓與調(diào)磁兩種方法互相配合,可以獲得很寬的調(diào)速范圍,又可充分利用電機的容量。③在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rt,此時有n=［u-Ia<Ra+Rt>］/Ke由上式可知,在電樞回路中串聯(lián)電阻的辦法,轉(zhuǎn)速只能調(diào)低,而且電阻上的銅耗較大,這種辦法并不經(jīng)濟。最常用的是調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng),即1〔改變電樞電壓.3電路原理圖設(shè)計0832的DI0~DI7接到數(shù)據(jù)總線D0~D7上,WR1接到控制總線的WR上,片選端接到譯碼器上進行片選控制。Iout1和Iout2經(jīng)LM324AD和復(fù)合晶體管放大后驅(qū)動直流電機的運轉(zhuǎn)。由上圖可以看出,只要加上-12V參考電壓,LM324AD運放采用+12V電源,則可以輸出0~12V電壓。利用程序可以控制電機的啟動和轉(zhuǎn)速,顯然,電機只能一個方向轉(zhuǎn)動。由于D/A變換器的輸入可以從00H到FFH,從而使運放的輸出線性變化從0V到+12V,從而可以根據(jù)要求,利用該輸出,控制電機工作在相應(yīng)速度上。電路原理圖如下：2.5步進電機控制電路1器件介紹步進電機是機電一體化的關(guān)鍵部件之一,被廣泛應(yīng)用于需要精確定位、同步、行程控制等場合。本設(shè)計所采用的是國產(chǎn)20BY-0型步進電機,它使用+5V直流電源,步距角為18度。電機線圈由四相組成,即A、B、C、D四相,驅(qū)動方式為二相激磁方式,電機示意圖和各線圈通電順序如圖1和表4.1所示：圖1步進電機原理圖表1相順序ABCD01100101102001131001相順序從0到1稱為一步,電機軸將轉(zhuǎn)過18度,01234則稱為通電一周,轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過72度,若循環(huán)進行這種通電一周的操作,電機便連續(xù)的轉(zhuǎn)動起來,而進行相反的通電順序如4321將使電機同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短,即驅(qū)動頻率越高,則電機轉(zhuǎn)速越快,但步進電機的轉(zhuǎn)速也不可能太快,因為它每走一步需要一定的時間,若信號頻率過高,可能導(dǎo)致電機失步,甚至只在原步顫動。2電路原理圖設(shè)計 因采用了PC機和PC總線接口應(yīng)用平臺,硬件電路相對簡單,除利用了PC機本身資源外〔如中斷資源,還利用了平臺上的8253計數(shù)/定時器、8255并行接口單元,再加上外圍驅(qū)動電路,便構(gòu)成可步進電機控制電路,硬件原理圖下圖：2.6鍵盤和顯示電路1器件介紹在最簡單的小的微型機系統(tǒng)中,在控制面板上僅設(shè)置幾個鍵。當(dāng)按鍵數(shù)很少時,常采用三態(tài)門直接接口輸人的形式,如圖所示。圖中,采用的三態(tài)門可以是前面提到的74LS244。利用—片244即可接8個按鍵。由于這種鍵很少,接口簡單,此處不再說明。常用的鍵盤有兩種類型,即編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。編碼式鍵盤包括檢測按了哪一個鍵,并產(chǎn)生這個鍵相應(yīng)代碼的一些必要硬件<通常這種鍵盤小有一塊單片機作為其控制核心>。非編碼式鍵