微机原理课程设计报告.doc

二一二二一三学年 第一学期信息科学与工程学院自动化系课程设计报告课程名称： 微机原理及应用课程设计 班 级： 自动化1003班 姓 名： 黄金龙 学 号： 201004134102 指导教师： 孟志华 二一三年元月八日应用8255A和8位A/D变换器实现多路数据的采集一、设计目的巩固“微机原理”课程学过的知识，加强理论与实践的联系。通过本课程设计，初步了解微机系统的硬件设备，学会8086系列编程指令的基本功能。二、设计任务采用8086系列CPU构建控制系统，在IBM PC系统机的扩充槽上，利用8255A和8位ADC0809模数变换器实现数据采集系统，并编写程序完成多路数据的采集工作。三、设计要求（1）系统的基本原理及画出硬件原理图，并加以说明。（2）画出程序流程图。（3）编写应用程序，并注释。（4）A/D变换器通过8255A与计算机总线相连，完成数据的读取；系统中通过8259A可编程中断控制器，向8086申请中断。四、系统总体设计框架本设计采用AD转换器ADC0809, 把外界模拟信号转换为数字信号，通过并行接口8255连接到IBMPC扩展槽。从键盘输入数码选择A/D转换的通道，从显示器上得到转换成的数字量。8255PCI扩展槽计算机系统显示器ADC0809五、相关工作原理说明1、A/D转换的原理在我们所测控的信号中均是连续变化的物理量，通常需要用计算机对这些信号进行处理，则需要将其转换成数字量，A/D转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计算机能接受的数字量。根据A/D转换器的工作原理，常用的A/D转换器可分为两种，双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。（1）双积分A/D转换器工作原理双积分A/D转换器由电子开关，积分器，比较器，计数器和控制逻辑等部分组成，所谓双积分就是进行一次A/D转换需要两次积分。双积分A/D转换器采用间接测量的方法，它将被测电压转换成时间常数T，输入电压越大反向积分时间越长，用高频标准脉冲计数测此时间，即可得到相应于输入电压的数字量。特点：可以有效的消除干扰和电源噪声，转换精度高，但是转换速度慢。（2）逐次逼近型A/D转换器逐次逼近型A/D转换器由D/A转换环节，比较环节和控制逻辑等几部分组成。图示是逐次逼近型A/D转换器的电路原理图，其转换原理为：A/D转换器将一待转换的模拟输入电压Ui与一个预先设定的电压Ui（预定的电压由逐次逼近型A/D转换器中的D/A输出获得）电压相比较，根据预设的电压Ui是大于还是小于待转换成的模拟输入电压Uin来决定当前转换的数字量是“0” 还是“1”，据此逐位比较，以便使转换结果（相应的数字量）逐渐与模拟输入电压相对应的数字量接近。“预设的电压”值的算发如下：使逐次逼近型A/D转换器中的D/A的各位二进制数从最高位起依次置1，每变化一位就得到一个预设的电压Ui并使之与待转换的模拟输入电压Ui进行比较，若模拟输入电压Ui小于预设的电压Ui，则使比较器中相应的位为0，若模拟输入电压Ui大于预设的电压Ui，则使比较器中相应的输出位为1，无论哪钟情况，均应继续比较下一位，直到最低位为止，此时逐次逼近型A/D转换器中的D/A的数字输入即为对应模拟输入信号的数字量，将此数字量输出就完成了A/D的转换过程。特点：逐次逼近式的属于直接式A/D转换器，转换精度高，速度高，价格适中，是目前种类最多，应用最广的A/D转换器，典型的8位模数转换器有ADC0809。2.ADC0809芯片ADC0809是逐位逼近型8位单片A/D转换器件。片内含8路模拟开关，可允许8个模拟量输入，最大不可调误差小于1LSB，典型时钟频率为640kHz，每通道的转换时间约为100s。ADC0809没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为101280kHz。片内带有三态输出缓冲器，因此可直接与系统总线相连。它的转换精度和转换时间都不是很高，但其性价比有较明显优势。（1） 外部引脚ADC0809共有28根引脚。如图所示：D0D7：8位转换结果输出端。三态输出，D7是最高位，D0是最低位。IN0IN7：8个通道的模拟量输入端。可输入05V待转换的模拟电压。A、B、C：通道选择端。当CBA=000时，IN0输入；当CBA=111时，IN7输入。ALE：地址锁存信号输入端。该信号在上升沿处把A、B、C的状态锁存到内部的多路开关地址锁存器中，从而选通8路模拟信号中的某一路。 ALE：通道地址说村信号。将三位地址线ADDA、ADDB、ADDC进行锁存，上升延有效。START：启动信号输入，下降延有效。EOC：转换结束状态信号，用来申请中断。当该引脚输出低电平时表示正在转换，输出高电平则表示一次转换已经结束。OE：读允许信号，高电平有效，有效期间，CPU将转换后的数字量读入。CLK：时钟信号。REF（+），REF（-）：参考电压输入端。Vcc：5V电源输入。GND：地线。（2）内部结构ADC0809内部由3部分组成：模拟输入选择部分：包括一个8路模拟开关和地址锁存器译码电路。输入的三位通道地址信号由锁存器锁存，经译码电路译码后控制模拟开关选择相应的模拟输入。转换器部分：包括比较器，8位D/A转换器，逐位逼近寄存器以及控制逻辑电路等。输出部分：包括一个8位三态输出缓冲器。（3）工作过程 首先CPU发出三位通道地址信号C，B，A； 其次，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，即脉冲上跳延，它将输入的三位通道地址所存到内部地址锁存器； 接着给START引脚加上一个由高到低变化的电平，启动A/D变换； 再次，在变换开始后，EOC引脚呈现低电平，一旦变换结束，EOC又重新变为高电平； 最后，CPU再检测到EOC变高后，输出一个正脉冲到OE端，将转换结果取走。（4）A/D转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。对于8通道的输入信号，要求分辨率为0.5%。8位的A/D转换器，其精度为： 输入为05V时，分辨率为A/D转换器的满量程值 ADC二进制位数量化误差为3.并行接口芯片82558255是可编程IO口扩展芯片。对8255输入不同的指令可改变IO口的工作方式。8255与单片机系统连接方式简单，工作方式由程序设定。8255内部有4个寄存器：分别为寄存器A、B、C和控制寄存器。A、B、C寄存器的数据就是引脚PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0上输入或输出的数据。而控制寄存器的数据则表明PA、PB、PC的工作方式。通过CS、A0、A1、RD和WR对4个寄存器进行操作。 1）CS为低电平时选通8255；2）A1、A0为地址选通；3）RD和WR为读、写信号：RD为低、WR为高时为读方式，RD为高、WR为低时为写方式。4）D0D7为数据口。向控制寄存器写入不同的数据可以使8255工作在三种不同的方式下。这里只介绍应用最多的方式0。方式0下8255的PA、PB及PC口上半部分（PC7PC4）和下半部分（PC3PC0）中任何一个端口都可以设定为输入或输出，PC口还可以进行位操作。RESET:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 CS:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯。 RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。 WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许CPU将数据或控制字写8255。 D0D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 PA0PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入锁存器。 PB0PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。 PC0PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。8255方式0是基本输入/输出方式，A、B、C三个口中任何一个口都可提供简单的输入和输出操作，不需要应答联络信号，即可用于无条件传送的场合，也可以用作查询方式传送。当采用查询方式传送时，原则上可用A、B和C三个口的任一位充当查询信号，但通常都是选用C口充当查询信号，这和C口的编程有关。通常把C口的4位(高4位或低4位)规定为输出口，用以输出一些控制信号，把C口的另4位规定为输人口，用以输入外设的状态。方式1是一种选通输人偷出方式，A口和B口均可工作在这种方式。方式1可作为查询式传送方式，此时握手联络信号，C口要用6位(分成两个3位)分别作为A口和B口的应答联络信号。方式1也可用作中断方式，此时要写对应的C口的按位置位字，打开中断。方式2是A口独有的双向传送方式，一般使用中断传送方式。4.PC/XT总线扩展槽PC/XT总线扩展槽是PC系列机的扩充插槽在系统板上，一般共5个或8个。它实际上是系统总线的扩充和经过重新驱动，也称I/O通道。引脚有62条引线，用双列插槽引脚连接，分A面和B面，规定又成为IBMPC总线标准。IBM-PC扩展总线图及各引脚定义如下：在本设计中用到了以下引脚，并作出功能说明：A1A9：D7D0与ADC0809的八根数据线相连，当中断允许信号发出，由这八根线进行数据读取。A23A28：A8A0与74LS138相连，其输出通过或门电路控制ADC0809的START，EOC，OE三个引脚。BO1,B31：GND接地。B13，B14：读写信号控制线。低电平有效。B20：CLK时钟脉冲信号。周期为210ns的时钟输出信号，频率为477MHZ，一个周期内高电平持续70ns，低电平持续140ns。B04：IQR2中断请求输入信号。5.8086简介Intel 8086是一个由Intel于1978年所设计的16位微处理器芯片，是x86架构的鼻祖。8086拥有四个16位的通用寄存器，也能够当作八个8位寄存器来存取，以及四个16位索引寄存器(包含了堆栈指标)。资料寄存器通常由指令隐含地使用，针对暂存值需要复杂的寄存器配置。它提供64K 8 位元的输出输入(或32K 16 位元)，以及固定的向量中断。大部分的指令只能够存取一个内存位址，所以其中一个操作数必须是一个寄存器。运算结果会储存在操作数中的一个。Intel 8086有四个内存区段(segment) 寄存器，可以从索引寄存器来设定。区段寄存器可以让 CPU 利用特殊的方式存取1 MB内存。8086 把段地址左移 4 位然后把它加上偏移地址。大部分的人都认为这是一个很不好的设计，因为这样的结果是会让各分段有重叠。尽管这样对组合语言而言大部分被接受(也甚至有用)，可以完全地控制分段，使在编程中使用指针 (如C 编程语言) 变得困难。它导致指针的高效率表示变得困难，且有可能产生两个指向同一个地方的指针拥有不同的地址。更坏的是，这种方式产生要让内存扩充到大于 1 MB 的困难。而 8086 的寻址方式改变让内存扩充较有效率。 8086处理器的时钟频率介于4.77MHz(在原先的IBM PC)和10 MHz之间。 8086 没有包含浮点指令部分（FPU），但是可以通过外接数学辅助处理器来增强浮点计算能力。6. 七段数码管发光二极管显示器LED是微型计算机应用系统中常用的输出装置。七段LED显示器内部由7个发光二极管和1个原点发光二极管组成（如图6所示）。根据各管的亮暗程度组合成16进制数，小数点和少数字符。常用的七段LED的管脚排列如下图所示。发光二极管显示器led根据内部发光二极管的接线形式可分为共阳极型和共阴极型。 七段数码管引脚图当为共阴型时，公共极低电平，段码高电平的段亮，低则灭；而共阳型则反之。实验中我们采用的是共阳极型的接法。共阳极型的七段数码表字形编码如下表所示D7D6D5D4D3D2D1D0七段代码dpgfedcba11000000C0H11111001F9H10100100A4H10110000B0H1001100199H1001001092H1000001082H11111000F8H1000000080H1001000090H1000100088H1000001183H11000110C6H10100001A1H1000111086H100011108EH七、功能实现1. 电路图2.程序流程图3.程序源代码DATA SEGMENT DATA1 DW 10 DUP(?) ;定义DATA1为字型 MAX DW ? MIN DW ? TAB DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H ;09的段码（字形码） DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA ADDR_0809 EQU 8000H ；AD0809端口地址 PROC_A EQU 0FF28H PROC_B EQU 0FF29H PROC_C EQU 0FF2AH PROC_CTL EQU 0FF2BH ORG 1100HSTART0: MOV CX,10 ;采集10次数 MOV BX,0 MOV DI,OFFSET DATA1;把DATA1的首地址赋给DILP1: ;采集数据，进行A/D转换 CALL AD0809 XOR AH,AH ;高位清零 ADD BX,AX ;BX=BX+AX,求采集数据之和 MOV DI,AX ;DI存储10个数据 INC DI ;DATA1为字型 INC DI LOOP LP1 MOV SI, OFFSET DATA1 MOV AL,SI MOV CX,9 ;比较9次 P1: INC SI INC SI CMP AL,SI JAE NEXT MOV AL,SINEXT: LOOP P1 MOV AH,00H MOV MAX,AX ;求出最大值 MOV SI, OFFSET DATA1 MOV AL,SI MOV CX,9P2: INC SI INC SI CMP AL,SI JBE CONT MOV AL,SICONT: LOOP P2 MOV AH,00H MOV MIN,AX ;求出最小值 XOR AH,AH ;采集10个数据 MOV AX,BX MOV DX,MAX SUB AX,DX ;减去最大值 MOV DX,MIN SUB AX,DX ;减去最小值 MOV BL,8 DIV BL ;求剩余8位数的平均值 XOR AH,AH MOV BL,50 ;A/D的输出结果经过运算法则 DIV BL MOV BH,AL ;BH为整数部分 CMP AH,5 ;AH为小数部分 JAE LP3 ;大于等于5时跳转 MOV AH,0 ;小于5时置零 JMP LP4 ;无条件转移LP3:MOV BL,5MOV AL,AHXOR AH,AHDIV BLMOV AH,AL ;十进制小数LP4:MOV AL,BH ;十进制整数MOV CH,AH LEA BX,TAB ;装入有效地址MOV AH,0ADD BX,AX ;得到整数的段码字节MOV AL,BX ;整数段码显示MOV CL,AL ;完成整数部分换码 MOV AL,CHLEA BX,TABMOV AH,0ADD BX,AXMOV AL,BXMOV CH,AL ;完成小数部分换码 MOV BH,CH ;换码后小数MOV BL,CL ;换码后整数 AND BL,7FH ;得到整数和小数点的段码 MOV AL,80H ;8255控制字 ，方式0工作MOV DX,PROC_CTLOUT DX,ALMOV SI,05FH ;实现循环显示 LP:MOV AL,BH ;显示小数部分 MOV DX,PROC_AOUT DX,ALMOV AL,0FEHMOV DX,PROC_BOUT DX,ALMOV CX,0FFH ;延时 DELAY1:LOOP DELAY1 MOV AL,BL ;显示整数部分 MOV DX,PROC_AOUT DX,ALMOV AL,0FDHMOV DX,PROC_BOUT DX,ALMOV CX,0FFH ;延时 DELAY2:LOOP DELAY2DEC SI ;减1JNZ LPJMP START0