微机课程设计-微弱信号采集系统的设计.doc

目录1、摘要22、总体方案设计22.1设计目的22.2设计任务与要求22.3设计方案33、硬件原理图设计33.1总硬件设计图说明33.2各子硬件图说明4 3.2.1原理图所用芯片介绍4 3.2.2各子硬件电路说明134、程序设计194.1程序流程图19 4.2程序设计说明205、课程设计体会总结226、参考文献227、附录23 一、摘要本次课程设计主要是为了解可编程外围芯片8255的工作原理，以及学会对ADC0809和8255芯片的应用和设计技术，对微型计算机基本的系统结构、对微型计算机硬软件的工作原理有个整体的认识。学习和掌握计算机中常用接口电路的应用和设计技术，充分认识理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次课程设计实践能够进一步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使自己的设计水平和对所学的知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。二、总体设计方案2.1设计目的1)进一步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)进一步学习和掌握汇编语言程序的编写和应用的方法，通过较大规模程序的编写，提高编写汇编语言程序的水平和学习程序调试方法；3)进一步熟悉微机最小系统的构成及常用接口芯片的使用，提高我们系统设计的能力。2.2设计任务和要求设计内容：以8088CPU为核心设计一个采集系统，系统可以实现对一路模拟电压信号进行采集，已知该电压信号的电压范围是，选用ADC0809作为A/D转换器，系统中有三位LED显示器显示所采集到电压的毫伏数。设计要求：1)画出电路原理图，说明工作原理；2) 编写一个实现对输入模拟电压进行转换并在LED显示器显示当前采集数据的数字量程序。2.3设计方案 数据采集系统的设计，要求使用微型计算机的最小系统，且具有一路的输入，输入信号在,而且采用数码管显示输入（显示的结果用十进制的表示）。 因此我们采用以下的设计方案：将各种被测的量转换成为模拟量（电压）作为ADC0809输入，送至ADC0809的A/D转换模块，再将A/D转换输出至并行接口8255的A口，将8255并行接口的数据线接入的系统的总线，也就是对并行接口8255的相应的输入进行存储。当完成存储之后再通过CPU处理存储的数据，通过并行接口8255的控制使数据显示在LED数码管上，这个流程一直循环。三、硬件原理图设计3.1总硬件设计图说明本设计以8088为核心，以存储器、总线、接口电路、外设为要素构成了一个最小系统。其中存储器用到了EPROM 2764芯片和SRAM 6264芯片，2764是EPROM，用来存储程序，6264是SRAM芯片，用来存储数据。接口电路采用8255并行接口芯片，这是一个可编程并行接口，用ADC0809采集电压信号，这是一个逐位逼近型8位A/D转换芯片，8088的三大总线利用8282锁存器锁存信号，外设是三个数码管电路，显示电压信号，另外8088与ADC0809的时钟信号由8284来提供。总硬件设计图见附录。3.2各子硬件图说明1 首先介绍原理图所用到的芯片：（1）、8088 8088是一个Intel以8086为基础的微处理器，拥有16位寄存器和8位外部数据总线及20位地址总线，引脚如下图所示：主要功能引脚：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。：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。：数据传送方向控制信号，三态。用于确定数据传送的方向。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接口接收数据。此信号用于控制总线收发器8286/8287的传送方向。：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。它在每次访问内存或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，他常作为锁存控制信号将A0 A19 锁存到地址锁存器。：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）、82558255是一个可编程并行接口芯片，引脚如下图所示：8255 的主要引脚功能:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行数据传输；=1时,8255无法与CPU进行数据传输。 :读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即=0且=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU能从8255读取信息或数据。 :写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即=0且=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。 A0、A1:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。 （3）ADC0809 ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。引脚如下图所示：1、主要引脚功能 ALE：通道地址锁存信号，用来锁存端的地址输入，上升沿有效。 START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。2、ADC0809的工作过程首先由CPU发出3位通道地址信号、，在通道地址信号有效期间，使ALE引脚上产生一个由低到高的电平变化，即脉冲上跳沿，它将输入的3位通道地址锁存到内部地址锁存器。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 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变为高电平，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，转换后得到的数据传送给8088进行处理。(4)8282 8282有8位信号输入管脚DI7DI0和8位三态信号输出管脚DO7DO0； 为输出允许信号，低电平有效；STB是锁存信号。下降沿有效。引脚如下图所示：（5）8284时钟发生器8284是为8086/8088设计的时钟发生器/驱动器。在8284中，除具有时钟信号产生电路外，还有RESET复位信号和READY准备就绪信号同步控制电路。这些电路分别向8086/8088系统提供时钟信号CLK，以及被CLK同步的复位信号RESET和准备就绪信号READY。引脚如下图所示：（6）6264 6264芯片是一个的CMOS SRAM芯片，引脚如下图所示：1、主要引脚功能 ：读出允许信号，输入，低电平有效。 ：写允许信号，输入，低电平有效。 ：片选信号1，输入，在读/写方式时为低电平。 ：片选信号2，输入，在读/写方式时为高电平。2、6264的工作过程6264的操作方式由、的共同作用决定写入：当为低电平时，端状态可以任意，数据由数据线D7D0写入被选中的存储单元。读出：当为高电平时，且为低电平时，被选中单元的数据送到数据线D7D0上。（7）、2764 2764芯片是一个的EPROM芯片，引脚如下图所示：2764的主要引脚的功能：输出允许信号。低电平有效。当时，芯片中的数据可由端输出。：选片信号。低电平有效。当时表示选中此芯片。: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。（8） 、8286 8286具有两组对称的数据引线A7A0和B7B0， 为双向的输入输出线，三态。是输出允许信号，输入，低电平有效。当为高电平时，A7A0和B7B0输出高阻。T端则控制数据传送方向，T=1， 表示数据从A流向B，T=0，表示数据从B流向A。 因此，只需将8088的数据线连接8286的A组端口， 8088的数据使能连接8286的端， 8088的数据发送接收控制DT/连接8286的数据传送方向控制端T，便实现了8088和数据的接收或发送。引脚如下图所示：（9）、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，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。该课程设计采用的是共阴的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。该课程设计采用了动态显示驱动。数码管动态显示介面是应用中最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线，当输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于8255并行接口对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。、各子硬件电路说明 给各个芯片分配的地址如下表：EPROM276470000H71FFFHSRAM6264FE000HFFFFFH8255的PA口00378H8255的PB口00379H8255的PC口0037AH8255的控制寄存器0037BH（1）、存储器 存储器电路如下图，其中6264存储数据，2764存储程序，它们的地址分别为FE000HFFFFFH，70000H71FFFH。当程序从CPU里写入6264时，变为低电平，使6264的有效，允许写入数据。当CPU执行程序时从6264中读出数据，将使有效，即有效，这样CPU才能读出数据。2764与此类似。（2） 、接口电路与外设 接口电路采用8255，ADC0809从外面读取电压值，处理完后从送出数据，0809采用脉冲启动的方式，将START和ALE取反连接在一起,当转换结束后下一轮转换马上开始，这样就实现了一直采集数据的功能。我们只读一路端口的值，所以将、都置为0，这样从读取数据。为了不影响信号的输入，将其他输入口接地。根据0809的指标，可知道其量化间隔为=Vmax/(-1)=0.255V/(256-1)=1mV，Vmax是参考最大电压，我们设为0.255V，这样就有当输入255mV时，输出就为11111111，将这值从8255的PA口输入，整个0809的工作过程就是这样。 8255的工作过程如下：我们设置8255的PA口为输入，PB口为输出，PC口的低四位为输出，PC口高四位为输入。接CPU的数据总线，PB口接数码管的段选，PC口的接数码管的位选。8255不断读入数据，将数据从输出，并将其存储在存储器中，并通过CPU进行数据处理，同时将处理完的数据通过PB口送给数码管，同时把送位选信号，动态扫描，利用数码管的字形编码，将值显示出来。这是一个不断刷新的电路，只要0809有读取新数据，那么数码管就能立刻变化，显示新的数据。（3） 、CPU模块我们通过8282锁存器将8088的地址信息锁存，利用8286将8088的数据信息锁存。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位地址要三片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。除地址外，BHE信号也要外接的地址锁存器。注意ALE是高电平有效，必须和锁存器的控制信号的电平相一致。地址总线形成 将8088的20位地址和BHE信号分为3组，和3片8282的DI7DI0连接，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。当为高，DO7DO0为高阻状态。当为低、STB为高时，8282的输出等于输入， 8282的输出信号DO7DO0与输入信号DI7DI0相等。当STB由 高变低，信号被锁存。为高电平时，8282的输出为高阻态，为低，DO7DO0有效。以其中的第一个8282为例，可以看出，只要将8282的DI7DI0与8088CPU的AD7AD0相连，锁存号STB与CPU的ALE端相连。就可实现地址锁存的功能。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。数据总线的形成 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送到CPU， 是数据读的数据流向。而CPU的数据发送接收控制=1时，正好是数据发送（写）状态，=0时，是数据接收（读）状态，所以可以将直接和8286的T相连。 8286的输出使能端则必须由CPU的控制。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。将端接8088的，由信号打开收发器，由信号选择收发器的驱动方向系统控制信号的形成 在最小方式下， 由、的组合来决定进行什么操作，系统的其它信号直接来自CPU操作001读存储器010写存储器101读外设110写外设存储器扩展技术存储器扩展技术包括位扩展、字扩展、字位扩展位。位扩展的电路连接方法是：将每个存储芯片的地址线和控制线（包括选片信号线、读写信号线等）全部并联在一起，而将他们的数据线分别引出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。4、 程序设计1、程序流程图初始化8255ADC0809转换完一次8255不断从PA口读入转换完的数据将数据存储，然后处理处理完后的数据送到PB口，同时PC口的低四位送出控制位选信号LED数码管显示开始2、程序设计说明如下：DATA SEGMENT ; 定义数据段ORG FE000H ;数据段在FE000H，数据存储在以此开始的单元中LED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ；定义一个共阴极数码管，编码09DATA1 DB 64 DUP(?)DATA ENDS;CODE SEGMENT ;定义代码段ORG 70000H ;代码段在70000H，程序存储在以此开始的单元中ASSUME CS:CODE, DS:DATA, ES:DATA MOV AX,DATA MOV DS,AX ;初始化DS MOV ES,AX ;初始化ESINIT_8255 PROC NEAR ;8255初始化 MOV DX,037BH MOV AL,98H ;A、B、C工作方式均为方式0，A口与C口高四 为 输入，B口与C口低四位为输出 OUT DX,AL RETINIT_8255 ENDPSTART: MOV AX ,SEG DATA MOV DS,AX MOV SI,OFFSET DATA CALL INIT_8255 ;初始化8255AGAIN: MOV BL,0 MOV DX,037AH OUT DX,BL OR BL,08H OUT DX,BL ;送ALE信号上升沿 AND BL,0F7H OUT DX,BL ;输出START信号下降沿 NOP ;空操作等待转换WAIT: IN BL,DX ;读EOC状态 AND BL,10H JZ WAIT ;若EOC为低电平则等待 MOV DX,0378H IN AL,DX ;读入变换结果 MOV SI,AL INC SI ;修改指针 CBW AND AX,00FFH MOV BL,100 ;求百位数 DIV BL MOV B