微机原理课程设计-模拟热水器控制设计.doc

沈 阳 工 程 学 院微机原理及应用课 程 设 计课程设计题目：模拟热水器控制设计系 别 电气工程系 班级 发电本091 学生姓名 刘泽宇 学号 2009205120 指导教师 曲乐声、踪念品 职称 讲师、讲师 起止日期：2012年05月28日起至2012年06月01日止沈 阳 工 程 学 院课程设计任务书课程设计题目：模拟热水器控制设计系 别 电气工程系 班级 发电本091 学生姓名 刘泽宇 学号 2009205120 指导教师 曲乐声、踪念品 职称 讲师、讲师 课程设计进行地点： 微机原理实验室(F106) 任 务 下 达 时 间： 2012年5月25日 起止日期：2012年 5月28日起至2012年 6月 1日止 教研室主任 王健 2012年5月24日批准一、设计目的 通过课程设计使学生更进一步掌握微机原理及应用课程的有关知识，提高应用微机解决问题的能力，加深对微机应用的理解。通过查阅资料，结合所学知识进行软、硬件的设计，使学生初步掌握应用微机解决问题的步骤及方法。为以后学生结合专业从事微机应用设计奠定基础。二、设计的原始资料及依据查阅可编程并行芯片8255、A/D转换器等其他相关资料。用开关设定温度，输入的模拟量表示水温，结合彩灯的亮灭表示水温状况。三、设计的主要内容及要求内容：利用微机原理实验箱，采用一组发光二极管模拟热水器面板。要求:1、 打开电源后，用开关设定水温,水温分为两档（30oC100oC，每50oC为一档）。2、 按下启动键后，开始测量水温并显示，水温超过额定值报警。3、 提倡创新。 四、对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求 1.课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。2.学生应撰写的内容为：目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。3.说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。4. 课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献。五、 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；提交课程设计说明书一份。在说明书中要有设计原理、硬件电路接线图、设计的程序及必要注释等。六、时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注11.5天讨论设计题目、查阅资料及完成对硬件电路的基本设计22.5天程序设计、上机调试程序30.5天书写报告40.5天答辩、成绩评定七、主要参考资料（文献）。1 王惠中. 微机原理及应用.武汉：武汉大学出版社，20112 邹逢兴. 微型计算机原理与接口技术实验指导. 北京：清华大学出版社，20093 赵全利， 吕建平， 邹雪艳.微型计算机原理及接口技术.北京： 机械工业出版社，20094 何宏.微型计算机原理与接口技术.陕西：西安电子科技大学出版社，2009沈 阳 工 程 学 院 微机原理及应用 课程设计成绩评定表系（部）： 电气工程系 班级： 发电本091 学生姓名： 刘泽宇 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日答 辩 小 组 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分报告内容思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确；分析归纳合理；结论严谨；设计具有应用价值。0.25432答辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、深入。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分摘 要 随着技术的发展和进步，微型计算机的应用在各行各业中迅猛发展。它已经成为每个专业技术人员必备的基础。微型计算机是以微处理器为核心，配以大规模集成电路存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机。微型计算机的产生与发展是与组成微型计算机的核心部件微处理器的产生与发展紧密相关的。每当一种新型的微处理器出现时， 就会带动微型计算机中其他部分的相应发展。例如，微型计算机体系结构的进一步优化，存储器存储容量不断增大，存取速度不断提高，外转设备性能不断改进及新的设备的出现等都是与微处理器的发展相适应的。本系统设计的温度显示以8086微处理器作为CPU，用ADC0809进行采样值的模数转换，将不同温度值送入8255中。8255做可编程并行接口显示温度的电路，并将分离后的温度值的个位、十位、百位分别送入LED数码管进行精确显示。在此系统中，8255的功能是对LED数码管进行温度的读入、并进行位选和段选。当延时达到一定时间后，CPU即处理，使LED显示器上的显示当前温度。程序由以下模块组成：系统共有4个功能模块，分别为，主控模块， A/D转换模块，显示模块，延时模块。 关键词 微型计算机，热水器，设计计于：领导第五fff目录摘 要I第1章 设计思路11.1设计思路11.2设计环境及设备11.3设计系统框图21.4温度显示硬件接线图21.5设计流程图3第2章 主要芯片介绍32.1可编程并行接口8255芯片42.1.1 8255外部引脚42.1.2 8255内部结构52.1.3 8255工作方式52.1.4 8255寻址62.2 ADC0809芯片62.2.1 ADC0809外部引脚72.2.2 ADC0809内部结构72.2.3 ADC0809工作方式82.3 LED数码显示管芯片82.3.1 LED数码显示管外部引脚82.3.2 LED数码显示管内部结构9第3章 设计源代码及具体模块113.1 设计源代码113.2 具体模块设计14总 结16致 谢17参考文献18沈阳工程学院微机原理及应用课程设计第1章 设计思路1.1设计思路首先利用模数转换芯片ADC0809实现由模拟量转化为数字量，通常要经历采样，量化，编码三个步骤，将温度模拟量转换为数字量。再将转换出来的数字量通过CPU系统总线送给可编程并行通信接口芯片8255来实现读写操作，然后将数据通过LED数码显示管来显示出当前温度。具体做法是为了实现精确的表示出当前的温度值，显示温度的百位，十位，个位。我们先在数据段开辟一显示缓冲区，用来存储当前温度，初始化我们所要应用的芯片8255，ADC0809后，主程序开始，为了将温度模拟量转化为数字量，启动AD采样，读AD采样结果，将结果送变量。为了显示温度的百位，十位，个位，将样值分离，在通过8255的A口进行段选，B口进行位选。为了得到良好的显示效果，本程序调用了一段精确的延时程序，使各位在时间显示上有短暂的间隔。最后通过LED数码管显示出来，通过调节滑动变阻器改变温度，再显示，有此循环，就形成了精确的温度显示系统。本次课程设计的内容为温度显示的设计与实现，我主要利用阻值变化代表温度的不断变化，将变量经模数转换单元传送至8255，通过键盘扫描及显示单元的数码管显示出数值，即是当前的温度值。我利用ADC单元中提供0-5V信号源作为ADC0809的模拟输入量。由于电阻阻值变化引起的电压改变。以此变化作为模拟量的变化来模拟温度的变化，通过启动A/D采样单元进行模/数转换，将采样的结果送入变量中。显示部分是通过8055单元与数码管显示单元连接来完成的，编写好程序，读取采样的结果，并将结果送到数码管进行显示。显示采用3个数码管，每个数码管显示值可为0-F共16个数。具体的试验内容为，将ADC单元调节到一定值，通过A/D转换以及采样，从给定的端口地址来读取采样值。再利用8055单元将读取的值送到ADC0809的端口。利用试验箱的ADCO809单元和发光数码管显示单元，把模拟量的温度，通过制式转换显示在数码管上。1.2设计环境及设备1、设计环境PC机一台、微机原理实验箱一台、导线若干。2、设计所用设备ADC0809：用来模数转换。可编程并行接口8255：用做接口芯片与LED数码显示管相连。LED数码显示管：三个LED用于显示温度的百位、十位、个位。LED数码显示灯：用来直观监测温度的变化。 1.3设计系统框图温度显示系统总框图，如图2.1所示。CPU系统总线8255芯片A/D采样值LED数码管显示图1.1 系统框图1.4温度显示硬件接线图系统的接线图主要由五个部分构成：8088系统总线单元、8255并行控制器、ADC0809模/数转换器、数码管显示单元、LED数码显示灯。在实验箱上按照温度显示硬件接线图将传输线对应连接起来，芯片82555中PB0至PB7口与LED数码显示管的A至Dp相连，是为了实现七段数码管的段选；PA0至PA2与LED数码显示管的X1至X3相连，是为了实现位选。具体接线如图2.2所示：图1.2 温度显示接线图1.5设计流程图初始化阻值变化引起电压差用来模拟温度8088 CPU系统总线指示灯及数字显示温度值8255可编程并行接口模数转换单元将其变为数字量总体设计流程图是对整个程序的逻辑图象表示。首先，设置8255的各个口地址。然后，初始化8255、AD0809芯片。最后，进行AD采样、结果转存、数制转换、温度显示、温度指示灯。具体如图2.3所示。图1.3 总体设计流程图第2章 主要芯片介绍2.1可编程并行接口8255芯片2.1.1 8255外部引脚可编程并行接口8255外部引脚图如图2.1所示。图2.1 8255外部引脚图8255 可编程外围接口芯片是 Intel 公司生产的通用并行I/O 接口芯片，它具有A、B、C 三个并行接口，并行接口是以数据的字节为单位与I/O 设备或被控制对象之间传递信息。CPU 和接口之间 的数据传送总是并行的，即可以同时传递8 位、16 位、32 位等。用+5V 单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0-基本输入/出方式、方式1-选通输入/出方式、方式2-双向选通工作方式。具体的各引脚功能如下:D0D7为双向数据信号线，用来传送数据和控制字。RD读信号线，与其它信号线一起实现对8255接口的读操作通常接系统总线的IOR信号。WR为信号线，与其它信号一起实现对8255的写操作，通常接系统总线的IOW。CS片选信号线，当它为低电平（有效）时，才能选中该8255芯片，也才能对8255进行操作。A0，A1口地址选择信号线。8255内部有3个口；A口，B口，C 口，还有一个控制寄存器，它们可由程序寻址。A0，A1上的不同编码可分别寻址上述3个口和一个控制寄存器。 A0，A1分别接系统总线A0和 A1，它们与CS一起来决定8255的接口地址。RESET复位输入信号。此端上的高电平可使8255复位。复位后，8255的A口，B口，C 口均被定为输入状态。PA0PA7A口的8条输入输出信号线。PB0PB7口的8条输入输出信号线。PC0PC7条线根据其工作方式可作为数据的输入或输出线，也可以用作控制信号的输出或状态信号的输入线。2.1.2 8255内部结构可编程并行接口8255芯片的内部结构图如图2.2所示。图2.2 8255内部结构图 输入/输出端口A、B、C 。这三个端口均可看作是I/O端口，但它们的结构和功能也稍有不同。A口和B口是一个独立的8位I/O口。C口：可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。 A组和B组控制电路。这是两组根据CPU命令控制8255A工作方式的电路，这些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255A的工作方式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置/复位的操作。A组控制电路用来控制A口及C口的高4位；B组控制电路用来控制B口及C口的低4位。读/写控制逻辑，它负责管理8255A的数据传输过程。它接收CS*及RD*、WR*、RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。将这些信号组合后，得到对A组控制部件和B组控制部件的控制命令，并将命令发给这两个部件，以完成对数据、状态信息和控制信息的传输。数据总缓冲器，它是8位的双向的三态缓冲器。作为8255A与系统总线连接的界面，输入/输出的数据，CPU的编程命令以及外设通过8255A传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。2.1.3 8255工作方式8255有三种工作方式：方式0、方式1和方式2。：方式0基本输入/输出：在此工作方式下，每个口都作为基本的输入输出口，C口的高4位和低4 位以及A口 和B口都可独立地设置为输入口和输出口。在此工作方式下，定义为输 出的口均可锁 存数据，而定义为输入的口则无锁存功能。而且，在方式0之下，C口还有按位置位和复位功能。在方式0下，8255的16种输入输出组合如下表。：方式1选通输入/输出：此工作方式下，三个端口分为A、B两组，A、B两个口仍用作数据输入输出口，而C 口分成两部分，分别作为A口和B口的联络信号。在8255A中，联络信号是3位，两个数据口，共用去C口的6位，剩余的两位仍可作为数据位使用。 ：方式2双向选通输入/输出此工作方式：只限于A组使用，它用A口的8位数据线，用C口的5位进行联络。工作时输入输出都能被锁存。当A口工作在方式2时，B口可以在方式0或方式1工作。8255的初始化。2.1.4 8255寻址 8255占外设编址的4个地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。对同一个地址分别可以进行读写操作。例如，读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出。在方式0下，8255的16种输入输出组合如下表： 表2.1 在方式0下，8255的16种输入输出组合A 组B组A口（PA0-PA7）C口（PC4-PC7）B口（PB0-PB7）C口（PC0-PC3）入入入入入入入出入入出入入入出出入出入入入出入出入出出入入出出出出入入入出入入出出入出入出入出出出出入入出出入出出出出入出出出出 2.2 ADC0809芯片2.2.1 ADC0809外部引脚ADC0809转换器由一个8路单端模拟信号多路开关电路、地址锁存与译码电路 、A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成，其引脚图如图2.3所示。图2.3 ADC0809外部引脚图各引脚功能如下：D0D7输出数据线；IN0IN78路模拟电压输入端；ADDA，ADDB，ADDC路地址输入；ADDA最低位，ADDC最高位；STALT启动信号输入端，下降沿有效；ALE路地址锁存信号，用来锁存ADDAADDC的 地址输入，上升沿有效；EOC变换结束状态信号，高电平表示一次变换已结束；OE读允许信号，高电平有效；CLK时钟输入端；REF(+)，REF(-)参考电压输入端；VCC5V电源输入；GND地。2.2.2 ADC0809内部结构ADC0809由两部分组成：模拟多路开关和A/D转换器。其核心是8位A/D转换器，它采用逐次逼近法，对8路模拟开关的一路进行转换。模拟多路包括8路模拟开关和3位锁存器与译码器，根据3位输入地址（ADDA.ADDB.ADDC）选择8路模拟输入当中的一路送到A/D转换器.其中具有8个通道的模拟输入线(IN0IN7)，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，获得8位二进制数字量(D7D0)。模拟输入部分有8路多路开关，可由3位地址输入ADDA、ADDB、ADDC的不同组合来选择，ALE为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。主体部分是采用逐次逼近式的A/D转换电路，由CLK控制的内部电路的工作,START为启动命令，高电平有效，启动ADC0809内部的A/D转换，当转换完成，输出信号EOC有效，OE为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器,把转换后的结果送DB,如图2.4所示。图2.4 ADC0809内部结构图2.2.3 ADC0809工作方式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。此地址译码选通8路模拟输入之一到比较器。STALT上升沿将逐次逼近储存器复位，下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变成高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用做申请中断。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，如表2.2所示。表2.2 ADC0809工作方式表ADDC、ADDB、ADDA000001010011100101110111 选中通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN72.3 LED数码显示管芯片2.3.1 LED数码显示管外部引脚七段LED显示器：由七个发光段构成，每段均为1个LED二极管。通过控制不同段的点亮和熄灭，显示出16进制数字或字符。LED数码显示管是一种由LED发光二极管组成显示字符的显示器件，使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点，故通常称为7段发光二极管数码显示器，外部引脚如图2.5（a）所示。LED数码显示器有两种连接方法，一种是共阳极接法，把发光二极管的阳极连在一起，构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V；另一种是共阴极接法，把发光二极管的阴极连在一起，构成公共阴极，使用时公共阴极地。这两种解法如图2.5（b）和2.5（c）所示。 (a) (b) (c)图2.5 7段LED数码显示器2.3.2 LED数码显示管内部结构1. LED数码显示器的显示段码 为了显示字符，就要为LED显示器提供显示段码，组成一个“8”字形字符的7段，再加上一个小数点位，共计8段。因此，提供给LED显示器的显示段码为1个字节。各段码位的对应关系如表2.3所示，而表2.4为十六进制数、空白字符和P的显示段码。表2.3 LED显示器的显示段码段码D7D6D5D4D3D2D1D0显示Dpgfedcba表2.4 十六进制数、空白字符和P的显示段码字型共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BMb83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HdA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H2. LED数码显示器的接口电路 实际使用的LED数码显示器位数较多，为了简化电路、降低成本，大多采用以软件为主的接口方法。而对于多位的LED数码显示器，通常采用动态扫描显示方法，即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但由于人言具有视觉残留效应，因此看起来与全部显示器持续点亮的效果基本一样。如图2.4所示，8086/8088CPU通过8255A与LED数码显示器接口。图2.4 8255A与LED数码显示器连接图图中，8255端口A的PA0PA7引脚通过8路反向驱动与数码显示器相连，用来输出显示字段的7段LED代码，即端口A为LED数码显示器的段控端口。把要现实的字符的代码组成一个七段代码表，存放在存储器中。8255端口B的PB0PB5引脚通过6路反向驱动与LED的位线相连，B端口的PB0PB5引脚中某一位输出为1（高电平）时，经过反向驱动，便在相应数码管的阴极上加上了低电平，此数码管就可以显示数据了。第3章 设计源代码及具体模块3.1 设计源代码MY8255_A EQU 0600HMY8255_B EQU 0602HMY8255_C EQU 0604HMY8255_CON EQU 0606HSSTACK SEGMENT STACK DW 16 DUP(?)SSTACK ENDSDATA SEGMENTDTABLE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HVALUE DB ? X DB ?DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:SSTACKSTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,80H MOV DX,MY8255_CON ；8255初始化 OUT DX,AL ；写入 LP: MOV DX, 640H ；启动AD采样 OUT DX, AL CALL ADDLY ；调用延时程序 IN AL, DX；读取 MOV VALUE, AL MOV SI,1000 MOV AH,00H MOV BL,100 ；取出百位存入SI中 DIV BL MOV SI,AL INC SI MOV AL,AH ；取出十位存入SI+1 MOV AH,00H MOV BL,10 DIV BL MOV SI+1,AL MOV SI+2,AH ；将个位存入SI+2 MOV BX,OFFSET DTABLE ；显示部分,取DTABLE的偏移地址 MOV DI,0000H MOV AL,SI AND AX,00FFH ADD BX,AX MOV AL,BX MOV DX,MY8255_A ；取8255 A口的地址 OUT DX,AL MOV AL,0FBH MOV DX,MY8255_B ； 取8255 B口的地址 OUT DX,AL CALL DISPDLY MOV BX,OFFSET DTABLE MOV AL,SI+1 AND AX,00FFH ADD BX,AX MOV AL,BX MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL MOV AL,0FDH MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL CALL DISPDLY MOV BX,OFFSET DTABLE MOV AL,SI+2 AND AX,00FFH ADD BX,AX MOV AL,BX MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL MOV AL,0FEH MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL CALL DISPDLY JMP LP MOV AL,VALUE ；指示灯部分 CMP AL,32H JA B1 MOV AL,00FH MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL JMP LPB1: MOV AL,VALUE CMP AL,64H JA B2 MOV AL,0F0H MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL JMP LP B2: MOV AL,0AAH MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL JMP LP ADDLY: PUSH CX ；AD延时程序 PUSH AX MOV CX, 100HA5: MOV AX, 0800HA6: DEC AX JNZ A7 LOOP A6 POP AX POP CX RETDISPDLY: PUSH CX ；显示延时 MOV CX,002FHT1: MOV AX,00FFHT2: DEC AX JNZ T2 LOOP T1 POP CX RETCODE ENDSEND START3.2 具体模块设计1、主程序模块主控模块是系的核心模块，对8255控制端口进行初始化并读接口。定义数据段变量并为其分配空间，以便对温度值进行查表并显示。写控制字地址，并将其读入端口中。2、A/D转换模块A/D转换模块送入主控模块的子功能模块。首先启动A/D转换信号采用脉脉冲形式，脉冲下降沿有效。ALE为地址锁存允许，当输入通路选择地址线状态稳定后，利用此信号上升沿，将地址线的状态锁存入芯片的地址锁存器中（通常ALE与START引脚短接，由同一脉冲信号进行控制）。转换结束信号EOC在转换结束时由低电平变为高电平，该信号也可用作中断请求信号。ENABLE为输出允许，此信号为高电平时，接通“三态输出锁存器”，将转换结果送至计算机数据总线或I/O接口数据总线。A/D转换时钟脉冲CLOCK需要由外部电路提供。3、分离并显示模块分离模块是将采样得到的温度值的百 位、十位、个位分离出来并分别送入到显示模块中。在此模块中运用除法将商放入百位，再将余数用同样的方法进行分离，商为十位，余数为个位，最后把所得到的三个数分别放入指针所指的内存单元中。显示模块是将内存单元中所存的三个数值送到LED显示的功能模块，LED数据管是由六个字节构成，本系统只用三个字节分别显示温度的百位、十位和个位。利用8255的A端口和B端口分别进行段选和位选，使用之前先对两个端口进行初始化。4、延时模块延时模块分为两部分：A/D延时和显示延时。在A/D延时中，主要是为了使系统有充分的时间进行模数转换。在显示延时中，主要实现将温度的百位、十位、个位有足够的时间送入LED数码管显示单元中显示。总 结课程设计的开始，我根本不知道这个设计要从何下手，一头雾水，每天和小组的同学研究，去图书馆查资料，一点一点的把这个设计做出来。从开始接到设计题目到系统的实现，再到设计完成，每走一步对我们来说都是新的尝试与挑战。在这一周的课程设计中，我们学到了很多知识也有很多感受，从对许多知识的一无所知，到对相关知识有了一定了解的状态，我们开始了独立的学习和试验，查看相关的