5级微机原理课程设计.docx

名垢如I%:姓班专学K/及莎火号Jlangsuuniversityofscienceandtechnology微机原理与接口技术课程设计设计报告15电气1班电气工程及其自动化电气与信息工程学院2018年3月系统功能要求2.1 菸本功能要求2.2 附件功能要求I、Ijt13.1 方案一13.3 方案比较2¢3、11'34.1 系统硬件原理34. H80x86简介4.2 功能模块设计104.3 遇到问他及解决措施IlEltl««165.1 总体设计思想165.2 功旎模块设计175.3 遇到问即及解决措施21六、七、附录模拟空调限制系统设计一、课程设计内容（1）利用8255A芯片，在数码管上实时显示温度或其他信息：（2）利用8254芯片,调控电机工作时间：（3）利用8259A芯片，设置按键或开关中断限制功能：（4）利用0809芯片，采集室内温度，限制电机旋转。二、系统功能要求2.1 基本功能要求（1）能够实现在数码管上实时显示室内的温度：（2）能够实现按健限制操作，比如设置“启动键”、“关闭键”、“调档健”等：（3）能够实现用指示灯区分不同的档位，其中3档时电机转速最高：（4）能够实现室温与设定的温度一样时，蜂鸣器响35声:（5）能够通过8254实现电机的调速功能；（6）能够通过8259A限制按键，假设电机正转表示降温，反转表示增温；（7）能够通过0809聚集室内的温度值。2.2 附件功能要求（1）能膨实现在数码管上显示时间：（2）室内温度调整范闹比较大：（3）自己设计的其他有特色的功能。三、系统方案论证3.1 方案一本次模拟空谢限制系统的设计试验主要运用微机原理试验箱上的8255A,8259,8254.ADCo809芯片，包含的输入设备主要有启动按钮，关闭按钮，档位选择按钮（可分I档、2档、3档等，3档转速最富）。主要的输出设备包含指示灯，步进电机，蜂鸣器，数码管等.本次设计的模拟空调限制系统包含主要的几个部分先确定好大致的硬件组成及其结构，依据系统的各个功能分成几个不同的模块，然后分步实现每个模块的功能，再汇编语句把各个模块组合起来成为一个整体，可以完整连续的实现整个系统的功能，完成本次设计。3.2 方案二本次设计试验运用8255A芯片，在数码管上显示档位和时间倒计时，并且具有换档功能，按下一档键相应的数码管上会显示一，设置时间并且在空调限制系统起先工作时倒计时，选择4个数码管作为信号输出，以状态输入开关作为输入信号，都连接至8255芯片上。温度调整功能通过设置步进电机完成，四相步进电机有双四抽，双八拍双六拍等方式，试验平台可连接的步进电机为四项八拍电机，电压为DC12V步进电机由8255A的PC4-PC7口驱动。同时,上述过程的时间都由8254供应定时信号实现在预定时间状态的转换。通过8259A设置按键或中断，运用AD0809采集温度传感器的值，用来作为限制电机转动的信号。选档，拨动启动开关后，系统起先检测室温，并在数码管上实时显示室内的温度，当室温未达到设定的湿度时，步进电机起先转动，电机正转表示降温，反转表示增温。在实现室温与设定的温度一样时，蜂鸣器鸣响35声。对于各个连续自动的功能以及独立实现的功能，整个过程可以通过先画出一个流程图，可以清晰地看出每个功能之间的关系以及组合方式，在对芯片初始化之后，先推断输入信号的状态，依据输入状态的不同调用不同的子程序，鉴于定时程序在许多子程序里调用到，多次编写加长了程序的长度，所以每次在调用之前先聘计数值读入一个寄存器中，在延时程序中读取此寄存器中的数值即可。当依据输入状态运行完之后，最终检测到已完成的时候就启动蜂鸣报警，温度调整过程完成。33方案比较方案的思路相对简洁点，对于做过的微机试验相当于已经熟识了每个芯片的引脚以及功能,并且完成过每个芯片对应的试验，因此.可以很快的单独实现每个模块的功能，但是，不荷洁将每个模块有机的整合起来时，会出现接口冲突，处理起来比较麻烦，而方案二从整体动身,充分安排好各个端口的配置及用途，避开了方案一中的冲突，所以方案二更合适，更有效率.四、系统硬件设计4.1系统硬件原理4.1180x86简介80x86是Intel系列的16位微处理器,采纳HMOS工艺,内部包含29000个晶体管,内部总线16位，外部总线8位.主要用丁兼容当时的外围接口芯片.8086CPU有两部分组成，指令执行部件EU和总线接口部件BIU,80x86内部结构图如图1所示：AXEXCXW*ADu一ADlADlDb-A6A6AOAaAaADbADiADiAD»AdNMCPU图18086CPU内部结构桩图80x86引脚图如图2所示：Vec(5V>-3Sl-A,SA>>S>AS"BHES>一MNE-H(XDE-H1.IA(TCfOT)WR(115CR)-UD-DT/R&)-DDl()-A1.Eg-JgE(QSD_TErr-RIADV-RfSET图280x86CPU引脚图80x86的基本性能指标如卜所示：(I)16位微处理位;(2)采纳高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管:(3)使为5MHz-IOMHz,基本指令执行时间为().3ms0.6ms:(5)16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB：(6)8086可以和浮点运算潺、输入/输出处理器或其他处理器组成多处理器系统，从而极大地提高/系统的数据吞吐实力和数据处理实力.在这个系统中8086作为整个系统的主控芯片，用来限制协调整个系统的工作。4.128255A芯片8255A的功能介绍如下:(I)Intel8255A是个通用的可编程的并行接口芯片，内部有2个8位UO口(A,B),两个4位I/O口(PC7-4、PC3-0):(2)通过编程可设理3种工作方式，可适用于PUC与I/O设备之间的多种数据传送方式的要求：(3)C口可作为数据口，可作为信号线(CPU与Uo设备之间的应答信号,可作为状态口，可按位置位/复位：(4)价格低廉，运用便利，可以干脆与Inld系列的芯片连接运用，在中小系统中有着广泛的应用。8255A的内部结构框图如图3所示：M三vora>-r图3825SA内部结构框图8255A的引脚安排：(1)EM)-D7:8位,双向，三态数据线,用来与系统数据总线相连:（2）与外设相连的24个引脚：PA0-PA7（A组数据信号，用来连接外设）：PBOPB7<B组数据信号，用来连接外设）：PCOPC7（C组数据信号，用来连接外设或者作为限制信号）。（3）CS.RESET、WR、RD、AKAO（内部4个端口）：（5）VCC,GND“8255A外部引脚安排如图4所示：roFMru/»FAi)r4>M>4S<113RSXTT<M><»AlntAO-tt42WK.71'.CflIl,MIQ一UMFG-U1»Mr5KlKSPQMHllKJXf>WDMSENCHMm»>"m图48255A外部引卿图8255A的工作方式：方式0一简洁输入/输出一一查询方式：A.B,C三个端口均可:方式1一选通输入/输出一一中断方式：A,B,两个端口均可：方式2双向输入/输出中断方式。只有A端口才有。工作方式的选择可通过向限制端口写入限制字来实现。4.13 8259A芯片ntcl8259A是与8086系列CPU赖容的可编程中断限制器，具有8级优先权限制，通过级联可以扩展至64级优先权限制，在中断响应周期，8259A可供应相应的中断矢依，从而能快速地转至中断服务子程序，具有多种工作方式，可以通过软件编程进行选择。芯片内含中断恳求寄存涔，中断屏蔽寄存器，优先级分析器，正在服务寄存器以及数据总统缓冲器,级联缓冲器/比较器，读/写限制电路和限制逻辑电路。8259A内部结构框图如图5所示:«if»8259A引脚图如图6所示:图68259A的外部引脚图4.14 ADco809芯片ADeO809转换器，它由一个八路模拟开关，一个地址译码器，一个A/D转换器和一个三态输出所存器组成，辨别率为8位。采纳逐次靠近的转换方法，三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平常，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。其内部有一个8通道多路开关，它可以依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。ADO8O9的工作原理：IN0-1N7：8条模拟量输入通道ADCo809对输入模拟M要求：信号单极性，电压范围是35V,若信号太小,必需进行放大:输入的模拟量在转换过程中应当保持不变，如若模拟量:变更太快,则需在输入湍前加采样保持电路.地址输入和限制线：4条A1.E为地址锁存允许输入线，高电平为效，当A1.E线为高电平常,地址锁存与译码器将A,B,C条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道模拟量通过转换落进行转换。A.B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的-路模拟量输入。ADCO809转换器通道选择表如下表I所示：表10809通道选择表ADDCADDBADDA被选中的模拟通道000INO00IINl0I0IN20I1IN3I00IN4I0I1N51I0IN6I1I1N7数字量输出及限制线：Il条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，全部内部寄存器清零：卜跳沿时，起先进行A/D转换：在跳转期间,ST应保持低电平，EoC为转换结束信号，当EOC为高电平常，表明转换结束：否则表明正在进行A/D转换，OE为输出允许信号，用于限制三条输出锁存器想雎片机输出转换得到的数据，OE=I,输出转换得到的数据OE=O输出数据线呈高阳状态。D7D0为数字量输出线C1.K为时钟输入信号线，因ADCO809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必需由外界供应，通常频率为500KHZ,VREF(+),VREF(一)为参考电压输入。ADCo809转换器内部结构框如图7所小：-ryWHJ'>iV-'<."24-22:l?l>1'>lsrlbl5图7ADCo809内部结构框图ADC0809转换器用脚图如图8所示：IM7IS2ZADCWO>INIIN5INOIN6ADDANADDBSTARTADDCEOCA1.ED3D7OED6C1.oCKDSVccMVREI()DOGNDrREF(一)DlD24.158254芯片8254芯片是款运用非常广泛的可编程定时.计数芯片，其主要功能是定时和计数的功能,8254芯片主要由四部分组成：(1)数据总线缓冲器是一个三态、双向8位寄存器主要作用是与CPU进行数据交换，8位数据线D7DO与CPU的系统数据总线连接，构成CPU和8254之间信息传送的通道，CPU通过数据总线缓冲器向8254写入限制吩咐、计数初始值或读取计数值。(2)读写逻辑是芯片的限制部分，编程人H通过限制信号的选择来选择芯片的工作方式。读/写限制逻辑用来接收CPU系统总线的读、写限制信号和端口选择信号，用于限制8254内部寄存器的读/写操作。(3)限制寄存器是一个只能写不能读的8位寄存器，系统通过指令将限制字写入限制寄存器，设定8254的不同工作方式。(4)8254内部有"个结构完全相同而义和”：独立的16位减“1”计数器，每个计数器有六种工作方式，各臼可依据编程设定的方式工作。8254芯片共仃六种工作方式，分别对庖与六种不同的用途.(1)方式0：计数到0结束输出正跃变信号方式。(2)方式】：硬件可垂触发单程方式。(3)方式2：频率发生罂方式。(4)方式3：方波发生器.(5)方式4：软件触发选通方式。(6)方式5：硬件触发选通方式.8254内部结构框图如图9所示:DP叫?歌C=W=ttRS0=RD"：WRAO-»AlCS计做Zn计做K2D7一IO24VCCD6223>WRD5一322RDM一»21CSB1.5D2一6825419AOC1.K2DO«17OUT2C1.KO916GATE2OUTOIO15C1.KlGATEOGATE!GND21.A1.OUTi图108254引脚图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、按键数码管模块、8254串行通信模块、8254和8259中断延时模块、8259开关限制模块。系统模块整体框架如图11所示：*81以及载码道步进电机8。86系统总线82S。IMM809峥应英ZMOVTl8259图11系统框架图键盘与数码管显示键盘采纳4×4键盘，每个数码管显示值可为0F共16个数.设计中将键盘进行编号,记作0F,当按卜.其中一个按键时,将该按推所指向的功能在对应的编号在对应的数码管上显示出来。图12谴盘及数码管显示单元电路图8255连接键盘与数码管接线图如图13所示:图138255连接键做与数码首接戏图步进电机转动运用开环限制方式能对步进电机的转动方向、速度和角度进行调整。所谓步进，就是指每给步进电机个递进脉冲,步进电机各绕组的通电依次就变更次,即电机转动一次。依据步进电机限制绕组的多少可以将电机分为：.相、四相和五相。本设计系统所采纳的步进电机为四相八拍电机。步道电机玳元图14加世设圈图励磁依次如表2所示：表2励磁依次试验中PB端口各线的电平在各步中的状况如表3所示:表3PB端口各城的电平在各步中的状况步序PB3PB2PBlPBO对应B口输出值1OOO1OIH2O01103H3OO1002H4OII006H5OIO004H61IO0OCH710O008HS1OO109Hm15驱动电路图步进电机设计连接图如图16所示:步雄电机图16步进电机连接图4.2.3 8254和8259实现定时关机将8254的计数器I设置为方式3,用信号源18.432KHz作为C1.KI时钟，计数初值4800H,相当对C1.KI进行18432分频。在OUTI输出频率为IHz的时钟。将OUTl连接到计数器2的C1.K2,设置计数器2工作在方式0,计数初值为内存单元中设定的值，这样就完成了定时功能，在OUT2得到对应的定时脉冲，连接到8259的IRO,通过中断子程序定时关机功能.图17定时关机功能连接图4.2.4 温度检窝设计电路中采纳的是NTCMF58-IO3型热敏电阻，电路连接如图18所示:图18热敢电阻电路连接图温度值与对应AD值的计算方法如下：25C：Rt=IOKVAD=5×500/(100+500)=O.238(V)30*C：Ri-5.6KVAD=5x5OO/(5600+500)=0.4IO(V)40C：Rt=3.8KVAD=5×500(3800÷5)=0.58I(V)50'C：Rt=2.7KVAD=5x500/(2700+500)=().781(V)6()'C:Rt=2.1KVAD=5×500(2100+500)=0.962(V)100,C:Rt=90()VAD=5×5(X)/(900+500)=1.786(V)而应AD值：OCH对应AD值：15H对应AD值：IEH对应AD值：28H对应AD值：32H对应AD值:5AH测出的AD值是程序中数据表的相对偏移，利用这个值就可以找到相应的温度值。例如测出的AD值为5AH=90,在数据表中第90个数为64H,即温度(fi：I(X)-C."<AO)IN?DTRD”V转换华元图19测温单元电路连接图4.2.5 电子发声单元在上电启动和设定温度达到室温的状况下，须要通过蛭呜器来进行提示.这时我们可以通过符固定频率的方波输入蜂鸣器，通过限制方波的J昧冲数量来限制妤鸣器的发声次数。将固定频率所对应的计数初值写入8254计数器,并通过延时程序来限制脉冲。电子发声电路图如图20所示：图20电子发声电路图8254电了发声电路图如图21所示：DI8254D。单元°uAlAOWRRDC1.KO子声元电发电图218254电广发出电路图43遇到问题及解决措籁在硬件设计的过程中，遇到如下问题，通过查阅资料，问题均得到了解决.(1)试验箱内处理器为InICli386,并不是教科书上的80868088。通过杳看是试验指导书可知，Inteli386向下兼容8086处理器,在WMD86开发环境下选择16位寄存泯模式，即可模拟8086：(2)试验箱内没有8259A中断芯片，通过杳看是试验指导书可知，In©i386处理器模块中内置了8259A中断芯片，但是只引出了MlR6、MlR7两个中断接口，本系统设计运用到了MIR6、MIR7这两个中断接口。五、系统软件设计5.1总体设计思想本程序采纳汇第语言进行编写，其主要任务是将之前连接好的芯片组合起来，形成个完整的系统，这就须要有个完善的流程。主要完成的任务有：蝉鸣器发声、电机正反转的切换、电机转速的调整、温度的检测与显示、按键的检测执行和功能显示等。11nW*fHM图22系统软件流程图52功能模块设计数码管显示模块数码管显示增加了人机界面的友好性，能让操作者便利直观的了解到整个系统运作的状态.为避开数码管存储上一个状态而不能刚好有效地显示最新状态，须要对数码管里的内容进行不停地消屏和刷新。图23键盘扫描及显示接线图按健检测模块整个过程须要完成按键的检测、相应功能的执行等任务，为避开程序间的冲突关系O*怜”超图24按键程序流程图表4系统按便及功能上0I定时起先2定时增加3定时削减456增加转速7将低转速89A增加设定温度B降低设定湿度C重启D自动/手动切换E正转/反转切换F启动/停止峰詈发声模块一个音符对应一个频率，将对应一个音符频率的方波通到扬声器上，就可以发出这个音符的声音。将一段乐曲的音符对应频率的方波依次送到扬声耦，就可以演奏出这段乐曲。计数初值的计算如下：计数初值=输入时钟+输出频率,例如输入时钟采纳IMHZ,要得到8(M)HZ的频率，计数初值即为100ooOo÷800,音符与频率比照关系如表。对于每一个音符的演奏时间，可以通过软件延时来处理。首先确定单位延时时间程序(依据CPU的频率不同而有所变更)。然后确定每个音符演奏须要几个单位时间，聘这个值送入D1.中，调用DA1.1.Y子程序即明Sl指向曲中的频率,Dl指向曲中的时间节拍。从Sl的指向的音节表中取一个频率，只要不是“，即有效就再读取时间，然后调用gensound子程序，计算计数初值送入计数器，产生各种频率信号，再送至扬声器，依据所取的时间调用若干次延时子程序.播放完歌曲后停止。图25蜂鸣器发声模块流程图53遇到问题及解决措施（1）住分程序完成以后，将各个程序组合到起时会遇到程序执行发生冲突、进入死循环、无法进入中断等问题。解决方法：对应着程序流程图，逐步检查程序中的问题，通过拆分与组合的方式用两台电脑同时进行排查.（2）给定的数码管与实际须要的数码管数量相比较少。解决方法：在显示温度方面，用两个数码管分时显示室内温度和设定温度，即在按下设定温度按键（A键和B键）时，显示设定温度，当松开手或者没有按卜时，显示室内温度。六、总结这次微机原理课程设计历时两个星期，在整盛两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到许多许多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的学问，而且学到了许多在书本上所没有学到过的学问。以前在上课的时候，老师常常强调在写一个程序的时候，肯定要事先把程序原理方框图以及寄存器的变更过程简洁画出来，我起先总觉得这样做没必要，很奢侈时间。但是，这次课程设计完全变更了我以前的那种钳误的相识，以前我接触的那些程序都是很短、很堪但是在课程设计中遇到的那些须要许多代码才能完成的任务，通常须要几个人分开处理代码，然后将几段代码汇总到一起，画程序方框图是很有必要的.因为通过程序方框图，在做设计的过程中，我们每一步要做什么，每一步要完成什么任务都有个很清晰的思路，而且在程序测试的过程中也仃利于查错。其次，以前对于编程工具的运用还处于一知半解的状态上，但是经过一段上机的实践，对于怎么去排错、查错，怎么去看每一步的运行结果，怎么去了解每个寄存器的内容以确保程序的正确性上都有很大程度的提高。通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重:要的，只有理论学问是远远不够的，只有把所学的理论学问与实践相结合起来，从理论中得出结论.才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手实力和独立思索的实力.在设计的过程中遇到问题，可以说得是用雄重重，遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发觉了自己的不足之处，对以前所学过的学问理解得不够深刻，驾驭得不够坚固，这次课程设计最终顺当完成了，在设计中遇到了许多编程问题，通过网络、书本和与同学的探讨基本上得到解决,提高了自己解决和分析问题的实力。七、附录