微机原理课程设计-全自动豆浆机.doc

一、题义分析及解决方案1.题义需求分析用STARES598PCI单板开发机设计一款全自动豆浆机，豆浆机的工作原理如下：上电-水位检测-水位合适开始加热-加热到80°C开始打浆（打15秒，停15秒，共4次）-继续加热一定时间（溢出到时暂时停止加热）。打浆后继续加热，检测到4次溢出完成。具体要求：（1）加热温度可以不到80度，设为35度；（2）水位合适由按键模拟；（3）打浆过程由电机模拟（4）温度要求显示由上述的需求可以分析如下：根据设计内容要求可知：1）用STARES598PCI单板开发机设计一个全自动豆浆机。接口可以使用8255A或8279，考虑该设计要求实现的功能较多，这里我们选择同时使用8255A和8279芯片，用于系统控制电路。其中8255芯片主要用于控制把直流电机的控制信号输出到继电器来控制电机，接收水位测量的两个按键信号。8279芯片用于控制温度的测量，控制LED数码管的温度显示。2）水位合适检测和水位溢出检测由按键模拟，考虑到方便性，我们选择二进制开关，用1表示水位合适或溢出，0表示水位不合适或不溢出。3）加热使用温度传感器DS18B20，DS18B20在本设计中主要是测量加热的温度并将接收的模拟信号转化为数字信号输出至8255A中。4）打浆过程由直流电机模拟，打浆时，打15秒，停15秒，共四次，由软件用汇编语言编程来实现。5）温度的显示用七段LED显示器2.解决问题方法及思路1）硬件部分为了完成这个实验，PC机和ES-PCI固然不可少，另外，为了能使各个功能模块更好的实现，我们选择8255和8279作为我们的主控芯片。打浆功能由直流电机来实现，温度的测量由DS18B20来实现，温度的显示由LED来实现，水位的合适与溢出由两个二进制开关来实现，直流电机的控制由继电器来实现。我们用8279的B口连接LED数码管段码，用于控制显示那一段，C口连接LED数码管选择脚。我们把8255的PC0-PC3设置为输入口，PC0连接DS18B20的TOUT，PA口连接二进制开关，PC4-PC7设置为输出口，PC4口连接继电器（用于控制直流电机），PC5连接DS18B20的TCtrl，用于控制加热和暂停加热，到此，硬件设计基本完成。2）软件部分除了必需的硬件之外，合理的程序设计也是本实验的重中之重，为了完成本实验中的所有功能，需要5大程序段。、温度测量程序模块。、电机循环打浆程序模块。、温度的显示程序模块（包括段选和位选）。、加热程序模块。、水位的检测由二进制开关模拟，只需输入一个信号即可（包括水位合适和水位溢出）。二、硬件设计1、选择芯片8255A1）芯片8255A在本设计中的作用8255在本实验作为控制芯片，把直流电机的控制信号输出到继电器来控制直流电机，接收水位测量的两个按键信号。2）芯片8255A的功能分析8255A是一种可控制编程的并行接口芯片，采用40脚双列直插式封装，单一+5V电源，全部输入/输出均与TTL电平兼容。它有A、B、C三个并行输入/输出端口，其功能全部由程序设定，每个端口都有自己的特点。本设计中8255A工作于方式0，即基本输入输出方式，其中PA口作为输入口，PB口作为输出口，PC0作为输入，C口的其他位不用。8255A在方式0下可将三个数据端口划分为4个独立的部分，A、B口分为两个8位端口，C口高4位和低4位分别用作两个4位端口。在此方式下，输出的数据被锁存，而输入的数据是不锁存的。8255A的内部结构图如下：图8255A的内部结构图8255A的方式控制字：D7D6D5D4D3D2D1D01A组工作方式A口I/OC7-C4I/OB组工作方式B口I/OC3-C0I/O|特征位00：方式01：输入1：输入0：方式01：输入1：输入01：方式10：输出0：输出1：方式10：输出0：输出10：方式2图28255A的方式控制字8255A的置位/复位控制字：D7D6D5D4D3D2D1D00×××写入位编码写入内容写入位|编码|PC00000:写入0PC10011:写入1PC2010PC3011PC4100PC5101PC6110PC7111图38255A的方式控制字：3）芯片8255的技术参数表1_18255A主要技术参数参数名称符号测试条件最大规范值最小规范值输入低电平电压VIL0.8V-0.5V输入高电平电压VIHVcc2.0V输入低电平电压（数据总线）VOLIOL=2.5MA0.45V输入低电平电压（外部端口）VOLIOL=1.7MA0.45V输入高电平电压（数据总线）VOHIOH=-400MA2.4V输入高电平电压（外部端口）VOHIOH=-200MA2.4V达林顿驱动电流IDARREXT=750VEXT=1.5V-0.4MA1.0MA电源电流ICC120MA输入负载电流IILI=Vcc0V+10MA-10MA输出浮动电流IOFLVout=Vcc-0+10MA-10MA8255A主要参数分析：8255A的达林顿驱动电流最大为4.0mA,当电流超过达林顿驱动电流是芯片就有可能会被损坏，而LED的驱动电流要比它高的多发光，在保证8255芯片安全的同时又能让LED管显示就会需要外加器件。8255有A、B、C三个并行输入输出端口（简称为A口、B口、C口），其功能全部由程序设定，每个端口都有自己的特点。A口、B口通常作为独立的I/O的端口使用，C口也可以作为独立的I/O端口使用，但当A口、B口作为应答式的I/O端口使用时，C口分别用来为A口、B口提供应答控制信号。各端口的功能如表1-2所示。表1_28255A的端口功能工作方式A口B口C口0基本输入/输出端口，输入不锁存，输出锁存。同A口同A口1选通输入/输出端口，输入/输出均可锁存。同A口C口3位作为A口的应答线；C口另3位作为B口的应答线。2应答式双向输入/输出端口，均可锁存。不用C口5位作为A口的应答线。2、选择芯片82791）8279在本设计中的作用：8279是专用键盘、数码管显示接口芯片，它可以自动维持7段显示器的刷新，不需要主机的干预，并且可以同时完成矩阵键盘的扫描，通过译码器获得8个显示器的选通信号，即位选通信号。8279芯片用于控制温度的测量，控制LED数码管的温度显示。2）芯片8279的功能分析：A.8279的内部结构框图如下所示：(1)数据缓冲器它连接内、外总线，暂时CPU与8279芯片之间传送的命令、数据或状态。(2)I/O控制它用于控制信息的流向及区分信息的特征。CS=1时，由RO或WR控制从8279读出或向8279写入；A0=0时，选中数据寄存器，输入/输出均为数据。A0=1时，选中命令、状态寄存器，输入时位命令，输出时位状态。(3)控制与定时寄存器它用来寄存键盘和显示的工作方式，以及由CPU编程的其他操作方式，并通过译码产生相应的控制信号，完成规定的控制功能。数据缓冲器I/O控制FIFORAM状态寄存器显示地址寄存器16×8显示RAM控制与定时寄存器8×8FIFORAM键盘去抖与控制显示寄存器定时控制扫描计数器返回缓冲器片内总线SL0SL3RDD0D7OUTA03时钟复位OUTB03CSWRA0BDIRQCNTL/STBRL0RL7SHIFT图48279的内部结构框图(4)定时控制它对外部时钟信号CLK分频至内部所需要的100kHz时钟。(5)扫描计数器它可根据编程命令按编码或译码方式工作。编码方式：4位计数器按二进制计数，计数状态从扫描线SL0SL3输出，经外部译码器译码后，为键盘和显示器提供16个扫描信号。译码方式：扫描计数器最低两位被译码后从SL0SL3输出，可直接作为键盘和显示器扫描信号。此时键盘矩阵为4×8，显示字符为4位。(6)键盘去抖与控制键盘去抖电路：在键盘扫描方式中，当有键闭合时，按命令指定方式去抖动后读入键值。控制电路：按命令指定方式控制去抖电路的工作过程，以及对返回信号进行处理。(7)返回缓冲器它锁存来自RL0RL7的回复信号，在键盘扫描方式中，返回线与键盘矩阵列线相连，在逐行扫描时搜寻一行中闭合键所在的列。当有键闭合时，经去抖动后经行、列编码和附近的移位、控制状态一起形成键盘数据送至FIFO存储器，供CPU读取。表3键盘数据格式D7D6D5D4D3D2D1D0CNTLSHIFTSL2SL1SL0R2R1R0控制移位行编码列编码其中，控制和移位由两个独立的附加开关决定；SL2SL1SL0为按下键的行编码，来自扫描计数器的低3位；R2R1R0是根据返回信号确定的列编码。(8)FIFORAM它是一个8×8RAM，在键盘输入方式时遵循先入先出（FIFO）原则。(9)FIFORAM的状态寄存器它用来存放FIFORAM的状态，例如RAM空、满等。当工作在键盘方式FIFO存储器不空时，将产生IRQ1信号向CPU申请中断。(10)显示RAM、显示地址寄存器显示RAM用来存储显示数据。容量为168位。在显示过程中，存储的显示数据轮流从显示寄存器输出。显示寄存器分别为A、B两组，OUTA03和OUTB03可以单独送数，也可以组成一个8位的字。显示寄存器的输出与显示扫描配合，不断从显示RAM中读出显示数据，同时轮流驱动被选中的显示器件，以达到多路复用的目的，使显示器件呈现稳定的显示状态。显示地址寄存器用来寄存由CPU进行读/写显示RAM的地址，它可以由命令设定，也可以设置成每次读写或写入之后自动递减。(11)显示寄存器它存放显示内容。在显示过程中它与显示扫描配合，轮流从显示RAM中读出显示信息并依次驱动被选中的显示器件，循环不断地刷新显示字符编码，使显示器件呈现稳定的显示字符。8位显示寄存器分为A、B两组，OUTA03和OUTB03可以单独送树，显示4个字符也可以组成一个8位字符。(12)显示地址寄存器它寄存读/写显示RAM地址，即对应显示字符从哪一位开始。它由命令设定，并可设置成每次读出或写入之后自动加1。B芯片8279是一种具有40条引脚的双列直插式芯片，它的外部引脚如下图所示：CS（片选）：输入线，当CS=0时8279被选中，允许CPU对其读、写，否则被禁止。D0D7（数据总线）：双向、三态总线，和系统数据总线相连；用于CPU和8279间的数据/命令传递。A0：地址线，进行片内端口选择。为0时，选中数据寄存器；为1时选中命令/状态寄存器。RD、WR（读、写信号）：输入线。低电平有效，来自CPU的控制信号，控制8279的读、写操作。CLK：系统时钟，为8279芯片提供内部定时。RESET：复位线，高电平时复位8279到：16个字符显示（左进方式）；编码扫描键盘（双键锁定）；时钟设置为31。IRQ（中断请求）：输出线。高电平有效。8279D0D7IRQRL0RL7SHIFTCNTL/STBRDWRCSA0CLKRESET+5VGNDOUTB03OUTA03SL0SL7BD图5外部引脚图在键盘工作方式中，当FIFO/传感器RAM存有数据时，IRQ为高电平。CPU每次从RAM中读出数据时，IRQ变为低电平。若RAM中仍有数据，则IRQ再次恢复高电平。在传感器工作方式中，每当检测到传感器状态变化时，IRQ就出现高电平。SL0SL3：扫描线，用来扫描键盘或显示器，可编程设定为编码输出或译码输出。RL0RL7：返回线，用作键盘矩阵列线的返回信号输入。SHIFT：移位信号，高电平有效，是键盘数据的D6位，用于扩充键的控制功能，如作为上、下档功能键。CNTL：控制线，高电平有效，键盘工作方式时，是键盘数据的D7位，用于扩充键的控制功能控制功能键。OUTA0OUTA3，OUTB0OUTB3：A组、B组显示信号输出线，与扫描线SL0SL3同步，实现分时数据显示，即刷新各位显示字符。两组可独立使用，也可合并使用。BD（显示消隐）：输出线。低电平有效。该信号在数字切换显示或使用消隐命令时，将显示消隐。C8279的工作过程通过确定其方式字/命令字来实现。当A0=1时，CPU向8279芯片写入命令。(1)设置键盘/显示方式表2_2设置命令字D7D6D5D4D3D2D1D0000DDKKK其中：D7、D6、D5=000方式设置命令特征位。DD（D4、D3）：来设定显示方式，其定义如下：00：8个字符显示，左入口01：16个字符显示，左入口10：8个字符显示，右入口11：16个字符显示，右入口所谓左入口，即显示位置从最左一位（最高位）开始，以后逐次输入的显示字符逐个向右顺序排列；所谓右入口，即显示位置从最右一位（最低位）开始，以后逐次输入的显示字符时，已有的显示字符逐个向左顺序移动。KKK（D2、D1、D0）：用来设定七种键盘、显示工作方式：000编码扫描键盘，双键锁定001译码扫描键盘，双键锁定010编码扫描键盘，N键轮回011译码扫描键盘，N键轮回100编码扫描传感器矩阵101译码扫描传感器矩阵110选通输入，编码显示扫描111选通输入，译码显示扫描双键锁定与N键轮回是多键按下时的两种不同的保护方式。双键锁定为两键同时按下提供的保护方法。再消颤周期里，如果有两键同时按下，则只有其中