包装流水线控制系统设计毕业设计论文.doc

微机原理与接口技术
课程设计

设计题目： 包装流水线控制系统设计
学 院： 仪器与电子学院
专 业： 测控技术与仪器

目录
一、任务与要求
1、设计题目
2、设计目的
3、设计内容
4、设计要求
二、设计方案
三、模块设计与分析
1、主要芯片功能简介
2、子硬件电路
3、总电路
四、程序设计
1、程序框图
2、程序代码
五、调试与分析
六、项目总结
七、参考文献

一、任务与要求
1．设计题目
包装流水线控制系统设计
2． 设计目的

1)建立微机系统的概念，加深对系统的理解和认识，培养我们应用微型计算机解决实际问题的能力；
2)了解8088CPU总线的形成原理以及存储器扩展方法；
3)了解8253，电机控制接口电路的设计方法；
4)通过程序的编写，提高汇编语言程序编写的水平并熟练掌握程序调试的方法。
3．设计内容
以8088CPU为核心设计包装流水线控制系统。
4．设计要求
所设计的系统可对传送带上的产品的包装过程进行控制、计数和显示(最大显示值为9999)。其控制过程为启动流水线工作后，每计数24个产品通过，控制驱动传送带运动的交流电机停止运转1分钟（工人打包时间），然后再继续运转，循环往复进行，在生产过程中实时显示已包装产品的总数。
二、 设计方案
　　将红外传感器的发射与接收装置分别安装在产品传送带的两侧，将两者对准。当没有产品通过传感器时，接收器受红外光照而导通，从发射极输出高电平；当有产品通过传感器时，遮断红外线，接收器晶体管截止，产生一个负脉冲输出，用作计数脉冲。同时触发级联的四片74160和8253进行计数，四片级联74160计数范围0~9999，符合题目 要求。每经过一个产品，产生一个负脉冲，使8253计数器在预设值基础上自动减1，同时74160计数器加1，并通过七段LED专用显示译码器7448译码在LED显示器上显示已通过的产品数目。通过24个产品后，通过8253的计数功能，使传送带停止工作一分钟，一分钟结束后，通过8253的计数功能再次使电机启动，继续对产品进行计数。
三、模块设计与分析
1．主要芯片功能介绍
(1)8088CPU
8088CPU是具有40条引出线的集成电路芯片，采用双列直插
式封装。
主要功能引脚：
IO／M：输入输出／存储器控制信号， 三态。用来区分当前操作时访问存储器还是访问I／O端口。若此引脚输出为低电平，则访问存储器；若输出为高电平，则访问I／O端口。
WR：写信号输出，三态。此引脚输出为低电平，表示CPU正在对存储器或I/O端口进行写操作。
DT/R：数据传送方向控制信号，三态。用于确定数据传送到的方向。高电平时，CPU向存储器或I/O端口发送数据：低电平时，CPU从存储器或I/O接收数据。此信号用于控制总线接收器8286/8587的传送方向。
DEN：数据允许信号，三态。该信号有效时表示数据总线上具有有效数据。它每次访问内存或I/O接口以及在中断响应期间有效。常用作数据总线驱动器的片选信号。
ALE:地址锁存信号，三态输出。高电平有效。当它为高电平时，表明CPU地址线上有有效地址。因此它常作为锁存控制信号将A0--A19锁存到地址锁存器。
RD：读选通线号，三态输出。低电平有效。当其有效时，表示CPU正在对锁存器或I/O接口进行读操作。
（2）8253
8253是一个Intel公司生产的三通道16位的可编程定时/ 计数器，是具有24根引脚的双列直插式器件。
主要功能引脚：、
CS：选片信号，输入。低电平有效。
RD：读控制信号，输入。低电平有效。
WR：写控制信号，输入。低电平有效。
A0、A1：地址信号线，决定了8253芯片所具有的地址范围。
（3）EPROM2764
2764芯片是一个8K x 8bit的EPROM芯片，引脚如下图所示：

主要功能引脚：
OE：输出允许信号。低电平有效。当OE=0时，芯片中的数据可由D0~D7端口输出。
CE：选片信号。低电平有效。当CE=0时表示选中此芯片。
PGM：编程脉冲输入端。对EPROM编程时，在该端加上编程脉冲。读操作时PGM=1.
（4） LED数码管
LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已经在内部连接完成，接线时只需引出它们的各个笔画，公共电极。LED数码管常用段数通产为7段，有的另加一小数点，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类。该课程设计采用共阴的LED数码管。

共阴极LED数码管的内部结构原理如下图；

显示数字对应的二进制电平信号如下表

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。本课程设计采用动态驱动，使用七段显示译码器7448，它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码，并在数码管上显示出来。

2、 各子硬件电路
（1）8088最小总线模式：8088工作在最小模式下。电
图如下图所示：

我们通过8282锁存器将8088的地址信息锁存，利用8286驱动8088数据总线。其工作过程如下：系统需要独立的地址总线，并在整个总线周期维持地址有效，需外加地址锁存器来存储地址，20位地址需要上三片8282锁存器。锁存器由ALE信号来控制，即ALE作为锁存器的输入控制信号，控制地址的写入。主要ALE是高电平有效，必须和锁存器的控制信号的电平相一致。
a）地址总线AB的形成
将8088的20位地址分为3组，和3片8282的DI7~DI0链接，CPU的地址锁存使能ALE与8282的STB端相连。在ALE的下降沿时，
对地址信号进行锁存。地址锁存器8282相当于8个D触发器。当OE为高，D07~DO0为高阻状态，当OE为低，STB为高时，8282的输出等于输入，8282的输出信号D07~DO0与输入信号DI7~DI0相等。当STB由高变低，信号被锁存。OE为高电平时，8282的输出为高阻态，OE为低，D07~DO0有效。以其中的第一个8282为例，可以看出，只要将8282的DI7~DI0与8088CPU的AD7~AD0相连，锁存号STB与CPU的ALE端相连。就可实现地址锁存的功能。OE直接接地表示输出允许地址信号一直有效(无高阻态)，在不带DMA的单处理器系统中，完全可以这样处理。与此类似，第二、第三个锁存器的连接基本相同。地址A与数据D的复用(片)总线信号作为锁存器的输入，由ALE控制输入，输出为直通方式，锁存器输出为地址信号。ALE信号仅在新地址输出期间有效，使新地址输入锁存器，从而从复用总线上分离出地址信号；由于锁存器输出为直通方式，使地址信号期延长到整个总线周期。
b）数据总线DB的形成
OE是输出允许信号，或称三态控制信号，低电平有效。A到B表示数据从CPU传送到系统其他设备，是数据写的数据流向，B到A是数据从系统的其他设备传输到CPU，是数据读的数据流向。而CPU的数据发送接收控制DT/R=1时，真好书数据发送（写）状态，DT/R=0时，是数据接收（读）状态，所以可以将DT/R直接和8286的T相连。8286的输出时能OE端必须由CPU的DEN控制。在前面我们已经提到了，在CPU的存储器访问周期，I/O访问周期以及中断响应周期DEN输出低电平，即输出有效信号使能8286允许数据通过，完成数据的传输。将OE段接8088的DEN，由DEN信号打开接收器，由DT/R信号选择接收器的驱动方向。
c）系统控制信号的形成
在最小方式下，由控制信号IO/M、RD、WR的组合来决定进行什么操作，系统的其他信号直接来自CPU
d)存储扩展技术
存储器扩展技术博爱扩位扩展、字扩展、字扩展位。位扩展电路连接方法是：将每个存储芯片的地址线和控制线（包括线片信号线、读写信号线等）全部并联在一起，而将他们的数据线分别引至数据总线的不同位上。字扩展的电路连接方法是：将每个芯片的地址信号、数据信号和读写信号等控制信号线按信号名称称全部并联在一起，只将片选端分别引出到地址译码器的不同输出端，即用片选信号来区别各个芯片的地址。
（2）EPROM2764存储器模块：地址范围：70000H~71FFFH
用于存放程序代码的存储器EPROM2764接在8088上。高位地址线A19~A13通过38译码器接在2764片选端CE，地位地址线A0~A12接在2764响应端口，数据线AD0~AD7接在2764的D0~D7。

（3）8253定时器模块：地址范围：0FF04H~0FF07H
8253的CLK2接一个时钟脉冲发生器，OUT2接CLK1，GATE2接+5V，OUT1接GATE0，并接到电机控制电路，OUT0经非门连接到GATE1，CLK0接红外传感器。

8253计数器工作方式设定：

启动8253、8088，CLK2接收1MHZ的时钟脉冲，由于计数器2工作在方波发生器方式下，所以OUT2输出100HZ方波，将其接到CLK1，作为计数器1的时钟脉冲。此时GATE1端无上升沿触发，则OUT1输出低电平到GATE0，是OUT0强迫输出高电平，GATE1接收低电平，当计数器1写入控制字后，OUT1输出高电平到GATE0，同时使电机启动。字啊计数器0写入控制字和初值后，每通过一个产品时，计数初值减1，的那个通过24个产品后，OUT0端变成低电平，这个由高变低的电平跳变经过非门送到GATE1，GATE1接受一个由低变高的电平跳变，则立即触发计数器1开始工作，由于CLK1接受的时钟脉冲周期为0.01s，初值为6000，则OUT1输出持续60s的负脉冲懂啊电机控制电路，使电机停止工作，同时GATE0接收低电平，计数器0停止工作，OUT0又强迫输出高电平。当60s延迟结束后，OUT1输出高电平到电机控制电路个GATE0，计数器0重新写入初值，电机继续运转，循环往复统计通过的24个产品。在产品通过的同时，红外传感器产生的负脉冲触发10000进制的加法计数器计数，在LED显示屏上实时显示通过的产品总数。
（4）物品通过检测模块：红外传感器（光电对管）
把红外传感器（红外发射，接受装置）安装在产品传送带的两侧，将两者对准。当没有产品通过传感器时，接收器受红外光照射而导通，从发射极输出高电平；当有产品通过传感器时，遮断红外线，接收器晶体管截止，产生一个负脉冲输出，用作计数脉冲。

（5）电机驱动模块：继电器驱动
电机控制电路接8253的OUT1端口，通过其输出的高低电平来控制电机的启动和关闭。

（6）计数显示模块
当有产品通过传感器时，遮断红外线，接收器晶体管截止，产生一个负脉冲输出，用作计数脉冲，同时触发级联的四片74160和8253进行计数。每经过一个产品，产生一个负脉冲，使8253计数器自动减1，同时74160计数器加1，并通过7448显示译码器译码在LED显示器上显示出通过的产品的数目。

（7）给各个芯片分配的地址如下表：

2、 总电路图：

四、 程序设计
1、 程序框图：

2、 程序代码：

五、 调试与分析
六、 项目总结
通过本次课程设计，使我们更加深入的了解了8088和8253的工作原理，并对74160计数器、7488译码器的应用接法有了更进一步的了解和认识。本次课设有助于我们将理论与实际相结合，将所学知识运用到了实际设计中来。同时，包装流水线控制系统这一设计课题涉及到了《数字电子技术基础》等学科的相关知识，做到了学科间的紧密联系，我们也从中深刻体会到了平时学习过程中应当注意学科间的联系，所学理论只有在实际有所运用才是真正的掌握了所学知识。
实验过程当中有如电动机接法、传送带工作机制和制动（延时）等问题进行了反复修改。在此过程中，我们通过不断的查资料，修改，最终解决了所遇到的问题，获得了前所未有的收获。从中我们意识到只有不断的思考，不断的论证方案的可行性，才能对系统进行改进并最终得出最好的设计方案。同时，团队的合作也是至关重要的，成员间的紧密合作、相互讨论、对各成员的不同意见分析汇总也极大地加快了方案的生成。
本次提交的设计方案中难免还会存在一些问题，但我们会不断改进，力求完善，恳请老师多多指正。
七、 参考文献
《微型计算机原理与接口技术》 冯博琴编 清华大学出版社
《数字电子技术基础》 寒炎编 电子工业出版社