微机原理与接口技术综合课程设计指导书

PAGEPAGE4微机原理与接口技术综合课程设计指导书计算机硬件教研室编写青岛科技大学2009.9

目录1课程设计目的 22课程设计内容和要求 22.1课程设计内容 22.2选题 22.3课程设计基本要求 33课程设计报告 33.1课程设计报告的主要内容 33.2课程设计报告编写的基本要求 34课程考核 4附1课程设计封面格式。 4附2实验平台相关模块 6附2.1可编程并行接口芯片8255A的使用 7附2.2A/D转换实验 9附2.3D/A转换实验 12附2.4直流电机简单控制实验 14

1课程设计目的微机原理和接口技术是一门实践性强的学科，相关知识仅靠学习教科书不能很好的掌握，必须通过实践才能比较直观和深刻的理解。在综合课程设计过程中，给学生提出一个综合性的设计题目，仅提供设计任务和要求，不给出具体的实验原理图与参考程序，学生根据设计要求确定实验方案，选择合适的器件，进行电路设计，实现电路连接，编写调试程序，完成给定的设计任务。通过课程设计课程，可检验学生在微机原理与接口综合应用方面分析问题与解决问题的能力，从而帮助学生系统地掌握微机原理的接口技术的相关知识，达到将知识融会贯通的目的。同时给学生提供更多、更好的训练机会，培养学生的创新能力。2课程设计内容和要求2.1课程设计内容综合利用微机原理与接口课程所学的各种知识，设计一套功能较完善，具有一定实用价值的应用系统，题目可以选择规定题目，也可以自选题目。2~3人一组，分工协作，共同设计、实现一个设计任务。2.2选题2.2以QTH-2008PC实验箱为平台，以工业级嵌入式PC/104586主板为核心，综合使用8255模块、开关及LED模块、A/D模块、D/A模块、电机模块等完成直流电机控制实验，可实现直流电机的启/停、正反转控制、速度控制。功能要求：由开关模块提供电机的启/停、正反转控制信号，信号由8255模块进入PC/104；读入的开关状态由8255模块送出到LED模块显示；电机速度信号由电位器提供，电位器输出通过AD模块进入PC/104；对读入电位器信号处理（用FFH减去读入信号），在屏幕上显示结果；处理过AD读入数据通过DA模块送给电机速度设定；直流电机启/停、正反转控制信号由8255模块送给直流电机。本设计需综合运用实验箱资源，要想完成本实验项目，需要用到多个知识点的内容，主要包括：微机原理、数字电路和计算机接口技术知识；汇编语言程序设计、DOS系统功能调用；AD、DA、8255A、LED、电位器等计算机接口芯片或器件的使用原理；直流电机启停控制、速度控制、正反转控制；2.以QTH-2008PC实验箱为平台，利用相关功能模块，完成十字路口交通灯模拟控制。功能要求：利用程序定时或8253定时，利用8255输出实现十字路口交通灯模拟控制。实现能自动控制和手动控制。可以调整自动模式的绿灯和红灯时间。设计电路并在实验台上连接线路。2.2以QTH-2008PC实验箱为平台，利用相关功能模块，完成LED显示的电子时钟。功能要求：用7段数码管或液晶显示当前时间。允许设置当前时间。允许设置响铃时间，用发光二极管闪烁模拟响铃，可用按键开关停止闹铃。设计电路并在实验台上连接线路。2.以单片机、可编程控制器、嵌入式处理器、微机系统、各种开发板为平台，设计一个具有一定功能的硬件系统。2.3课程设计基本要求必须是和硬件系统相关的设计选题；确定设计任务后，明确题目要求，查找资料提出设计方案；每个小组2~3人，设组长一人，分配设计任务，协调设计进度；各小组独立设计、编程、调试和验证所设计逻辑电路；如果没有相应硬件设备，也可在仿真环境下对设计电路进行硬件仿真；完成设计任务后撰写课程设计报告报告；3课程设计报告3.1课程设计报告的主要内容课程设计报告是课程设计工作的总结和提高，课程设计报告应反映出作者在课程设计过程中所做的主要工作及主要成果，以及作者在课程设计过程中的经验教训，并在指定时间交给指导老师。课程设计报告要有完整的格式，包括封面、目录、正文等，包括以下几个主要部分：封面，包括：课程设计题目、姓名、学号、班级、指导教师、完成日期。目录正文一般包括以下内容（供参考）：设计任务与要求系统分析设计方案硬件电路设计(画出原理图、接线图)软件设计（包括程序流程图、程序清单）系统调试设计总结(结论)参考资料3.2课程设计报告编写的基本要求每个学生必须独立完成课程设计报告；课程设计报告书写规范、文字通顺、图表清晰、数据完整、结论明确；课程设计结束后，按课程设计报告封面、目录、正文、结论、参考文献等的次序装订成册；正中一级标题用黑体四号，二级标题宋体小四号加粗，正文用宋体五号，指导书正文即采用此格式，可供参考。正文要有页码，报告用A4纸打印，装订采用左侧竖装订。课程设计报告书字数不低于5000字，推荐打印。4课程考核课程设计成果占50%，课程设计报告占50%。附1课程设计封面格式。

青岛科技大学微机原理与接口技术综合课程设计（报告）直流电机控制综合实验题目__________________________________直流电机控制综合实验周艳平周艳平指导教师__________________________学生姓名__________________________学生学号__________________________081信息科学技术学院计算机科学与技术_______________________________院（部）____________________________专业081信息科学技术学院计算机科学与技术9920992011______年___月___日

附2实验平台相关模块综合课程设计以QTH-2008PC实验箱为平台，实验箱采用模块化结构设计，以工业级嵌入式PC/104586主板为核心，包括8255模块、开关及LED模块、A/D模块、D/A模块、电机模块、8254模块、8259模块、LCD模块、串行通讯模块、语音模块等功能模块。实验箱结构如图1所示，图中加灰色背景的模块为综合课程设计用到的模块。图2为实验箱外观。嵌入式PC104主板嵌入式PC104主板GX1-300586CPU、128M内存、256M，DOM电子盘显示器键盘、鼠标总线地址译码、总线引线扩展底板8254实验模块LED、开关模块小键盘、7段数码管模块LCD模块A/D、D/A模块直流电机、步进电机模块语音模块其他可插拔的模块：开关量I/O模块、12位A/D,D/A模块、CPLD模块等网口、USB接口、串并口等8255实验模块8259实验模块图1嵌入式微机原理实验装置总体结构示意图图图2实验箱外观为配合完成直流电机控制实验，本节介绍使用相关模块的基本实验，供学生综合课程设计参考。附2.1可编程并行接口芯片8255A的使用附2.1.1了解可编程并行接口芯片8255的内部结构、工作方式、初始化编程及应用。附2.1.2显示器、鼠标、键盘各一件；QTH-2008PC32位微机教学实验仪一套。附2.1.3实验I/O输入输出实验：利用8255的A口读取开关状态、B口把状态送发光二极管显示。附2.1.41、8255A的内部结构：（1）数据总线缓冲器：这是一个双向三态的8位数据缓冲器，它是8255A与微机系统数据总线的接口。输入输出的数据、CPU输出的控制字以及CPU输入的状态信息都是通过这个缓冲器传送的。（2）三个端口A，B和C：A端口包含一个8位数据输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入锁存器。B端口包含一个8位数据输入/输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入缓冲器。C端口包含一个8位数据输出锁存器及缓冲器，一个8位数据输入缓冲器（输入没有锁存器）。（3）A组和B组控制电路：这是两组根据CPU输出的控制字控制8255工作方式的电路，对于CPU而言，共用一个端口地址相同的控制字寄存器，接收CPU输出的一字节方式控制字或对C口按位复位字命令。方式控制字的高5位决定A组工作方式，低3位决定B组的工作方式。对C口按位复位命令字可对C口的每一位实现置位或复位。A组控制电路控制A口和C口上半部，B组控制电路控制B口和C口下半部。（4）读写控制逻辑：用来控制把CPU输出的控制字或数据送至相应端口，也由它来控制把状态信息或输入数据通过相应的端口送到CPU。2、8255A的工作方式：方式0—基本输入输出方式；方式1—选通输入输出方式；方式2—双向选通输入输出方式。3、8255A的控制字:表18255A方式控制字1D6D5D4D3D2D1D0特征位A组方式00=方式001=方式11X=方式2A口0=输出1=输入C口高4位0=输出1=输入B组方式0=方式01=方式1B口0=输出1=输入C口低4位0=输出1=输入表2C口按位置位/复位控制字0D6D5D4D3D2D1D0特征位不用位选择000=C口0位……111=C口7位0=复位1=置位4、实验原理图（图3）图3可编程并行接口8255电路图4实验接线图5、实验步骤实验连线（确保电源关闭，按图4接线）该模块的WR、RD分别连到PC104总线接口模块的IOWR、IORD。该模块的数据（AD0～AD7）、地址线（A0～A7）分别连到PC104总线接口模块的数据（D0～D7）、地址线（A0～A7）。8255模块选通线CE连到PC104总线接口模块的IOY0。8255的PA0～PA7接开关K0～K7；8255的PB0～PB7接发光二极管L1～L8。连线检查无误后，开机上电。设计、编译、运行程序。源程序代码为(Kaiguan.asm)：MY_STACK SEGMENT PARA'STACK' DB 100DUP(?)MY_STACK ENDSMY_DATA SEGMENT PARA'DATA'P8255_A DW 0180H P8255_B DW 0181HP8255_C DW 0182HP8255_MODE DW 0183HDELAY_SET EQU 3FFH ;延时常数MY_DATA ENDsMY_CODE SEGMENTPARA'CODE'MY_PROC PROC FAR ASSUMECS:MY_CODE, DS:MY_DATA, SS:MY_STACK START: MOV AX,MY_DATA MOV DS,AX MOV DX,P8255_MODE ;设置8255控制字A口输入，B口输出 MOV AL,90H OUT DX,START1: MOV DX,P8255_A ;读取A口状态 IN AL,DX MOV DX,P8255_B ;输出 OUT DX CALL DELAY CALL BREAK JMP START1MY_PROC ENDP DELAY PROC NEAR ;延时程序 PUSHF PUSH DX PUSH CX MOV DX,DELAY_SETD1: MOV CX,100D2: DEC CX ;-1 JNZ D2 DEC DX JNZ D1 POP CX POP DX POPF RETDELAY ENDPBREAK PROC NEAR ;按任意键退出 PUSHF PUSH AX PUSH DX MOV AH,06H MOV DL,0FFH INT 21H JE RETURNEXEC_EXIT: MOV AX,4C00H INT 21HRETURN: POP DX POP AX POPF RETBREAK ENDPMY_CODE ENDS END START拨动开关，观察发光二极管。附2.2A/D转换实验附2.2.1掌握0809A/D转换芯片的硬件电路和软件编程。附2.2.2QTH-2008PC实验设备一套。附2.3.3利用实验板上的ADC0809做A/D转换实验，将电位器输出的模拟信号转换成数字信号并在屏幕上显示，调节电位器观察屏幕上数据的变化。附2.3.4ADC0809是CMOS的8位模/数转换器，采用逐次逼近原理进行A/D转换，芯片内有模拟多路转换开关和A/D转换两大部分，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换。模拟多路开关由8路模拟开关和3位地址锁存译码器组成，可选通8路模拟输入中的任何一路，地址锁存信号ALE将3位地址信号ADDA、ADDB、ADDC进行锁存，然后由译码电路选通其中的一路，被选中的通道进行A/D转换。A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等。另外ADC0809输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到CPU数据总线上。在实时控制与实时检测系统中，被控制与被测量的电路往往是几路或几十路，对这些电路的参数进行模/数、数/模转换时，常采用公共的模数、数模转换电路。因此，对各路进行转换是分时进行的。此时，必须轮流切换各被测电路与模数、数模转换电路之间的通道，以达到分时切换的功能。 ADC0809性能如下：8位逐次逼近型A/D转换器，所有引脚的逻辑电平与TTL电平兼容，输出三态锁存。带有锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路0～5V模拟量进行分时切换。分辨率：8位，转换时间：100μs。不可调误差：±1LBS，功耗：15mW，工作电压：+5V，参考电压标准值+5V。片内无时钟，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的时钟信号。ADC0809转换需要遵循一定的时序，首先输入地址选择信号，在ALE信号作用下，地址信号被锁存，产生译码信号，选中一路模拟量输入。然后输入启动转换控制信号START（不小于100ns），启动A/D转换。转换结束，数据送三态门锁存，同时发出EOC信号，在允许输出信号控制下，再将转换结果输出到外部数据总线。图5ADC0809电路原理实验原理图图5ADC0809电路原理3.3.5实验连线（图6）信号源模块短路262.14KHz，CLK0连到AD0809模块的时钟输入端ADCLK。AD0809模块的ADWR、ADRD连到分别连到PC104总线接口模块的IOWR、IORD。AD0809模块的数据（AD0～AD7）、地址线（A0～A7）分别连到PC104总线接口模块的数据（D0～D7）、地址线（A0～A7）。AD0809模块选通线ADCS连到PC104总线接口模块的IOY0。AD0809模块IN0接到电位器的DCOUT。编制程序，将采样数值转换为电压值进行显示。调节电位器观察显示的变化。图6实验连线图3.3.6参考程序(0809.asm)AD0809 EQU 0180HDELAY_SET EQU 01FFH;延时常数MY_STACK SEGMENTPARA'STACK' DB 100DUP(?)MY_STACK ENDSMY_DATA SEGMENTPARA'DATA'DIDATA DB?;要显示的数据MY_DATA ENDSMY_CODE SEGMENTPARA'CODE'MY_PROC PROC FARASSUME CS:MY_CODE, DS:MY_DATA ASSUME SS:MY_STACKMAIN:MOVAX,MY_DATA MOVDS,AXMOV DIDATA,00HSTARTAD:MOV DX,AD0809MOV AL,00HOUT DX,AL;启动AD转换MOV CX,DELAY_SETLOOP $;延时IN AL,DX;转换结束读取结果CMP AL,DIDATACALL BREAK JZ STARTADCALL DSUP;显示JMP STARTADMY_PROCENDPDSUP PROC NEAR;显示子程序 PUSHF PUSH CX MOV DIDATA MOV CX,04 ;取高位 SHR AL,CL CALL SEND MOV AL,DIDATA AND AL,0FH;低位 CALL SEND CALL CR POP CX POPF RETDSUP ENDpSEND PROC NEAR CMP AL,09H JG SEND1 ADD AL,30H JMP SEND2SEND1: ADD AL,37H SEND2: MOV AH,0EH INT 10H RETSEND ENDpCR PROC NEAR;回车 MOV DL,0DH MOV AH,02H INT 21H RETCR ENDPDELAY PROC NEAR ;延时程序 PUSHF PUSH DX PUSH CX MOV DX,DELAY_SETD1: MOV CX,40HD2: DEC CX JNZ D2 DEC DX JNZ D1 POP CX POP DX POPF RETDELAY ENDp;BREAK PROC NEAR ;按任意键退出 PUSHF PUSH AX PUSH DX MOV AH,06H MOV DL,0FFH INT 21H JE RETURNEXEC_EXIT: MOV AX,4C00H INT 21HRETURN: POP DX POP AX POPF RETBREAK ENDPMY_CODE ENDS END MAIN附2.3D/A转换实验附2.3.1了解DAC0832转换芯片的硬件电路和软件编程。附2.3.2QTH-2008PC实验设备一套。附2.3.3编写程序，使D/A转换模块输出方波。附2.3.4DAC0832的主要性能：输入的数字量为8位。采用CMOS工艺，所有引脚的逻辑电平与TTL兼容。数字量输入可以采用双缓冲，单缓冲和直通方式。转换时间为1μs线性误差：0.2%FSR。（FSR为满量程）分辩率：8位。单一电源：5V～15V，功耗20Mw。参考电压：+10V～-10VDAC0832的内部结构它由一个8位输入寄存器，一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器三部分组成。在D/A转换器中采用R-2R电阻网络。LE信号为每个输入寄存器的内部控制信号，当LE=1时，接收输入数据；当LE=0时，内部锁存数据。DAC0832的工作方式双缓冲工作方式——进行两级缓冲。采用双缓冲工作方式，可在对某数据转换的同时，进行下一个数据的采集，以提高速度，更重要的是能够用于需要同时输出多个参数的模拟量系统中，此时对应于每一种参数需要一片DAC0832。双缓冲方式时，CPU必须进行两步操作，第一步把数据写入8位输入寄存器，第二步再把数据从8位输入寄存器写入8位DAC寄存器。单缓冲工作方式——只进行一级缓冲，可用第一组或第二组控制信号对第一级或第二级缓冲器进行控制。在一组控制信号作用下，输入的数据能一步写入到8位DAC寄存器中。直通工作方式——不缓冲。当DAC0832芯片的CS、WR1、WR2和XFER引脚全部接地，ILE引脚接+5V高电平时，芯片就处于完全直通状态，CPU送来的八位数字量直接送到DAC转换器进行转换。实验原理图如图7所示。附2.3.5实验连线（图8）DAC0832模块的DAWR分别连到PC104总线接口模块的IOWR。DAC0832模块的数据（AD0～AD7）连到PC104总线接口模块的数据（D0～D7）。DAC0832模块选通线DACS连到PC104总线接口模块的IOY0。图7DA转换原理图图8DA转换实验连线图编写并运行程序。用示波器观察Aout的波形。附2.3.6参考程序(Da0832fDA0832 EQU 0180H DELAY_SET EQU 200H ;延时常数MY_STACK SEGMENT PARA'STACK' DB 100DUP(?)MY_STACK ENDSMY_DATA SEGMENT PARA'DATA'MY_DATA ENDsMY_CODE SEGMENTPARA'CODE'MY_PROC PROC FAR ASSUME CS:MY_CODE, DS:MY_DATA ASSUME SS:MY_STACKSTART: MOV AX,MY_DATA MOV DS,AXFB1: MOV DX,DA0832;产生方波 MOV AL,0 OUT DX CALL DELAY MOV AL,0FFH OUT DX CALL DELAY CALL BREAK JMP FB1MY_PROC ENDPDELAY PROC NEAR;延时程序 PUSHF PUSH DX PUSH CX MOV DX,DELAY_SETD1: MOV CX,1FFHD2: DEC CX JNZ D2 DEC DX JNZ D1 POP CX POP DX POPF RETDELAY ENDPBREAK PROC NEAR;按任意键退出 PUSHF PUSH AX PUSH DX MOV AH,06H MOV DL,0FFH INT 21H JE RETURN MOV AX,4C00H INT 21HRETURN: POP DX POP AX POPF RETBREAK ENDPMY_CODEENDSEND START 附2.4直流电机简单控制实验附2.4.1熟悉直流电机的控制方式，学习直流电机控制的硬件电路和软件编程。附2.4.2QTH-2008PC实验设备一套。附2.4.3编写程序，实现直流电机的启停、正反转控制，电位器输出的模拟信号作为电机的速度控制信号。附2.4.4定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。在直流电动机工作时，电枢转动，换向器配合电刷对电流进行换向，直流电流交替地由导体两端流入，保证每个线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转，这就是直流电动机的工作原理。实验装置直流电机模块共有三个控制输入端，CH0、CH1端控制电机的启停、正反转，DJ端接收直流电机速度控制模拟信号。当CH0、CH1接收的命令等于00或11时，电机停止运转；当CH0、CH1接收的命令等于10时，电机正转；当CH0、CH1接收的命令等于01时，电机反转。当电机运转时，调节电位器旋扭，可使直流电机按给定速度运转。CH0、CH1端控制信号由PC104通过8255传递，实验原理如图9所示。PC104PC1048255直流电机电位器VoutDJCH0CH1PC0PC1A0-A7D0-D7RDWRCEA0-A7D0-D7IORDIOWRIOY0图9直流电机简单控制实验原理图附2.4.5参考原理图画出接线图。8255的WR、RD分别连到PC104总线接口模块的IOWR、IORD。8255的数据（AD0～AD7）、地址线（A0～A7）分别连到PC104总线接口模块的数据（D0～D7）、地址线（A0～A7）。8255模块选通线CE连到PC104总线接口模块的IOY0。8255的PC0～PA1接直流电机CH0～CH1；直流电机DJ接电位器Vout。附2.4.6A8255 EQU 0180HB8255 EQU 0181HC8255 EQU 0182HD8255 EQU 0183H CH00 EQU 00H ;CH0接PC0CH01 EQU 01H