微型计算机原理专业课程设计.doc

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1、微型计算机原理专业课程设计课 程 设 计 任 务 书专 业自动化班 级二班姓 名张立鹏设 计 起 止 日 期2013.12.162013.12.20设计题目：水位测量报警装置的设计设计任务（主要技术参数）：按要求设计出以8088微处理器作为CPU，8255A做可编程并行接口，在此系统中，可实现对低水位，正常水位，高水位的监视与报警，并且在低水位时实现自动驱动电机进行加水，正常水位时可实现手动加水。报警为声光同时报警。指导教师评语： 成绩： 签字：年 月 日课程设计说明书 1 引言随着计算机技术和现代通信技术的迅速发展，水位报警计已经从普通型发展到智能化，而且水位报警计的功能日益趋向于完善。水位

2、报警计是近年来开发的一项新技术，它是传感器、硬件、软件等几项技术紧密结合的产物，它的作用是观测和控制容器内的介质多少量，通过液面的高度来掌握体积的多少，从而达到防止超装和掌握存液数量的目的，可用于很多地方进行工业控制。本次设计主要针对水塔，水库等储水设备进行自动检测、自动报警等功能，其主要任务是保证储水设备的安全、稳定、经济的运行，减轻工作人员的劳动强度，由于我国水位报警操作水平落后，工作人员过多，但是现在水位报警计为水位控制开辟了广阔的前景。对水位报警计研究，有利于满足人们日益增长的物质需求，通过将科学技术应用到水位控制上从而使得人们真正体会到科技的发展给自己的现实生活所带来的方便和舒适。因

3、储水设备里的水位会不断变化，水位过低或过高都会出现各种情况发生。为了随时了解储水设备内的水位，在储水设备上都装有水位计，水位计和储水设备构成一个连通器。通过安装在储水设备里面的传感器和设计好的电路通过报警和控制来调控储水设备里面的水位。目前国内外液位计的种类很多，有雷达液位计、磁性浮子液位计、石英管液位计、智能雷达液位计、彩色石英管液位计和超声波液位计等等。而生产液位计的公司有美国罗斯蒙特ROSEMOUNT、德国E+H、日本横河YOKOGAWA、德国西门子SIEMENS、瑞士ABB、德国VEGA 等等。这些只是常用而较热门的品牌。对水位报警计研究，有利于满足人们日益增长的物质需求，通过将科学技

4、术应用到水位控制上从而使得人们真正体会到科技的发展给自己的现实生活所带来的方便和舒适。 沈 阳 大 学课程设计说明书 2 设计方案论证2.1设计原理 运用实验箱的8088微处理器，LED灯做信号灯，橙色亮表示低水位报警，绿色亮表示正常水位,红灯亮时表示高水位报警，蜂鸣器作为声音报警器，电机作为加水的设备，可实现自动加水与手动加水相结合。开始的时候由实验箱上的05V输出模拟量，然后送到ADC进行转换成数字量，此时就可以通过8255A对数据进行处理，从而确定低水位报警，正常水位，高水位报警，启动相应的程序进行报警。然后低水位的时候电机时自动运转的，正常水位时可通过开关控制电机的运转2.2、元器件选

5、择 2.2.1、传感器的选择本首先要了解本次对于水位测量报警主要是位于水利方面的应用，例如水库，水塔等储水设备。所以选择浮力式液位计，价格较低，简单易于操作，可用来远传和调节。在本次设计中，准备选用液位传感器为JBY系列L形普通投入式液位变送器。作为此次设计所使用的传感器。，投入式静压式液位变送器是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用外国先进的隔离型扩散硅敏感元件，利用压阻效应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。JYB系列L形普通投入式液位变送器适用于较多行业各种介质的液位报警。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。420m

6、A、05V、010mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。用途与特点：可广泛用于水厂，水库，水罐等场所、抗过载能力强、防浪涌电压，抗腐蚀性能优良，具有过压过流保护，反向极性保护，稳定性高，抗干扰能力强，实用性强，安装简便。 沈 阳 大 学课程设计说明书 传感器的技术参数如下图所示：2.2.2、A/D转换器的选择A/D转换器的作用是把模拟量转化成数字量，以便于计算机进行处理。随着超大规模集成电路技术的飞速发展，A/D转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。为满足各种不同的检测及控制任务的需要，大量结构不同，性能不同的A/D转换芯片应运而生【1】。通过在转换速度和抗干扰能力还有经济性等方面的比较，

7、逐次比较型A/D转换器比较适合。逐次比较型A/D转换器的工作原理就是将输入的模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上主次逼近输入模拟量的对应值。逐次比较型A/D转换器完成一次转换所需要的时间与其位数和时钟脉冲频率有关，位数越少，时钟频率越高，转换时间就越短。这种A/D转换器具有转换速度快、精度高的特点【2】。常用的集成逐次比较型A/D转换器有ADC0808/0809系列（8）位、ADC0804(8 沈 阳 大 学课程设计说明书 位)和AD7810（10位）等。本设计采用A/D转换器ADC0809。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，由于输出级有8位三态输出

8、锁存器，因而0809的数据输出端可以直接与单片机的数据总线连接。ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如下图所示：2.3、设计所用芯片结构 8088芯片的内部结构及引脚 8088芯片的内部结构及引脚INTEL公司推出8088芯片，它仍旧是属于16位微处理器，内含29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz，地址总线为20位，可使用1MB内存。8088内部数据总线都是16位，外部数据总线是8位【4】 沈 阳 大 学课程设计说明书 3系统硬件设计3.1 8255简介 8255可编程外围接口芯片是 Intel 公司生产的通用并行I/O 接口芯片，它具有A、B、C 三个并行接口，并行接口

9、是以数据的字节为单位与I/O 设备或被控制对象之间传递信息。CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8 位、16 位、32 位等。用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0-基本输入/出方式、方式1-选通输入/出方式、方式2-双向选通工作方式【3】。8255的内部结构及引脚图如图2所示。 沈 阳 大 学课程设计说明书 图4 8255内部结构及引脚图2 8255内部结构及引脚图具体的各引脚功能如下【3】:D0D7为双向数据信号线，用来传送数据和控制字。RD为读信号线，与其它信号线一起实现对8255接口的读操作通常接系统总线的IOR信号。WR为写信号线，与其它信号一起实现对82

10、55的写操作，通常接系统总线的IOW。 沈 阳 大 学课程设计说明书 CS为片选信号线，当它为低电平（有效）时，才能选中该8255芯片，也才能对8255进行操作【6】。A0，A1为口地址选择信号线。8255内部有3个口；A口，B口，C 口，还有一个控制寄存器，它们可由程序寻址。A0，A1上的不同编码可分别寻址上述3个口和一个控制寄存器,具体规定如表1所示。表1 8255的寻址方式A1A0选择00A口01B口10C口11控制寄存器通常 A0，A1分别接系统总线A0和 A1，它们与CS一起来决定8255的接口地址。RESET为复位输入信号。此端上的高电平可使8255复位。复位后，8255的A口，B

11、口，C 口均被定为输入状态。PA0PA7为A口的8条输入输出信号线。PB0PB7为B口的8条输入输出信号线。PC0PC7，8条线根据其工作方式可作为数据的输入或输出线，也可以用作控制信号的输出或状态信号的输入线【7】。 沈 阳 大 学课程设计说明书 8255 工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图3所示【4】。 图图3 置位/复位控制字格式8255的寻址：8255占外设编址的4个地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。对同一个地址分别可以进行读写操作。例如，读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出【8】。如表2为方式0下系统的输入输出组合，其中

12、分为A,B组，A组分为A口和C口，B组分为B口和C口。 沈 阳 大 学课程设计说明书 表2 方式0下，8255的16种输入输出组合A 组B组A口（PA0-PA7）C口（PC4-PC7）B口（PB0-PB7）C口（PC0-PC3）入入入入入入入出入入出入入入出出入出入入入出入出入出出入入出出出出入入入出入入出出入出入出入出出出出入入出出入出出出出入出出出出3.2 ADC0809主要功能ADC0809具有8个通道的模拟输入线(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)。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

13、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。主体部分是采用逐次逼近式的A/D转换电路，由CLK控制的内部电路的工作,START为启动命令，高电平有效，启动ADC0809内部的A/D转换，当转换完成，输出信号EOC有效，OE为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器,把转换后的结果送DB【9】。ADC0809的内部结构和引脚如图4所示。 沈 阳 大 学课程设计说明书 图4 内部结构和引脚ADC0809的一个显著特点是，其芯片内部集成了一个8选1的模拟门，且利用ADDAADDC 三个信号的编码来选择相应的模拟输入。由于ADC0809输出数字信号是经由OE控制的三态门完成的，

14、故ADC0809可以直接与系统总线连接，占用8个接口地址。它也可以像AD574那样经可编程并行接口8255与总线连接。工作过程为：(a)当模拟量送至某一输入通道INi后，CPU将标识该通道编码的三位地址信号经数据线或地址线输入到ADDC、ADDB、ADDA引脚上。(b)地址锁存允许ALE锁存这三位地址信号，启动命令START启动A/D转换。(c)转换开始,EOC变低电平，转换结束，EOC变为高电平。EOC可作为中断请求信号。 沈 阳 大 学课程设计说明书 转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到DB，一次A/D转换便完成了。3.37

15、4LS138芯片的内部结构及引脚74LS138 为3 线8 线译码器，其74LS138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的作用:利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器【3】用与非门组成的3线-8线译码器74LS138 沈 阳 大 学课程设计说明书 3.4硬件连线图本次设计系统的硬件电路如上图所示。 沈 阳 大

16、 学课程设计说明书 4 模拟热水器软件设计4.1主要程序流程图开始程序初始化水位过低吗？YN显示正常水位灯橙色报警灯亮，蜂鸣器响，电机自动加水YN红色报警灯亮，蜂鸣器响水位过高吗？可实现手动加水 沈 阳 大 学课程设计说明书 4.2 软件编程实现CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE ORG 3390HH5: JMP STARTZXK EQU 0FFDCHZWK EQU 0FFDDHLED DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H DB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0F

17、FH,0CH,0DEH,0F3HBUF DB ?,?,?,?,?,?ADPORT EQU 0FFE0HSTART: MOV AL,82H MOV DX,0FFDBH OUT DX,AL MOV BUF,00H ;DISPLAY 0809 00 MOV BUF+1,08H MOV BUF+2,00H MOV BUF+3,09H ;DISPLAY 0809 00 MOV BUF+4,00H MOV BUF+5,00HP5: MOV DX,0FFD9H IN AL,DX AND AL,01H JZ SD KS: MOV AL,00H ;IN0 MOV DX,ADPORT OUT DX,AL JMP

18、DISL1: MOV DX,ADPORT IN AL,DX JMP ADS JMP P5ADS: MOV AH,AL AND AL,0FH MOV BUF+5,AL AND AH,0F0H MOV CL,4 SHR AH,CL MOV BUF+4,AH 沈 阳 大 学课程设计说明书 CMP AH,03H CMP AH,0EH JAE L5 JMP L4 JMP P5 SD: MOV DX,0FFDAH MOV AL,0FFH OUT DX,AL CALL DELAY1 MOV AL,0FEH OUT DX,AL CALL DELAY1 JMP KSDIS: MOV CL,20H MOV BX,

19、OFFSET BUFDIS1: MOV AL,BX PUSH BX MOV BX,OFFSET LED XLAT POP BX MOV DX,ZXK OUT DX,ALL3: MOV AL,CL MOV DX,ZWK OUT DX,AL PUSH CX MOV CX,01HDELAY: LOOP $ POP CX CMP CL,01H JZ EXIT INC BX SHR CL,1 JMP DIS1EXIT: MOV AL,00H MOV DX,ZWK OUT DX,AL JMP L1 沈 阳 大 学课程设计说明书 L2: PUSH AX MOV AL,0FEH MOV DX,0FFD8H O

20、UT DX,AL CALL DELAY1 MOV AL,0FEH MOV DX,0FFDAH OUT DX,AL CALL DELAY1 MOV AL,0FFH MOV DX,0FFDAH OUT DX,AL CALL DELAY1 POP AX JMP P5L5: PUSH AX MOV AL,0FDH MOV DX,0FFD8H OUT DX,AL CALL DELAY1 MOV AL,0FCH MOV DX,0FFDAHOUT DX,AL CALL DELAY1 MOV AL,0FDH MOV DX,0FFDAH OUT DX,AL CALL DELAY1 POP AX JMP P5L4

21、: PUSH AX MOV AL,0FBH MOV DX,0FFD8HOUT DX,AL MOV AL,0FDH MOV DX,0FFDAH OUT DX,AL 沈 阳 大 学课程设计说明书 POP AX JMP P5DELAY1 PROC PUSH CX MOV CX,0FFFHLI: LOOP LI POP CX RET DELAY1 ENDPDELAY2 PROC PUSH CX MOV CX,05FH LQ: LOOP LQ POP CX RET DELAY2 ENDP CODE ENDS END H5 5实验结论此次课程设计不仅巩固了我们之前所学的知识，更让我们学到了课堂上学不到的东

22、西。我也终于明白了课堂上老师强调的程序流程图的重要性，设计需要从总体上把握，并将之分解成数个高度集中的独立模块，只有这样才能利用最短的时间编写出最有效率的程序。在此次设计中体会到最大的是书到用时方恨少，因为在画电路图的时候地方不是太够，这时候如果掌握了双面设计的该多好啊！6参考文献1许立梓，何小敏，陈玮，高明琴. 微型计算机原理及应用，机械工业出版社，2010.2许立梓. 微型计算机原理及应用习题解答、实验指导及课程设计. 机械工业出版社, 2004.3成立. 数字电子技术. 机械工业出版社，2009. 沈 阳 大 学课程设计说明书 4蔡基纲，武世兴. 引进多媒体网络技术，改革传统教学模式.

23、外语界, 2003.5马春燕. 微机原理与接口技术实验与学习辅导. 电子工业出版社，2007.5仇玉章，冯一兵. 微计算机技术（第2版）实验与辅导教程. 清华大学出版社，2003.6雷丽文，蔡征宇，缪均达. 微机原理与接口技术学习指导与实验. 电子工业出版社，2001.7吴宁，陈文革. 微型计算机原理与接口技术题解及实验指导. 清华大学出版社，2007.8王永山,杨宏五,杨婵娟.微型计算机原理与应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2009.3:172-253 9赵全利.微型计算机原理及接口技术M.北京:机械工业出版社,2009:61-13210成立，杨建宁. 模拟电子技术. 东南大学出版社, 2010. 沈 阳 大 学 沈 阳 大 学