微机原理设计.doc

微机原理课程设计姓名： 学号： 班级： 专业： 学院： 年 月 目 录一、课程设计内容1二、系统功能要求1 2.1 基本功能要求1 2.2 附件功能要求1三、系统方案论证1 四、系统硬件设计.24.1 系统硬件原理.24.2 功能模块设计.34.3 硬件的图表.34.4 遇到问题及解决措施.4五、系统软件设计.4 5.1总体设计思想.4 5.2 功能模块设计.6 5.3 遇到问题及解决措施.6六、总结.6七、附录.8 简易全自动洗衣机设计一、课程设计内容（1）利用8255A芯片，在数码管上实时显示洗衣机档位和洗衣时间倒计时；（2）利用8254芯片，设置精确倒计时时间或者发送信号给蜂鸣器；（3）利用8259A芯片，设置按键或开关中断控制功能。（4）利用0809芯片，模拟水位传感器采集一个电压信号，控制电机旋转。二、系统功能要求2.1 基本功能要求（1） 能够实现洗衣机换挡功能，比如设置“1挡键”、“2挡键”等不同挡位；（2） 能够实现电机的正转功能；比如设置电机正转3圈，反转3圈，循环工作；（3） 能够实现洗衣机按键控制，比如设置“启动键”、“暂停键”或“停止键”（4） 能够实现按键或开关控制洗衣机的暂停，比如按下“暂停键”，正在旋转的电机停止工作，再按一下“启动键”，洗衣机又继续工作；（5） 能够实现洗涤、甩干连续自动功能，甩干后，洗衣机会通过蜂鸣器发出报警声音；2.2 附件功能要求（1） 能够实现洗衣机单独甩干功能，此时电机旋转速度很快；（2） 能够实现洗衣机进水、排水或者洗涤、漂洗、甩干等不同功能使用不同颜色的指示灯；（3） 能够实现洗涤、漂洗、甩干全过程自动化；（4） 能够实现洗衣机甩干后，发出优美的音乐，音乐一直响直到人为关掉或者音乐响一定时间后自动关闭。（5） 自己设计的其他有特色的功能。三、系统方案论证1. 步进电机运行方式的控制 步进电机的转速与输入脉冲频率成正比，频率越大，转速越高，四相步进电机有双四拍，双八拍双六拍等方式。实验平台可连接的步进电机为四项八拍电机，电压为 DC12V。为了实现对各绕组按一定方式轮流加电，需要一个循环脉冲分配器，这里采用软件实现。将相序表存放于内存区，再设置一个地址指针。当地址依次1（或-1）时，可从表中取出通电代码，再输出到步进电机，产生一定的运行方式。2. 信号的输入与输出 8255 内部包含 3 个 8 位的输入输出端口 A、B 和 C，端口 A 和端口 B 都可以用作一个 8 位的输入口或 8 位的输出口，端口 C 既可以作为一个 8 位的 输入口或 8 位的输出口，又可以作为两个 4 位的输入输出口（C 口上半部分和 C口下半部分）使用，还可以配合 A 口和 B 口工作，分别用来产生 A 口和 B 口的输出控制信号和输入 A 口和 B 口的端口状态信号。 8255A 内部结构图 8255 ABC 口都工作于方式 0， 口低四位接键盘及数码管显示单元的 X1X4 AB 口接数码管的 A、B、C、D、E、F、G 和 DP，以使数码管显示电机的转向和转速；C 口低四位接键盘及数码管显示单元的 Y1Y4 C 口高四位接步进电路的驱动电路，使电机转动起来。8255 的 A 口高四位本次课程设计没有用到。3. 步进电机的速度控制： 采用软件延时的方法，每发射一个脉冲的间隔中插入数个延时单元。速度共分为 3 级，对应三个开关。可以对电机进行方向的改变，并暂停电机运行。初始设计时采用了 8254 作为计数单元，但在实际操作过程中因其过于不稳定，多次出现死机状况，难以调试故改用软件延时的方法。4. 开关及数码管显示单元： 开关K0，K1，K2分别对应选择高，中，低转速，K3对应开始，K4对应暂停。初始运行时系统默认正方向。数码管显示选择的档位，分别对应“1”，“2”，“3”，拨动开关K3后，数码管显示洗衣机转动剩余圈数（倒计时）。5. 运用AD0809采集水位信息，用来作为控制电机转动的信号。在选档，拨动启动开关后，进入加水阶段，开始检测水位，当水位达到设定的高度时，电机开始转动。在洗涤阶段结束后，开始排水，继续检测水位，当水位到达最低值时，启动电机进入甩干阶段。四、系统硬件设计4.1 系统硬件原理8255控制A、B、C、D相位检测8255；实现异步电机的正反转；七段数码管实验检测七段数码管，用来显示档位以及电机圈数；可编程定时器/计数器实验检测8254，用定时器2工作方式3产生方波，使LED灯闪烁；步进电机控制实验检测步进电机；在硬件设计中，主要是通过步进电机模块、LED模块、8254和8259中断延时模块；AD0809水位采集模块。4.2 功能模块设计在硬件设计中，主要是通过步进电机模块、LED模块、8254串行通信模块、8254和8259中断延时模块、8259开关控制模块。实验原理图如图1所示。时钟源1.8432MHz8086CPU 8255A单元8259单元 8254单元8254单元LED高速 K1+中速 K0低速 K1启动键 K3暂停键 K4蜂鸣器ADC0809单元数码管单元电压信号步进电机模块图1 实验原理图4.3 硬件的图表8254的方式控制字格式如表1所示。8255的方式选择控制字格式如表2所示。表1 8254的方式控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0计数器选择读/写工作方式选择计数码制选择00-计数器000-锁存计数值000-方式00-二进制数01-计数器101-读/写低8位001-方式11-十进制数10-计数器210-读/写高8位010-方式211-读出控制字标志11-先读/写低8位再读/写高8位011-方式3100-方式4101-方式5表2 8255的方式选择控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0特征位A口方式选择A口8位输入/输出方向C口高4位输入/输出方向B口方式选择B口8位输入/输出方向C口低4位输入/输出方向 D7=100：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1X：方式24.4 遇到问题及解决措施1. 在洗涤过程中电机正转与反转不能衔接，正转之后无法进入反转程序。因为写正反转程序时没有设计正反转跳转条件。2. 利用ADC0809通过电位器模拟水位检测超出了范围，检测值应当设为0-FFH之间。3. 8255输出口发生错误，通过测试，发现是试验箱的引脚标注错误。五、系统软件设计5.1 总体设计思想软件设计主要是根据具体的硬件设计，应用汇编语言编写具体的控制程序执行相应的控制功能；通过串口程序使得控制更加方便。系统整理设计流程图如图2所示。系统具体工作流程图如图3所示。 程序开始采集水位排水程序结束蜂鸣器响电机正转甩干电机正反转设计电机档位采集水位进水可暂停图2 系统整体设计流程图开始8259初始化8259发送查询字中断请求查询IR0请求 IR1请求 IR2请求 IR3请求 KK+K0 K1 K2显示字符“0” 显示字符“1” 显示字符“2” 显示字符“3” IR4中断请求N K4AD0809初始化 8255初始化 8254初始化 暂停PC4=1 低 Y水位采集 加水灯亮电机正反转高 N 洗涤结束s=0 产生方波 产生脉冲YN Y排水灯闪烁 电机正转 圈数Q=0蜂鸣器响 图3 具体工作流程图5.2 功能模块设计步进电机模块步进电机的驱动原理是通过它每相线圈的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转，驱动电路由脉冲来控制，所以调节脉冲的频率便可改变步进电机的转速，微控制器最适合控制步进电机。另外，由于电机的转动惯量的存在，其转动速度还受驱动功率的影响，当脉冲的频率大于某一值（本实验为f.100hz）时，电机便不再转动。本次试验电机中共有四个相位（A,B,C,D），按转动步骤可分单4拍（A-B-C-D-A）,双4拍（AB-BC-CD-DA-AB）和单双8拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。此模块的主要功能是通过接收8255的C口输入信号来控制步进电机的转动，A,B,C,D分别代表不同的四个相位，分别接入到PC0,PC1,PC2和PC3,实现转动控制。LED模块和8259开关控制模块LED模块的主要功能是显示速度，最后一位显示转速（1,2,3档）以及洗涤时间；8259能配合完成开关和显示控制两种功能。此开关模块主要是通过手动设置速度、暂停来控制电机的转动。手动设置速度，通过调用中断并执行中断。暂停的实现是在电机正反转程序中调暂停程序CALL ZT,用暂停是通过按键K4，根据K4的状态读入到8255的PC4口，将状态与00010000B比较，若值不为零则返回暂停程序，继续执行。若比较为零，则继续在暂停程序中读取状态。8254和8259中断延时模块设置8253和8259的方式字和控制字，通过8253产生方波，最后再接入到8259产生延时中断，以每一步中间的延时来控制显示进水排水灯亮。此模块用计计数器T1设置在模式3状态,二进制码计数，CLK1接1.84M时钟，GATE接+5V，OUT1接LED显示灯。AD0809模块通过AD0809模拟检测水位，产生用来控制电机启动的信号。电机进入启动前，设置高水位检测，此处用电位器产生电压来模拟水位。通过转动电位器，输出模拟量，模拟量通过IR0IR7输入。设置高水位值为11110010B，转换的值与此值比较，若大于，设置一个变量SW0,赋值FBH，并返回到FFD0，此时在判断SW0值是否与返回的值相等，若相等则采集结束，若不等，则继续采集。在电机正反转结束后，进入排水程序，排水过程调用低水位检测CALL CJ1，在低水位检测中设置低水位值10000111B ，AD0809转换值与低水位值比较，若小于设置一个变量SW,赋值01H，并返回到FFD，此时在判断SW值是否与返回的值相等，若相等则采集结束，若不等，则继续采集。5.3 遇到问题及解决措施1. 在ADC0809水位检测程序中没有设置变量，导致无法进入该程序。要在读取转换过程中设置变量，调用采集程序后需要再次设置变量进行比较。2. 在主程序中，跳转标号超出范围。要将该标号原跳转地址步长缩短到9部以内。3. 后期也想用8254来调速，只是写完程序后，运行时电机调不了速，反复检查，没有找出错处，最终放弃了调用8254，还是选择的软件延迟调速。6、 总结对于简易全自动洗衣机这个课题来说,最大的难点不在于电路的连线和硬件器材的调试，而在于步进电机控制程序的编写。由于对与步进电机相关的计算机程序知识掌握的不够透彻，以至于试验一度在编写程序这一环节停滞不前。此次实验也暴露出我们对汇编语言的掌握浮于表面的问题。我们的学习过于侧重理论知识的掌握，动手实践的环节却被忽略。总的说来,在此次实验中,从最初的方案敲定,到后来的代码编写，程序调试，增加扩展功能,在实验室花费了很多的时间。甚至直到最后仍然有一些功能没有实现，这给我们提了一个醒，只局限于书本知识的学习是远远落后于实践的需求，对于我们而言动手的实践能力比学习书本知识来的更为重要。本次试验的程序还有许多不太完善的地方，还有一些不足，还有待于进一步改进。此次实验是对我们所学的微机原理和接口课程知识的一次综合性考查,既巩固了微机和接口技术的理论知识,也更进一步促进了我们思考、动手和对学以致用的能力。在这两周的时间中，我们学到了很多东西。在老师提供课题之后，我们自己找资料，设计方案，编写程序，调试运行。这个过程中我们的动手实践能力有了极大的锻炼。汇编语言的掌握，队员之间的合作能力都直接或间接的影响着实验的进度和结果。虽然我们仍然有一些程序没有完成，但我们仍能从中学到一些东西。在最后一段时间里，我们会向老师、同学请教，争取把没有完成的程序弄清楚并完善整个方案。7、 附录完整程序如下：IOY0 EQU 3000H ;片选IOY0对应的端口始地址IOY1 EQU 3040H ;片选IOY1对应的端口始地址IOY2 EQU 3080H ;片选IOY1对应的端口始地址IOY3 EQU 30C0H ;片选IOY3对应的端口始地址;*MY8259_ICW1 EQU IOY1+00H ;实验系统中8259的ICW1端口地址MY8259_ICW2 EQU IOY1+04H ;实验系统中8259的ICW2端口地址MY8259_ICW3 EQU IOY1+04H ;实验系统中8259的ICW3端口地址MY8259_ICW4 EQU IOY1+04H ;实验系统中8259的ICW4端口地址MY8259_OCW1 EQU IOY1+04H ;实验系统中8259的OCW1端口地址MY8259_OCW2 EQU IOY1+00H ;实验系统中8259的OCW2端口地址MY8259_OCW3 EQU IOY1+00H ;实验系统中8259的OCW3端口地址MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址 MY8254_COUNT0 EQU IOY2+00H*4 ;8254计数器0端口地址MY8254_COUNT1 EQU IOY2+01H*4 ;8254计数器1端口地址MY8254_COUNT2 EQU IOY2+02H*4 ;8254计数器2端口地址MY8254_MODE EQU IOY2+03H*4 ;8254控制寄存器端口地址AD0809 EQU IOY3+00H ;AD0809的端口地址STACK1 SEGMENT STACK DW 512 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENT MES DB Press any key to exit!,0AH,0DH,0AH,0DH,$DW1 DB DANGWEI 1,0AH,0DH,0AH,0DH,$DW2 DB DANGWEI 2,0AH,0DH,0AH,0DH,$DW3 DB DANGWEI 3,0AH,0DH,0AH,0DH,$BG DB START,0AH,0DH,0AH,0DH,$ZZ DB ?QS DB ?ZZ1 DB ?FZ1 DB ?ZS DW ?ZQ DB ?SW0 DB ?SW DB ?STR1 DB AD0809:PAISHUI $ ;定义显示的字符串TTABLE1 DB 09H,08h,0CH,04H,06H,02H,03H,01H ;步进电机TTABLE2 DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H ;步进电机DTABLE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H FREQ_LIST DW 371,495,495,495,624,556,495,556,624 ;频率表 DW 495,495,624,742,833,833,833,742,624 DW 624,495,556,495,556,624,495,416,416,371 DW 495,833,742,624,624,495,556,495,556,833 DW 742,624,624,742,833,990,742,624,624,495 DW 556,495,556,624,495,416,416,371,495,0TIME_LIST DB 4, 6, 2, 4, 4, 6, 2, 4, 4 ;时间表 DB 6, 2, 4, 4, 12, 1, 3, 6, 2 DB 4, 4, 6, 2, 4, 4, 6, 2, 4, 4 DB 12, 4, 6, 2, 4, 4, 6, 2, 4, 4 DB 6, 2, 4, 4, 12, 4, 6, 2, 4, 4 DB 6, 2, 4, 4, 6, 2, 4, 4, 12 DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,OFFSET MES ;显示退出提示 MOV AH,09H INT 21H MOV DX,MY8259_ICW1 ;初始化实验系统中8259的ICW1 MOV AL,13H ;电平触发、单片8259、需要ICW4 OUT DX,AL MOV DX,MY8259_ICW2 ;初始化实验系统中8259的ICW2 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,MY8259_ICW4 ;初始化实验系统中8259的ICW4 MOV AL,01H ;非自动结束EOI OUT DX,AL MOV DX,MY8259_OCW1 ;初始化实验系统中8259的OCW1 MOV AL,00H ;打开IR0到IR7的屏蔽位 OUT DX,AL MOV DX,MY8255_MODE ;定义8255工作方式 MOV AL,10001000B ;工作方式0，A口和B口为输出 OUT DX,AL MOV DX,MY8254_MODE ;初始化8254工作方式 MOV AL,36H ;定时器0、方式3 OUT DX,AL QUERY: MOV AX,DATA MOV DS,AXJSD: MOV DX,MY8255_B ;启动灯亮 MOV AL,01H OUT DX,AL CALL DALLY MOV DX,MY8255_B ;启动灯灭 MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AH,1 ;判断是否有按键按下 INT 16H JNZ QUIT1 ;有按键则退出 MOV DX,MY8259_OCW3 ;向8259的OCW3发送查询命令 MOV AL,0CH OUT DX,AL IN AL,DX ;读出查询字 TEST AL,80H ;判断中断是否已响应 JZ QUERY ;没有响应则继续查询 AND AL,07H CMP AL,00H JE IR0ISR ;若为IR0请求，跳到IR0处理程序CMP AL,01H ;若不是继续检查 JE IR1ISR ;若为IR1请求，跳到IR1处理程序 CMP AL,02H ;若不是继续检查 JE IR2ISR ;若为IR2请求，跳到IR2处理 CMP AL,03H ;若不是继续检查 JE IR3ISR1 ;若为IR3请求，跳到IR3处理程序 JNE IR4ISR1 ;若不是跳到IR7处理程序 JMP QUERYQUIT1: JMP QUIT IR0ISR:MOV AL,30H ;IR0处理，显示字符0 MOV AH,0EH INT 10H MOV AL,20H INT 10H JMP QUIT IR3ISR1: JMP IR3ISR IR1ISR:MOV AL,31H ;IR1处理，显示字符1 MOV AH,0EH INT 10H MOV AL,20H INT 10H MOV ZZ,20H ;设置小循环正反转圈数 ，转速，执行圈速 MOV QS,08H MOV ZS,0500H MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,OFFSET DW1 ;显示设置1档 MOV AH,09H INT 21H MOV BX,OFFSET DTABLE ;七段码地址 MOV AL,BX+1 MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL JMP EOIIR2ISR:MOV AL,32H ;IR2处理，显示字符2 MOV AH,0EH INT 10H MOV AL,20H INT 10H MOV ZZ,20H MOV QS,05H MOV ZS,3000H MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,OFFSET DW2 ;显示设置2档 MOV AH,09H INT 21H MOV BX,OFFSET DTABLE ;七段码地址 MOV AL,BX+2 MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL JMP EOIIR4ISR1: JMP IR4ISR IR3ISR:MOV AL,33H ;IR3处理，显示字符3 MOV AH,0EH INT 10H MOV AL,20H INT 10H MOV ZZ,30H MOV QS,08H MOV ZS,6000H MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,OFFSET DW3 ;显示设置3档 MOV AH,09H INT 21H MOV BX,OFFSET DTABLE ;七段码地址 MOV AL,BX+3 MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL JMP EOI IR4ISR:MOV AL,34H ;IR4处理，显示字符4 MOV AH,0EH INT 10H MOV AL,20H INT 10H MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,OFFSET BG ;显示开始 MOV AH,09H INT 21HFFD0: CALL CJ0 ;第一次加水采集 CMP SW0,0FBH JNZ FFD0 ;若不是该水位，继续采集 MOV DX,MY8255_B ;加水灯亮 MOV AL,01H OUT DX,AL CALL DALLY MOV DX,MY8255_B ;加水灯灭 MOV AL,00H OUT DX,AL CA: CALL CLEAR ;圈数用数码管显示 MOV AL,QS MOV BX,OFFSET DTABLE XLAT MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL CALL DJ1 ;在选择档位下，执行洗涤程序DJ1J0: CMP QS,00H DEC QS JNL CA ;判断洗涤是否结束FFD: CALL CJ1 ;第二次采集加水采集 CMP SW,01H JNZ FFD ;若不是该水位，继续采集 JMP SG ;排水完，进入甩干 CALL SOUND ;甩干结束，蜂鸣器响 MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,OFFSET BG ;显示JIESU MOV AH,09H INT 21H JMP EOI EOI: MOV DX,MY8259_OCW2 ;向实验系统中8259发送中断结束命令 MOV AL,20H OUT DX,AL JMP QUERY DJ1J: JMP DJ1J0 QUIT: MOV AX,4C00H ;结束程序退出 INT 21HDJ1 PROC ;取小循环圈数值 MOV AL,ZZ MOV ZZ1,AL MOV AL,ZZ MOV FZ1,ALA1: MOV BX,OFFSET TTABLE1 ;正转 MOV CX,08H A2: MOV DX,MY8255_C ;暂停程序 IN AX,DX ;读状态1 或 0 AND AX,00010000B ;判断pc4 是否读取状态 JNZ ZT ;1 暂停 MOV AL,BX MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL CALL DALLY INC BX LOOP A2 DEC ZZ1 CMP ZZ1,00H ;判断小循环内正转是否结束 JNL A1 B1: MOV BX,OFFSET TTABLE2 ;反转 MOV CX,08H B2: MOV DX,MY8255_C ;暂停程序 IN AX,DX AND AX,00010000B JNZ ZT MOV AL,BX MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL CALL DALLY INC BX LOOP B2 DEC FZ1 CMP FZ1,00H ;判断小循环内反转是否结束 JNL B1 RET DJ1 ENDPCLEAR PROC NEAR ;清除数码管显示子程序 MOV DX,MY8255_A ;段位置0即可清除数码管显示 MOV AL,00H OUT DX,AL RETCLEAR ENDPCJ1 PROC NEAR ;第二次排水采集低水位 S1: MOV DX,AD0809 ;启动A/D转换 OUT DX,AL CALL DALLY MOV DX,AD0809 ;读出转换结果 IN AL,DX CMP AL,10000111B ;读出值与低水位设定值进行比较 JC PSD1 JNC PSD2 PSD1: MOV SW,01H ;PSD2: RET CJ1 ENDP ;第一次进水采集高水位CJ0 PROC NEAR S0: MOV DX,AD0809 ;启动A/D转换 OUT DX,AL CALL DALLY MOV DX,AD0809 ;读出转换结果 IN AL,DX CMP AL,11110010B ;读出值与高水位设定值进行比较 JNC PSD3 JC PSD4 PSD3: MOV SW0,0FBHPSD4: RET CJ0 ENDP ZT PROC NEAR ;暂停程序GFF: MOV DX,MY8255_C IN AX,DX AND AX,00010000B JZ FDF ;读取状态为0时，不暂停 CALL DALLY JMP GFF ;多次采集，暂停状态取消FDF: RET ZT ENDPSG: MOV DX,MY8254_MODE ;甩干之前排水灯程序 MOV AL,76H ;定时器1 工作方式3 状态字 先读低 再读高 OUT DX,AL MOV AX,0FFF8H ;设置计数初值 MOV DX,MY8254_COUNT1 OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL CALL DALLY1 CALL DALLY CALL DALLY1 CALL DALLY CALL DALLY1 CALL DALLY CALL DALLY1 CALL DALLY1 MOV DX,MY8254_MODE MOV AL,70H ;定时器1 工作方式0 状态字 OUT DX,AL MOV AX,00H ;定时器停止 MOV DX,MY8254_COUNT1 OUT D