西安电子科技大学机电院微机原理课程设计2

微机原理课程设计学院机电工程学院专业自动化姓名XXXXXXX学号XXXXXXX指导教师千博董瑞军一、微元课程设计课程设计的意义《微机原理》是国家教育部规定的计算机专业、电子信息专业、自动化专业、机电一体化等工科专业的专业基础必修课程。课程设计涉及8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计、存储器组成、8259A中断控制器以及8253可编程定时计数器的编程与应用等内容,是将所学知识融会贯通的实践性教学环节。为了培养学生分析问题、获取信息和综合应用知识的能力。1.2课程设计的目的通过本课程的学习，使学生熟悉微机系统在现代生产和生活领域中的应用，了解计算机技术和控制技术对现代科技事业发展的作用，能够综合运用所学的微机原理知识和控制理论知识为专业学习服务，并使学生受到必要的基本技能的训练，有助于学生综合能力和整体素质的提高。为微机软硬件开发和分析设计各种自动控制系统打下良好基础。1.3课程设计的要求（一）设计微处理器8088最小系统；熟练掌握Protel99电路图设计功能设计8088最小系统电路，也可以是其他型号的微处理器1.基本要求了解工具软件在课程设计中的作用。掌握Protel99电路图设计功能。熟练掌握工具软件设计8088最小系统电路。2.重点、难点重点：设计时钟电路、总线电路、存储器（ROM和RAM）电路。难点：设计译码电路。（二）设计微机接口应用电路；1设计温度检测A/D变换接口电路2设计D/A变换接口电路驱动直流电机3设计步进电机控制电路1.基本要求了解模数转换电路和数模变换电路的原理。掌握绘图软件绘图技术。熟练掌握工具软件设计8088系统接口电路设计。2.重点、难点重点：用0809设计8位温度检测A/D变换接口电路。用0832设计8位D/A变换接口电路完成直流电机速度控制难点：用5255和8253设计步进电机控制电路。（三）打印电路图，撰写设计报告（论文）要求学生根据自己设计的微机系统电路：1.打印电路图，2.写出设计报告（论文）。论文中必须明确设计出存储器（ROM和RAM）的地址分配，以及I/O接口地址分配。二、设计思路系统采用8088最小方式工作，在这种方式下，存储器或者I/O口读写的信号都有8088产生。开始工作时8284提供时钟信号，复位信号和准备好信号。3片74LS373锁存器和一片74LS245双向数据收发器形成总线逻辑电路和最小系统工作电路。2片2764和2片6264形成16KB的ROM和16KB的RAM。温度采集电路用AD590采集温度信号并送入0809进行AD转换。使用8259对EOC信号进行中断控制。然后将系统数据送入0832进行DA转换。定时计数器8253对步进电机进行计数，使用8255并行接口来控制步进电机,还有键盘部分使用8255以及2片74LS373和俩个数码管等元件组成。系统各模块地址空间分配：存储器模块：ROM2764:FC000H—FFFFFHRAM6264:00000H-03FFFHAD变换模块：ADC0809：000H—007H8259：008H—009H直流电机模块：DAC0832：00AH步进电机模块：8253：00CH—00FH8255:010H—013H键盘显示模块：8255:014H—017H总体介绍3.1最小系统设计：3.1.18088芯片介绍1.8088芯片简介：图3.1.18088芯片8088为40条引线、双列直插式封装。8088有最小组态（单\o"微处理器"微处理器组成的小系统）和最大组态（多处理器系统）两种工作模式，大部分引脚在两种组态下功能是一样的，只有8根引脚的名称及功能不同（24脚~31脚）。下面介绍各个引脚的功能：2.8088引脚介绍：（1）与工作模式无关的引脚eq\o\ac(○,1)AD7-AD0（双向，三态）：低8位地址/数据的复用引脚线。在总线周期的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。eq\o\ac(○,2)A15-A8（输出，三态）：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。eq\o\ac(○,3)A19/S6-A16/S3（输出，三态）：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。eq\o\ac(○,4)MN/MX（输入）：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。eq\o\ac(○,5)RD（输出，三态）：读信号，低电平有效。有效时表示CPU正在执行从存储器或I/O端口输入的操作。eq\o\ac(○,6)NMI（输入）：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。eq\o\ac(○,7)INTR（输入）：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。=8\*GB3⑧RESET（输入）：系统复位信号，高电平有效（至少保持4个时钟周期）CPU，清除IP、DS、ES、SS、PSW、指令队列；该信号结束后，CPU从存储器的0FFFFH地址开始读取和执行指令。eq\o\ac(○,9)READY（输入）：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。eq\o\ac(○,10)TEST（输入）：测试信号，低电平有效。若为高电平，则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eq\o\ac(○,1)INTA（输出）：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。eq\o\ac(○,2)ALE（输出）：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。eq\o\ac(○,3)DEN（输出，三态）：数据允许信号，低电平有效。DEN信号有效时，表示允许74LS245数据收发器和系统数据总线进行数据传送。eq\o\ac(○,4)DT/R（输出，三态）：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。eq\o\ac(○,5)IO/M（输出，三态）：访问存储器或I/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。eq\o\ac(○,6)WR（输出，三态）：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。eq\o\ac(○,7)HOLD（输入）：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。eq\o\ac(○,8)HLDA（输出）：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。eq\o\ac(○,9)SSO：系统状态信号。在最小模式下，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。在最大模式下，该引脚输出恒为高电平。3.1.2最小系统总线设计图3.1.2最小总线系统设计图3.2存储器设计3.2.12764芯片介绍1.2764芯片简介：图3.2.12764芯片2764是8K*8字节的紫外线镲除、电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为75mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250nS，28脚双列直插式封装。2.2764芯片引脚介绍①A0-A12：13根地址输入线。用于寻址片内的8K个存储单元。②D0～D7：8根双向数据线，正常工作时为数据输出线。编程时为数据输入线。③OE：输出允许信号。低电平有效。当该信号为0时，芯片中的数据可由D0～D7端输出。④CE：选片信号。低电平有效。当该信号为0时表示选中此芯片。．⑤PGM:编程脉冲输入端。对EPROM编程时，在该端加上编程脉冲。读操作时该信号为1。⑥VPP：编程电压输入端。编程时应在该端加上编程高电压，不同的芯片对VPP的值要求的不一样，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V等。3.2764的工作方式：正常工作（只读）时，Vpp=Vcc=+5V,～PGM=+5V。编程时，Vpp＝+25V（高压），PGM端加入宽度为50ms的负脉冲。3.2.26264芯片1．6264芯片简介：图3.2.26264芯片6264是一种静态存储器，其容量为8KB，是28引脚双列直插式芯采用CMOS工艺制造2.6264引脚介绍A12～A0：地址线，可寻址8KB的存储空间。D7～D0：数据线，双向，三态。OE：读出允许信号，输入，低电平有效。WE：写允许信号，输入，低电平有效。CS1：片选信号1，输入，在读/写方式时为低电平。CS2：片选信号2，输入，在读/写方式时为高电平。VCC：+5V工作电压。GND：信号地。3．6264的工作方式：①写入：当WE和CE1为低电平，且OE和CE2为高电平时，数据输入缓冲器打开，数据由数据线D7～D0写入被选中的存储单元。②读出：当OE和CE1为低电平，且WE和CE2为高电平时，数据输出缓冲器选通，被选中单元的数据送到数据线D7～D0上。③保持：当CE1为高电平，CE2为任意时，芯片未被选中，处于保持状态，数据线呈现高阻状态。WECS1CS2OED0-D7001X写入1010读出X00X高阻X11XX10X注：共两片6264，第一片所占地址为00000H—01FFFH，第二片所占地址为02000H—03FFFH。共两片2764，第一片所占地址为FC000H—FDFFH和第二片所占地址为FE000H—FFFFFH。3.2.3存储器设计电路图3.2.3存储器设计电路图3.38位温度AD变换接口电路3.3.1ADC0809芯片1．ADC0809芯片简介：图3.3.1ADC0809芯片ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。2．ADC0809的引脚介绍：⑴IN0～IN7：8路模拟电压输入；⑵ALE：地址锁存信号，用来锁存ADDA~ADDC路地址，上升沿有效；⑶ADDA/B/C：8路地址线，ADDA为最低位，ADDC为最高位；⑷D0～D7：8位数字信号输出；⑸CLK：时钟信号(10K～1.2M)；⑹VREF：基准电压，VREF(+)接VCC，VREF(-)接地；⑺START：转换启动信号；⑻EOC：转换结束信号；⑼OE：输出允许信号:1允许;0禁止，数据线高阻；3.ADC0809的工作原理⑴当负启动转换脉冲到来时，逐次逼近寄存器清0之后，在CLK时钟脉冲同步下,该寄存器从高位开始计数；⑵第一个CLK时钟脉冲同步下，使寄存器输出10000000B，经8位D/A转换器转换成相应的电压v0：若v0>vi:比较器输出负电平，控制电路使寄存器输出01000000B；若v0<vi:比较器输出正电平，控制电路使寄存器输出11000000B；即第一个CLK时钟决定了D7=1/0⑶如此，…第8个CLK时钟脉冲后，便将vi转换成了与之对应的D7～D0；⑷转换结束,V0=Vi,比较器输出0电平，控制电路立即输出一个低电平作为转换结束信号，使寄存器输出锁存到缓冲器中，从而得到输出数字量；3.3.2AD590芯片1.AD590芯片简介图3.3.2AD590电路符号AD590是电流输出型两端温度传感器，它是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器（热敏器件）。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。2.AD590使用方法AD590的输出电流为I=(273+T)μA(T为摄氏温度),因此测量的电压V为(273+T)μA×10K=(2.73+T/100)V。为了将电压测量出来又需使输出电流I不分流出来,我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V。由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂波的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V。3.3.3温度变换接口电路：图3.3.3ADC0809温度变换接口电路3.4DA变换接口电路3.4.1DAC0832芯片1.DAC0832芯片简介图3.4.1DAC0832芯片D/A转换器DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。2.DAC0832引脚介绍D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；AGND：模拟信号地；DGND：数字信号地。3.DAC0832的工作原理DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE；第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号为传输控制信号。因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。3.4.2直流伺服电机1.直流伺服电机简介及工作原理直流伺服电机本身就是直流电动机。其工作原理与一般直流电动机的工作原理完全相同。其工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小与电机中的气隙磁场成正比。2.直流伺服电机的调速由直流电机的基本原理分析得到：

n=(u－IaRa)/Ceφ式中：n──电枢的转速，r/min；

u──电枢电压；Ia──电枢电流；

Ra──电枢电阻；由此可知，调节电机的转速有三种方法：(1)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；(2)变磁通量φ：改变激磁回路的电阻Rf以改变激磁电流If，可以达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。(3)在电枢回路中串联调节电阻Rt：，此时有n=[u－Ia(Ra+Rt)]/Ceφ此法转速只能调低，而且电阻上的铜耗较大，办法并不经济，很少使用。3.4.3直流电机驱动电路图3.4.2直流电机驱动电路3.5步进电机的控制3.5.18255芯片1.8255芯片简介图3.5.18255芯片8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。2.8255引脚介绍RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.RD:读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。WR:写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。D0～D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。PA0～PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。PB0～PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。PC0～PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。A1,A0:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。CSA0A1选中端口000端口A001端口B010端口C011方式控制端口1XX未选中3.8255工作方式3种工作方式可用软件编程对控制口设置来指定。三种基本的工作方式为：=1\*GB3①方式0－基本的输入输出。相当于三个独立的8位简单端口；各端口既可设置为输入口，也可设置为输出口，但不能同时实现输入及输出；C端口可以是一个8位的简单接口，也可以分为两个独立的4位端口；=2\*GB3②方式1－选通输入输出方式。A口和B口仍作为两个独立的8位输入/输出数据通道，可单独连接外设；C口要有6位(分成两个3位)分别作为A口和B口的应答联络线，其余2位仍可工作在方式0；联络信号线已经定义，不能由用户改变。A口、B口在作为输入和输出时的选通信号不同。=3\*GB3③方式2－双向传送方式。只有A端口可工作在方式2下；双向输入输出方式---可以既作为输入口，又作为输出口；PC6、7作为输出的联络信号，PC4、5作为输入的联络信号，PC3仍作为中断请求信号；其余三根可用作方式0，也可用作B口方式1的应答联络线。4.8255的初始化8255的初始化工作包括两个方面：一是将方式控制字写入8255的控制寄存器；二是使输出口输出初始化状态。3.5.28253芯片1.8253芯片简介图3.5.28253芯片intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异。2.8253芯片引脚介绍CS：片选信号，低电平有效；RD：读信号，低电平有效；WR：写信号，低电平有效CLK：时钟脉冲输入GATE：门控信号输入OUT：定时输出A1、A0：端口选择信号A0A1端口00CNT001CNT110CNT211控制寄存器3.8253的工作方式方式0：计数结束时中断方式1：可重复触发的单脉冲触发器方式2：频率发生器（能自动装入计数初值）方式3：方波发生器（用的最多的方式）方式4：软件触发的选通信号发生器方式5：硬件触发的选通信号发生器4.8253的初始化流程8253的初始化有两种方法：一是依次初始化各计数器；二是先写所有计数器控制字，再写入初值。3.5.3步进电机1.步进电机简介图3.5.3步进电机电路符号步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。2.步进电机工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。3.步进电机的工作方式本设计中电机线圈由四相组成，BA,BB,BC,BD，驱动方式为两相激磁方式，个线圈通电顺序如下表：顺序相BABBBCBD01100101102001131001表中首先向BA-BB线圈中输入驱动电流，接着为BB-BC,BC-BD,BD-BA相顺序从0到1称为一步，电机轴将转过18度，0→1→2→3→4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4→3→2→1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，甚至只在原步颤动。3.5.4步进电机控制电路图3.5.4步进电机控制电路3.6键盘与显示电路3.6.1键盘简介及其工作原理介绍图3.6.1键盘电路符号键盘按找接口原理可分为编码键盘和非编码键盘，这两种键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义和识别。键盘一般都是矩阵排列，行和列分别接微机的输出、输入端口，每个键都跨接在某行和某列上，当键按下时，该行与该列短路。输入的端口线一般都通过电阻上拉至高电平。识别键盘上的闭合键，常用的方法有行扫描法和行反转法。3.6.2七段数码管1.数码管结构图3.6.2数码管电路符号七段数码管由八个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示数字0-9，字符A-F。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。2.数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极(二极管正端)连接在一起。通常，公共阳极接高电平(一般接电源)，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极(二极管负端)连接在一起。通常，公共阴极接低电平(一般接地)，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。3.数码管的接口显示方式：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。动态显示接口：动