微机原理课程设计(西电09级)

1、微机原理课程设计一、电路总体设计1.1系统功能与实现方式该系统采用8088最小方式，利用3片8288锁存器形成20位地址总线，1片8286收发器形成8位数据总线。利用8284提供频率恒定的时钟信号，同时还具有复位信号发生电路和准备好信号发生电路。系统内存运用2片2764和2片6264进行扩展，分别形成16k的ROM和16k的RAM。2764和6264的片选信号由74LS138译码电路提供。系统的定时计数器由1片8253构成，中断由1片8259构成，并行接口由8255构成，AD转换电路和DA转换电路分别是由0809和0832构成。1.2课程设计的要求（1）用8088构成最小系统（2）用2764和

2、6264构成ROM和RAM（3）用0809组成8位温度AD变换接口电路测量温度（4）用0832组成8位DA变换接口电路驱动直流电机（5）用8255和8253组成步进电机控制电路（6）键盘与显示功能1.3系统的总体组成1） 处理器芯片选用8088，当8088的MN/MX引脚接+5V电压时，8088工作在最小方式下： 时钟发生器采用8284A芯片 主微处理器CPU选用8088芯片 总线锁存器采用8282，用ALE的下降沿锁存。由于8088中地址线有20条，所以地址锁存要3个8282。 数据收发器用来对数据进行缓冲和驱动，并控制数据发送和接收方向，向CPU传送I/O的数据或向IO传送CPU提供的数据

3、。同样由于8088中数据线只有8条，所以数据收发器只要一个8286就可以了。 地址译码器采用74LS138，用地址线的高三位（即A19、A18、A17三位）。译码输出Y0-Y7一共可以控制8个I/O芯片。在最小方式下，8088CPU会直接产生全部总线控制信号。2）只读存储器采用ROM芯片2764，随机存储器6264。3）A/D转换采用0809芯片4）用0832 D/A转换芯片的模拟信号去驱动直流电机5）8253+8255去控制步进电机6）显示器控制电路7）键盘控电路8）时钟电路、加电复位和复位电路。9）地址分配ROM: 00000H03FFFHRAM: FC000H-FFFFFHAD: 00H

4、07HDA: 40H41H键盘相关：100H103H显示相关：140H141H步进电机相关：200H207H功能描述：在最小方式下，8088CPU产生全部总线控制信号，由2764和6264构成了16k的ROM和16KB的RAM，在此基础上，分别实现接口逻辑。本系统采用8088位处理器工作在最小方式系统下，采用8282、8286、8284构成了最小系统，形成总线逻辑。采用2片(8k)2764和2片(8k)6264构成了16KB的ROM和16KB的RAM。在此基础之上，分别实现了一系列接口逻辑，包括采用0809实现8位的温度采集接口，采用0832实现直流电机的控制，采用8255和8253实现步进电

5、机的控制，并设计了键盘和显示逻辑。二、各部分电路原理图设计2.1 8088最小方式系统1、8088芯片介绍及其工作原理：图2.1.1 8088芯片8088是一块具有40个引脚的集成电路块，为减少引脚，许多引脚具有双重定义，即分时复用功能。8088最小方式系统主要由8088CPU时钟发生器8284、地址锁存器8282及数据总线收发器8286组成。由于地址与数据、状态线分时复用，系统中需要地址锁存器。地址锁存信号ALE控制8282的STB，用8282锁存器产生地址总线；用8286收发器产生缓冲的数据总线。8088的DEN信号作为8286的输出允许信号面，仅当DEN为低电平时，允许数据经8286进行

6、传送；8088的DT/R信号用来控制数据传送的方向，接至8286的引脚T。当DT/R1时，CPU向数据总线发送数据，当DT/R0时，则CPU接收来自系统总线上的数据。数据线连至内存及I/O接口，需用数据总线收发器作驱动。在控制总线一般负载较轻，不需要驱动，故直接从8088引出。8088工作与最小模式，此时8088CPU提供所有的总线控制信号，以实现与 存储器、I/O接口的选择。在最小组态时，系统总线可分为几个基本部分：地址总线、数据总线、控制与状态信号、中断与DMA信号。2、8088芯片引脚功能介绍（1）与工作模式无关的引脚AD7-AD0（双向，三态）为低8位地址/数据的复用引脚线。在总线周期

7、的T1状态时，作为地址总线输出低8位地址；在其他T状态时，作为双向数据总线输出低8位数据。T1状态输出地址时，需要锁存器进行地址锁存。A15-A8（输出，三态）为高8位地址总线。在读写存储器或I/O端口的整个周期中，均输出高8位地址总线。A19/S6-A16/S3（输出，三态）为分时复用的地址/状态信号线。在总线周期的T1状态，表现为高4位地址总线，而在其他状态时，用来输出状态信息。需要地址锁存器对T1状态时的地址进行锁存。MN/MX（输入）为工作方式控制线。接+5V时，8088工作在最小方式；接地时，8088工作在最大方式。RD（输出，三态）为读信号，低电平有效。有效时表示CPU正在执行从存

8、储器或I/O端口输入的操作。NMI（输入）为非可屏蔽中断请求输入信号，上升沿有效。出现有效信号时，CPU在执行完现行指令后，立即进行中断处理。INTR（输入）为可屏蔽中断请求输入信号，高电平有效。CPU在每条指令的最后一个时钟周期对INTR进行测试，以决定现行指令结束后是否响应中断。RESET（输入）为系统复位信号，高电平有效（至少保持4个时钟周期）。该信号结束后，CPU从存储器的0FFFF0H地址开始读取和执行指令。READY（输入）为准备好信号，来自存储器或I/O接口的应答信号，高电平有效。该信号有效时，表示存储器或I/O接口准备就绪。TEST（输入）为测试信号，低电平有效。若为高电平，则

9、CPU继续处于等待状态，直到出现低电平时，CPU才执行下一条指令。（2）最小方式下的引脚 INTA（输出）为CPU发向中断控制器的中断响应信号。在相邻的两个总线周期中输出两个负脉冲。ALE（输出）为地址锁存允许信号，高电平有效。当ALE信号有效时，表示地址线上的地址信息有效，将地址信息锁存到地址锁存器中。DEN（输出，三态）为数据允许信号，低电平有效。DEN信号有效时，表示允许8286数据收发器和系统数据总线进行数据传送。DT/R（输出，三态）为数据收/发信号，用来控制数据传送方向。DT/R为低电平时，CPU接收数据；DT/R为高电平时，CPU发送数据。IO/M（输出，三态）为访问存储器或I/

10、O端口的控制信号。IO/M为高电平时，表示访问I/O端口；IO/M为低电平时，表示访问存储器。WR（输出，三态）为写信号，低电平有效。当WR有效时，表示CPU正在执行向存储器或I/O端口的输出操作。HOLD（输入）为系统中其他总线主控设备向CPU请求总线使用权的总线申请信号，高电平有效。HLDA（输出）为CPU对系统中其他总线主控设备请求总线使用权的应答信号，高电平有效。SSO为系统状态信号。它与IO/M、DT/R共同组合反映当前总线周期执行的是什么操作。3、8088最小方式系统的设计电路图图2.1.2 8088最小方式系统的设计电路图2.2存储器的设计1、2764和6264芯片简介2764芯

11、片EPROM容量为8K*8。其中，13条地址线A0-A12,8条数据线D0-D7。CE和OE为控制信号片选引脚，低电平有效时，分别选中芯片和允许芯片输出数据。PGM为编程控制信号，VPP为编程电压，正常输出时PGM和Vpp均接+5V，工作电压Vcc为+5V。6264芯片SRAM6264容量为8K*8。该芯片引脚说明如下：A0-A12为地址线D0-D7为数据线，CS1为第一片选信号，低电平有效，CS2为第二片选信号，高电平有效，只有CS1和CS2同时有效时，芯片才被选中。2、2764和6264芯片示意图图2.2.1 2764和6264芯片3、存储器电路及译码器电路设计在该设计中选用的ROM模块芯

12、片为EPROM2764，容量为8K*8。RAM模块芯片为SRAM6264，容量为8K*8。系统要求由16KB的ROM和16K的RAM组成。16KB的ROM需要两片2764芯片，16K的RAM需要两片6264芯片。图中U1和U2两片2764构成16K的ROM模块；U3和U4两片6264组成16K的RAM模块。4个芯片的片选信号由74LS138译码器产生。图2.2.2 16K ROM和16K RAM存储器逻辑图2.3 8位温度AD变换接口电路1、ADC0809芯片工作原理ADC0809是CMOS的8位A/D转换器，采用逐次逼进式进行A/D变换。当给ADC0809一个启动信号后，通过控制与时序电路以

13、及逐次逼进寄存器，采用逐步逼进的方式进行A/D变换。模拟输入部分有8路多路开关，可由3位地址输入ADDA、ADDB、ADDC的不同组合来选择，ALE为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号，8个通道的模 图2.3.1 ADC0809芯片拟输入线(IN0IN7)，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，获得8位二进制数字量(D7D0)。其引脚简介如下：D0-D7：:输出数据线。 IN0-IN7：8路模拟电压输入端。 ADDA，ADDB，ADDC：路地址输入，ADDA为最低位，ADDC为最高位。START：启动信号输入端。ALE：路地址锁存信号，用来锁存ADDAADDC路地址，上升沿有效

14、。EOC：变换结束状态信号，高电平表示次变换结束。CLK：时钟输入端。Vref（+），Vref（-）：参考电压输入端。2、LM35温度传感器LM35 温度传感器采集温度模拟信号，由A/D转换器变换为数字信号后输入CPU并在LED显示所测温度值。图2.3.2 LM35温度传感器3、ADC0809温度变换电路图2.3.3 ADC0809温度变换电路2.4 8位DA变换驱动直流电机1、DAC0832芯片功能及引脚简介1)芯片工作原理DAC0832由8位输入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换电路组成。输入寄存器和DAC寄存器作为双缓冲。第一级锁存器是一个8位输入寄存器，锁存控制信号为ILE。第二

15、级锁存器是一个8位DAC寄存器，它的锁存控制 图2.4.1 ADC0832芯片信号为Xfer非和WR2非。在CPU数据线直接接到 DAC0832的输入端时，数据在输入端保持的时间仅仅是在CPU执行输出指令的瞬间内，输入寄存器可用于保存此瞬间出现的数据。有时，微机控制系统要求同时输出多个模拟量参数，此时对应于每一种参数需要一片DAC0832，每片DAC0832的转换时间相同，就可采用DAC寄存器对CPU分时输入到输入寄存器的各参数在同一时刻开始锁存，进而同时产生各模拟信号。 转换的8位数字量由芯片的8位数据输入线D0D7输出。2）芯片引脚介绍DI0DI7：转换数据输入端。 CS：片选信号输入端，

16、低电平有效。 ILE：数据锁存允许信号输入端，高电平有效。 WR1：第一写信号输入端，低电平有效。 Xfer：数据传送控制信号输入端，低电平有效。 WR2：第二写信号输入端，低电平有效。 Iout1：电流输出1端，当数据全为1时，输出电流最大；当数据全为0时，输出电流最小。 Iout2：电流输出2端。DAC0832具有：Iout1+Iout2=常数的特性。 Rfb：反馈电阻端。Vref：基准电压端，是外加的高精度电压源，它与芯片内的电阻网络相连接，该电压范围为：-10V+10V。2、直流伺服电机直流伺服电机的工作原理与一般直流电动机的工作原理完全相同。他激直流电机转子上的载流导体（即电枢绕组）

17、在定子磁场中受到电磁转矩的作用，使电机转子旋转。由直流电机的基本原理分析得到：n=(u-IaRa)/Ke式中： 图2.4.2 直流电机 n电枢的转速，r/min u电枢电压 Ia电机电枢电流 Ra电枢电阻 Ke电势系数 调节电机的转速有三种方法： 改变电枢电压u。调速范围较大，直流伺服电机常用此方法调速。 变磁通量（即改变Ke的值）。改变激磁回路的电阻Rf以改变激磁电流If。可以打到改变磁通量的目的；调磁调速因其调速范围较小常常作为调速的辅助方法，而主要的调速方法是调压调速。若采用调压与调磁两种方法互相配合，可以获得很宽的调速范围，又可充分利用电机的容量。 在电枢回路中串联调节电阻Rt，此时有

18、 n=u-Ia(Ra+Rt)/Ke由上式可知，在电枢回路中串联电阻的办法，转速只能调低，而且电阻上的铜耗较大，这种办法并不经济。最常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）。3、DAC0832控制直流电机电路图图2.4.3 DAC0832控制直流电机电路2.5步进电机控制电路1、步进电机的介绍步进电机在数控开环控制电路中发挥着不可替代的作用，是机电一体化的关键部件之一。步进电机的驱动是在各相线圈上加上有规律变化的脉冲信号，每一个脉冲对应一个步距角。本设计所采用的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式。

19、 图2.5.1 步进电机原理图相顺序ABCD01100101102001131001相顺序从0到1称为一步，电机转轴将转过18度，0à1à2à3à4则称为通电一周，转轴将转过72度，若循环进行这种通电一周的操作，电机便连续的转动起来，而进行相反的通电顺序如4à3à2à1将使电机同速反转。通电一周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为它每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原地颤动。2、步进电机原理图设计图2.5.2 8253芯片和8255A芯片图2.5.3步

20、进电机电路2.6键盘和显示电路1、器件介绍 在最简单的小的微型机系统中，在控制面板上仅设置几个键。当按键数很少时，常采用三态门直接接口输人的形式。常用的键盘有两种类型，即编码式键盘和非编码式键盘。编码式键盘包括检测是按了哪一个键，并产生这个键对应代码的一些必要硬件(通常这种键盘下有一块单片机作为其控制核心)。非编码式键盘没有这样一些独立的硬件，而分析哪一个键按下，这样的操作是通过接口硬件，井由主处理器执行相应程序来完成的。主处理器需要周期性地对键盘进行扫描，查询是否有键闭合，这样主机效率就会下降。由此可见，两种键盘各有优缺点，前者费硬件，价格较高；后者主机效率低，费时间，但价格低。七段数码显示器如图所示，其工作原理一看等效电路即可明白：当某个发光二极管通过一定的电流（如510mA）时，该段就发光。控制其让某些段发光，某些段不发光则可以显示一系列数字和符号。其接口与显示方式有两种： 存器静态接口用最简单的锁存器输出接口，再利用OC门加以驱动的LED接口。 动态显示在静态接口显示LED时，每1位LED要用一片锁存器。当显示位数比较多时，会要求使用许多锁存器。为了硬件上的简化，可采用动态显示。动态显示的基本思路就是利用人的视觉