硬件課程設(shè)計壓力控制系統(tǒng)

1、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院硬件課程設(shè)計報告（總報告）姓 名： 學(xué) 號：08083724 08083728 專 業(yè)： 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級： 網(wǎng)絡(luò) 081班 設(shè)計題目： 壓力控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 2011年 1 月 徐州、摘 要我們經(jīng)常要控制壓力在某一范圍內(nèi)變化，是壓力不超過某以上限值也不低于某一下限值。而壓力控制系統(tǒng)在實際中也有較廣泛的應(yīng)用。實例 1：某大型化肥廠輔助鍋爐生產(chǎn)10mpa 的高壓蒸汽。在正常情況下，高壓蒸汽全部通過高壓蒸汽透平，然后抽氣得4mpa 的中壓蒸汽。中壓蒸汽又分別通過空壓機(jī)、原料壓縮機(jī)、冰機(jī)等蒸汽透平，充分利用了整齊的能量。為了確保蒸汽透平整長運轉(zhuǎn)，要求

2、高壓蒸汽壓力不致過高（3.8）但并不要求壓力維持在某一值不變。實例 2：如果要控制水塔內(nèi)的水在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)管線水壓低于設(shè)定的下限時，控制補(bǔ)水泵開啟，自動補(bǔ)水。當(dāng)管線水位上升至上限時，控制補(bǔ)水泵停止工作。由此，我們想到，如何控制其壓力大小，使其在一定的范圍內(nèi)按照我們的期望變化。對于在由風(fēng)門控制的風(fēng)道系統(tǒng)中，由人工來監(jiān)測和控制風(fēng)門附近的壓力是一項很繁瑣的工作，因為監(jiān)測要求監(jiān)測者進(jìn)到再次行連續(xù)的不間斷的循環(huán)工作。監(jiān)測之后要進(jìn)行判斷，并在數(shù)據(jù)不符合要求的情況下進(jìn)行循環(huán)控制，直監(jiān)測時所得的數(shù)據(jù)符合要求為止。而且，在某些情況下人工控制是很難實現(xiàn)的，例如，當(dāng)監(jiān)測對象的壓力很大的時候，或者是監(jiān)測對象很難接

3、近的時候。為此，我們目前很需要開發(fā)一種簡單的壓力控制系統(tǒng)來替代人的工作。這樣既可以節(jié)省人力資源，又可以使這項繁瑣而又難實現(xiàn)的工作變得簡單又輕松。真正實現(xiàn)我們所謂的監(jiān)測和控制。關(guān)鍵詞：壓力控制系統(tǒng) ；8253定時器 ；8255輸入輸出接口 ；8279鍵盤輸入及顯示控制；目 錄設(shè)計簡介21 設(shè)計任務(wù)與要求4 1.1實驗?zāi)康? 1.2設(shè)計任務(wù)與具體的要求4 1.3設(shè)計所需器件42 總體方案5 2.1壓力控制系統(tǒng)工作原理5 2.2壓力控制系統(tǒng)四大模塊5 2.3壓力控制系統(tǒng)總體方框圖 53 硬件設(shè)計 6 3.1 8253器件的應(yīng)用 3.2 8255器件的應(yīng)用 3.3 8279 器件的應(yīng)用 10 4.程序

4、清單及設(shè)計145. 結(jié)論與體會166.參考文獻(xiàn)16設(shè) 計 簡 介1.硬件課程設(shè)計步驟及要求各階段時間安排： 1. 選題及需求分析階段 （18） 2. 概要設(shè)計階段（916）3. 測試總結(jié)階段 （3740）4. 詳細(xì)設(shè)計階段（1736）5. 撰寫報告階段 （4148）2. 設(shè)計題目：壓力控制系統(tǒng)3設(shè)計背景：我們經(jīng)常要控制壓力在某一范圍內(nèi)變化，是壓力不超過某以上限值也不低于某一下限值。而壓力控制系統(tǒng)在實際中也有較廣泛的應(yīng)用。為此，我們目前很需要開發(fā)一種簡單的壓力控制系統(tǒng)來替代人的工作。這樣既可以節(jié)省人力資源，又可以使這項繁瑣而又難實現(xiàn)的工作變得簡單又輕松。真正實現(xiàn)我們所謂的監(jiān)測和控制。4面臨的問題

5、：4.1 8279芯片以前從沒有接觸過，對它的使用不了解。鍵盤及顯示控制功能等操作也不是很清楚，因此在開始設(shè)計搶答器系統(tǒng)之前需要自己動手尋找相關(guān)資料。4.2 將幾塊芯片模塊組成系統(tǒng)，需要組員之間的默契配合與整個系統(tǒng)架構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計。5解決方案：5.1 通過在網(wǎng)上的搜索，找到了一些關(guān)于8279芯片的知識，對于8279芯片的基本操作能夠?qū)崿F(xiàn)。5.2 設(shè)計與分析系統(tǒng)時，采用模塊化的設(shè)計理念，將各個模塊分開設(shè)計。最后再組合成系統(tǒng)。6設(shè)計思想：使用器8253計時功能、8255輸入輸出接口、8279鍵盤掃描及數(shù)碼管顯示控制功能，再加上led燈、實驗箱上提供2mhz的脈沖源以及+5v的電源來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)計

6、。當(dāng)在應(yīng)變片上施加一力時，引起電橋不平衡，壓力信號轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號，經(jīng)lm324運算放大器，把信號放大至0 - 5v，作為adc0809輸入信號。adc0809能與cpu直接接口，其輸入電壓為0 - 5v，本實驗中以a2.a1.a0作為通道地址線，cpu對ad0809執(zhí)行寫操作時鎖存通道地址。7.程序框架圖 1設(shè)計任務(wù)及要求1.1實驗?zāi)康?、復(fù)習(xí)8255及8253芯片的工作原理。2、學(xué)會設(shè)計小規(guī)模邏輯電路圖。3、增強(qiáng)分析、解決問題的能力4、了解力-電信號轉(zhuǎn)換的基本工作原理，掌握adc0809的使用方法，提高數(shù)據(jù)處理程序的1. 2設(shè)計任務(wù)和具體要求設(shè)計一個壓力控制系統(tǒng)，可以測量壓力，當(dāng)壓力超

7、過一定值時，系統(tǒng)報警.1.3設(shè)計所需器件8253芯片、8255芯片、8279芯片以及試驗箱上提供的led燈、1m時鐘脈沖信號、及接線等。2 設(shè)計總體方案2.1壓力控制系統(tǒng)工作原理編寫并調(diào)試出一個實驗程序，其功能將一力施加于壓力傳感器金屬彈性元件表面，超想-3000tb實驗平臺上數(shù)碼管顯示力的數(shù)據(jù)，并隨力的大小而變化2.2壓力控制系統(tǒng)模塊設(shè)計（1）“譯碼器”的yc2孔連數(shù)模轉(zhuǎn)換ad0809的cs4孔，“脈沖源”的0.5mhz孔連ad0809的clock孔，in0孔（ad0809的0通道）連an0孔（壓力傳感器的輸出孔）。（2）硬件調(diào)試：在彈性元件表面施加一力。調(diào)整實驗平臺上電位器，使輸入到此ad

8、0809的in0上電壓為一定值。超想-3000tb+超想3000連pc機(jī)，在windows調(diào)試環(huán)境下點擊窗口/數(shù)據(jù)窗口/memory，以打開memory數(shù)據(jù)窗口，在打開的memory窗口中的0a000h地址（即ad0809的片選空間）上 寫入00h（即選擇ad0809的0通道），以啟動0809對in0上輸入電壓進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，然后點擊刷新圖標(biāo)，讀出ad轉(zhuǎn)換結(jié)果。 （3）輸入程序，編譯。在讀取ad轉(zhuǎn)換指令后設(shè)置斷點，在彈性元件施加一力，全速運行，如果碰到斷點，再檢查讀出a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，數(shù)據(jù)是否與vin0相對應(yīng)，否則應(yīng)查程序或硬件。再全速運行程序，修改程序錯誤使超想-3000tb顯示值隨力的大小而

9、變化，直至達(dá)到本實驗的要求。（4）通過“壓力傳感器”框中的電位器，對電橋進(jìn)行零點平衡調(diào)節(jié)。2.3壓力控制系統(tǒng)總體方框圖3.硬件設(shè)計3.1 8253器件的應(yīng)用8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8253的主要性能：8253可編程定時/計數(shù)器芯片時intel公司生產(chǎn)的微型計算機(jī)通用外圍芯片之一。采用24個引腳，雙列直插式封裝，其主要特性如下：采用nmos工藝，用單一的5v電源供電。片內(nèi)有3個獨立的16位減法計數(shù)器（或計數(shù)通道），每個計數(shù)器又可分為兩個8位的計數(shù)器。計數(shù)頻率為05mhz。兩種計數(shù)方式，即二進(jìn)制和bcd方式計數(shù)。6種工作方式，即可對系統(tǒng)時鐘脈沖計數(shù)實現(xiàn)定時，又可對外部事件進(jìn)行計數(shù)?？捎绍浖蛴布刂崎_

10、始計數(shù)或停止計數(shù)。方式選擇控制字8253的工作方式方式0：計數(shù)結(jié)束則中斷工作方式0被稱為計數(shù)結(jié)束中斷方式，當(dāng)任一通道被定義為工作方式0時， outi輸出為低電平；若門控信號gate為高電平，當(dāng)cpu利用輸出指令向該通道寫入計數(shù)值wr#有效時，outi仍保持低電平，然后計數(shù)器開始減“1”計數(shù)， 直到計數(shù)值為“0”，此刻outi將輸出由低電平向高電平跳變，可用它向cpu發(fā)出中斷請求，outi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計數(shù)值為止。方式1：單脈沖發(fā)生器工作方式1被稱作可編程單脈沖發(fā)生器，進(jìn)入這種工作方式， cpu裝入計數(shù)值n后outi輸出高電平， 不管此時的gate輸入是高電平還是低電平， 都

11、不開始減“1”計數(shù)，必須等到gate由低電平向高電平跳變形成一個上升沿后，計數(shù)過程才會開始。與此同時，outi輸出由高電平向低電平跳變，形成了輸出單脈沖的前沿，待計數(shù)值計到“0”， outi輸出由低電平向高電平跳變，形成輸出單脈沖的后沿， 因此，由方式l所能輸出單脈沖的寬度為clki周期的n倍。方式2：速率波發(fā)生器工作方式2被稱作速率波發(fā)生器，進(jìn)入這種工作方式， outi輸出高電平，裝入計數(shù)值n后如果gate為高電平，則立即開始計數(shù)，outi保持為高電平不變； 待計數(shù)值減到“1”和“0”之間， outi將輸出寬度為一個clki周期的負(fù)脈沖，計數(shù)值為“0”時，自動重新裝入計數(shù)初值n，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)

12、，outi將輸出一定頻率的負(fù)脈沖序列， 其脈沖寬度固定為一個clki周期， 重復(fù)周期為clki周期的n倍。方式3：方波發(fā)生器工作方式3被稱作方波發(fā)生器，任一通道工作在方式3， 只在計數(shù)值n為偶數(shù)，則可輸出重復(fù)周期為n、占空比為1：1的方波。方式4：軟件觸發(fā)方式計數(shù)工作方式4被稱作軟件觸發(fā)方式，。進(jìn)入工作方式4，outi輸出高電平。 裝入計數(shù)值n后， 如果gate為高電平，則立即開始減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值減到“0”為止，outi輸出寬度為一個clki周期的負(fù)脈沖。由軟件裝入的計數(shù)值只有一次有效，如果要繼續(xù)操作， 必須重新置入計數(shù)初值n。如果在操作的過程中，gate變?yōu)闊o效，則停止減“1”計數(shù)，

13、 到gate再次有效時，重新從初值開始減“1”計數(shù)。方式5：硬件觸發(fā)方式計數(shù)工作方式5被稱為硬件觸發(fā)方式，進(jìn)入工作方式5， outi輸出高電平， 硬件觸發(fā)信號由gate端引入。 因此，開始時gate應(yīng)輸入為0， 裝入計數(shù)初值n后，減“1”計數(shù)并不工作，一定要等到硬件觸發(fā)信號由gate端引入一個正階躍信號，減“1”計數(shù)才會開始，待計數(shù)值計到“0”， outi將輸出負(fù)脈沖，其寬度固定為一個clki周期，表示定時時間到或計數(shù)次數(shù)到。3.2 8255器件的應(yīng)用利用8255器件實現(xiàn)輔助功能，利用a端口，通過對a端口進(jìn)行讀取，實現(xiàn)一秒鐘的定時。8255地址連接210-213h8253的out1連接8255

14、的pa0.(1)8255芯片8255的引腳圖為8255a的引腳cs#為片選擇信號，輸入，低有效。 a1、a0為地址信號，用來區(qū)分8255a內(nèi)部a、b、c三個數(shù)據(jù)端口和一個控制端口的地址。rd#、wr#分別為讀、寫信號，輸入，低有效，接收cpu的讀寫命令。reset，復(fù)位信號，輸入，高有效，復(fù)位信號有效時將控制寄存器清零，并將a、b、c端口全部置為輸入狀態(tài)。d7d0：數(shù)據(jù)總線，雙向與主機(jī)交換信息。cs#：片選，由高位地址譯碼產(chǎn)生。a1a0：片內(nèi)端口尋址輸入線，用于選擇端口。rd#、wr#：讀寫控制信號。reset：使芯片復(fù)位信號。pa7pa0、pb7pb0、pc7pc0：數(shù)據(jù)接口線，與外設(shè)的連接

15、線。8255a的內(nèi)部端口地址當(dāng)cs#=0時（由地址高位決定）：a1a0=00：選擇a口。a1a0=01：選擇b口。a1a0=10：選擇c口。a1a0=11：選擇控制口。注：pc機(jī)的8255a地址為60h63h。8255a的工作方式控制字端口的工作方式由將寫入控制口的控制字決定，8255a設(shè)計了c端口的位操作工作方式， 必要時可以對c端口進(jìn)行置0置1的位操作（如設(shè)置對8255a的pa口或pb口中斷的屏蔽或允許）。工作方式控制字d7=1：特征位。d6d5：a口工作方式選擇：00=方式0，01=方式1，10=方式2。d4：a口輸出輸入：0=輸出， 1=輸入。d3：c口上半部輸出或輸入，0=輸出，1=

16、輸入d2：b口方式：0=方式0，1=輸出方式1。d1：b口輸出輸入：0=輸出， 1=輸入。d0：c口下半部輸出輸入：0=輸出，1=輸入。c口置位復(fù)位控制字：d7=0 ：特征位。d6d4：不用。d3d1：c口位選擇。000111對應(yīng)于pc0pc7。 d0：置位復(fù)位。1：置位、0：復(fù)位。使pc2輸出高電位： 使pa2輸出高電位：movdx，97h movdx，94h moval，05h moval，valoutdx，al or al，00000100b(05h=00000101b) outdx，al方式選擇控制字d7d6d5d4d3d2d1d0a組方式a口1 輸入0輸出pc7pc41輸入0輸出b組

17、方式0方式01方式1b口1輸入0輸出pc3pc01輸入0輸出1有效標(biāo)志位00方式001方式11方式2(1) 工作方式 0 ：這是 8255a 中各端口的基本輸入 / 輸出方式。它只完成簡單的并行輸入 / 輸出操作， cpu 可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息，如果三個端口均處于工作方式 0 ，則可由工作方式控制字定義 16 種工作方式的組合 (2) 工作方式 1 ：被稱作選通輸入 / 輸出方式。在這種工作方式下，數(shù)據(jù)輸入 / 輸出操作要在選通信號控制下完成。 (3) 工作方式 2 ：被稱作帶選通的雙向傳送方式。 8255a 中只允許端口 a 處于工作方式 2 ，可用來在兩臺處理機(jī)之間

18、實現(xiàn)雙向并行通信。其有關(guān)的控制信號由端口 c 提供，并可向 cpu 發(fā)出中斷請求信號。 3.3 8279器件的應(yīng)用8279是可編程的鍵盤、顯示接口芯片。它既具有案件處理功能，又具有自動顯示功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。8279內(nèi)部有鍵盤fifo(先進(jìn)先出堆棧)/傳感器，雙重功能的8*8=64bram，鍵盤控制部分可控制8*8=64個按鍵貨8*8陣列方式的傳感器。該芯片能自動消抖并具有雙鍵鎖定保護(hù)功能。顯示ram容量為16*8，即顯示器最大配置可達(dá)16位led數(shù)碼顯示。8279有3中工作方式，分別為鍵盤工作方式、顯示方式、傳感方式8279特點(1)可同時進(jìn)行鍵盤掃描及文字顯示；(2)鍵盤掃描模

19、式(scanned keyboard mode)；(3)傳感器掃描模式(scanned sensor mode)；(4)激發(fā)輸入模式(strobe input entry mode)；(5)8乘8鍵盤fifo(先進(jìn)先出)；(6)具有接點消除抖動，2鍵鎖定及n鍵依此讀出模式；(7)雙排8位數(shù)或雙排16位數(shù)的顯示器；(8)右邊進(jìn)入或左邊進(jìn)入。16位字節(jié)顯示存儲器。8279引腳圖為8279有三種工作方式：鍵盤方式，顯示方式和傳感器方式。（1）鍵盤工作方式8279在鍵盤工作方式時。可設(shè)置為雙鍵互鎖方式和n鍵循回方式。雙鍵互鎖方式：諾有兩個貨多個鍵同時按下時，不管按鍵先后順序如何，只能識別最后一個被釋放

20、的鍵，并把鍵值送入fifo ram中。n鍵循回方式：一次按下任意個鍵均可被識別，按鍵值按掃描次序送入fifo ram中。（2）顯示方式 8279的顯示方式又可分為左端入口和右端入口方式。 顯示數(shù)據(jù)只要寫入顯示ram，側(cè)可由顯示器顯示出來，因此顯示數(shù)據(jù)寫入顯示ram的順序。決定了顯示的次序。 左端入口方式即顯示位置從顯示最左端1喂開始。以后顯示的字符逐個向右端順序排列：右端入口方式即顯示顯示器最右端1位開始，以顯示的字符逐個向左端移動，但無左右入口，后輸入的總是顯示在最右邊。（3）傳感器方式傳感器方式是把傳感器開關(guān)狀態(tài)送入傳感器ram，當(dāng)cpu對傳感器陣列掃描時，一旦發(fā)現(xiàn)傳感器狀態(tài)發(fā)生變化就發(fā)出

21、中斷請求，中斷響應(yīng)后轉(zhuǎn)入中斷處理程序。8279的命令字及其格式格式為8279的狀態(tài)字及其格式8279的輸入輸出格式4.程序清單及注釋z8279 equ 212hd8279 equ 210hledmod equ 00 ;左邊輸入,八位顯示外部譯碼八位顯示ledfeq equ 38h ;掃描頻率code segmentassume cs:code,ds:codestart:push cspop dscall delaymov dx,z8279mov al,ledmodout dx,almov al,ledfeqout dx,almov al,10000000bmov dx,203hout dx,a

22、lmov dx,200hmov al,81hout dx,almov cx,06hxz:mov dx,d8279mov al,00hout dx,alloop xzmov dx,d8279mov al,48hout dx,almov dx,d8279mov al,39hout dx,al ;以上為寫(c= )nopbg:mov dx,208hmov al,0out dx,alcall delayin al,dxmov ah,00hmov cl,5div clmov ah,00hmov cl,2mul clcmp al,20;壓力低于20，跳轉(zhuǎn)至lowjl lowcmp al,99jle normalhigh:mov al,7fhmov dx,200hout dx,aljmp displow:mov al,0fehmov dx,200hout dx,aljmp dispnormal:mov ah,a