微机原理与接口设计课程设计

数字转速表微机系统与接口技术课程设计任务书一、 设计目的.建立微机系统概念，加深对微机系统的认识，提高微机系统应用能力、.进一步学习和掌握微机设计方法，通过应用程序的编写和调试，学习程序的调试方法。.进一步熟悉微机典型接口芯片的使用、接口及外部设备与系统的连接方法，掌握基本微机系统的应用。二、设计题目微机系统与接口技术课程设计数字转速表三、设计要求.以8086/8088CPU为主题单元，构建微机应用单元。.进行应用系统的硬件设计，画出电路原理图和线路连接图。.进行应用系统的软件设计，画出软件流程图，写出主要控制程序。.根据实验条件进行微机应用系统的部分模拟调试工作，写出调试说明。.整理课程设计说明书，列出参考文献（5种以上）。列出使用的元件和设备清单。完成定时器8253及中断控制器8259的实验，分别写出实验报告。目录TOC\o"1-5"\h\z目录 1\o"CurrentDocument"摘要 1…\o"CurrentDocument"一、硬件设计 2..\o"CurrentDocument"设计方案 2.\o"CurrentDocument"传感器的选择 2.\o"CurrentDocument"所需硬件及介绍 2.\o"CurrentDocument"微处理器8088 2.\o"CurrentDocument"显示器8255A 3\o"CurrentDocument"定时器8253 4.\o"CurrentDocument"中断器8259 5.\o"CurrentDocument"译码器74LS138 6.\o"CurrentDocument"霍尔传感器 6.\o"CurrentDocument"电路原理图 7.\o"CurrentDocument"线路连接图 8.\o"CurrentDocument"二、软件设计 8..\o"CurrentDocument"软件原理图 8.\o"CurrentDocument"8253的软件设计 9.\o"CurrentDocument"8259的初始化及中断 1.1\o"CurrentDocument"8255的显示 1.2三、模拟程序 13转速显示程序 1.3\o"CurrentDocument"报警系统 1.5\o"CurrentDocument"四、总结 16\o"CurrentDocument"五、元件与设备清单 1.6\o"CurrentDocument"参考文献 17\o"CurrentDocument"附录 1.7#摘要数字转速表是机械行业必备的仪器之一，在各个领域中都必不可少，其结构简单，品种多样，常用来测定电机的转速、线速度或频率。大多常用的为手持离心式数字转速表。转速测量方法有F/V转换和频率运算。其中F/V转换数字转速表，由转速传感器和表头（显示器）组成。目前常用的转速传感器，大多输出脉冲信号，只要通过频率电流转换就能与电压电流输入型的指针表和数字表匹配，或直接送PLC。在显示精度、可靠性、成本和使用灵活性上有一定要求时，就可直接采用脉冲频率运算型转速仪（即频率运算）。频率运算方法，有定时计数法（测频法）、定数计时法（测周法）和同步计数计时法。定时计数法（测频法）在低速测量时误差较大；定数计时法（测周法）在高速测量时误差较大；同步计数计时法综在整个测量范围都达到了很高的精度，大多测量转速仪表基本都采用同步计数计时法。本说明书所设计的数字转速表采用光电传感器并运用 8088CPU微处理器，通过8253计数器0定时向8259发送中断，计数器1对传感器发出的电脉冲计数，再通过软件编程对数据处理模拟实现数字转速表的部分功能, 8255A的数码管显示来实现显示转速数值，LED灯的亮灭表示是否在合适的转速范围。关键词：数字转速表8088微处理器8253定时器中断器8255并行接口一、硬件设计设计方案霍尔传感器测得转速的电脉冲信号，通过 8253计数器0定时向8259发送中断信号并且由计数器1对传感器输出的脉冲计数，对数据处理后通过8255控制数码管输出转速的大小。再结合汽车行驶时转速应保持在各个档位下的 1250转/分左右，实现当大于某一上限值时，提醒加档，当小于某一下限值时，提醒减档的功能(即报警系统)。传感器的选择(1)磁电式转速传感器：以磁电感应为基本原理来实现转速测量的。霍尔传感器是其中的一种。(2)光电传感器：由光源、光学通路和光电元件三部分组成。以光电效应为基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，并借助光电元件将光信号转换成电信号。(3)电涡流式传感器：利用电涡流产生磁场时，传感器测量到磁场中的被测物发生位移变化并根据转轴上突起或者凹陷时数量来计算转速。(4)电感开关式传感器：电动机转动，金属片随转盘转动，每次接近电感式开关时，电感式开关的振荡器产生的电磁信号的减弱或消失，信号放大后传递转速数显上，从数显上读出转速本次设计采用霍尔传感器测转速。所需硬件及介绍8088CPU,并行接口8255A,定时器8253,中断器8259,74LS138译码器及LED灯，霍尔传感器。微处理器80888088是一个Intel以8086为基础的微处理器，二者内部结构基本相同，均由两个独立的工作部件组成，一个是执行部件EU,另一个是总线接口部件BIU。不同则在于8088的指令队列是4字节，8086的是6字节和8088外部数据总线是8位，8086外部数据总线是16位。本次课设所用到的8088的引脚如下图。

1GA2<D VCCAD15 D7AD14 D<5破口 8088 sAD12 D4ADU D3ADIC D2AD9 DIAD8 DOAOAlA2IXTEl RDz<tatO.MA7ASCLK A5A4A332图18088引脚图其中D0〜D7为数据输送端，通过A0,A1,A2可设置芯片的控制字，WR、RD为读写操作，IO/M控制访问方式（I/O总线或存储器），A3〜A7接译码器即A3,A4,A5对应译码器的A,B,C输入端，IO/M、A6及A7控制使能端，INTR与INTA接中断器的INT与市TA引脚。显示器8255A8255A具有三个独立的输入/输出端口，每个端口的并行数据宽度为8位。三个端口为A端口、B端口和C端口，可分别与不同的外设进行数据交换，并实现了外设与CPU间的数据传递。其具有通用性强，使用灵活的特点。8255A在使用前要设置方式控制字，选才？A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种。方式0:基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。方式1:选通输入输出方式，此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有A口和B口可以

工作在方式1,此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式0o方式2:双向输入输出方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C□有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B□一起方式0的I/O线。8255A的引脚图如下。17AO VCCA1D0DI PA7D2 PA6D3 PA5D4 PA4D5 PA3D6 PA2D7 8255ApaiPAOPC7PC6PC5 PB7PC4 PB6PC3 PBSPC2 PB4PCI PB3PCO PB2PB1PBOWR亚CS GXD35162427282923为223121321332:1343S4369101137123S133914401520, 41二019IS-7 Jh—丁图28255A引脚图其中D0〜D7为数据输送端，通过A0,A1可设置芯片的控制字，WR、RD为读写操作，CS为片选端口，接译码器Y2,PB0〜PB2接三个数码管显示转速。定时器82538253为可编程定时/计数器，其主要功能：一片8253上有3个独立的16位计数器通道，可作为定时器与计数器使用；每个计数器都可设定为按照二进制或BCD码计数；每个通道有6种工作方式，可由程序设置和改变。这种定时电路功能较

强，使用灵活。在使用时需对8253设置控制字。8253的弓I脚图如下82^3VCCWRRDCLKO82^3VCCWRRDCLKIGATE2GATE1CLK1OUT2OUT1图38253引脚图其中D0~D7为数据输送端，CS为片选端口接译码器Y1,通过A0,A1可设置芯片的控制字，WR、RD为读写操作，将8253的计数器0用作定时即CLK0接8259中断IR0,8253的计数器1用作计数即CLK1接霍尔传感器的输出端。中断器82598259A是一种可编程中断控制器，对外部中断进行控制和管理。过程为：接

受外部的中断请求；确定当前级别最高的的中断请求， 并送至CPU的INTR弓|脚;CSVCCWRRDIR7D7IR6D6CSVCCWRRDIR7D7IR6D6IR5D5IR4D4IR3~ 8259D3IR2D2IR1D1IRODOAOTnTaGNDint图48259引脚图其中D0~D7为数据输送端，CS为片选端口接译码器Y0,通过A0,A1可设置芯片的控制字，WR、RD为读写操作，将8259的INTA与8088的INTR弓|脚相接，INT与8088的INTA引脚相接。译码器74LS13874LS138为3—8线译码器，工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/（G2A）和/（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。74LS138译码器的引脚图如下。G2AY0TOC\o"1-5"\h\zG2B Y1 —74LS138_ _14C — 13B Y3 —A图574LS138译码器的引脚图霍尔传感器霍尔传感器是一种以霍尔效应为其工作基础由霍尔元件和它的附属电路组成的集成的磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器的电路原理图如下。图6霍尔传感器电路原理图1.4电路原理图霍尔传感器测直流电机转速的原理如下流程图图7测转速原理图图88253对霍尔传感器的脉冲信号计数1.5线路连接图根据电路原理图对所选的硬件进行连线，线路连接图如图 8一一用看含川R一一用看含川R图8线路连接图电路图连接方式如图所示，电位器控制电机的转速，霍尔传感器输出电脉冲接8253的CLK0端，计数器0的0UT1端接8259的IR0端，同时8253为计数器1进行计数，最后通过8255控制数码管以动态显示的方式将结果显示出来。 8255的PB接数码管的段控制端，PA口接数码管的位控制端，PC为拨动开关，控制输入高电平时开始，低电平时停止工作。二、软件设计软件原理图首先用霍尔传感器将转速转化为脉冲电信号，再通过8253计数器0向8259发送中断进行定时，确定采样周期为1S,同时8253的另一个通道进行计数，最后通过8255控制数码管显示结果，并通过开关控制启动和停止。主程序流程图如下。图9主程序流程图8253的软件设计8253的初始化及定时D7D61D5D4D3D2D1D0D7、D6:00计数器010计数器2D5、D4:00计数器锁存10只读/写计数器11先读/写计数器］D3、D2、D1000方式001计数器111无效01只读/写计数器低字节高字节氐字节，后读/写高字节001方式1 -10方式2乂11方式3110方式4101方式5D0:0二进制计数 1BCD计数计数器0为定时通道，工作方式3,初始值5000,接1M脉冲产生50ms的定时脉冲程序为：MOVAL,36HMOVDX,0FFE3HOUTDX,ALMOVAL,50HMOVDX,0FFE0HOUTDX,ALMOVAL,0C3HOUTDX,AL计数器1为计数通道，工作方式2,初始值为最大值0FFFFH,其程序为：MOVAL,74HMOVDX,0FFE3HOUTDX,ALMOVAL,0FFHMOVDX,0FFE1HOUTDX,ALMOVAL,0FFHOUTDX,AL读取8253计数器1的计数值，先锁存后读写，由于计时器为减，所以需要最大值减去当前计数值得到每秒计数值，再通过计算得到每分的转速其程序为：MOVAL,01000000BMOVDX,0FFE3HOUTDX,AL ;对8253的计数通道1的数据锁存MOVDX,0FFE1HINAL,DX ;先读低8位再读高位MOVBL,ALINAL,DXMOVAH,ALMOVAL,BL ;将读出通道1的数据到AX中MOV[DI],0FFFFHSUB[DI],AXMOVDX,0FFE8HMOVAL,[DI]OUTDX,AL 将8253所记录的转数读到DX中MOVBL,3CHMULBL ;乘以60,把每秒的转数转成每分钟的转数8259的初始化及中断图10中断子程序8259的ICW1设置为边沿触发，需要ICW4,ICW2设定中断源为IR0;OCW1设定为只有IR0中断请求允许MOVDX,CS8259AMOVAL,ICW1OUTDX,ALMOVDX,CS8259BMOVAL,ICW2OUTDX,ALMOVAL,ICW4OUTDX,ALMOVAL,OCW1OUTDX,AL设置中断向量表;IF=0,关闭中断;IF=0,关闭中断MOVAX,0MOVDS,AXMOVBX,4*ICW2MOVAX,CODESHLAX,4ADDAX,OFFSETIENTERMOV[BX],AXMOVAX,0MOVAX,CODESHLAX,4ADDAX,OFFSETIENTERMOV[BX],AXMOVAX,0INCBXINCBXMOV[BX],AX利用8259中断次数定时;AX左移四位;取IENTER的偏移量与AX相加；设置中断矢量1S,即利用8253每50ms给出一个中断请求，8259计20次中断来实现1S20次中断来实现1S的定时。IENTERPROCNEARPUSHAXPUSHDXINCCNTCMPCNT,14HJZA4A5:MOVDX,CS8259AMOVAL,20HOUTDX,ALPOPDXPOPAXIRETA4:MOVCL,11HCALLJISUANJMPA5IENTERENDP;中断20次结束中断，将转数转成每秒的转数;将中断类型号送入AL中开始中断;中断返回;调用JISUAN;8259，定时1秒2.48255的显示图108255的控制字开关S0的设计S0为1图108255的控制字开关S0的设计S0为1时开始工作显示转速，S0为0时退出程序NOPMOVCL,0MOVDX,0FFE9HMOVAL,0INAL,DXANDAL,01HCMPAL,01HJNZEXITCALLLEDJMPSTARTEXIT:MOVAH,4CHINT21H;空操作命令;8255B端口数据读入AL中;开关0控制，S0=1,则开始工作;调用LED显示程序，显示转速;无条件跳转到A1;S0=0,退出程序三、模拟程序3.1转速显示程序对计数器0编程，工作于方式3,计数初值1234H,计数按二进制格式，并输出到数码管程序如下：CODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:CODEORG1300HSTART:MOVAL,36HMOVDX,0FFE3HOUTDX,ALMOVAL,34HMOVDX,0FFE0HOUTDX,ALMOVAL,12HOUTDX,ALMOVAL,00HMOVDX,0FFE3HOUTDX,ALMOVDX,0FFE0HINAL,DXMOVBL,ALINAL,DXMOVBH,ALMOVAX,BXPUSHAXMOVAH,ALANDAL,01HMOVBX,OFFSETTABLEXLATMOVDX,0FFDCHOUTDX,ALMOVAL,01HMOVDX,0FFDDHOUTDX,ALMOVAL,AHANDAL,01HMOVBX,OFFSETTABLEXLATMOVDX,0FFDCHOUTDX,ALMOVAL,02HMOVDX,0FFDDHOUTDX,ALPOPAXMOVAL,AHANDAL,01HMOVBX,OFFSETTABLEXLATMOVDX,0FFDCHOUTDX,ALMOVAL,01HMOVDX,0FFDDHOUTDX,ALMOVAL,AHANDAL,04HMOVBX,OFFSETTABLEXLATMOVDX,0FFDCHOUTDX,ALMOVAL,08HMOVDX,0FFDDHOUTDX,ALTABLEDB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80HDB90H,88H,83H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFCODEENDSENDSTART3.2报警系统转速的范围限制程序如下。CODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:CODEORG1300HSTART:NOPMOVAL,80HMOVDX,0FFDBHOUTDX,ALL5:MOVDX,0FFE0HMOVAL,00HOUTDX,ALMOVCX,0FFHL1:LOOPL1INAL,DXCMPAL,32HJBL3CMPAL,0C8HJAL3MOVDX,0FFD8HMOVAL,0FFHOUTDX,ALJMPL5L3:MOVDX,0FFD8HMOVAL,0FEHOUTDX,ALJMPL5CODEENDSENDSTART在调试过程中，无论怎么设置 LED灯的亮灭情况，LED均为亮，问题在于每次循环时都重新设置了8255的控制字。START:NOPL5:MOVAL,80HMOVDX,0FFDBHOUTDX,ALMOVDX,0FFE0HMOVAL,00HOUTDX,ALMOVCX,0FFH修改后程序如下：START:NOPMOVAL,80HMOVDX,0FFDBHOUTDX,ALL5:MOVDX,0FFE0HMOVAL,00HOUTDX,ALMOVCX,0FFH修改程序后，旋转滑动变阻器旋钮可以看到超出转速范围 LED灯亮。四、总结课程设计可以提高我们综合所学知识的能力。经过了为期十天的课程设计，学到了很多，对所学到的各个芯片的使用及编程有了进一步的掌握和理解。学习过程中看了很多参考案例，并且跟同学讨论用法，涉及到控制字和工作方式，调试不出来的还请同学和老师帮忙。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论。五、元件与设备清单硬件设计所需元件：8088CPU芯片1片，8255芯片1片，8253芯片1片，8259芯片1片，74LS138译码器芯片1片及LED灯，霍尔传感器1个，直流电机，导线若干及数据线。模拟功能所需元件：74LS138译码器1片,LED灯1个，数码管3个，8255芯片1片,导线若干及数据线参考文献[1]许立梓、陈玮等.微型计算机原理及应用.机械工业出版社.第二版[2]胥保文.微型计算机原理与接口实验指导书.江苏大学测控系.2004年[3]李恩林、陈斌生.微机接口技术300例.机械工业出版社[4]张仁杰、秦晓梅.微机原理与接口技术实验教程.大连理工大学出版社[5]黎廷云.转速测量法的分类及评述./[6]李红霞.霍尔传感器在转速测量中的应用./[7]李金波.基于霍尔传感器的转速测量系统的设计./附录用ADC0809模拟转速数值，通过8255A的数码管显示，得到十六进制表示的转速。CODESEGMENTAS