数字温度计的设计

微机原理课程设计微机原理课程设计 数字温度计的设计数字温度计的设计 姓姓 名 名 学学 号 号 09325208 专专 业 业 电子信息工程电子信息工程 班班 级级 093252 指导教师 指导教师 涂绪坚涂绪坚 2012 年年 1 月月 3 日日 1 目录 目录 1 一 设计目的 2 二 设计要求 2 三 设计的总体硬件框图 2 3 1 温度传感器 3 3 2 控模块 4 3 2 1 8088 4 3 2 2 62256 存储器 6 3 3 转换模块 7 3 4 8279 驱动 LED 显示模块 8 四 电路原理图 10 4 1 8088 控制系统 11 4 2 温度检测装置 11 4 3 A D 转换器 12 4 4 键盘显示模块 12 五 程序设计 13 六 总结 14 参考文献 15 附录一 总电路原理图 16 附录二 源程序 17 2 一 设计目的一 设计目的 微机原理及接口技术 是一门对实践性和实用性要求都特别高的课程 学习的目的在于运用 本课程设计是为了配合下学期的 单片机原理与应 用 课堂教学的重要实践教学环节 它能够起到巩固课堂和书本所学知识 的作用 加强综合能力 提高系统设计水平 启发创新思想的效果 同时 可以让学生掌握现代电子系统设计的方法和原则以及使用电子 CAD 进行原 理图绘制方法 进一步加深对电子系统设计和应用的理解 二 设计要求二 设计要求 1 数字温度计的测量范围 55 125 2 误差范围 0 5 以内 3 全部采用 LED 显示 三 设计的总体硬件框图三 设计的总体硬件框图 数字温度计的总体硬件设计框图如图 1 所以 主控模块采用 8088CPU 和 6225 存储器以及一些译码 编码器组成 温度传感器采用 AD590 集成芯 片 A D 转换器采用 0809 传输 显示模块采用 8279 驱动 LED 实现温度的 显示 图 1 总体设计方框图 A D 转换器 温度传感器 主控模块 8279 驱动 LED 显示 示 3 3 1 温度传感器温度传感器 温度通过 AD590 温度传感集成芯片 将温度变化量转换成电压值变化量 经 过 OP07 一级跟随后输入到电压放大电路 放大后的信号输入到 A D 转换器将 模拟信号转换成数字信号 利用 CPU 采集并存储采集到的数据 设定温度为 0 摄氏度时变换放大电路送出的模拟量为 0V 此时 A D 输出的 数字量为 00H 温度为 76 5 摄氏度时变换放大电路送出 4 9805V 电压 此时 A D 输出的数字量为 FFH 即每 0 3 摄氏度对应 1LSB 变化量 报警温度设定为 76 5 摄氏度 此时 输出电压约为 5 0V 左右 实验平台利用 IC 温度传感器 AD590 作为测温器 AD590 是 AD 公司生产的一种 精度和线性度较好的双端集成温度传感器 其输出电流与绝对温度有关 对于 电源电压从 5 10V 变化只引起 1 A 最大电流的变化或 1 摄氏度等效误差 温度传感部分 上图给出了用于获得正比于绝对温度的输出电流的基本温度敏感电路 当温度 有 10 的变化时输出电压变化为 20mV 即该电路 M 点电压随温度变化为 2mV 将温度传感器输出的小信号跟随放大 32 倍左右后 送至 8 位 A D 转 换器转换成数字量 编制程序 微控制器采集 显示和控制温度 输入 A D 的 模拟信号有过压保护 不会损坏 A D 转换器 4 3 2 主控模块主控模块 本主控模块主要由 8088CPU 和 62256 存储器 以及一些编码和译码器构成 3 2 1 8088 1 8086 8088 CPU 的内部结构 8086 8088 CPU 的内部是由两个独立的工作部件构成 分别是总线接口部件 BIU Bus Interface Unit 和执行部件 EU Execution Unit 图中虚线右半部 分是 BIU 左半部分是 EU 两者并行操作 提高了 CPU 的运行效率 1 指令执行部件 指令执行部件 EU 主要由算术逻辑运算单元 ALU 标志寄存器 FR 通用寄存 器组和 EU 控制器等四个部件组成 其主要功能是执行命令 一般情况下指令顺 序执行 EU 可不断地从 BIU 指令队列缓冲器中取得执行的指令 连续执行指令 而省去了访问存储器取指令所需的时间 如果指令执行过程中需要访问存储器 5 存取数据时 只需将要访问的地址送给 BIU 等待操作数到来后再继续执行 遇到转移类指令时则将指令队列中的后续指令作废 等待 BIU 重新从存储器中 取出新的指令代码进入指令队列缓冲器后 EU 才能继续执行指令 这种情况下 EU 和 BIU 的并行操作回受到一定的影响 但只要转移类指令出现的频率不是很 高 两者的并行操作仍然能取得较好的效果 EU 中的算术逻辑运算部件 ALU 可完成 16 位或 8 位二进制数的运算 运算结 果一方面通过内部总线送到通用寄存器组或 BIU 的内部寄存器中以等待写到存 储器 另一方面影响状态标志寄存器 FR 的状态标志位 16 位暂存器用于暂时 存放参加运算的操作数 EU 控制器则负责从 BIU 的指令队列缓冲器中取指令 分析指令 即对指令 译码 然后根据译码结果向 EU 内部各部件发出控制命令以完成指令的功能 2 总线接口部件 BIU 总线接口部件 BIU 主要有地址加法器 专用寄存器组 指令队列缓冲器以 及总线控制电路等四个部件组成 其主要功能是负责完成 CPU 与存储器或 I O 设备之间的数据传送 BIU 中地址加法器将来自于段寄存器的 16 位地址段首地 址左移 4 位后与来自于 IP 寄存器或 EU 提供的 16 位偏移地址相加 通常将 段 首地址 偏移地址 称为逻辑地址 形成一个 20 位的实际地址 又称为物理 地址 以对 1MB 的存储空间进行寻址 具体讲 当 CPU 执行指令时 BIU 根 据指令的寻址方式通过地址加法器形成指令在存储器中的物理地址 然后访问 该物理地址所对应的存储单元 从中取出指令代码送到指令队列缓冲器中等待 执行 指令队列一共 6 个字节 8088 的指令队列为 4 个字节 一旦指令队列 中空出 2 个 8086 中 或一个 8088 中 字节 BIU 将自动进入读指令操作以 填满指令队列 遇到转移类指令时 BIU 将指令队列中的已有指令作废 重新 从新的目标地址中取指令送到指令队列中 当 EU 需要读写数据时 BIU 将根据 EU 送来的操作数地址形成操作数的物理地址 从中读取操作数或者将指令的执 行结果传送到该物理地址所指定的内存单元或外设端口中 BIU 的总线控制电路将 CPU 的内部总线与外部总线相连 是 CPU 与外部交换 数据的通路 对于 8086 而言 BIU 的总线控制电路包括 16 条数据总线 20 条 地址总线和若干条控制总线 而 8088 的总线控制电路与外部交换数据的总线宽 6 度是 8 位 总线控制电路与通用寄存器组之间的数据总线宽度也是 8 位 而 EU 内部总线仍是 16 位 这也是将 8088 称为准 16 位的微处理器的原因 3 2 2 62256 存储器 62256 分别是 32 K 8 的高集成度的随机存取存储器 有 28 个引脚 采用 双列直插式结构 62256 的引脚分布如图 2 所示 它们的内部结构与 6264 类似 也是由存储器阵列 行 列地址译码器以及数据输入输出控制逻辑 组成 引脚功能和外部特性与 6264 基本相同 区别仅在于由于容量大 第 26 引脚为 A13 第 1 引脚为 A14 62256 引脚功能 A0 A14 地址总线 Address D0 D7 输入 输出口 nput output CS 端口选择 Chip select WE 输入始能 Write enable OE 输出始能 Output enable VCC 电源始能 Power supply VSS 接地 Ground 7 3 3 转换模块 转换模块 A D 转换部分采用 ADC0809 A D 转换器 0809 的任务是将模拟量转换成数 字量 它是模拟信号和数字仪器的接口 其内部原理图如下所示 主要部件的功能 256R 电阻梯形网络 即 R 2R 电阻网络 比较器 将输入模拟量与逐次逼近值进行比较 多路开关 选择不同通道的模拟量 图 A D 转换器 0809 内部逻辑图 内部逻辑结构图 引脚意义 ALE 地址锁存信号 选择 8 个模拟通道之一 OE 输出允许信号 高电平有效 EOC 转换结束信号 IN0 IN7 8 路模拟电压输入端 D0 D7 8 位数据输出端 AD0 AD1 AD2 3 位地址线 选择 8 路模拟输入量之一 8 引脚图如下 图 3 4 2 0809 引脚图 图 0809 引脚图 3 4 8279 驱动驱动 LED 显示模块显示模块 8279 采用单 5V 电源供电 40 脚封装 DB0 DB7 双向数据总线 用来传送 8279 与 CPU 之间的数据和命令 CLK 时钟输入线 用以产生内部定时的时钟脉冲 RESET 复位输入线 8279 复位后被置为字符显示左端输入 二键闭锁 的触点回弹型式 程序 时钟前置分频器被置为 31 RESET 信号为高电平有效 CS 片选输入线 低电平有效 单片机在CS 端为低时可以对 8279 读 写操作 A0 缓冲器低位地址 当 A0 为高电平时 表示数据总线上为命令或状态 当为低电平时 RD 读信号输入线 低电平有效 将缓冲器读出 数据送往外部总 线 WR 写信号输入线 低电平有效 将缓立器读出 将数据从外部数据总 线写入 8279 的缓冲器 RL2 1 40 VCC RL3 2 39 RL 1 CLK 3 38 RL 0 IRQ 4 37 CNTL STB RL4 5 36 SHIFT RL5 6 35 SL 3 RL6 7 34 SL 2 RL7 8 33 SL 1 RESRT 9 32 SL 0 9 RD 10 31 OUT B0 WR 11 30 OUT B1 DB0 12 29 OUT B2 DB1 13 28 OUT B3 DB2 14 27 OUT A0 DB3 15 26 OUT A1 DB4 16 25 OUT A2 DB5 17 24 OUT A3 DB6 18 23 BD DB7 19 22 CS VSS 20 21 A0 IRQ 中断请求输出线 高电平有效 在键盘工作方式下 当FIFO 传 感器 RAM 中有数据时 此中断线变为高电平 在 FIFO 传感器 RAM 每次读出时 中断线就下降 为低电平 若在 RAM 中还有信息 则此线重又变为高电平 在传感器工作方式中 每当探 测到传感器信号变 化时 中断线就变为高电平 SL0 SL3 扫描线 用来扫描按键开关 传感器阵列和显示数字 这 些可被编程或被译码 RL0 RL7 回送线 经过按键或传感器开关与扫描线联接 这些回送 线内部设置有上拉电 路 使之保持为高电平 只有当一个按闭合时 对应的返回线变为低电 平 无按键闭合时 均保持高电平 SHIFT 换位功能 当有开关闭合时被拉为低电平 没有按下SHIFT 开 关时 SHIFT 输入端保 持高电平 在键盘扫描方式中 按键一闭合 按键位置和换位输入状态 一起被存贮起来 CNTL STB 当 CNTL STB 开关闭合时将其拉到低电平 否则始终保持高电 平 对于键盘输入 方式 此线用作控制输入端 当键被按下时 按键位置就和控制输入状 态一起被存贮起来 在选通输入方式中 作选通用 把数据存入FIFO RAM 中 OUTA3 OUTA0 及 OUTB3 OUTB0 显示输出 A 口及 B 口 这两个口是 16 4 切换的数字显示 这 两个端口可被独立控制 也可看成一个8 位端口 10 BD 空格显示 此输出端信号用于在数字转换时将显示空格或者用显示空 格命令控制其显示 空格字符 VCC 5V 电源输入线 VSS 地线输入线 四 电路原理图四 电路原理图 本次数字温度计的设计我们分四个模块 分别是 8088 控制系统 温度传感器 A D 转换器 以及 8279 键盘显示模块 温度传感器模块采用 AD590 传感器芯片 它可以把温度的变化量转变为电压的变化量 然后经过放大电路送入 A D 转换 器 经过 A D 转换器把模拟信号转换为数字信号 通过主控模块存储信息 然 后再通过 8279 主控的显示模块显示出温度的变化值 总体电路原理图见附录 一 11 4 1 8088 控制系统控制系统 包含 8088CPU 3 片 74LS373 地址锁存器 一片 74LS245 双向数据总线收发器 一片 62256 存储器 一片译码器 74LS138 8088 控制系统原理图如下 4 2 温度检测装置温度检测装置 通过温度检测装置的内部温度传感器检测温度 转换成电压量 0 76 5 转 化为 0 5V 将得到的模拟量送入 A D 转换器 温度检测装置的原理图如 下 12 4 3 A D 转换器转换器 使用采样频率为 8 位的 以逐次逼近原理进行模 数转换的器件 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 个单断模 拟输入信号中的一个进行 A D 转换的 ADC0809 将模拟量转换成数字量 A D 转 换模块原理图如下 4 4 键盘显示模块键盘显示模块 使用 8279 键盘控制和 LED 显示 8279 芯片是一种通用的可编程序的键盘 显 13 示接口器件 单个芯片就能完成键盘输入和 LED 显示控制 8279 键盘显示模块的电路原理图如下 14 五 程序设计五 程序设计 5 1 程序流程图 5 2 源程序 见附录二 初始化 启动 A D 转换 延时等待 从电位器读数据到 AD 转换 屏蔽低八位 除 10 取商存到 8279 的 83H 除 1 取商 各个显码再 加 80H 再存到 82H 屏蔽高八位 除 10 取商存到 81H 由 8279 输出并 显示到数码管 15 六六 总结总结 为期一周的微机原理的课程设计在紧张与踏实中度过 由于要一边做课程设计 一边复习考试 所以可谓是时间紧 任务重 尤其是最后的程序调试过程中 我们甚至通宵调试 但是由于基础知识掌握不够扎实和程序调试的技巧还未成 熟 导致我们的设计未达到预期的效果 但从心底里说 还是高兴的 因为课 程设计给了我很多的启发 让我深深认识到自己的不足 明白了理论结合实践 在我们专业的学习中的重要性 我想这个课程设计将会成为我学习道路上新的 里程碑 在指导老师和同学的帮助下 我确实学到了不少平时在课堂上所学不到的 知识 这样的课程设计不论是对我们的理论知识还是实践能力都有很大的帮助 可以使我们能更快更准确的掌握专业方面的理论知识 我感觉这次设计我们得到更多的是 对办任何事情我们都要先经过认真细 致的观察和分析 才能确定我们到底该如何去做它 要不然 只会是事倍功半 耽误我们的办事效率 我觉得这个方面的经验是最宝贵的 也是我们在毕业后 进入社会所必须的能力 我们也只有具备了这个基本的能力后 才不至于在以 后的生活 学习和工作中误入歧途 对自己和对他人造成不必要的损失 总之 通过这次电子系统设计 我真正学到了很多东西 真正体会到了理 论联系实际的重要性 我想如果在平时多搞几次这样的设计 那我们的知识会 掌握的更多 更牢固 最后 衷心感谢辅导老师的指导和同学的帮助 16 参考文献参考文献 1 阎石 数字电子技术基础 第五版 北京 高等教育出版社 2005 2 AD590 温度传感器资料及应用手册 3 8279 键盘 显示接口芯片资料及应用手册 4 邱关源 电路 第五版 北京 高等教育出版社 2006 5 电子 CAD 电路设计教程 北京 北京航空航天大学出版社 2006 17 附录二附录二 源程序源程序 Z8279 EQU 239H D8279 EQU 238H D0809 EQU 208H LEDMOD EQU 00 左边输入 八位显示外部译码八位显示 LEDFEQ EQU 38H 扫描频率 CODE SEGMENT ASSUME CS CODE DS code START push cs pop ds call delay MOV DX Z8279 MOV AL LEDMOD OUT DX AL MOV AL LEDFEQ OUT DX AL MOV CX 06H XZ MOV DX D8279 MOV AL 00H OUT DX AL LOOP XZ MOV DX D8279 MOV AL 5eH OUT DX AL MOV DX D8279 MOV AL 77H OUT DX AL 以上为写 AD NOP bg mov dx D0809 mov al 0 out dx al call delay IN al dx mov cl 04h ror al cl and al f0h MOV BL 10 DIV BL push Ax mov dx z8279 mov al 81h 18 out dx al POP AX LEA AX LED XLAT MOV DX D8279 将 AL 中内容写到数码管上 OUT DX AL call delay mov dx D0809 mov aL 0 out dx aL call delay IN aL dx mov cL 04h ror aL cl and aL 0fh MOV BL 100 DIV BL PUSH AX mov dx z8279 mov aL 82h out dx aL POP AX LEA BX LED XLAT MOV DX D8279 将 AL 中内容写到数码管上 OUT DX AL call dela