微機(jī)課程設(shè)計(jì)之?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)

微機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)書學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：xxx學(xué)號：xxx姓名：xxx指導(dǎo)教師：xxx目錄1、TOC\o"1-3"\h\u27190摘要 2147992、總體方案設(shè)計(jì) 2137362.1設(shè)計(jì)目的 2140462.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2304432.3設(shè)計(jì)方案 3178913、硬件原理圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 3238263.1總設(shè)計(jì)圖說明 3140623.2各子硬件圖說明 4 140623.2.1原理圖所用芯片介紹 47787各子硬件電路說明 9290714、程序設(shè)計(jì) 13240144.1程序流程圖 14238264.2程序設(shè)計(jì)說明 14153815、課程設(shè)計(jì)收獲與心得體會 176、7787參考文獻(xiàn) 187、20211附錄 19一、摘要本次課程設(shè)計(jì)，主要是了解可編程外圍芯片8255的工作原理，以及學(xué)會對ADC0809和8255芯片的應(yīng)用和設(shè)計(jì)技術(shù)。對微型計(jì)算機(jī)根本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、對微型計(jì)算機(jī)硬軟件的工作原理有個整體的認(rèn)識。學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)中常用接口電路的應(yīng)用和設(shè)計(jì)技術(shù)，充分認(rèn)識理論知識對應(yīng)用技術(shù)的指導(dǎo)性作用，進(jìn)一步加強(qiáng)理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實(shí)踐和鍛煉。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐能夠進(jìn)一步加深對專業(yè)知識和理論知識學(xué)習(xí)的認(rèn)識和理解，使自己的設(shè)計(jì)水平和對所學(xué)的知識的應(yīng)用能力以及分析問題解決問題的能力得到全面提高。二、總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)目的1)進(jìn)一步建立微機(jī)系統(tǒng)的概念，加深對系統(tǒng)的理解和認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力；2)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握匯編語言程序的編寫和應(yīng)用的方法，通過較大規(guī)模程序的編寫，提高編寫匯編語言程序的水平和學(xué)習(xí)程序調(diào)試方法。3)進(jìn)一步熟悉微機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成及常用接口芯片的使用，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：以8088cpu為核心設(shè)計(jì)一個采集系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一路模擬電壓信號進(jìn)行采集，該電壓信號的電壓范圍是0~255mv，選用adc0809作為AD轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)中有三位ＬＥＤ顯示器顯示所采集到電壓的毫伏數(shù)。設(shè)計(jì)要求：1)畫出電路原理圖，說明工作原理編寫一個實(shí)現(xiàn)對輸入模擬電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換并在LED顯示器顯示當(dāng)前采集數(shù)據(jù)的數(shù)字量程序2.3設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求使用微型計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)，且具有1路的輸入，輸入信號在0—255mV,而且采用數(shù)碼管顯示輸入〔顯示10進(jìn)制的結(jié)果〕。因此我們采用以下的設(shè)計(jì)方案：ADC0809是將各種被測的量轉(zhuǎn)換成為模擬量〔電壓〕作為輸入，經(jīng)過一級放大器的放大，將電壓放大至AD轉(zhuǎn)換模塊，可以識別的范圍，在將AD轉(zhuǎn)換的輸出，用數(shù)碼管顯示出來〔顯示的結(jié)果為10進(jìn)制數(shù)〕，且將AD轉(zhuǎn)換的輸出接入到并行接口8255，再將并口的輸出接入的系統(tǒng)的總線，也就是對并口8255的相應(yīng)的輸入進(jìn)行存儲。當(dāng)完成存儲之后將會CPU將存儲的數(shù)據(jù)再通過8255顯示在數(shù)碼管上，這個流程一直循環(huán)。三、硬件原理圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)3.1總硬件設(shè)計(jì)圖說明本設(shè)計(jì)以8088為核心，以存儲器、總線、接口電路、外設(shè)為要素構(gòu)成了一個最小系統(tǒng)。其中存儲器用到了2764和6264芯片，2764是EPRAM，用來存儲數(shù)據(jù)。6264是ROM芯片，用來存儲程序。接口電路采用8255芯片，這時一個可編程并行接口，采集電壓信號采用了ADC0809，這是一個逐位逼近型8位單片A/D轉(zhuǎn)換芯片，8088的三大總線利用8282鎖存器鎖存信號，外設(shè)是三個數(shù)碼管電路，顯示電壓信號，另外8088與0809的時鐘信號由8282來提供?？傆布O(shè)計(jì)圖見附錄。3.2各子硬件圖說明首先介紹原理圖所用到的芯片：〔1〕、80888088是一個Intel以8086為根底的微處理器，擁有16位元暫存器和8位元外部資料總線。引腳功能略〔2〕、82558255是一個可編程并行接口芯片，管腳如圖1、8255的主要引腳功能CS:芯片選擇信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊;/CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸.RD:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即/RD=0且/CS=0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,即/WR=0且/CS=0時,允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制存放器.〔3〕、ADC0809ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。1、主要引腳功能：ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖〔至少100ns寬〕使其啟動〔脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換〕。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平〔轉(zhuǎn)換期間一直為低電平〕。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能翻開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。2、ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比擬器。START上升沿將逐次逼近存放器復(fù)位。下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門翻開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。(4)、8282

圖3_4是地址鎖存器8282芯片的管腳功能和真值表。8282有8位信號輸入管腳DI7～DI0和8位三態(tài)信號輸出管腳DO7～DO0；OE#為輸出允許信號，低電平有效；STB是鎖存信號。下降沿有效?！?〕、8284時鐘發(fā)生器8284是為8086/8088設(shè)計(jì)的時鐘發(fā)生器/驅(qū)動器。在8284中，除具有時鐘信號產(chǎn)生電路外，還有RESET復(fù)位信號和READY準(zhǔn)備就緒信號同步控制電路。這些電路分別向8086/8088系統(tǒng)提供時鐘信號CLK，以及被CLK同步的復(fù)位信號RESET和準(zhǔn)備就緒信號READY。如圖-3所示〔6〕、6264Intel6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造1、主要引腳功能：OE〔outputenable〕：讀出允許信號，輸入，低電平有效。WE〔writeenable〕：寫允許信號，輸入，低電平有效。CS〔chipenable〕：片選信號1，輸入，在讀/寫方式時為低電平。CS2〔chipenable〕：片選信號2，輸入，在讀/寫方式時為高電平。2、6264的工作過程Intel6264的操作方式由,CE1,CE2的共同作用決定①寫入：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時，數(shù)據(jù)輸入緩沖器翻開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲單元。②讀出：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。③保持：當(dāng)為高電平，CE2為任意時，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。〔7〕、27642764是8K*8字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲器。1、2764主要引腳的含義:OE：輸出允許信號。低電平有效。當(dāng)該信號為0時，芯片中的數(shù)據(jù)可由D0～D7端輸出。CE：選片信號。低電平有效。當(dāng)該信號為0時表示選中此芯片。PGM:編程脈沖輸入端。對EPROM編程時，在該端加上編程脈沖。讀操作時該信號為1。、8286〔引腳圖如下〕8286具有兩組對稱的數(shù)據(jù)引線A7～A0和B7～B0，為雙向的輸入／輸出線，三態(tài)。OE#是輸出允許信號，輸入，低電平有效。當(dāng)OE#為高電平時，A7～A0和B7～B0輸出高阻。T端那么控制數(shù)據(jù)傳送方向，T=1，表示數(shù)據(jù)從A流向B，T=0，表示數(shù)據(jù)從B流向A。因此，只需將8086的數(shù)據(jù)線連接8286的A組端口，8086的數(shù)據(jù)使能連接8286的OE#，8086的數(shù)據(jù)發(fā)送／接收控制DT/R#連接8286的數(shù)據(jù)傳送方向控制端T，便實(shí)現(xiàn)了8086和數(shù)據(jù)驅(qū)動器的連接。、各子硬件電路說明：首先給各個芯片分配的地址RAM276470000H～71FFFHROM62643E000H～3FFFFH8255AA口00378HB口00379HC口0037AH控制字0037BH一、存儲器這是存儲器電路，其中6264存儲程序，2764存儲數(shù)據(jù)，這在程序里定義，它們的地址分別為3E000H~3FFFFH，70000H~71FFFH。當(dāng)程序從cpu里寫入6264時，/WR變?yōu)榈碗娖?，?264的/WE有效，允許寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)cpu執(zhí)行程序時從6264中讀出數(shù)據(jù)，將使/RD有效，即/OE有效，這樣CPU才能讀出數(shù)據(jù)。2764與此類似。接口電路與外設(shè)接口電路采用8255，adc0809從外面讀取電壓值，處理完后從D0~D7送出數(shù)據(jù)，0809采用脈沖啟動的方式，將START和EOC取反連接在一起,當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后下一輪轉(zhuǎn)換馬上開始，這樣就實(shí)現(xiàn)了一直采集數(shù)據(jù)的功能。我們只讀一路端口的值，所以將ADD、ADDB、ADDC都置為0，這樣從IN0讀取數(shù)據(jù)。為了不影響信號的輸入，將其他輸入口接地。根據(jù)0809的指標(biāo)，可知道其量化間隔為delta=Vmax/(2n-1)=2.5V/(256-1)=1mv，Vmax是參考最大電壓，我們設(shè)為2.5V，這樣就有當(dāng)輸入255mv時，輸出就為11111111，將這值從8255的PA口輸入，整個0809的工作過程就是這樣。下面說明8255的工作過程：我們設(shè)置8255的PA口為輸入，PB口為輸出，PC口為輸入。D0~D7接CPU的數(shù)據(jù)總線，PB口接數(shù)碼管的段選，PC口的PC5~PC7接數(shù)碼管的位選。8255不斷讀入數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)從D0~D7輸出，將其存儲在存儲器中，并通過CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時將處理完的數(shù)據(jù)通過PB口送給數(shù)碼管，同時PC5~PC7送位選信號，動態(tài)掃描，利用數(shù)碼管的字形編碼，將值顯示出來。這是一個不斷刷新的電路，只要0809有讀取新數(shù)據(jù)，那么數(shù)碼管就能立刻變化，顯示新的數(shù)據(jù)。CPU模塊我們通過8282鎖存器將8088的地址信息鎖存，利用8286將8088的數(shù)據(jù)信息鎖存。其工作過程如下：系統(tǒng)需要獨(dú)立的地址總線，并在整個總線周期維持地址有效。需外加地址鎖存器來存儲地址，20位地址要三片鎖存器。鎖存器由ALE信號來控制，即ALE作為鎖存器的輸入控制信號，控制地址的寫入。除地址外，BHE#信號也要存入外接的地址鎖存器。

注意ALE是高電平有效，必須和鎖存器的控制信號的電平相一致〔1〕、地址總線形成。將8086的20位地址和BHE#信號分為3組，和3片8282的DI7～DI0連接，CPU的地址鎖存使能ALE與8282的STB端相連。在ALE的下降沿時，對地址信號進(jìn)行鎖存。

地址鎖存器8282相當(dāng)于8個D觸發(fā)器。從真值表可以看出，當(dāng)OE#為高，DO7～DO0為高阻狀態(tài)。當(dāng)OE#為低STB為高時，8282的輸出等于輸入，8282的輸出信號DO7～DO0與輸入信號DI7～DI0相等。當(dāng)STB由高變低，信號被鎖存。OE#為高電平時，8282的輸出為高阻態(tài)，OE#為低，DO7～DO0有效。

以其中的第一個8282為例，不難看出，只要將8282的DI7～DI0與8086CPU的AD7～AD0相連，鎖存號STB與CPU的ALE端相連。就可實(shí)現(xiàn)地址鎖存的功能。而輸出允許信號OE#為什么直接接地？因?yàn)镺E#直接接地表示輸出允許地址信號一直有效〔無高阻態(tài)〕，在不帶DMA的單處理器系統(tǒng)中，完全可以這樣處理。與此類似，第二、第三個鎖存器的連接根本相同。

地址A與數(shù)據(jù)D的復(fù)用〔片〕總線信號作為鎖存器的輸入，由ALE控制輸入，輸出為直通方式，鎖存器輸出為地址信號。

ALE信號僅在新地址輸出期間有效，使新地址輸入鎖存器，從而從復(fù)用總線上別離出地址信號；由于鎖存器輸出為直通方式，使地址信號期延長到整個總線周期?！?〕、數(shù)據(jù)總線的形成。OE#是輸出允許信號，或稱三態(tài)控制信號，低電平有效。A到B表示數(shù)據(jù)從CPU傳送到系統(tǒng)其他設(shè)備，是數(shù)據(jù)寫的數(shù)據(jù)流向，B到A是數(shù)據(jù)從系統(tǒng)的其他設(shè)備傳送到CPU，是數(shù)據(jù)讀的數(shù)據(jù)流向。而CPU的數(shù)據(jù)發(fā)送／接收控制DT/R#=1時，正好是數(shù)據(jù)發(fā)送〔寫〕狀態(tài)，DT/R#=0時，是數(shù)據(jù)接收〔讀〕狀態(tài)，所以可以將DT/R#直接和8286的T相連。8286的輸出使能OE#端那么必須由CPU的DEN#控制。在前面我們已經(jīng)提到了，在CPU的存儲器訪問周期、I/O訪問周期以及中斷響應(yīng)周期DEN#輸出低電平，即輸出有效信號。使能8286允許數(shù)據(jù)通過，完成數(shù)據(jù)的傳輸。8286不能象8282那樣，將OE#直接接地。當(dāng)G=0時，由DIR決定數(shù)據(jù)驅(qū)動的方向；當(dāng)G=1時總線高阻。由DEN信號翻開收發(fā)器，由DT/R#信號選擇收發(fā)器的驅(qū)動方向〔3〕、系統(tǒng)控制信號的形成。注意在最小方式下，由M/IO#、RD#、WR#的組合來決定進(jìn)行什么操作；系統(tǒng)的其它信號直接來自CPU：M/IO#RD#WR#操作101讀存儲器110寫存儲器001讀外設(shè)010寫外設(shè)四、程序設(shè)計(jì)開始1、程序流程圖開始初始化初始化8255ADC0809轉(zhuǎn)換完一次ADC0809轉(zhuǎn)換完一次8255不斷從PA口讀入轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)8255不斷從PA口讀入轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)存儲，然后處理將數(shù)據(jù)存儲，然后處理處理完后將數(shù)據(jù)送到處理完后將數(shù)據(jù)送到PB口，同時PC口高四位送出控制位選信號馬上讀取新一組數(shù)據(jù)馬上讀取新一組數(shù)據(jù)數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)如下：DATASEGMENTORG70000H；數(shù)據(jù)段在70000H中，數(shù)據(jù)存儲在以此開始的單元中DATA1DB64DUP(?)LEDDB0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;定義一個共陽極數(shù)碼管編碼0~9ENDSDATACODESEGMENTORG3E000H；定義代碼段在3E000H開始的單元ASSUMECS:CODE,DA:DATAINTI_8255:PROCNEAR；8255初始化子程序MOVDX,37BH；將8255的控制字地址送到DX中MOVAL,91H；根據(jù)實(shí)際要求，控制字為10010001B，并送給ALOUTDX,AL；將此控制字信息輸出8255的控制存放器中INTI_8255EDNP；8255初始化子程序結(jié)束START:；主程序開始MOVAX,DATAMOVDS,AXMOVAX,SEGDATA1；將變量DATA1的首地址存入AX中MOVDS,AXMOVSI,OFFSETDATA1；將變量DATA1的偏移地址送到SI中CALLINTI_8255；調(diào)用8255初始化程序MOVCX,0AGAIN:MOVDX,37AHOUTDX,CXMOVAX,00000110BOUTDX,AX；給ALE送一個上升沿NOP；等待MOVAX,0OUTDX,AX；給START送一個下降沿，讓轉(zhuǎn)換開始，以后轉(zhuǎn)換開始信號就靠EOCMOVDX,37AH ；將PC口得地址送到DXMOVAX,00000100BOUTDX,AX ；將PC2=1送到OE口MOVDX,378HINAL,DX ;讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束MOV[SI],AL ;將轉(zhuǎn)換的結(jié)果存入DATA1單元中MOVAX,DATA1XIANSHI:；顯示局部MOVBX,OFFSETLED；將LED的偏移地址送到BXMOVDX,379H；將數(shù)據(jù)從存儲器內(nèi)讀回，送到PB口DIV100；處理數(shù)據(jù)，將數(shù)值除完后取百位存入AL中XLATLED；將值換成數(shù)碼管的字符碼OUTDX,ALMOVDX,37AHOUTDX,10H；位選，顯示百位 LOP:LOOPLOP；等待MOVDX,379H；以下類似DIV100MOVAX,AH;將值除以100后取余數(shù)再除以10取其值DIV10XLATLEDOUTDX,AL;顯示十位MOVDX,37AH