电容器组投切控制系统模拟设计-课设报告.doc

成绩 南京工程学院课程设计说明书(论文)题 目 电容器组投切控制系统模拟设计 课 程 名 称 计算机接口技术A 院 系 电力工程学院 专 业 智能电网信息工程 班 级 智网121 学 生 姓 名 唐 卉 学 号 206120905 设 计 地 点 工程实验中心8-216 指 导 教 师 李 升 副教授 设计起止时间：2015年 5月18日至 2015 年 5月22日 目录一 方案说明11.1功能描述11.2工作原理1二 硬件设计22.1 双机串行通信系统（查询法）2 2.1.1硬件接线图3 2.1.2引脚连线说明4 2.2 双机串行通信系统（中断法）6 2.2.1硬件接线图6 2.2.2引脚连线说明8三 软件设计103.1双机串行通信系统（查询法）10 3.1.1系统流程图10 3.1.2程序代码123.2双机串行通信系统（中断法）21 3.2.1系统流程图21 3.2.2程序代码23四 调试现象344.1 采集电压低于2V344.2 采集电压高于等于2V且低于等于3V354.3 采集电压高于3V35五 心得体会36六 参考文献36南京工程学院课程设计任务书 课 程 名 称 计算机接口技术B 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 智能电网信息工程 班 级 智网121 起 止 日 期 2015年5月18日-5月22日 指 导 教 师 李 升 副教授 1课程设计应达到的目的1）通过课程设计加深理解课堂教学内容，掌握计算机接口技术的基本应用方法。2）掌握常用接口电路的设计，掌握8255A、8253、8259A、8251A、ADC0809等接口芯片的应用和编程方法，做到理论联系实际。2课程设计题目及要求一、课题名称：电容器组投切控制系统模拟设计二、课题要求设计一个双机串行通信系统，以模拟电容器组投切控制系统，在星研实验系统上实现。具体要求：1）通过8251A实现甲、乙两台实验装置之间异步串行数据的收发。甲机用ADC0809采集05V直流电压并送乙机数码管显示，乙机根据甲机发送来的电压值（数字量）进行判断并发控制信号给甲机的发光二极管显示。发光二极管有关显示规律如下：如果采集到的电压值低于2V，则从最低位开始按顺序使LEDi（i=18）亮（即模拟低压投电容操作）；如果采集到的电压值高于3V，则从最先亮的LED开始按顺序使其灭（即模拟过压切电容操作）。即先亮的先灭，后亮的后灭（即模拟电容器组的循环投切）。如果采集到的电压值高于等于2V且低于等于3V，则维持LED现状。如果无LED可亮（8个LED已全亮）或无LED可灭（8个LED已全灭），则维持。2）8251A的发送/接收时钟信号由8253分频提供，波特率可选择9600b/s（供参考）或其他；数码管和LED分别通过8255A接入。3) 采用查询法和中断法（需使用8259A）两套方案实现（均要求）。提示：ADC 0809电压采样问题。电压采集时存在着抖动现象，从而使采集到的电压值不准。为避免此现象，可连续采样200次电压值，取平均值后与上一次连续采样200次的平均值比较，直到相等，则可确定采样的电压值。三、分组情况需双机联合调试，因此2人1组（自由搭配）。3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求本次课程设计进行双机串行通信系统的设计。预习要求：1） 热身实验：ADC 0809、8251A实验等。2）预习本任务书，根据设计任务，预先画出电路原理图、程序流程图，初步编写实验程序。设计报告要求：1）画出接口部分电路原理图，并阐述系统工作原理。2）绘制程序流程图（Visio绘制），给出源程序清单。3）调试过程和结果分析。4）心得体会。5）要求用WORD撰写报告，上交打印版和电子稿（电子稿全班统一刻盘）。4主要参考文献1、 星研公司. Star ES8688使用说明书.2、 李干林，李升.微机原理及接口技术实验指导书. 北京：北京大学出版社，2010.3、 李继灿.新编16/32位微型计算机原理及应用（第3版）.北京：清华大学出版社，2004.4、 周荷琴，吴秀清.微型计算机原理与接口技术(第三版).合肥：中国科学技术大学出版社，2004.5课程设计进度安排起 止 日 期工 作 内 容2015年5月18日前5月18日22日5月22日准备阶段（编写程序、复习实验内容等）上机调试验收答辩6成绩考核办法上机调试表现占30%，验收答辩表现占30%，设计报告占40%。教研室审查意见： 同意。教研室主任签字： 鞠阳 2015年5月11日院（系、部、中心）意见：同意。主管领导签字： 郝思鹏 2015年5月11日一 方案说明1.1功能描述本双机串行通信系统由甲、乙两台主机组成。甲机将所采集到的模拟电压经模数转换后发送到乙机，并在乙机的数码管上显示出电压大小。同时乙机在收到电压信号后发送一个反馈控制信号给甲机，在甲机LED上显示在某一电压范围内调整电压的次数。如果电压小于2伏，则LED依次点亮，直到无灯可亮就保持全亮状态不变。如果电压大于2伏小于3伏，则LED保持当前状态不变。如果电压大于3伏，则LED从最先点亮的开始一次熄灭，直到无灯可灭就保持全灭状态。1.2工作原理各芯片功能分配如下：8251：串行异步通信8253：分频提供8251的发送/接收时钟信号8255：控制数码管或LED显示ADC0809：将模拟电压量转化为数字量8259：发送、接收中断控制（中断法使用）为避免电压波动产生的干扰，系统采用多次采样（采样200次或100次）并求平均值的方法加以控制。同时，为了消除电压调整过程中的中间变化量，程序将当前采样值与上一次发送的数字电压值（LastAD）比较，若不同说明电压发生了调整，这时将采样值送给LastAD，将发送标志FLAG置0，说明准备发送，但若采样值不是一个稳定值，则暂缓发送。继续采样并求平均值，将平均值与LastAD比较，这时如果相同，则将发送标志FLAG置1，并发送结果。甲机将发送的电压模拟量经AD0809转换成数字量后发送给乙机，乙机接收到甲机发来的数字量后，将其转化为BCD码，因为转换电路对输入模拟电压的分辨率为5V/255=19.5mV，所以数码管采用四位小数的精确度。通过分别查表找出个位和小数点后各位对应的字型码，存入显示字符缓存，同时送给8255，采用动态扫描技术在数码管上显示对应的模拟电压电压大小。乙机收到数字电压信号显示后，将发送一个反馈控制信号控制甲机LED（1-8）的显示，显示规律在功能概述部分已给出。因为要循环显示，电压调整次数过多时会出现LED显示不规律的问题，解决方法如下：建查询表TAB，其内容为01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H。因为初始化时LED全灭则，所以控制信号为全1，当要点亮或熄灭LED只要依次减去或加上相应位的查表结果。建立两个互不影响的指针FROUNT和REAR，当电压小于2伏时，判断FROUNT是否大于7，若大于则将FROUNT置0（表示第8个LED已经点亮，需要从第一个开始循环点亮），若小于7则判断LED是否已全亮，若全亮则不操作，若不是则点亮FROUNT所指的LED，FROUNT加1。当电压大于3伏时，判断REAR是否大于7，若小于7则判断LED是否全部熄灭，若熄灭则不操作。如果REAR大于7则将REAR置0（表示第8个LED已经熄灭，需要从第一个开始循环熄灭），并判断REAR是否与FROUNT相同，若相同则不操作，若不同则熄灭REAR所指位置的LED，REAR加1。这样就保证了LED能按照要求的规律显示电压在一定范围内调整的情况。本系统在控制串行通信方面，采用了查询法与中断法两套方案。当采用查询法时，发送前先查TxRDY的值是否为1，若等于1则开始发送；接受前查RxRDY的值是否等于1，若等于1则开始接收。采用中断法时，分别将TxRDY、RxRDY作为发送和接收的中断请求信号，通过8259向CPU申请中断，进而进入发送或中断服务子程序进行数据的发送接收。二 硬件设计2.1 双机串行通信系统（查询法）2.1.1硬件接线图 甲机连线图 乙机连线图2.1.2引脚连线说明 甲机连线说明C5区(8251):CSA3区:CS2C5区(8253):CSA3区:CS1C5区:A0/A1/C/DA3区:A0/A1/A0C5区:OUT0C5区(8251):TxC/RxCC5区:GATE0C1区:VCCC5区:CLK0(8253)/CLK(8251)B2区:2MHz/4MHzC5区:RxRDY/TxRDYB3区:IR1/IR0C5区:RXD/TXD乙机C5区:TXD/RXDB4区:CS/A0/A1A3区:CS3/A0/A1B4区:GNDC1区:GNDB4区:PA口G6区：LED(1-8)G4区：CS/ADDA/ADDB/ADDCA3区:CS5/A0/A1/A2G4区:CLKB2区:500KHzG4区:IN0D2区:0-5V甲机C1区:GND乙机C1区:GND 乙机连线说明C5区(8251):CSA3区:CS2C5区(8253):CSA3区:CS1C5区:A0/A1/C/DA3区:A0/A1/A0C5区:OUT0C5区(8251):TxC/RxCC5区:GATE0C1区:VCCC5区:CLK0(8253)/CLK(8251)B2区:2MHz/4MHzC5区:RxRDY/TxRDYB3区:IR1/IR0C5区:RXD/TXD甲机C5区:TXD/RXDB4区:CS/A0/A1A3区:CS3/A0/A1B4区:GNDC1区:GNDB4区:PA口G6区：LED(1-8)B4区:PA口/PB口G5区:C/B2.2 双机串行通信系统（中断法）2.2.1硬件接线图 甲机接线图 乙机连线图 2.2.2引脚连线说明 甲机连线说明C5区(8251):CSA3区:CS2C5区(8253):CSA3区:CS1C5区:A0/A1/C/DA3区:A0/A1/A0C5区:OUT0C5区(8251):TxC/RxCC5区:GATE0C1区:VCCC5区:CLK0(8253)/CLK(8251)B2区:2MHz/4MHzC5区:RxRDY/TxRDYB3区:IR1/IR0C5区:RXD/TXD甲机C5区:TXD/RXDB4区:CS/A0/A1A3区:CS3/A0/A1B4区:GNDC1区:GNDB4区:PA口G6区：LED(1-8)G4区：CS/ADDA/ADDB/ADDCA3区:CS5/A0/A1/A2G4区:CLKB2区:500KHzG4区:IN0D2区:0-5VB3区:CS/A0/A1A3区:CS4/A0/A1B3区:INTES8086:INTRB3区:INTAES8086:INTA 乙机连线说明C5区(8251):CSA3区:CS2C5区(8253):CSA3区:CS1C5区:A0/A1/C/DA3区:A0/A1/A0C5区:OUT0C5区(8251):TxC/RxCC5区:GATE0C1区:VCCC5区:CLK0(8253)/CLK(8251)B2区:2MHz/4MHzC5区:RxRDY/TxRDYB3区:IR1/IR0C5区:RXD/TXD甲机C5区:TXD/RXDB4区:CS/A0/A1A3区:CS3/A0/A1B4区:GNDC1区:GNDB4区:PA口G6区：LED(1-8)B4区:PA/PBG5区:C/BB3区:CS/A0/A1A3区:CS4/A0/A1B3区:INTES8086:INTRB3区:INTAES8086:INTA三 软件设计3.1双机串行通信系统（查询法）3.1.1系统流程图 甲机流程图 乙机流程图 3.1.2系统程序清单 甲机代码;片选地址分布;CS10F000H0FFFFHCS50B000H0BFFFH;CS20E000H0EFFFHCS60A000H0AFFFH;CS30D000H0DFFFHCS709000H09FFFH;CS40C000H0CFFFHCS808000H08FFFHDATA SEGMENT;8253C_8253 EQU 0F003HT0_8253 EQU 0F000H;8251C_8251 EQU 0E001HD_8251 EQU 0E000H;8255C_8255 EQU 0D003HPA_8255 EQU 0D000HPB_8255 EQU 0D001H;ADC0809ADD_0809 EQU 0B000HLastAD DB 0FLAG DB 0DATA ENDSSTA SEGMENT STACKST1 DB 100 DUP(?)STA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX CALL INIT_8253 CALL INIT_8251 CALL INIT_8255 XOR AL,ALAD1:MOV CX,200 ;采样200次 MOV BX,0 ;累计200次的采样值AD2:CALL DO_AD0809 XOR AH,AH ADD BX,AX LOOP AD2 MOV AX,200 XCHG AX,BX DIV BL ;200次的平均值 CMP AL,LastAD JZ AD3AD4:MOV LastAD,AL MOV FLAG,0 PUSH CX MOV CX,0FFFHAD5: CALL DLTime ;采样间隔延时 LOOP AD5 JMP AD1AD3:CMP FLAG,1 JZ GOON MOV FLAG,1 CALL SENDGOON:JMP AD1DO_AD0809 PROC NEAR PUSH CX MOV AL,0 MOV DX,ADD_0809 OUT DX,AL MOV CX,200 LOOP $ ;延时,等待AD转换完成 MOV DX,ADD_0809 IN AL,DX POP CX RETDO_AD0809 ENDP SEND PROC NEAR MOV DX,C_8251WAIT2: IN AL,DX AND AL,01H ;判断TxRDY是否为1 JZ WAIT2 MOV AL,LastAD MOV DX,D_8251 OUT DX,AL CALL DLTIME MOV DX,C_8251WAIT1: IN AL,DX AND AL,02H ;判断RxRDY是否为1 JZ WAIT1 MOV DX,D_8251 IN AL,DX MOV DX,PA_8255 OUT DX,AL ;将收到的控制量送8255显示 RETSEND ENDP INIT_8253 PROC NEAR MOV DX,C_8253 MOV AL,37H ;00110111B 计数器0 方式3 BCD计数 OUT DX,AL MOV DX,T0_8253 MOV AL,26H OUT DX,AL MOV AL,0 OUT DX,AL RETINIT_8253 ENDPINIT_8251 PROC NEAR CALL RESET_8251 MOV DX,C_8251 MOV AL,7EH ;波特率系数16 8位数据 一位停止 偶校验 OUT DX,AL CALL DLTIME MOV AL,15H ;允许接收和发送 清除错误 OUT DX,AL CALL DLTIME RETINIT_8251 ENDPRESET_8251 PROC NEAR ;复位8251 MOV DX,C_8251 MOV AL,0 OUT DX,AL CALL DLTIME OUT DX,AL CALL DLTIME OUT DX,AL CALL DLTIME MOV AL,40H OUT DX,AL CALL DLTIME RETRESET_8251 ENDPDLTIME PROC NEAR MOV BX,1LP: SUB BX,1 JNZ LP RETDLTIME ENDPINIT_8255 PROC NEAR MOV DX,C_8255 MOV AL,80H OUT DX,AL ;初始化8255 均为基本输出方式0 RETINIT_8255 ENDPCODE ENDS END START 乙机代码;片选地址分布;CS10F000H0FFFFHCS50B000H0BFFFH;CS20E000H0EFFFHCS60A000H0AFFFH;CS30D000H0DFFFHCS709000H09FFFH;CS40C000H0CFFFHCS808000H08FFFHDATA SEGMENT;8253C_8253 EQU 0F003HT0_8253 EQU 0F000H;8251C_8251 EQU 0E001HD_8251 EQU 0E000H;8255C_8255 EQU 0D003HPA_8255 EQU 0D000HPB_8255 EQU 0D001HLastAD DB 0 ;接收缓存LastCON DB 0FFH ;发送缓存 FROUNT DB 0 ;队首指针REAR DB 0 ;队尾指针FLAG DB 0TAB DB 01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H LEDMAP DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;LED字型码BUFFER DB 5 DUP(?)DATA ENDSSTA SEGMENT STACKST1 DB 100 DUP(?)STA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX CALL INIT_8253 CALL INIT_8251 CALL INIT_8255GOON: MOV DX,C_8251 IN AL,DX AND AL,02H ;判断RxRDY是否为1 JZ NEXT2 CALL RECVNEXT2: CALL DISLED JMP GOONCHANGE_CON PROC NEAR ;修改控制信号LP0: MOV FLAG,0 CMP LastAD,66H ;将接收的电压与2V门限比较 JA NEXT0 CMP FROUNT,7 JBE NEXT3 MOV FROUNT,0 NEXT3: CMP LastCON,00H ;判断当前8个LED是否为全亮 JZ ENND LEA BX,TAB MOV AL,FROUNT XLAT SUB LastCON,AL INC FROUNT JMP ENNDNEXT0: CMP LastAD,99H ;将接收的电压与3V门限比较 JA NEXT1 JMP ENNDNEXT1: CMP REAR,7 JBE NEXT4 MOV REAR,0 MOV AL,FROUNT CMP REAR,AL ;判断队首指针是否与队尾指针相同 JBE NEXT4 JMP ENNDNEXT4: CMP LastCON,0FFH ;判断当前8个LED是否为全灭 JZ ENND LEA BX,TAB MOV AL,REAR XLAT OR LastCON,AL INC REARENND: NOP RETCHANGE_CON ENDP DISLED PROC NEAR ;8255控制显示数码管 MOV BX,OFFSET BUFFER MOV CL,5 STC MOV AH,11101111BDLOOP: MOV DX,PA_8255 MOV AL,0FFH OUT DX,AL MOV AL,BX MOV DX,PB_8255 ;输出字型码 OUT DX,AL MOV AL,AH MOV DX,PA_8255 ;输出位选码 OUT DX,AL PUSH AX MOV AH,1 CALL DEALY ;显示延时 POP AX RCR AX,1 INC BX DEC CL JNZ DLOOP MOV DX,PA_8255 MOV AL,0FFH OUT DX,AL RETDISLED ENDPDEALY PROC NARE PUSH AX PUSH CX MOV AL,0 MOV CX,AX LOOP $ POP CX POP AX RETDEALY ENDPRECV PROC NEAR MOV DX,D_8251 IN AL,DX MOV LastAD,AL CALL CHANGE_AD ;修改字型码缓存区数据 CALL CHANGE_CON ;修改控制码缓存区数据 MOV FLAG,1 MOV DX,C_8251WAIT2: IN AL,DX AND AL,01H ;判断TxRDY是否为1 JZ WAIT2 MOV AL,LastCON MOV DX,D_8251 OUT DX,AL RETRECV ENDP INIT_8253 PROC NEAR MOV DX,C_8253 MOV AL,37H ;00110111B 计数器0 方式3 BCD计数 OUT DX,AL MOV DX,T0_8253 MOV AL,26H OUT DX,AL MOV AL,0 OUT DX,AL RETINIT_8253 ENDPINIT_8251 PROC NEAR CALL RESET_8251 MOV DX,C_8251 MOV AL,7EH ;波特率系数16 8位数据 一位停止 偶校验 OUT DX,AL CALL DLTIME MOV AL,15H ;允许接收和发送 清除错误 OUT DX,AL CALL DLTIME RETINIT_8251 ENDPRESET_8251 PROC NEAR ;复位8251 MOV DX,C_8251 MOV AL,0 OUT DX,AL CALL DLTIME OUT DX,AL CALL DLTIME OUT DX,AL CALL DLTIME MOV AL,40H OUT DX,AL CALL DLTIME RETRESET_8251 ENDPDLTIME PROC NEAR MOV BX,1LP1: SUB BX,1 JNZ LP1 RETDLTIME ENDPINIT_8255 PROC NEAR ;初始化8255为基本输出方式0 MOV DX,C_8255 MOV AL,80H OUT DX,AL RETINIT_8255 ENDPCHANGE_AD PROC NEAR ;将二进制数字电压值转换成BCD码 MOV AL,LastAD XOR AH,AH MOV BL,51 ;255/51 (16进制的1 = 1/51V) DIV BL ;个位数字 PUSH BX MOV BX,OFFSET LEDMAP ;查字型码表获得对应字型码 XLAT OR AL,80H ;加上小数点 MOV BUFFER,AL ;将查表所得字型码存入缓存 POP BX MOV AL,10 MUL AH DIV BL PUSH BX MOV BX,OFFSET LEDMAP XLAT MOV BUFFER+1,AL ;第一位小数 POP BX MOV AL,10 MUL AH DIV BL PUSH BX MOV BX,OFFSET LEDMAP XLAT MOV BUFFER+2,AL ;第二位小数 POP BX MOV AL,10 MUL AH DIV BL PUSH BX MOV BX,OFFSET LEDMAP XLAT MOV BUFFER+3,AL ;第三位小数 POP BX MOV AL,10 MUL AH DIV BL PUSH BX MOV BX,OFFSET LEDMAP XLAT MOV BUFFER+4,AL ;第四位小数 POP BX RETCHANGE_AD ENDP CODE ENDS END START3.2双机串行通信系统（中断法）3.2.1系统流程图 甲机流程图 乙机流程图3.2.2系统程序清单 甲机代码;片选地址分布;CS10F000H0FFFFHCS50B000H0BFFFH;CS20E000H0EFFFHCS60A000H0AFFFH;CS30D000H0DFFFHCS709000H09FFFH;CS40C000H0CFFFHCS808000H08FFFHDATA SEGMENT;8253C_8253 EQU 0F003HT0_8253 EQU 0F000H;8251C_8251 EQU 0E001HD_8251 EQU 0E000H;8255C_8255 EQU 0D003HPA_8255 EQU 0D000HPB_8255 EQU 0D001H;8259IO0_8259 EQU 0C000HIO1_8259 EQU 0C001H;ADC0809ADD_0809 EQU 0B000HLastAD DB 0FLAG DB 1DATA ENDSSTA SEGMENT STACKST1 DB 100 DUP(?)STA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX CALL INIT_8253 CALL INIT_8251 CALL INIT_8255 CALL INIT_8259 CALL WRI_INT STI ;开中断 XOR AL,ALAD1:MOV CX,100 ;采样100次 MOV BX,0 ;累计100次的采样值AD2:CALL DO_AD0809 XOR AH,AH ADD BX,AX LOOP AD2 MOV AX,100 XCHG AX,BX DIV BL ;100次的平均值 CMP AL,LastAD JZ AD3AD4:MOV LastAD,AL MOV FLAG,0 PUSH CX MOV CX,0FFFHAD5: CALL DLTime ;采样间隔延时 LOOP AD5 JMP AD1 AD3:CMP FLAG,1 JZ GOON MOV DX,IO1_8259 MOV AL,0FEH ;开发送中断，其余屏蔽 OUT DX,AL MOV DX,D_8251 MOV AL,LastAD OUT DX,AL ;将采样值送8251，等待发送GOON:JMP AD1DO_AD0809 PROC NEAR PUSH CX MOV AL,0 MOV DX,ADD_0809 OUT DX,AL MOV CX,200 LOOP $ ;延时,等待AD转换完成 MOV DX,ADD_0809 IN AL,DX POP CX RETDO_AD0809 ENDP INIT_8253 PROC NEAR MOV DX,C_8253 MOV AL,37H ;00110111B 计数器0 方式3 BCD计数 OUT DX,AL MOV DX,T0_8253 MOV AL,26H OUT DX,AL MOV AL,0 OUT DX,AL RETINIT_8253 ENDPINIT_8251 PROC NEAR CALL RESET_8251 M