微机原理及接口技术课程设计数字频率计设计

1、微机原理及接口技术课程设计2010/2011 学年第 2 学期学 院：中北大学专 业：测控技术与仪器起 迄 日 期:5月 16 日 5 月27日课程设计地点:指 导 教 师:姓名.学号:一课程设计目的 通过课程设计，掌握8253的控制字的设置、工作方式、编程原理和微机接口方法，熟悉8088的功能几个管脚的作用；提高理论联系实际的解决实际问题的能力，提高对接口技术等相关硬件知识的深入理解，进而提高动手能力和学习兴趣为顺利进入毕业环节做必要的准备。二课程设计内容以8088cpu为核心设计一个数字频率计，要求能测量1hz1mhz频率范围的矩形和正弦波的频率或周期。三课程设计要求用8253芯片设计电路

2、图，画出电路原理图，说明工作原理，编写程序。四数字频率计基本原理1数字频率计的原理1）数字频率计是用于测量信号(方波、正弦波或其它脉冲信号)的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量迅速，读数方便等优点。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周

3、期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为fnt，其中，f为被测信号的频率，n为计数器所累计的脉冲个数。 t为产生n个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000hz。晶振产生较高的标准频率，经分频器后可获得各种时基脉冲(1ms，10ms，0.1s，1s等)，时基信号的选择由开关k控制。用单稳态触发器产生指令和清零信号，对置零信号而言，当达到所调节的延时时间时，延时电路输出一个复位信号，使计数器

4、和所有的触发器量0，为后续新的一次取样作好准备，即能锁住一次显示的时间，使保留到接受新的一次取样为止。2）系统框图从数字频率计的基本原理出发，根基设计要求，得到如图1所示的电路框图 图1. 电路系统框图28088cpu的原理8088 cpu是一块具有40条引出线的集成电路芯片，如图2所示。为了减少芯片的引线，有许多引线具有双重定义和功能，采用分时复用方式工作，即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。同时，8088cpu上的mn/mx=1时，8088cpu工作在最小模式之下。此时，构成的微型机中只包括一个8088cpu，且系统总线由cpu的引线形成，微型机所用的芯片最少。当mn/mx=0时，8

5、088cpu工作在最大模式之下。在此模式下，构成的微型计算机中除了有8088cpu之外，还可以接另外的cpu（如8087），构成多微处理器系统。 图2. 8088cpu管脚图数据总线d0d15：双向传输， 可分别使用其低8位或高8位，该总线与地址总线a0a15共用cpu引脚形成复用总线ad0ad15， 地址、数据分时传送。地址总线a0a19：20位，单向，地址由cpu产生，用于寻址访问存储器单元或io端口。a0a15与d0d15复用，a16a19与状态信号s3s6复用(a16/s3 a19/s6)。其中ad15ad0地址数据复用信号（标号216、39），双向，三态。状态信号s3s6：s6：指示

6、8088当前是否与总线相连。s60表示8088连在总线上。s5：表示中断允许标志状态。s51表示中断允许标志if1（对可屏蔽中断请求起作用）。s50表示if0，禁止可屏蔽中断。s4和s3用来指出当前使用的段寄存器。 s4、s3代码组合对应的含义如下表所示。s4s3当前正使用的段寄存器 0 0 es 0 1 ss 1 0 cs或未使用任何段寄存器 1 1 dsrd(read)：读信号（标号32），输出，三态。rd信号有效，表示cpu执行一个对存储器或i/o端口的读操作，在一个读操作的总线周期中，rd在t2t3状态中有效，为低电平。为0时，cpu作读操作。wr(write)：写信号（标号29），输

7、出，三态。wr信号有效，表示cpu执行一个对存储器或i/o端口写操作，在写操作总线周期中，wr在t2t3状态中有效，为低电平。为0时，cpu作写操作；m/io，rd，wr组合成系统的存储器和端口的读写信号：memr，memw，ior，iow。高电平有效时，将地址存入外部地址锁存器。通常用rd#以及wr#信号控制存储器或i/o的读出和写入端。rd和 wr指出cpu当前进行的是读还是写操作， 它和m/io信号一起，指出当前进行的是存储器读、i/o读、存储器写、i/o写四种操作中的哪一种。rd和wr信号除了在t2t3状态中有效外，还在tw（等待）状态有效。下表为对存储器或i/o的读写操作选择。 rd

8、wrm/io 对应的操作 0 1 0 i/o写操作 0 1 1 存储器写操作 1 0 0 i/o读操作 1 0 1 存储器读操作38253的原理8253是一种可编程的计数器/定时器芯片，如图3所示。 8253内部具有3个独立的16位计数器通道，通过对它进行编程，每个计数器通道均有6种工作方式，并且都可以按2进制或10进制2种格式进行计数，最高计数频率能达到2mhz。 8253还可用作可编程方波频率产生器、分频器、程控单脉冲发生器等。 图3. 8253管脚图d0d7：8位双向数据线，用来传送数据、控制字和计数器的计数初值。cs：选片信号，输入。低电平有效，由系统高位i/o地址译码产生。rd：读控

9、制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示cpu要对此定时器芯片进行读操作。wr：写控制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示cpu要对此定时器芯片进行写操作。a 0，a1：地址信号线。clk0clk2：每个计数器的时钟信号输入端。gate0gate2：门控信号，用于控制计数的启动和停止，gate=1时计数允许，gate=0时停止计数。out0out2：计数器输出信号。474ls48七段译码器bcd-七段显示译码器（74ls48）因为计算机输出的是bcd码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把bcd码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的bcd码换成 7 段字型代码，并

10、使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”。 1）输入：8421bcd码，用a3 a2 a1 a0表示（4位）。 2）输出：七段显示，用ya yg 表示（7位） 3）逻辑符号：七段显示译码器在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动 器和显示器等部分组成，如图4所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。 图4数字显示电路方框图数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数

11、字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。 数字显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。 图5 七段数字显示器发光

12、段组合图按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类： 7448七段显示译码器 7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 7448的功能表如下表所示，它有3个辅助控制端lt、rbi、bi/rbo,现简要说明如下： 灭灯输入bi/rbo bi/rbo是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当bi/rbo作输入使用且bi0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 试灯输入lt 当lt0时，bi/rbo是输出端，且rbo1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。该输入端常用

13、于检查7488本身及显示器的好坏。 7488功能表 动态灭零输入rbi当lt1，rbi0且输入代码dcba0000时，各段输出ag均为低电平，与bcd码相应的字形熄灭，故称“灭零”。利用lt=1与rbi=0可以实现某一位的“消隐”。此时bi/rbo是输出端，且rbo=0。动态灭零输出rbobi/rbo作为输出使用时，受控于lt和rbi。当lt1且rbi0，输入代码dcba=0000时，rbo=0；若lt=0或者lt1且rbi1，则rbo=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：lt和rbi同时等于1，而对其它输入代码则仅要求lt

14、1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入bcd码决定的，并且满足显示字形的要求。5频率测量方法频率测量方法有m法，t法，m/t法，测量的基本要求是快速准确。（1）m法：测量计数在一定时间tc内的信号脉冲数m。譬如，tc1秒，计数值m1200，则信号频率为1200hz； tc0.1秒，计数值m=1200，则信号频率为12000hz。显然，m法适用于高频信号的测量。（2）t法：测量一个完整脉冲的周期t，则此周期t的倒数就是待测频率。譬如，测得t0.1ms，则信号频率为10000hz。显然，t适用于低频信号测量。五、编写程序(设8253端口地址为40h43h)（1）8253初始化（五微秒信号）-

15、for8253: mov dx,0fffbh mov al,36h ;0111 0110 ct1，方式3 out dx,al mov al,76h ;0011 0000 ct0，方式0 out dx,al mov dx,0fff9h mov ax,18432 ;(6144) ct1 产生10ms方波 out dx,al mov al,ah out dx,al mov dx,0fff8h mov ax,2 ; ;5ms脉冲 out dx,al mov al,ah out dx,alret-8253初始化（一秒信号）-for8253: mov dx,0fffbh mov al,36h ;0111

16、0110 ct1，方式3 out dx,al mov al,76h ;0011 0000 ct0，方式0 , out dx,al mov dx,0fff9h mov ax,18432 ;(6144) ct1 产生10ms方波 out dx,al mov al,ah out dx,al mov dx,0fff8h mov ax,100 ;1000 ;1s脉冲 out dx,al mov al,ah out dx,alret-8253初始化（十秒信号）-for8253b:mov dx,0fffbh mov al,36h ;ct0，方式0 out dx,al mov al,076h ;ct1，方式3

17、 out dx,al mov dx,0fff9h ;ct1 mov ax,18432 ;(18432) 产生10ms方波 out dx,al mov al,ah out dx,al mov dx,0fff8h ;ct0 mov ax,1000 ;1000 ;10s脉冲 out dx,al mov al,ah out dx,al ret;-;控制ct2计数,设置频率范围;-for8253x: mov dx,0fffbh ;控制口地址 mov al,0b0h ;ct2，方式0 out dx,al mov dx,0fffah ;ct2地址 mov ax,65535 ;t2计数的最大值 out dx,

18、al mov al,ah out dx,al mov cx,10 ;延时good: loop goodret;-;二 十进制转化（高频无小数点，利用了m法测量）;-btro: mov cl,6 xor ch,ch xor dx,dx mov bx,10 mov si,offset buf add si,5 ;从低位到高位存储next: div bx mov si,dl ;除以10的余数存放低位 dec si and ax,ax jz stop ;判断是否除尽 mov dl,0 loop nextstop: ret;- ;二 十进制转化（低频有小数点，利用了t法测量）;-btrob:mov cl

19、,3 xor ch,ch xor dx,dx mov bx,10 mov si,offset buf add si,5 ;使其从数码管的低位开始显示 div bx mov si,dl dec si mov dl,0 ;将存放余数的清0 div bx add dl,10 ;查表将该位的小数点显示出来 mov si,dl dec si and ax,ax ;检测商是否为0，若为0程序跳出，否则继续 jz stop1 mov dl,0next1: div bx mov si,dl dec si and ax,ax jz stop1 mov dl,0 loop next1 ;由于数码管只能显示5为，则

20、cl=3stop1: ret（2）8255的有关内容 mov ax,data mov ds,ax ；设数据段寄存器的值 mov ax,stack mov ss,ax ；设堆栈段寄存器的值mov dx，0ff03 mov al,80h out dx,al ；写入模式字 (3) led显示 mov al,di+3 ；取要显示的数字 mov bx,offset ledadd ；取显示代码表首址 xlat ；将数字转换成显示代码 mov 0ff00h,al ；将显示代码送入a口 mov dx,0ff02h mov dx,01h ；将0eh送入c口 call delay mov al,di+2 mov bx,offset ledadd xlat mov 0ff00h,al mov dx,0ff02h mov dx,03h call delay mov al,di+1 mov bx,offset ledadd xlat m