微機原理課程設計-全自動豆?jié){機.doc

一、題義分析及解決方案1.題義需求分析用STARES598PCI單板開發(fā)機設計一款全自動豆?jié){機，豆?jié){機的工作原理如下：上電-水位檢測-水位合適開始加熱-加熱到80C開始打漿（打15秒，停15秒，共4次）-繼續(xù)加熱一定時間（溢出到時暫時停止加熱）。打漿后繼續(xù)加熱，檢測到4次溢出完成。具體要求：（1）加熱溫度可以不到80度，設為35度；（2）水位合適由按鍵模擬；（3）打漿過程由電機模擬（4）溫度要求顯示由上述的需求可以分析如下：根據(jù)設計內(nèi)容要求可知：1）用STARES598PCI單板開發(fā)機設計一個全自動豆?jié){機。接口可以使用8255A或8279，考慮該設計要求實現(xiàn)的功能較多，這里我們選擇同時使用8255A和8279芯片，用于系統(tǒng)控制電路。其中8255芯片主要用于控制把直流電機的控制信號輸出到繼電器來控制電機，接收水位測量的兩個按鍵信號。8279芯片用于控制溫度的測量，控制LED數(shù)碼管的溫度顯示。2）水位合適檢測和水位溢出檢測由按鍵模擬，考慮到方便性，我們選擇二進制開關，用1表示水位合適或溢出，0表示水位不合適或不溢出。3）加熱使用溫度傳感器DS18B20，DS18B20在本設計中主要是測量加熱的溫度并將接收的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出至8255A中。4）打漿過程由直流電機模擬，打漿時，打15秒，停15秒，共四次，由軟件用匯編語言編程來實現(xiàn)。5）溫度的顯示用七段LED顯示器2.解決問題方法及思路1）硬件部分為了完成這個實驗，PC機和ES-PCI固然不可少，另外，為了能使各個功能模塊更好的實現(xiàn)，我們選擇8255和8279作為我們的主控芯片。打漿功能由直流電機來實現(xiàn)，溫度的測量由DS18B20來實現(xiàn)，溫度的顯示由LED來實現(xiàn)，水位的合適與溢出由兩個二進制開關來實現(xiàn)，直流電機的控制由繼電器來實現(xiàn)。我們用8279的B口連接LED數(shù)碼管段碼，用于控制顯示那一段，C口連接LED數(shù)碼管選擇腳。我們把8255的PC0-PC3設置為輸入口，PC0連接DS18B20的TOUT，PA口連接二進制開關，PC4-PC7設置為輸出口，PC4口連接繼電器（用于控制直流電機），PC5連接DS18B20的TCtrl，用于控制加熱和暫停加熱，到此，硬件設計基本完成。2）軟件部分除了必需的硬件之外，合理的程序設計也是本實驗的重中之重，為了完成本實驗中的所有功能，需要5大程序段。、溫度測量程序模塊。、電機循環(huán)打漿程序模塊。、溫度的顯示程序模塊（包括段選和位選）。、加熱程序模塊。、水位的檢測由二進制開關模擬，只需輸入一個信號即可（包括水位合適和水位溢出）。二、硬件設計1、選擇芯片8255A1）芯片8255A在本設計中的作用8255在本實驗作為控制芯片，把直流電機的控制信號輸出到繼電器來控制直流電機，接收水位測量的兩個按鍵信號。2）芯片8255A的功能分析8255A是一種可控制編程的并行接口芯片，采用40腳雙列直插式封裝，單一+5V電源，全部輸入/輸出均與TTL電平兼容。它有A、B、C三個并行輸入/輸出端口，其功能全部由程序設定，每個端口都有自己的特點。本設計中8255A工作于方式0，即基本輸入輸出方式，其中PA口作為輸入口，PB口作為輸出口，PC0作為輸入，C口的其他位不用。8255A在方式0下可將三個數(shù)據(jù)端口劃分為4個獨立的部分，A、B口分為兩個8位端口，C口高4位和低4位分別用作兩個4位端口。在此方式下，輸出的數(shù)據(jù)被鎖存，而輸入的數(shù)據(jù)是不鎖存的。8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：圖8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8255A的方式控制字：D7D6D5D4D3D2D1D01A組工作方式A口I/OC7-C4I/OB組工作方式B口I/OC3-C0I/O|特征位00：方式01：輸入1：輸入0：方式01：輸入1：輸入01：方式10：輸出0：輸出1：方式10：輸出0：輸出10：方式2圖28255A的方式控制字8255A的置位/復位控制字：D7D6D5D4D3D2D1D00寫入位編碼寫入內(nèi)容寫入位|編碼|PC00000:寫入0PC10011:寫入1PC2010PC3011PC4100PC5101PC6110PC7111圖38255A的方式控制字：3）芯片8255的技術參數(shù)表1_18255A主要技術參數(shù)參數(shù)名稱符號測試條件最大規(guī)范值最小規(guī)范值輸入低電平電壓VIL0.8V-0.5V輸入高電平電壓VIHVcc2.0V輸入低電平電壓（數(shù)據(jù)總線）VOLIOL=2.5MA0.45V輸入低電平電壓（外部端口）VOLIOL=1.7MA0.45V輸入高電平電壓（數(shù)據(jù)總線）VOHIOH=-400MA2.4V輸入高電平電壓（外部端口）VOHIOH=-200MA2.4V達林頓驅(qū)動電流IDARREXT=750VEXT=1.5V-0.4MA1.0MA電源電流ICC120MA輸入負載電流IILI=Vcc0V+10MA-10MA輸出浮動電流IOFLVout=Vcc-0+10MA-10MA8255A主要參數(shù)分析：8255A的達林頓驅(qū)動電流最大為4.0mA,當電流超過達林頓驅(qū)動電流是芯片就有可能會被損壞，而LED的驅(qū)動電流要比它高的多發(fā)光，在保證8255芯片安全的同時又能讓LED管顯示就會需要外加器件。8255有A、B、C三個并行輸入輸出端口（簡稱為A口、B口、C口），其功能全部由程序設定，每個端口都有自己的特點。A口、B口通常作為獨立的I/O的端口使用，C口也可以作為獨立的I/O端口使用，但當A口、B口作為應答式的I/O端口使用時，C口分別用來為A口、B口提供應答控制信號。各端口的功能如表1-2所示。表1_28255A的端口功能工作方式A口B口C口0基本輸入/輸出端口，輸入不鎖存，輸出鎖存。同A口同A口1選通輸入/輸出端口，輸入/輸出均可鎖存。同A口C口3位作為A口的應答線；C口另3位作為B口的應答線。2應答式雙向輸入/輸出端口，均可鎖存。不用C口5位作為A口的應答線。2、選擇芯片82791）8279在本設計中的作用：8279是專用鍵盤、數(shù)碼管顯示接口芯片，它可以自動維持7段顯示器的刷新，不需要主機的干預，并且可以同時完成矩陣鍵盤的掃描，通過譯碼器獲得8個顯示器的選通信號，即位選通信號。8279芯片用于控制溫度的測量，控制LED數(shù)碼管的溫度顯示。2）芯片8279的功能分析：A.8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下所示：(1)數(shù)據(jù)緩沖器它連接內(nèi)、外總線，暫時CPU與8279芯片之間傳送的命令、數(shù)據(jù)或狀態(tài)。(2)I/O控制它用于控制信息的流向及區(qū)分信息的特征。CS=1時，由RO或WR控制從8279讀出或向8279寫入；A0=0時，選中數(shù)據(jù)寄存器，輸入/輸出均為數(shù)據(jù)。A0=1時，選中命令、狀態(tài)寄存器，輸入時位命令，輸出時位狀態(tài)。(3)控制與定時寄存器它用來寄存鍵盤和顯示的工作方式，以及由CPU編程的其他操作方式，并通過譯碼產(chǎn)生相應的控制信號，完成規(guī)定的控制功能。數(shù)據(jù)緩沖器I/O控制FIFORAM狀態(tài)寄存器顯示地址寄存器168顯示RAM控制與定時寄存器88FIFORAM鍵盤去抖與控制顯示寄存器定時控制掃描計數(shù)器返回緩沖器片內(nèi)總線SL0SL3RDD0D7OUTA03時鐘復位OUTB03CSWRA0BDIRQCNTL/STBRL0RL7SHIFT圖48279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(4)定時控制它對外部時鐘信號CLK分頻至內(nèi)部所需要的100kHz時鐘。(5)掃描計數(shù)器它可根據(jù)編程命令按編碼或譯碼方式工作。編碼方式：4位計數(shù)器按二進制計數(shù)，計數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤和顯示器提供16個掃描信號。譯碼方式：掃描計數(shù)器最低兩位被譯碼后從SL0SL3輸出，可直接作為鍵盤和顯示器掃描信號。此時鍵盤矩陣為48，顯示字符為4位。(6)鍵盤去抖與控制鍵盤去抖電路：在鍵盤掃描方式中，當有鍵閉合時，按命令指定方式去抖動后讀入鍵值。控制電路：按命令指定方式控制去抖電路的工作過程，以及對返回信號進行處理。(7)返回緩沖器它鎖存來自RL0RL7的回復信號，在鍵盤掃描方式中，返回線與鍵盤矩陣列線相連，在逐行掃描時搜尋一行中閉合鍵所在的列。當有鍵閉合時，經(jīng)去抖動后經(jīng)行、列編碼和附近的移位、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)送至FIFO存儲器，供CPU讀取。表3鍵盤數(shù)據(jù)格式D7D6D5D4D3D2D1D0CNTLSHIFTSL2SL1SL0R2R1R0控制移位行編碼列編碼其中，控制和移位由兩個獨立的附加開關決定；SL2SL1SL0為按下鍵的行編碼，來自掃描計數(shù)器的低3位；R2R1R0是根據(jù)返回信號確定的列編碼。(8)FIFORAM它是一個88RAM，在鍵盤輸入方式時遵循先入先出（FIFO）原則。(9)FIFORAM的狀態(tài)寄存器它用來存放FIFORAM的狀態(tài)，例如RAM空、滿等。當工作在鍵盤方式FIFO存儲器不空時，將產(chǎn)生IRQ1信號向CPU申請中斷。(10)顯示RAM、顯示地址寄存器顯示RAM用來存儲顯示數(shù)據(jù)。容量為168位。在顯示過程中，存儲的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。顯示寄存器分別為A、B兩組，OUTA03和OUTB03可以單獨送數(shù)，也可以組成一個8位的字。顯示寄存器的輸出與顯示掃描配合，不斷從顯示RAM中讀出顯示數(shù)據(jù)，同時輪流驅(qū)動被選中的顯示器件，以達到多路復用的目的，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。顯示地址寄存器用來寄存由CPU進行讀/寫顯示RAM的地址，它可以由命令設定，也可以設置成每次讀寫或?qū)懭胫笞詣舆f減。(11)顯示寄存器它存放顯示內(nèi)容。在顯示過程中它與顯示掃描配合，輪流從顯示RAM中讀出顯示信息并依次驅(qū)動被選中的顯示器件，循環(huán)不斷地刷新顯示字符編碼，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示字符。8位顯示寄存器分為A、B兩組，OUTA03和OUTB03可以單獨送樹，顯示4個字符也可以組成一個8位字符。(12)顯示地址寄存器它寄存讀/寫顯示RAM地址，即對應顯示字符從哪一位開始。它由命令設定，并可設置成每次讀出或?qū)懭胫笞詣蛹?。B芯片8279是一種具有40條引腳的雙列直插式芯片，它的外部引腳如下圖所示：CS（片選）：輸入線，當CS=0時8279被選中，允許CPU對其讀、寫，否則被禁止。D0D7（數(shù)據(jù)總線）：雙向、三態(tài)總線，和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連；用于CPU和8279間的數(shù)據(jù)/命令傳遞。A0：地址線，進行片內(nèi)端口選擇。為0時，選中數(shù)據(jù)寄存器；為1時選中命令/狀態(tài)寄存器。RD、WR（讀、寫信號）：輸入線。低電平有效，來自CPU的控制信號，控制8279的讀、寫操作。CLK：系統(tǒng)時鐘，為8279芯片提供內(nèi)部定時。RESET：復位線，高電平時復位8279到：16個字符顯示（左進方式）；編碼掃描鍵盤（雙鍵鎖定）；時鐘設置為31。IRQ（中斷請求）：輸出線。高電平有效。8279D0D7IRQRL0RL7SHIFTCNTL/STBRDWRCSA0CLKRESET+5VGNDOUTB03OUTA03SL0SL7BD圖5外部引腳圖在鍵盤工作方式中，當FIFO/傳感器RAM存有數(shù)據(jù)時，IRQ為高電平。CPU每次從RAM中讀出數(shù)據(jù)時，IRQ變?yōu)榈碗娖?。若RAM中仍有數(shù)據(jù)，則IRQ再次恢復高電平。在傳感器工作方式中，每當檢測到傳感器狀態(tài)變化時，IRQ就出現(xiàn)高電平。SL0SL3：掃描線，用來掃描鍵盤或顯示器，可編程設定為編碼輸出或譯碼輸出。RL0RL7：返回線，用作鍵盤矩陣列線的返回信號輸入。SHIFT：移位信號，高電平有效，是鍵盤數(shù)據(jù)的D6位，用于擴充鍵的控制功能，如作為上、下檔功能鍵。CNTL：控制線，高電平有效，鍵盤工作方式時，是鍵盤數(shù)據(jù)的D7位，用于擴充鍵的控制功能控制功能鍵。OUTA0OUTA3，OUTB0OUTB3：A組、B組顯示信號輸出線，與掃描線SL0SL3同步，實現(xiàn)分時數(shù)據(jù)顯示，即刷新各位顯示字符。兩組可獨立使用，也可合并使用。BD（顯示消隱）：輸出線。低電平有效。該信號在數(shù)字切換顯示或使用消隱命令時，將顯示消隱。C8279的工作過程通過確定其方式字/命令字來實現(xiàn)。當A0=1時，CPU向8279芯片寫入命令。(1)設置鍵盤/顯示方式表2_2設置命令字D7D6D5D4D3D2D1D0000DDKKK其中：D7、D6、D5=000方式設置命令特征位。DD（D4、D3）：來設定顯示方式，其定義如下：00：8個字符顯示，左入口01：16個字符顯示，左入口10：8個字符顯示，右入口11：16個字符顯示，右入口所謂左入口，即顯示位置從最左一位（最高位）開始，以后逐次輸入的顯示字