电压采集电路设计.doc

微型计算机原理课程设计目录一、设计目的2二、设计内容2三、整体设计方案设计2四、设计任务3五、硬件设计及器件的工作方式选择31、硬件系统设计方框图：32、中断实现：8259A工作方式选择及初始化43、定时功能实现：8253的工作方式及初始化44、数码管显示及ADC的数据传输：8255的工作方式及初始化55、模拟电压转换为数字量：ADC0809的初始化56、地址编码实现：74LS138及逻辑器件67、显示功能：数码管显示6六、软件设计71、主程序流程图72、中断子程序73、显示子程序84、初始化98295A初始化流程图98253初始化流程图98255初始化流程图95、程序清单及说明10七、本设计实现功能13八、元件清单14九、所遇问题与小结141、问题与解决142、小结体会15附：系统硬件连线图16一、 设计目的1、 了解和掌握74LS138、8253、8255A、ADC0809等可编程接口芯片、中断控制器8259以及LED显示器的原理和功能；2、 能用上面的接口芯片构建一个简单的系统控制对象；3、 进一步了解计算机得工作原理，接口技术，提高计算机硬件，软件综合应用能力，即对微机原理，接口技术，汇编语言程序设计进行综合训练；4、 掌握接口电路的综合设计与使用。二、 设计内容利用微型计算机原理课程中所学的主要可编程接口芯片74LS138、8253、8255A、ADC0809和中断控制器8259设计一个模拟电压采集电路。采用ADC0809设计一个单通道模拟电压采集电路，要求对所接通道变化的模拟电压值进行采集，采集来的数字量送至数码管LED指示，采集完100个数据后停止采集过程。三、整体设计方案设计 首先模拟电压量通过ADC0809转换为数字量D，定时器8253计时，计时结束后向8259A发出中断请求，CPU响应中断，接受8255的数据量D，并进行运算。当进行了100次数据采集之后，将平均电压通过8255送到数码管显示。通过编码器，对器件进行地址选择。四、设计任务1、 选用8088CPU和适当的存储器芯片、接口芯片完成相应的功能。2、 画出详细的硬件连接图。3、 画出各程序的详细框图。4、 给出RAM地址分配表及接口电路的端口地址。5、 给出设计思路。6、 给出程序所有清单并加上必要的注释。7、 完成设计说明书。五、硬件设计及器件的工作方式选择ADC1、硬件系统设计方框图：地址线ROM数据总线8255数码管数据缓冲器8 0 8 8编码器8259A地址总线控制总线82532、中断实现：8259A工作方式选择及初始化 芯片简要介绍：8259A是专门为了对8086/8088进行中断控制而设计的芯片，它是可以用程序控制的中断控制器。单个的8259A能管理8级向量优先级中断。在不增加其他电路的情况下，最多可以级联成64级的向量优先级中断系统。8259A有多种工作方式，能用于各种系统。各种工作方式的设定是在初始化时通过软件进行的。 在总线控制器的控制下,8259A芯片可以处于编程状态和操作状态.编程状态是CPU使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始化编程的状态。 主要功能：而在本设计中，8259的主要作用是当8253延时完毕之后，让CPU响应中断，发命令给8255，接收ACD0809的电压信号。 所以，只要开通8259A的一路中断（本设计开通了IR0）即可。工作方式选择：单片8259AA,上升沿有效,初始化时写入,IR0IR7的中断号为08H0FH,一般全嵌套，费缓冲方式1，正常中断结束，CPU为8088,允许IR0中断，非循环优化级方式，L2L0无效，不设置EOI命令。3、定时功能实现：8253的工作方式及初始化 芯片简要介绍：8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。 频率选择与计算：8253的最高工作频率为2.6MHz，而ADC的最高工作频率为100KHz（100us），所以在选择参考频率fref时，而且考虑到程序运行时的指令的时间，参考与计数器所装的数N的乘积：fref*N，应远大于100us，可取为1ms。若取参考频率fref为：2MHz,则N的取值为：十进制的500（01F4H）。 工作方式选择：工作方式2被称作速率波发生器。进入这种工作方式， OUTi输出高电平，装入计数值n后如果GATE为高电平，则立即开始计数，OUTi保持为高电平不变； 待计数值减到“1”和“0”之间， OUTi将输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲，计数值为“0”时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数，OUTi将输出一定频率的负脉冲序列， 其脉冲宽度固定为一个CLKi周期， 重复周期为CLKi周期的n倍。所以当每次计数完毕后，OUTi放出一个负脉冲，用于触发中断。并且由于装数N小于FFFFH，所以只要一个计数器即可。所以，本次设计可选择计数器0，工作方式2，装数N为01F4H。4、数码管显示及ADC的数据传输：8255的工作方式及初始化芯片简要介绍：8255是一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。具有24个可编程设置的I/O口,即使3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。工作方式：PA口接数码管的位选，PB口接ADC0809的数据线D0D7，PC口接数码管的位选，三个接口的工作方式均为方式0。5、模拟电压转换为数字量：ADC0809的初始化8路输入通道，8位AD转换器，即分辨率为8位。 转换时间为100s。单个5V电源供电，模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。参考电压V+为5V，V-为0V，工作电压为5V。6、地址编码实现：74LS138及逻辑器件74LS138为38译码器，本设计需要地址选择的器件有3个（8259A，8255，8253），所以只要一个74LS138即可。CPU的数据传输线A0A3分别接芯片的A0A3，CPU的A4A6分别接74LS138的A，B，C，而其他位通过与门接74LS138的S3（S3为高电平有效）。而74LS138的输出Y0接8259A，Y1接8255，Y2接8253。从而得出器件的地址编码如下表：器件起始地址8259A10H825520H825330H7、显示功能：数码管显示本设计通过两位数码管进行电压大小的显示，其中一位为各位，另一位为小数点后第一位。通过8255进行动态显示。六、软件设计1、主程序流程图YN开始初始化SUM与N清零显示VN=100？V=SUM/100 2、中断子程序进入中断N=N+1SUM=SUM+D中断返回3、显示子程序显示位为两位，所以把显示的电压扩大10倍，则可以显示小数点后的一位：CX=AX*50/256选择低位段选分离低位数:BL=CL-10H送低位数的段选延时选择高位段选分离高位数:BL=CL-10H送高位数的段选延时返回4、初始化8295A初始化流程图ICW1,单片8259A,上升沿有效,初始化时写入ICW4ICW2,IR0IR7的中断号为08H0FHICW4,一般全嵌套，费缓冲方式1，正常中断结束，CPU为8088OCW1,允许IR0中断OCW2，非循环优化级方式，L2L0无效，不设置EOI命令8253初始化流程图初始化控制器：选择计数器0，工作方式2，先写低8为再写高8位给低8位赋值给高8位赋值8255初始化流程图工作方式0，A、C口输出，B口输入5、程序清单及说明DATAS SEGMENTDATA1 DB 3FH,06H,56H,66H,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH;数码管显示向量表SUM DD 00H;数字电压的累加变量N DB 00H;采集数据的次数V DB 00H;显示的数字电压量DATAS ENDSCODES SEGMENT ASSUME CS:CODES,DS:DATAS,SS:STACKSSTART: MOV AX,DATAS MOV DS,AX MOV SI,OFFSET DATA1 MOV AL,13H;ICW1,单片8259A,上升沿有效,初始化时写入ICW4OUT 10H,ALMOV AL,08H;ICW2,IR0IR7的中断号为08H0FHOUT 11H,ALMOV AL,80H;ICW4,一般全嵌套，费缓冲方式1，正常中断结束，CPU为8088OUT 11H,ALMOV AL,0FEH;OCW1,允许IR0中断OUT 11H,ALMOV AL,00H;OCW2，非循环优化级方式，L2L0无效，不设置EOI命令OUT 10H,ALCLI;关中断，填写中断向量表MOV AX,0MOV ES,AXMOV DI,20HMOV AX,OFFSET INTPCLDSTOSW;将中断服务程序首址偏移值送20HMOV AX,SEG INTPSTOSW;将中断服务程序首址段值送20HSTI;开中断MOV AL,34H;选择计数器0，工作方式2，先写低8为再写高8位OUT 33HMOV AL,0F4H;给低8位赋值OUT 30H,ALMOV AL,01H;给高8位赋值OUT 30H,ALMOV AL,82H;均为工作方式0，A、C口输出，B口输入OUT 23H,ALA:MOV DI,OFFSET SUM;把显示的数送给VMOV AX,DIMOV DI,OFFSET VDIV AX,100MUL AL,50DIV AX,256MOV DI,OFFSET VMOV DI,AXMOV DI,OFFSET SUM;SUM清零MOV DI,00HMOV DI,OFFSET N;N清零MOV DI,00HB: MOV DI,OFFSET NCMP DI,100JE AMOV DI,OFFSET XMOV AX,DIMOV CX,AX*50/256; 由于显示位为两位，所以把显示的电压扩大10倍，则可以显示小数点后的一位MOV AL,01H;选择低位段选OUT 22H,ALMOV BL,CL-10H;分离低位的数MOV AL,(BL+SI)OUT 20H,AL;送低位数的段选CALL DELAY;延时MOV AL,02H;选择高位的位选OUT 22H,ALMOV BL,CL/10;分离高位的数MOV AL,(BL+SI);OUT 20H,AL;送高位数的段选CALL DELAY;延时JMP B;返回START ENDPINTP PROC NEARIN AL,21H;读取数字电压量MOV DI,OFFSET SUMAND AX,00001111BADD DI,AX;SUM=SUM+采集数字电压MOV DI,OFFSET N;采集累加次数加1MOV CL,DIMOV CH,CL+1MOV DI,CHIRETINTP ENDP MOV AH,4CH INT 21HCODES ENDS END START 七、本设计实现功能从附图的硬件连线图中，Vin口送入模拟电压量，然后再数码管上显示电压的大小，其中上面的为个位，下面的为小数点后第一位。系统大概每隔0.1s进行100次数据采集完整的，然后把平均量送到数码管显示。八、元件清单名字数量功能80881CPU8259A1中断82823地址锁存82861数据缓冲与门若干要有14路，地址编码非门1存储器/其他IO器件选择82531定时82551并行接口74LS1381地址编码九、所遇问题与小结1、问题与解决1) 虽然ADC芯片在课程中没有设计到，通过上网查阅资料，了解芯片管脚及其主要功能。2) 关于各种器件地址如何进行编码。由于本设计系统比较简单，主要通过与门及3-8译码器，运用比较简单的编址方法进行解决。3) 关于8088的一些其他连线。从硬件图可以看到，没有给出完整的芯片管脚图，由于如RESET、REDAY、DEN、VCC、GND管脚不影响功能实现，所以只画出影响功能实现的管脚图。2、小结体会通过本次微机课程设计，更加进一步的理解了课本上的知识，并能够加以扩展，从而应用于实践当中，在软件DXP中，画出了硬件系统图。并分别画出了程序流程图，并写出了程序。这几天的课程设计令我受益匪浅，由于一开始不熟悉，找元件、布线花了不少时间，遇到一些不懂的地方就上网或者问用过的同学寻求解决方案。很多平时模棱两可的知识点都认真复习并实践了，毕竟看程序和写程序是有很大区别的。在设计程序的过程中，我不仅对以前学过的汇编语言进行了重温和查漏补缺，而且对程序整体的把握和细节的处理能力得到了很大的提高。对微机接口技术及编程技巧提升了认识，意识到我们所学的东西将来都是要付诸实践的，所以一切要从实际情况出发，理论联系实际，这样才能真正发挥我们所具备的能力。附：系统硬件连线图- 17 -