電壓采集電路設(shè)計(jì)

1、微型計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)目的2二、設(shè)計(jì)內(nèi)容2三、整體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)2四、設(shè)計(jì)任務(wù)3五、硬件設(shè)計(jì)及器件的工作方式選擇31、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖：32、中斷實(shí)現(xiàn)：8259A工作方式選擇及初始化43、定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)：8253的工作方式及初始化44、數(shù)碼管顯示及ADC的數(shù)據(jù)傳輸：8255的工作方式及初始化55、模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量：ADC0809的初始化56、地址編碼實(shí)現(xiàn)：74LS138及邏輯器件67、顯示功能：數(shù)碼管顯示6六、軟件設(shè)計(jì)71、主程序流程圖72、中斷子程序73、顯示子程序84、初始化98295A初始化流程圖98253初始化流程圖98255初始化流程圖95、程序清單及說(shuō)明10七、本設(shè)計(jì)

2、實(shí)現(xiàn)功能13八、元件清單14九、所遇問(wèn)題與小結(jié)141、問(wèn)題與解決142、小結(jié)體會(huì)15附：系統(tǒng)硬件連線圖16一、 設(shè)計(jì)目的1、 了解和掌握74LS138、8253、8255A、ADC0809等可編程接口芯片、中斷控制器8259以及LED顯示器的原理和功能；2、 能用上面的接口芯片構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)控制對(duì)象；3、 進(jìn)一步了解計(jì)算機(jī)得工作原理，接口技術(shù)，提高計(jì)算機(jī)硬件，軟件綜合應(yīng)用能力，即對(duì)微機(jī)原理，接口技術(shù)，匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合訓(xùn)練；4、 掌握接口電路的綜合設(shè)計(jì)與使用。二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容利用微型計(jì)算機(jī)原理課程中所學(xué)的主要可編程接口芯片74LS138、8253、8255A、ADC0809和中斷控制器

3、8259設(shè)計(jì)一個(gè)模擬電壓采集電路。采用ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)單通道模擬電壓采集電路，要求對(duì)所接通道變化的模擬電壓值進(jìn)行采集，采集來(lái)的數(shù)字量送至數(shù)碼管LED指示，采集完100個(gè)數(shù)據(jù)后停止采集過(guò)程。三、整體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 首先模擬電壓量通過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量D，定時(shí)器8253計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后向8259A發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷，接受8255的數(shù)據(jù)量D，并進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)進(jìn)行了100次數(shù)據(jù)采集之后，將平均電壓通過(guò)8255送到數(shù)碼管顯示。通過(guò)編碼器，對(duì)器件進(jìn)行地址選擇。四、設(shè)計(jì)任務(wù)1、 選用8088CPU和適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器芯片、接口芯片完成相應(yīng)的功能。2、 畫(huà)出詳細(xì)的硬件連接圖。3、 畫(huà)出各程序的詳

4、細(xì)框圖。4、 給出RAM地址分配表及接口電路的端口地址。5、 給出設(shè)計(jì)思路。6、 給出程序所有清單并加上必要的注釋。7、 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。五、硬件設(shè)計(jì)及器件的工作方式選擇ADC1、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖：地址線ROM數(shù)據(jù)總線8255數(shù)碼管數(shù)據(jù)緩沖器8 0 8 8編碼器8259A地址總線控制總線82532、中斷實(shí)現(xiàn)：8259A工作方式選擇及初始化 芯片簡(jiǎn)要介紹：8259A是專(zhuān)門(mén)為了對(duì)8086/8088進(jìn)行中斷控制而設(shè)計(jì)的芯片，它是可以用程序控制的中斷控制器。單個(gè)的8259A能管理8級(jí)向量?jī)?yōu)先級(jí)中斷。在不增加其他電路的情況下，最多可以級(jí)聯(lián)成64級(jí)的向量?jī)?yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)。8259A有多種工作方式，能用于各

5、種系統(tǒng)。各種工作方式的設(shè)定是在初始化時(shí)通過(guò)軟件進(jìn)行的。 在總線控制器的控制下,8259A芯片可以處于編程狀態(tài)和操作狀態(tài).編程狀態(tài)是CPU使用IN或OUT指令對(duì)8259A芯片進(jìn)行初始化編程的狀態(tài)。 主要功能：而在本設(shè)計(jì)中，8259的主要作用是當(dāng)8253延時(shí)完畢之后，讓CPU響應(yīng)中斷，發(fā)命令給8255，接收ACD0809的電壓信號(hào)。 所以，只要開(kāi)通8259A的一路中斷（本設(shè)計(jì)開(kāi)通了IR0）即可。工作方式選擇：?jiǎn)纹?259AA,上升沿有效,初始化時(shí)寫(xiě)入,IR0IR7的中斷號(hào)為08H0FH,一般全嵌套，費(fèi)緩沖方式1，正常中斷結(jié)束，CPU為8088,允許IR0中斷，非循環(huán)優(yōu)化級(jí)方式，L2L0無(wú)效，不設(shè)置

6、EOI命令。3、定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)：8253的工作方式及初始化 芯片簡(jiǎn)要介紹：8253內(nèi)部有三個(gè)計(jì)數(shù)器，分別成為計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2，他們的機(jī)構(gòu)完全相同。每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入和輸出都決定于設(shè)置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨(dú)立。每個(gè)計(jì)數(shù)器通過(guò)三個(gè)引腳和外部聯(lián)系，一個(gè)為時(shí)鐘輸入端CLK，一個(gè)為門(mén)控信號(hào)輸入端GATE，另一個(gè)為輸出端OUT。每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一個(gè)8位的控制寄存器，還有一個(gè)16位的計(jì)數(shù)初值寄存器CR、一個(gè)計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE和一個(gè)輸出鎖存器OL。 頻率選擇與計(jì)算：8253的最高工作頻率為2.6MHz，而ADC的最高工作頻率為100KHz（100us），所以在選擇參考頻率fref時(shí)，

7、而且考慮到程序運(yùn)行時(shí)的指令的時(shí)間，參考與計(jì)數(shù)器所裝的數(shù)N的乘積：fref*N，應(yīng)遠(yuǎn)大于100us，可取為1ms。若取參考頻率fref為：2MHz,則N的取值為：十進(jìn)制的500（01F4H）。 工作方式選擇：工作方式2被稱(chēng)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(jì)數(shù)值n后如果GATE為高電平，則立即開(kāi)始計(jì)數(shù)，OUTi保持為高電平不變； 待計(jì)數(shù)值減到“1”和“0”之間， OUTi將輸出寬度為一個(gè)CLKi周期的負(fù)脈沖，計(jì)數(shù)值為“0”時(shí)，自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)初值n，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)，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(gè)CLKi周期， 重復(fù)周期為CLKi周期的n倍。所以

8、當(dāng)每次計(jì)數(shù)完畢后，OUTi放出一個(gè)負(fù)脈沖，用于觸發(fā)中斷。并且由于裝數(shù)N小于FFFFH，所以只要一個(gè)計(jì)數(shù)器即可。所以，本次設(shè)計(jì)可選擇計(jì)數(shù)器0，工作方式2，裝數(shù)N為01F4H。4、數(shù)碼管顯示及ADC的數(shù)據(jù)傳輸：8255的工作方式及初始化芯片簡(jiǎn)要介紹：8255是一個(gè)并行輸入/輸出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作為CPU總線與外圍的接口。具有24個(gè)可編程設(shè)置的I/O口,即使3組8位的I/O口為PA口,PB口和PC口.它們又可分為兩組12位的I/O口,A組包括A口及C口(高4位,PC4PC7),B組包括B口及C口(低4位,PC0PC3).A組可設(shè)置為基本的I/O口,閃控(STROBE)的I/O閃控

9、式,雙向I/O3種模式;B組只能設(shè)置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式,而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定。工作方式：PA口接數(shù)碼管的位選，PB口接ADC0809的數(shù)據(jù)線D0D7，PC口接數(shù)碼管的位選，三個(gè)接口的工作方式均為方式0。5、模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量：ADC0809的初始化8路輸入通道，8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。單個(gè)5V電源供電，模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A

10、D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。參考電壓V+為5V，V-為0V，工作電壓為5V。6、地址編碼實(shí)現(xiàn)：74LS138及邏輯器件74LS138為38譯碼器，本設(shè)計(jì)需要地址選擇的器件有3個(gè)（8259A，8255，8253），所以只要一個(gè)74LS138即可。CPU的數(shù)據(jù)傳輸線A0A3分別接芯片的A0A3，CPU的A4A6分別接74LS138的A，B，C，而其他位通過(guò)與門(mén)接74LS138的S3（S3為高電平有效）。而7

11、4LS138的輸出Y0接8259A，Y1接8255，Y2接8253。從而得出器件的地址編碼如下表：器件起始地址8259A10H825520H825330H7、顯示功能：數(shù)碼管顯示本設(shè)計(jì)通過(guò)兩位數(shù)碼管進(jìn)行電壓大小的顯示，其中一位為各位，另一位為小數(shù)點(diǎn)后第一位。通過(guò)8255進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。六、軟件設(shè)計(jì)1、主程序流程圖YN開(kāi)始初始化SUM與N清零顯示VN=100？V=SUM/100 2、中斷子程序進(jìn)入中斷N=N+1SUM=SUM+D中斷返回3、顯示子程序顯示位為兩位，所以把顯示的電壓擴(kuò)大10倍，則可以顯示小數(shù)點(diǎn)后的一位：CX=AX*50/256選擇低位段選分離低位數(shù):BL=CL-10H送低位數(shù)的段選延

12、時(shí)選擇高位段選分離高位數(shù):BL=CL-10H送高位數(shù)的段選延時(shí)返回4、初始化8295A初始化流程圖ICW1,單片8259A,上升沿有效,初始化時(shí)寫(xiě)入ICW4ICW2,IR0IR7的中斷號(hào)為08H0FHICW4,一般全嵌套，費(fèi)緩沖方式1，正常中斷結(jié)束，CPU為8088OCW1,允許IR0中斷OCW2，非循環(huán)優(yōu)化級(jí)方式，L2L0無(wú)效，不設(shè)置EOI命令8253初始化流程圖初始化控制器：選擇計(jì)數(shù)器0，工作方式2，先寫(xiě)低8為再寫(xiě)高8位給低8位賦值給高8位賦值8255初始化流程圖工作方式0，A、C口輸出，B口輸入5、程序清單及說(shuō)明DATAS SEGMENTDATA1 DB 3FH,06H,56H,66H,

13、7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH;數(shù)碼管顯示向量表SUM DD 00H;數(shù)字電壓的累加變量N DB 00H;采集數(shù)據(jù)的次數(shù)V DB 00H;顯示的數(shù)字電壓量DATAS ENDSCODES SEGMENT ASSUME CS:CODES,DS:DATAS,SS:STACKSSTART: MOV AX,DATAS MOV DS,AX MOV SI,OFFSET DATA1 MOV AL,13H;ICW1,單片8259A,上升沿有效,初始化時(shí)寫(xiě)入ICW4OUT 10H,ALMOV AL,08H;ICW2,IR0IR7的中斷號(hào)為08H0FHOUT 11H,ALMOV AL

14、,80H;ICW4,一般全嵌套，費(fèi)緩沖方式1，正常中斷結(jié)束，CPU為8088OUT 11H,ALMOV AL,0FEH;OCW1,允許IR0中斷OUT 11H,ALMOV AL,00H;OCW2，非循環(huán)優(yōu)化級(jí)方式，L2L0無(wú)效，不設(shè)置EOI命令OUT 10H,ALCLI;關(guān)中斷，填寫(xiě)中斷向量表MOV AX,0MOV ES,AXMOV DI,20HMOV AX,OFFSET INTPCLDSTOSW;將中斷服務(wù)程序首址偏移值送20HMOV AX,SEG INTPSTOSW;將中斷服務(wù)程序首址段值送20HSTI;開(kāi)中斷MOV AL,34H;選擇計(jì)數(shù)器0，工作方式2，先寫(xiě)低8為再寫(xiě)高8位OUT 33

15、HMOV AL,0F4H;給低8位賦值OUT 30H,ALMOV AL,01H;給高8位賦值OUT 30H,ALMOV AL,82H;均為工作方式0，A、C口輸出，B口輸入OUT 23H,ALA:MOV DI,OFFSET SUM;把顯示的數(shù)送給VMOV AX,DIMOV DI,OFFSET VDIV AX,100MUL AL,50DIV AX,256MOV DI,OFFSET VMOV DI,AXMOV DI,OFFSET SUM;SUM清零MOV DI,00HMOV DI,OFFSET N;N清零MOV DI,00HB: MOV DI,OFFSET NCMP DI,100JE AMOV D

16、I,OFFSET XMOV AX,DIMOV CX,AX*50/256; 由于顯示位為兩位，所以把顯示的電壓擴(kuò)大10倍，則可以顯示小數(shù)點(diǎn)后的一位MOV AL,01H;選擇低位段選OUT 22H,ALMOV BL,CL-10H;分離低位的數(shù)MOV AL,(BL+SI)OUT 20H,AL;送低位數(shù)的段選CALL DELAY;延時(shí)MOV AL,02H;選擇高位的位選OUT 22H,ALMOV BL,CL/10;分離高位的數(shù)MOV AL,(BL+SI);OUT 20H,AL;送高位數(shù)的段選CALL DELAY;延時(shí)JMP B;返回START ENDPINTP PROC NEARIN AL,21H;讀

17、取數(shù)字電壓量MOV DI,OFFSET SUMAND AX,00001111BADD DI,AX;SUM=SUM+采集數(shù)字電壓MOV DI,OFFSET N;采集累加次數(shù)加1MOV CL,DIMOV CH,CL+1MOV DI,CHIRETINTP ENDP MOV AH,4CH INT 21HCODES ENDS END START 七、本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能從附圖的硬件連線圖中，Vin口送入模擬電壓量，然后再數(shù)碼管上顯示電壓的大小，其中上面的為個(gè)位，下面的為小數(shù)點(diǎn)后第一位。系統(tǒng)大概每隔0.1s進(jìn)行100次數(shù)據(jù)采集完整的，然后把平均量送到數(shù)碼管顯示。八、元件清單名字?jǐn)?shù)量功能80881CPU8259A

18、1中斷82823地址鎖存82861數(shù)據(jù)緩沖與門(mén)若干要有14路，地址編碼非門(mén)1存儲(chǔ)器/其他IO器件選擇82531定時(shí)82551并行接口74LS1381地址編碼九、所遇問(wèn)題與小結(jié)1、問(wèn)題與解決1) 雖然ADC芯片在課程中沒(méi)有設(shè)計(jì)到，通過(guò)上網(wǎng)查閱資料，了解芯片管腳及其主要功能。2) 關(guān)于各種器件地址如何進(jìn)行編碼。由于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，主要通過(guò)與門(mén)及3-8譯碼器，運(yùn)用比較簡(jiǎn)單的編址方法進(jìn)行解決。3) 關(guān)于8088的一些其他連線。從硬件圖可以看到，沒(méi)有給出完整的芯片管腳圖，由于如RESET、REDAY、DEN、VCC、GND管腳不影響功能實(shí)現(xiàn)，所以只畫(huà)出影響功能實(shí)現(xiàn)的管腳圖。2、小結(jié)體會(huì)通過(guò)本次微機(jī)課程設(shè)計(jì)，更加進(jìn)一步的理解了課本上的知識(shí)，并能夠加以擴(kuò)展，從而應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，在軟件DX