微机数据采集系统设计报告书

1、微机数据采集系统设计报告书湖北教育学院课程设计报告 课程名称：微机接口技术课程设计 设计题目： 系 别： 专 业： 组 别： 学生姓名: 学 号: 起止日期: 指导教师: 教研室主任： 目录目录2第一章 序言3第二章 需求分析42.1实验要求42.2实验任务42.3实验开发平台42.4实验资源配置42.5实验方案5第三章 概要设计与详细设计63.1可编程接口芯片8255A63.2 ADC080973.2.1 ADC0809的内部逻辑结构73.2.2 引脚结构73.2.3 ADC0809实物图93.3 实验设计9第四章 操作过程与实验结果164.1 实验操作的过程164.1.1方案设计164.1

2、.2元器件的选购及性能测试164.1.3连接电路164.1.4调试174.2 实验结果17第五章 总结与体会17第六章 致谢18第七章 参考文献18第八章 附录19第一章 序言经过大学三年的理论课程学习,进入了最后一个学年,在这个学期的开始,我们大家接受了一个全新的课题,就是做课程设计.这对于我们来说是一个挑战也是一个机遇.现在学校提倡动手能力,培养创新型的人才.当今社会,企业对人才的要求越来越高,那么学校就要按照市场的原则来培养学生.因此,学校为了适应社会的需求,对我们的能力培养更加看重.所以学校为了搞好这次课程设计,投入了很大的人力和物力.在此,对于院里和系里的老师们所做的工作表示感谢.虽

3、然这次课程设计时间仅仅只有7天,但我们为了做好课程设计,大家都在废寝忘食的完成任务.这对于我们以后在工作岗位上有一定的帮助.这次课程设计以组为单位,每组四人,其中一人为组长,其他的人为组员(我们这一组成员-组长:鄂佳,组员:蒋鹏(我),何云云,郑万波).通过分组,以小组来完成任务,这在企业里是很常见的事情,可以培养我们的团队合作精神,协同作战能力.在组里，每个人都有不同的分工，同时有组长全权负责处理各种重大问题，然后通过小组讨论共同解决。在这几天时间里，我们这组人根据分工每天都按时到实验室做实验，机房查资料等。每天晚上定时在寝室召开工作总结会议，由各组员汇报每天的工作情况，小组分析各种出现的问

4、题，最后由组长作总结并安排明天的事情。我觉得通过这种合作方式办事效率比较高，所以我坚信我们这一组能在规定的时间里保质保量的完成微机数据采集系统的设计。通过组长（鄂佳）的带领下，以合理的方式，凭着大家坚持不懈精神，还有老师们的精心指导下，我们会把我们的课程设计做的更完美。第二章 需求分析2.1实验要求 我们这一组做的课程设计是微机数据采集系统的设计，因此实验要求有二。分别是：1.单通道采集数据并显示；2.多通道循环采集数据并显示。此实验需要完成实验方案论证，电路原理图和元器件布局图设计、电路建构、软件编程、调试、运行以及实验报告书文档的建立等一整套工作任务。控制软件，使用汇编语言。采用8255A

5、作接口。2.2实验任务1进行微机数据采集系统电路硬件设计，画出电路原理图、PCB图或元器件布线图；2安装或焊接元器件；3进行数据采集系统控制程序设计（采用ASM或CPP语言）；4系统联调，提交一个满足上述二种要求之一的微机数据采集系统设计。2.3实验开发平台这次实验是由我们自主地设计实验和实现设计目标，因此有必要说一下实验平台。我认为这次是设计实验而不是验证实验。从实验的角度看，有两点需要提出：1 .在硬件上，实验设备应具备作开放式实验的结构模式，允许用户很容易的任意添加各种外设模块，组成微机应用系统。2.在软件上，应具备作开放式实验的实验程序开发环境和开发工具，以及硬件故障诊断软件，而不是只

6、提供某些具体实验的程序。我们现在所使用的实验平台是由华中科技大学计算机学院和武汉豪申光电新技术有限公司共同研制开发而成的多功能实验平台（MFID），它完全具备上述两个条件。采用模块化与开放式结构相结合的设计方式,用户可以根据需要进行组合或分解，以构成不同规模和不同功能的实验系统，其硬件资源全部向用户开放，由用户支配。软件系统包括开发工具集成软件包、接口功能控制程序等。采用集成方式，把程序的编辑、编译、连接、调试和故障诊断的开发工具软件集成在一个环境中，为用户编写和调试应用程序提供了高效而方便的环境。另外，还有参考程序，程序分别用汇编语言和C语言编写，内容丰富，类型多样，实用性比较强。2.4实验

7、资源配置1.PC兼容机 2Windows 20003MFID多功能微机实验平台（含PCI总线驱动板）4MF2KI集成开发环境 5面包板或外设功能模块板6安装或焊接工具2.5实验方案首先，根据实验要求，设计A/D数据采集电路。然后，按照电路原理，选用一些元器件，在面包板上分别搭建电路模块。其次，编写A/D数据采集系统的控制程序，并进行调试。最后，加入软件控制程序，分别对这两个接口进行驱动，组成了直流电机控制系统和A/D数据采集系统。（短型电缆）总线驱动板微 机平台板 50芯并口A/D数据采集模块26芯J5J1图2.1fgA/D数据采集模块、平台板、微机组成的数据采集系统框图如图2.1所示：图2.

8、1（数据采集系统结构框图）第三章 概要设计与详细设计在这次课程设计中，我们所用到最重要的两个元件是可编程接口芯片8255A和ADC0809。因此，先介绍一下这两个芯片。3.1可编程接口芯片8255A8255A是一个单+5V电源引脚，40个引脚的双列直插式组件。它作为接口电路的8255A具有面向CPU和面向外设两个方向的连接能力。如图3.1所示。因此，它的引脚分成两部分。1.系统总线的连接信号面向数据总线的有：D0D7：双向数据线，用于CPU向8255A发送命令、数据和8255A向CPU回送状态、数据。图3.1（ 8255A芯片）面向地址总线的有：CS:选片信号，低电平有效，由系统的 高位地址线

9、经I/O端口地址译码电路产生。CS为低电平时，才能对8255A进行读写操作。当CS为高电平时，切断CPU与芯片的联系。A1，A0：芯片内部端口地址信号，与系统地址总线低位相连用来寻址8255A内部寄存器。两位地址，可形成片内4个端口地址。面向控制总线的有：RD：读信号，低电平有效。CPU通过执行IN命令使RD有效，即发读信号将数据或状态信号从8255A读至CPU。WR:写信号，低电平有效。CPU通过执行OUT命令使 WR有效，即发写信号，将命令代码或数据写入8255A。RESET:复位信号。它清除控制寄存器并将8255A的A、B、C三个端口均置为输入方式；输出寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽

10、中断请求；24条面向外设的信号线呈现高阻悬浮状态。这种势态一直持续到用方式命令才能改变，使其进入用户所需的工作方式。2.外部设备的连接信号PA0PA7：端口A的输入/输出线。PB0PB7：端口B的输入/输出线。PC0PC7：端口C的输入/输出线。这24根信号线均可用来连接I/O设备和传送信息。其中，A口和B口只作为输入/输出的数据口用，尽管有时也利用它们从I/O设备读取一些状态信息，如打印机的“忙（Busy）”状态信号、A/D转换器的“结束信号（EOC）”状态信号，但对于A口和B口来说，都是作8255A的数据口读入，而不是作8255A的状态口读入的。A口和B口作数据输入/输出时，是8位一起行动

11、的，即使是只用到其中的某一位，也要同时输入输入/输出8位。 C口除了作数据口以外还作状态口，作专用联络信号线，和作按位控制用。这些作用与8255A的工作方式有关。C口作数据口时，它是把8位分成高4位和低4位。高4位PC4PC7与A口一起组成A组。低4位PC0PC3与B口一起组成B组。因此，C口作数据口输入输出时，是4位一起。3.2 ADC0809ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。3.2.1 ADC0809的内部逻辑结构 图3.2（ADC0809内部结构图）由上图可知，ADC0809由一个

12、8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。3.2.2 引脚结构 图3.3（ADC0809引脚结构图）IN0IN7：8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快， 则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线

13、为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。 通道选择表如下表所示:CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转

14、换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ， VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.2.3 ADC0809实物图图3.4（ADC0809实物图）3.3 实验设计目的：通过数据采集实验的设计,了解ADC0809的工作原理,及数据采集器的接口设计方法。要求：本实验要求使用8255作为ADC的接口，采用查询方式进行单通道的数据的采集，并将采集的结果显示在屏幕上。采集通道通过人机对话方式选择，按ESC键退出程序原理：1数据采集系

15、统原理如图3.5所示。接口对象ADC0809，以及8个被采集的模拟量信号AD输入通道跳接开关。2实验原理的详细阐述，参考”微机接口技术及应用”教材第10.3节（P266）第10.5节（P279）。 图3.5（数据采集系统原理图）资源配置：1电源：机内供电，将平台的电源开关拔到“内”的位置上，并将模块电源JP6接通2电缆线：采用单线/26芯扁平线3本实验所涉及的模块：F（8255模块），O（AD转换），S（信号电源），L（跳线）四个模块4I/O端口地址：8255的4个端口地址为300H303H。其中A口=300H，B口=301H，C口=302H，命令口=303H5软件资源：MF2KI集成开发环境

16、软件提供了丰富的汇编语言和C/C+语言程序开发工具步骤：1. 参照实验指导书P80数据采集系统原理图搭建电路。2. 设计程序控制流程图。（见图3.6）3. 编写程序进行调试。4. 系统总调试。硬件连接：F区O区S区PA0PA7D0D7PC4EOCPC2OEPC1ALEPC0STARTJP10（通道选择）IN0IN7（模拟量输入）电平1/电平2(RW1/RW2)JP12（1-2）查询方式程序控制流程图：图3.6（程序控制流程图）参考程序：查询方式A/D转换数据采集程序（Cejia.cpp）#include /kbhit();#include /printf();#include /delay()

17、;void main()int getvalue = 0;int AtoD,letter,status,pc4;clrscr();printf(n if you want to quit A/D convert,please press Esc);printf(n input number of A/D channel);printf(n 0-channeln 1-channeln 2-channeln 3-channeln 4-channeln 5-channeln 6-channeln 7-channeln);getvalue = getch();for(;)if(getvalue7)/选

18、择通道printf(n Input error channel! try again please! n);/error messagegetvalue = getch();continue;elsebreak; do outportb(0x303,0x88); /初始化8255状态字,A口输出getvalue = getvalue - 0;outportb(0x300,getvalue);/送通道号 outportb(0x303,0x01); /*pc0=1* Start 启动*/ outportb(0x303,0x03); /*pc1=1* ALE地址锁存*/delay(100); out

19、portb(0x303,0x02); /*pc1=0*ALE地址解除锁存*/ outportb(0x303,0x98); /*重写8255方式字,A口输入,C口低四位输出,C口高四位输入8*/ outportb(0x303,0x04); /*pc2=0,不允许输出*/ dopc4=inportb(0x302)&0x10;while(pc4=0); outportb(0x303,0x05); /*pc2=1,输出允许*/AtoD= inportb(0x300); printf(0x%x,AtoD);while(!kbhit();查询方式A/D转换数据采集程序（AskAD.asm）sseg seg

20、ment para stack stackdw 200 dup (?)sseg endsdseg segment para public datamessage db If you want to quit A/D convert,please press ESC db 0dh,0ah,$input_message db input number of A/D channel db 0dh,0ah,$error_message db input incorrect A/D channel!,0dh,0ah db please input number of A/D channel again:

21、 db $temp db (?)dseg endscseg segment para public code assume ss:sseg,cs:cseg,ds:dsega_dpo proc farstart: mov ax,sseg mov ss,ax mov ax,dseg mov ds,ax mov ah,9 ;显示提示信息 mov dx,seg message mov ds,dx mov dx,offset message int 21h mov ah,9 ;提示输入通道号 mov dx,seg input_message mov ds,dx mov dx, offset input_

22、message int 21hinput: mov ah,8 ;检查输入通道号是否有错 int 21h cmp al,0 jb error cmp al,7 ja error sub al,30h mov temp,al ;若无错，则保存通道号 jmp beginerror: mov ah,9 ;显示出错信息 mov dx,seg error_message mov ds,dx mov dx, offset error_message int 21h jmp inputbegin: mov dx,303h ;初始化8255状态字,A口输出 mov al,88h out dx,almov dx,

23、300h;送通道号至A口mov al,tempout dx,almov dx,303hmov al,3hout dx,al;PC1置1进行地址锁存mov dx,303hmov al,98hout dx,al;重写8255方式字,A口输入,C口低四位输出,C口高四位输入lop: mov dx,303h ;使PC0置高发启动信号 mov al,1h out dx,al mov cx,0f00h ;delaylop1: loop lop1mov dx,303hmov al,0hout dx,allopsub:mov dx,302in al,dxand al,10hjzlopsubmov dx,303

24、hmov al,5hout dx,almov dx,300hin al,dxpush ax show: and al,0f0h ;显示高4位 shr al,4 cmp al,9 ja hex add al,30h jmp nexthex: add al,37hnext: mov dl,al mov ah,2 int 21H pop ax and al,0fh ;显示低4位 cmp al,9 ja hex1 add al,30h jmp next1hex1: add al,37hnext1: mov dl,al mov ah,2 int 21h mov dl,13 ;向屏幕送回车符 mov ah

25、,2 int 21h mov dl,10 ;向屏幕送换行符 mov ah,2 int 21h mov ah,0bh ;检测是否有ESC键按下 int 21h inc al jnz lop ;若无键按下,则继续采集 quit: mov ax,4c00h ;程序退出 int 21ha_dpo endpcseg endsend start第四章 操作过程与实验结果4.1 实验操作的过程4.1.1方案设计首先，按所选定的实验完成方案设计。再进行电路设计。然后，选择元器件，进行插线。接着就编写程序，最后进行软件和硬件的调试。4.1.2元器件的选购及性能测试三极管的检测 由于我们在插线时必须要判别三极管是

26、哪个型号，而且还要晓得三极管的三个极性，所以有必要谈谈三极管的测试。 基极及类型判别由NPN型三极管是两个正极相对的二极管，b极是c极、e极共同的正（）极；PNP型二极管是两个负极相对的二极管，b极是c极、e极共同的负（-）极，因而从二极管单向导通性可以判别出管子的类型和基极。将模拟万用表拨至R100档，黑表笔固定接三极管的一个电极，红表笔依次接触另外两个电极，若测得它们之间的电阻是500800欧左右，证明黑表笔接触的电极是基极（b），被测晶体管是NPN型管。若红表笔固定接三极管的一个电极，黑表笔依次接触另外两个电极，若测得它们之间的电阻是100500欧左右，证明红表笔接触的电极是基极（b），

27、被测晶体管是PNP型管。 集电极（c）和发射极（e）的判别在判别出管子的类型和基极的基础上，将万用表拨至R1K档，先使其基极悬空，把黑表笔接假定的c极，红表笔接假定的e极，这时指针应指向无穷大。然后，用手指同时捏住管子的b和c极，若指针向右偏转，证明黑表笔接的是c极，假若指针基本不动，可改用手指捏住b极与右边的管脚，若指针向右偏转，则证明右边的管脚为c极，左边的是发射极。若上两次测量过程中指针均不动（或偏转角度非常小），则说明电极极型接反，应交换两只表笔位置后重测。4.1.3连接电路本实验是在面包板上插线，不需焊接，但是得注意将线插牢，移动面包板时需要小心，以免插线松动。连线时注意布线顺序和技

28、巧，避免连线混乱，这样对检查线路比较方便。在这一点我和鄂佳很有体会。因为我和他负责插线，我们刚开始的时候把线插的密密麻麻，在调试中没有通过，很难检查出线路的缺陷。所以只好重新布线，虽然我们的插线工作进行的十分艰难，每次调试都没通过，但在我和他的努力下，以及老师的帮助，最后顺利地完成，并且通过了测试。4.1.4调试前面已经说过，调试与布线紧密相连，布线的工作没有做好，很难调试。这里指的是硬件的调试，调试还包括软件方面的调试。对于软件方面的调试，只是需要在编译环境中编译、连接通过即可。最后还有个软硬件相结合的调试，如果这个调试通过，那么说明整个设计是成功的。关于详细的调试，我在这里就不在赘叙。4.2 实验结果查询方式数据采集屏幕上显示正常。只是由于面包板上的线路受到各种信号的影响以及实验室部分机子有故障的原因，有时候不能正常显示。因此影响了我们的路线调试进度。最后，我们的调试结果是：把电位器调到最小，屏幕上显示00；把电位器调到最大，屏幕上显示FF；我们不断的旋转电位器，屏幕上的数字也在不断的发生变化。一切尽在我们的掌控之中（呵呵）。因此，我们小组的设计是成功的。第五章 总结与体会通过这次的课程设计，我们学到了不少东西。首先，熟悉了实验仪器的操作，以及了解了一些常见的元器件。最重要的是以前微机接口没有学好，经过本次的课程设计，加深了对8255A芯片和ADC