硬件课程设计-压力控制系统.doc

计算机科学与技术学院硬件课程设计报告（总报告）姓 名： 学 号：08083724 08083728 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 网络 081班 设计题目： 压力控制系统 指导教师： 职 称： 副教授 2011年 1 月 徐州、摘 要我们经常要控制压力在某一范围内变化，是压力不超过某以上限值也不低于某一下限值。而压力控制系统在实际中也有较广泛的应用。实例 1：某大型化肥厂辅助锅炉生产10mpa 的高压蒸汽。在正常情况下，高压蒸汽全部通过高压蒸汽透平，然后抽气得4mpa 的中压蒸汽。中压蒸汽又分别通过空压机、原料压缩机、冰机等蒸汽透平，充分利用了整齐的能量。为了确保蒸汽透平整长运转，要求高压蒸汽压力不致过高（3.8）但并不要求压力维持在某一值不变。实例 2：如果要控制水塔内的水在一定的范围内，当管线水压低于设定的下限时，控制补水泵开启，自动补水。当管线水位上升至上限时，控制补水泵停止工作。由此，我们想到，如何控制其压力大小，使其在一定的范围内按照我们的期望变化。对于在由风门控制的风道系统中，由人工来监测和控制风门附近的压力是一项很繁琐的工作，因为监测要求监测者进到再次行连续的不间断的循环工作。监测之后要进行判断，并在数据不符合要求的情况下进行循环控制，直监测时所得的数据符合要求为止。而且，在某些情况下人工控制是很难实现的，例如，当监测对象的压力很大的时候，或者是监测对象很难接近的时候。为此，我们目前很需要开发一种简单的压力控制系统来替代人的工作。这样既可以节省人力资源，又可以使这项繁琐而又难实现的工作变得简单又轻松。真正实现我们所谓的监测和控制。关键词：压力控制系统 ；8253定时器 ；8255输入输出接口 ；8279键盘输入及显示控制；计算机科学与技术学院2008级硬件课程设计报告 第18页目 录设计简介21 设计任务与要求4 1.1实验目的4 1.2设计任务与具体的要求4 1.3设计所需器件42 总体方案5 2.1压力控制系统工作原理5 2.2压力控制系统四大模块5 2.3压力控制系统总体方框图 53 硬件设计 6 3.1 8253器件的应用 3.2 8255器件的应用 3.3 8279 器件的应用 10 4.程序清单及设计145. 结论与体会166.参考文献16设 计 简 介1.硬件课程设计步骤及要求各阶段时间安排： 1. 选题及需求分析阶段 （18） 2. 概要设计阶段（916）3. 测试总结阶段 （3740）4. 详细设计阶段（1736）5. 撰写报告阶段 （4148）2. 设计题目：压力控制系统3设计背景：我们经常要控制压力在某一范围内变化，是压力不超过某以上限值也不低于某一下限值。而压力控制系统在实际中也有较广泛的应用。为此，我们目前很需要开发一种简单的压力控制系统来替代人的工作。这样既可以节省人力资源，又可以使这项繁琐而又难实现的工作变得简单又轻松。真正实现我们所谓的监测和控制。4面临的问题：4.1 8279芯片以前从没有接触过，对它的使用不了解。键盘及显示控制功能等操作也不是很清楚，因此在开始设计抢答器系统之前需要自己动手寻找相关资料。4.2 将几块芯片模块组成系统，需要组员之间的默契配合与整个系统架构的严谨设计。5解决方案：5.1 通过在网上的搜索，找到了一些关于8279芯片的知识，对于8279芯片的基本操作能够实现。5.2 设计与分析系统时，采用模块化的设计理念，将各个模块分开设计。最后再组合成系统。6设计思想：使用器8253计时功能、8255输入输出接口、8279键盘扫描及数码管显示控制功能，再加上led灯、实验箱上提供2mhz的脉冲源以及+5v的电源来实现整个系统的设计。当在应变片上施加一力时，引起电桥不平衡，压力信号转换为微弱的电压信号，经lm324运算放大器，把信号放大至0 - 5v，作为adc0809输入信号。adc0809能与cpu直接接口，其输入电压为0 - 5v，本实验中以a2.a1.a0作为通道地址线，cpu对ad0809执行写操作时锁存通道地址。7.程序框架图 1设计任务及要求1.1实验目的1、复习8255及8253芯片的工作原理。2、学会设计小规模逻辑电路图。3、增强分析、解决问题的能力4、了解力-电信号转换的基本工作原理，掌握adc0809的使用方法，提高数据处理程序的1. 2设计任务和具体要求设计一个压力控制系统，可以测量压力，当压力超过一定值时，系统报警.1.3设计所需器件8253芯片、8255芯片、8279芯片以及试验箱上提供的led灯、1m时钟脉冲信号、及接线等。2 设计总体方案2.1压力控制系统工作原理编写并调试出一个实验程序，其功能将一力施加于压力传感器金属弹性元件表面，超想-3000tb实验平台上数码管显示力的数据，并随力的大小而变化2.2压力控制系统模块设计（1）“译码器”的yc2孔连数模转换ad0809的cs4孔，“脉冲源”的0.5mhz孔连ad0809的clock孔，in0孔（ad0809的0通道）连an0孔（压力传感器的输出孔）。（2）硬件调试：在弹性元件表面施加一力。调整实验平台上电位器，使输入到此ad0809的in0上电压为一定值。超想-3000tb+超想3000连pc机，在windows调试环境下点击窗口/数据窗口/memory，以打开memory数据窗口，在打开的memory窗口中的0a000h地址（即ad0809的片选空间）上 写入00h（即选择ad0809的0通道），以启动0809对in0上输入电压进行a/d转换，然后点击刷新图标，读出ad转换结果。 （3）输入程序，编译。在读取ad转换指令后设置断点，在弹性元件施加一力，全速运行，如果碰到断点，再检查读出a/d转换结果，数据是否与vin0相对应，否则应查程序或硬件。再全速运行程序，修改程序错误使超想-3000tb显示值随力的大小而变化，直至达到本实验的要求。（4）通过“压力传感器”框中的电位器，对电桥进行零点平衡调节。2.3压力控制系统总体方框图3.硬件设计3.1 8253器件的应用8253的内部结构图8253的主要性能：8253可编程定时/计数器芯片时intel公司生产的微型计算机通用外围芯片之一。采用24个引脚，双列直插式封装，其主要特性如下：采用nmos工艺，用单一的5v电源供电。片内有3个独立的16位减法计数器（或计数通道），每个计数器又可分为两个8位的计数器。计数频率为05mhz。两种计数方式，即二进制和bcd方式计数。6种工作方式，即可对系统时钟脉冲计数实现定时，又可对外部事件进行计数。可由软件或硬件控制开始计数或停止计数。方式选择控制字8253的工作方式方式0：计数结束则中断工作方式0被称为计数结束中断方式，当任一通道被定义为工作方式0时， outi输出为低电平；若门控信号gate为高电平，当cpu利用输出指令向该通道写入计数值wr#有效时，outi仍保持低电平，然后计数器开始减“1”计数， 直到计数值为“0”，此刻outi将输出由低电平向高电平跳变，可用它向cpu发出中断请求，outi端输出的高电平一直维持到下次再写入计数值为止。方式1：单脉冲发生器工作方式1被称作可编程单脉冲发生器，进入这种工作方式， cpu装入计数值n后outi输出高电平， 不管此时的gate输入是高电平还是低电平， 都不开始减“1”计数，必须等到gate由低电平向高电平跳变形成一个上升沿后，计数过程才会开始。与此同时，outi输出由高电平向低电平跳变，形成了输出单脉冲的前沿，待计数值计到“0”， outi输出由低电平向高电平跳变，形成输出单脉冲的后沿， 因此，由方式l所能输出单脉冲的宽度为clki周期的n倍。方式2：速率波发生器工作方式2被称作速率波发生器，进入这种工作方式， outi输出高电平，装入计数值n后如果gate为高电平，则立即开始计数，outi保持为高电平不变； 待计数值减到“1”和“0”之间， outi将输出宽度为一个clki周期的负脉冲，计数值为“0”时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数，outi将输出一定频率的负脉冲序列， 其脉冲宽度固定为一个clki周期， 重复周期为clki周期的n倍。方式3：方波发生器工作方式3被称作方波发生器，任一通道工作在方式3， 只在计数值n为偶数，则可输出重复周期为n、占空比为1：1的方波。方式4：软件触发方式计数工作方式4被称作软件触发方式，。进入工作方式4，outi输出高电平。 装入计数值n后， 如果gate为高电平，则立即开始减“1”计数，直到计数值减到“0”为止，outi输出宽度为一个clki周期的负脉冲。由软件装入的计数值只有一次有效，如果要继续操作， 必须重新置入计数初值n。如果在操作的过程中，gate变为无效，则停止减“1”计数， 到gate再次有效时，重新从初值开始减“1”计数。方式5：硬件触发方式计数工作方式5被称为硬件触发方式，进入工作方式5， outi输出高电平， 硬件触发信号由gate端引入。 因此，开始时gate应输入为0， 装入计数初值n后，减“1”计数并不工作，一定要等到硬件触发信号由gate端引入一个正阶跃信号，减“1”计数才会开始，待计数值计到“0”， outi将输出负脉冲，其宽度固定为一个clki周期，表示定时时间到或计数次数到。3.2 8255器件的应用利用8255器件实现辅助功能，利用a端口，通过对a端口进行读取，实现一秒钟的定时。8255地址连接210-213h8253的out1连接8255的pa0.(1)8255芯片8255的引脚图为8255a的引脚cs#为片选择信号，输入，低有效。 a1、a0为地址信号，用来区分8255a内部a、b、c三个数据端口和一个控制端口的地址。rd#、wr#分别为读、写信号，输入，低有效，接收cpu的读写命令。reset，复位信号，输入，高有效，复位信号有效时将控制寄存器清零，并将a、b、c端口全部置为输入状态。d7d0：数据总线，双向与主机交换信息。cs#：片选，由高位地址译码产生。a1a0：片内端口寻址输入线，用于选择端口。rd#、wr#：读写控制信号。reset：使芯片复位信号。pa7pa0、pb7pb0、pc7pc0：数据接口线，与外设的连接线。8255a的内部端口地址当cs#=0时（由地址高位决定）：a1a0=00：选择a口。a1a0=01：选择b口。a1a0=10：选择c口。a1a0=11：选择控制口。注：pc机的8255a地址为60h63h。8255a的工作方式控制字端口的工作方式由将写入控制口的控制字决定，8255a设计了c端口的位操作工作方式， 必要时可以对c端口进行置0置1的位操作（如设置对8255a的pa口或pb口中断的屏蔽或允许）。工作方式控制字d7=1：特征位。d6d5：a口工作方式选择：00=方式0，01=方式1，10=方式2。d4：a口输出输入：0=输出， 1=输入。d3：c口上半部输出或输入，0=输出，1=输入d2：b口方式：0=方式0，1=输出方式1。d1：b口输出输入：0=输出， 1=输入。d0：c口下半部输出输入：0=输出，1=输入。c口置位复位控制字：d7=0 ：特征位。d6d4：不用。d3d1：c口位选择。000111对应于pc0pc7。 d0：置位复位。1：置位、0：复位。使pc2输出高电位： 使pa2输出高电位：movdx，97h movdx，94h moval，05h moval，valoutdx，al or al，00000100b(05h=00000101b) outdx，al方式选择控制字d7d6d5d4d3d2d1d0a组方式a口1 输入0输出pc7pc41输入0输出b组方式0方式01方式1b口1输入0输出pc3pc01输入0输出1有效标志位00方式001方式11方式2(1) 工作方式 0 ：这是 8255a 中各端口的基本输入 / 输出方式。它只完成简单的并行输入 / 输出操作， cpu 可从指定端口输入信息，也可向指定端口输出信息，如果三个端口均处于工作方式 0 ，则可由工作方式控制字定义 16 种工作方式的组合 (2) 工作方式 1 ：被称作选通输入 / 输出方式。在这种工作方式下，数据输入 / 输出操作要在选通信号控制下完成。 (3) 工作方式 2 ：被称作带选通的双向传送方式。 8255a 中只允许端口 a 处于工作方式 2 ，可用来在两台处理机之间实现双向并行通信。其有关的控制信号由端口 c 提供，并可向 cpu 发出中断请求信号。 3.3 8279器件的应用8279是可编程的键盘、显示接口芯片。它既具有案件处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。8279内部有键盘fifo(先进先出堆栈)/传感器，双重功能的8*8=64bram，键盘控制部分可控制8*8=64个按键货8*8阵列方式的传感器。该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。显示ram容量为16*8，即显示器最大配置可达16位led数码显示。8279有3中工作方式，分别为键盘工作方式、显示方式、传感方式8279特点(1)可同时进行键盘扫描及文字显示；(2)键盘扫描模式(scanned keyboard mode)；(3)传感器扫描模式(scanned sensor mode)；(4)激发输入模式(strobe input entry mode)；(5)8乘8键盘fifo(先进先出)；(6)具有接点消除抖动，2键锁定及n键依此读出模式；(7)双排8位数或双排16位数的显示器；(8)右边进入或左边进入。16位字节显示存储器。8279引脚图为8279有三种工作方式：键盘方式，显示方式和传感器方式。（1）键盘工作方式8279在键盘工作方式时。可设置为双键互锁方式和n键循回方式。双键互锁方式：诺有两个货多个键同时按下时，不管按键先后顺序如何，只能识别最后一个被释放的键，并把键值送入fifo ram中。n键循回方式：一次按下任意个键均可被识别，按键值按扫描次序送入fifo ram中。（2）显示方式 8279的显示方式又可分为左端入口和右端入口方式。 显示数据只要写入显示ram，侧可由显示器显示出来，因此显示数据写入显示ram的顺序。决定了显示的次序。 左端入口方式即显示位置从显示最左端1喂开始。以后显示的字符逐个向右端顺序排列：右端入口方式即显示显示器最右端1位开始，以显示的字符逐个向左端移动，但无左右入口，后输入的总是显示在最右边。（3）传感器方式传感器方式是把传感器开关状态送入传感器ram，当cpu对传感器阵列扫描时，一旦发现传感器状态发生变化就发出中断请求，中断响应后转入中断处理程序。8279的命令字及其格式格式为8279的状态字及其格式8279的输入输出格式4.程序清单及注释z8279 equ 212hd8279 equ 210hledmod equ 00 ;左边输入,八位显示外部译码八位显示ledfeq equ 38h ;扫描频率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,almov 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 ;以上为写(c= )nopbg:mov dx,208hmov al,0out dx,alcall delayin al,dxmov ah,00hmov cl,5div clmov ah,00hmov cl,2mul clcmp al,20;压力低于20，跳转至lowjl lowcmp al,99jle normalhigh:mov al,7fhmov dx,200hout dx,aljmp displow:mov al,0fehmov dx,200hout dx,aljmp dispnormal:mov a