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1、微机原理课程设计学院： 机电工程学院专业： 自动化班级： 学号：姓名：目录一 电路总体设计2二 电路各部分原理图设计42.1 8088最小方式系统 42.2 存储器的设计 62.3 8位AD变换接口电路 82.4 8位DA变换接口驱动直流电机 112.5 步进电机控制电路142.6 键盘和显示电路16三 最小系统PCB版图设计18四 总结18概述本系统采用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2764和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
2、，采用0832实现直流电机的控制，采用8255和8253实现步进电机的控制，并设计了键盘和显示逻辑。最后，运用Protel 99SE的自动布线功能，完成了最小系统的PCB版图设计。一 电路总体设计一、课程设计的要求本系统完成的功能如下：（1）用8088构成最小系统（2）用0809组成8位温度AD变换接口电路（3）用0832组成8位DA变换接口电路驱动直流电机（4）用8255和8253组成步进电机控制电路（5）键盘与显示功能二、系统的总体组成下面给出了系统的总体框图如下：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
3、主微处理器CPU选用8088芯片 总线锁存器采用74LS373，用ALE的下降沿锁存。由于8088中地址线有20条，所以地址锁存要三个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IO的数据或向IO传送CPU提供的数据。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，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（或27128），随机存储器6264（或6212
4、8）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: 0000H3FFFHRAM: 8000H-BFFFHAD: 00H07HDA: 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16KB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
5、、8286、8284构成了最小系统，形成总线逻辑。采用(8k)2764和(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实现步进电机的控制，并设计了键盘和显示逻辑。最后，运用Protel 99SE的自动布线功能，完成了最小系统的PCB版图设计。二 电路各部分原理图设计2.1 8088最小方式系统8088芯片介绍引脚如下图: 8088的 MN/MX信号线接至5V时，系统就处于最小工作模式，即单处理器系统方式，它适合与较小规模的应用。8088最小模式典型的
6、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
7、，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。最小模式下，引脚的信号功能如下。INTA：中断响应信号输出，低电平有效。用与对外设的中断请求作出响应。8088的INTA信号实际上是CPU响应外设中断申请时，发出两个连续的负脉冲，其第一个负脉冲是通知外设端口，它发出的中断请求已获允许；外设接口收到第二个负脉冲后，往数据总线上放中断类型码，从而使CPU得到该中断请求的详细信息。ALE：地址锁存允许信号，输出，高电平有效。该信号
8、是8088提供给地址锁存器的控制信号。DEN：数据允许信号，输出，低电平有效。给信号为收发器提供一个控制信号，DEN有效时，表示CPU当前准备发送或接受一个数据。在DMA方式时，被置为高阻状态。DT/R：数据发送/接收信号，输出。该信号用来控制数据总线收发器的传送方向。当DT/R高电平时，CPU向内存或I/O端口发送数据；当DT/R为低电平时，CPU从内存或I/O端口接收数据。在DMA方式时，DT/R被置为高阻状态。IO/M：存储器输入/输出控制信号，输出。该信号作为区分CPU进行存储器访问还是输入/输出访问的控制信号。当IO/M为高电平时，表示CPU正与存储器之间进行数据传送；当IO/M为低
9、电平时，表示CPU正与输入/输出设备之间进行数据传送。在DMA方式时，IO/M被置为高阻状态。SSO：系统状态信号，输出，低电平有效。该信号对8088的34脚。SSO与IO/M、DT/R的组合及对应的操作见下表。M/IO DT/R SSO 操作 1 0 0 中断响应 1 0 1 读I/O端口 1 1 0 写I/O端口 1 1 1 暂停（Halt） 0 0 0 取指令操作码 0 0 1 读存储器 0 1 0 写存储器 0 1 1 无源WR：写信号，输出，低电平有效。当该信号有效时，表示CPU当前正在进行存储器或I/O端口写操作。到底为哪种写操作，则由WR信号决定。在DMA方式时，该信号被置为高阻
10、状态。HOLD：总线保持请求信号，输入。当8088系统中CPU之外的另一个主模块要求选用总线时，通过该信号向CPU发出一个高电平的总线保持请求信号。HLDA：总线保持响应信号，输出。当CPU接收到HOLD信号后，便发出高电平有效的HLDA信号给以响应，此时，CPU让出总线控制板，发出HOLD请求总线主设备获得总线的控制权。8088工作于最小模式，如前所述，由于8088地址线和数据线有一部分是复用的，工作于最小模式时，必须外部配置锁存器8282共3片，总线收发器8286 1片和外部时钟芯片，才能组成三组系统总线，控制信号是CPU直接发出的。外加芯片配置后，其低8位地址线已被分离出来，地址线为A1
11、9A0，控制线包括IO/M、WR、RD等控制信号。综上所述，我们可以画出8088CPU最小系统图，如下图所示。2.2 存储器的设计1 有关芯片介绍1) 静态存储器6264Intel 6264 是8K 8 SRAM，单一的+5V电源，所有的输入端和输出端都与TTL电路兼容。它的电路原理图逻辑符号如图所示。其中，A0A12为13根地址线，D0D7为8位数据线。/CS1和CS2为片选信号，当两个片选信号同时有效时，即/CS1=0， CS2=1时，才能选中芯片。/OE为输出允许信号，只有在/OE=0时，即其有效时，才允许该芯片将某单元的数据送到芯片外部的D0D7上。/WE为写信号，当/WE=0时，允许
12、将数据写入芯片，当/WE=1时，允许芯片的数据读出。2）EPROM27642764EPROM存储器容量为64K，结构为8K*8。其中，13条地址线A0A12,8条数据线D0D7。/CE和/OE为控制信号有片选引脚，低电平有效时，分别选中芯片和允许芯片输出数据。2764的编程由编程控制引脚/PGM和编程电源Vpp控制，在编程时，对引脚加较宽的负脉冲；在正常读出时，该引脚应该无效。在正常工作时，要求Vpp接+5V；在编程状态时，要求Vpp接+25V作为编程电压。2 存储器电路及译码电路设计8088最小系统中，地址总线为A0A19，数据总线D0D7,对SRAM的控制信号有/WR,/RD,IO/M。当
13、IO/M为低电平时，表示cpu对存储器传送数据。/RD为读信号，低电平有效，/RD有效时表明cpu正在执行从存储器或IO口的输入操作数据。/WR为写读信号，低电平有效，/WR有效时表明cpu正在执行从存储器或IO口的输出操作数据。在该设计中选用的ROM模块芯片为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。下图给出了8088最小系统组成的16K的ROM和16K的RAM存储器逻辑图。图中U1和U2两片2764构成16K的ROM模块；U3
14、和U4两片6264组成16K的RAM模块。地址总线A0A12作为片内地址分别连接到U1，U2，U3和U4的相应地址线引脚上。数据线D0D7作为分别连接到U1，U2，U3和U4的相应数据线引脚上。读信号/RD连接到U1，U2，U3和U4的/OE引脚上，写信号/WR连接到两片6264芯片的/WE引脚上。6264选引脚CS2接+5V。4个芯片的片选信号由74LS138译码器产生。存储器电路原理图如下：2.3 8位AD变换接口电路1 有关芯片介绍ADC0809的引脚定义如右图所示。共有28个引脚，其中： D0 D7：:输出数据线； IN0IN7：8路模拟电压输入端； ADDA，ADDB，ADDC：路地
15、址输入；ADDA：最低位；ADDC：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；EOC：变换结束状态信情号，高电平表示次变换结束；OE：读允许信号，高电平有效；CLK：时钟输入端；Vref（+），Vref（-）：参考电压输入端； Vcc：5V电源输人； GND：地。ADC0809的时钟为10KHz1.2MHz。在时钟频率为640KHz时，其变换时间为100us。ADC0809的工作时序如下图所示。由图可以看到，在进行A/D变换时，路地址应先送到ADDAADDC输入端。然后在ALE上输入端加一个正跳变脉冲，将路地址锁存到ADC0809内部
16、的路地址寄存器中。这样，对应路的模拟电压输入就和内部变换电路接通。为了启动变换工作序列，必须在START端加一个负跳变信号。此后变换工作就开始进行，标志ADC0809正在工作的状态信号EOC由高电平(闲状态)变成为低电平(工作状态)。一旦变换结束，EOC信号就又由低电平变成高电平。此时只要在OE端加一个高电平，即可打开数据线的三态缓冲器，从D0D7端数据线读得一次变换后的数据。2 原理图设计设计原理图如下：2.4 8位DA变换接口驱动直流电机 1 相关芯片与器件介绍1）数模变换器0832DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，具有双缓冲器输入结构，其引脚排列如图所示，DAC0
17、832各引脚功能说明： DI0DI7：转换数据输入端。 CS：片选信号输入端，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。 VCC和GND：芯片的电源端和地端
18、。 DAC0832内部有两个寄存器，而这两个寄存器的控制信号有五个，输入寄存器由ILE、CS、WR1控制，DAC寄存器由WR2、Xref控制，用软件指令控制这五个控制端可实现三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。三种工作方式区别是：直通方式不需要选通，直接D/A转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通。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市完全相同。他激直流电机转子上的载流导体（即电枢绕组）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： n电枢的转速，r/min u电枢电压 Ia电机电枢电
19、流 Ra电枢电阻 Ke电势系数 由上式可知，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 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
20、）电路原理图设计0832的DI0DI7接到数据总线D0D7上，WR1接到控制总线的WR上，片选端接到译码器上进行片选控制。Iout1 和Iout2 经LM324AD和复合晶体管放大后驱动直流电机的运转。由上图可以看出，只要加上-12V参考电压，LM324AD运放采用+12V电源，则可以输出012V电压。利用程序可以控制电机的启动和转速，显然，电机只能一个方向转动。由于D/A变换器的输入可以从00H到FFH，从而使运放的输出线性变化从0V到+12V，从而可以根据要求，利用该输出，控制电机工作在相应速度上。电路原理图如下：2.5 步进电机控制电路1）器件介绍步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广
21、泛应用于需要精确定位、同步、行程控制等场合。 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，电机示意图和各线圈通电顺序如图1和表4.1所示：图 1 步进电机原理图表1相顺序ABCD01100101102001131001相顺序从0到1称为一步，电机轴将转过18度，01234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4321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
22、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。2）电路原理图设计因采用了PC机和PC总线接口应用平台，硬件电路相对简单，除利用了PC机本身资源外（如中断资源），还利用了平台上的8253计数/定时器、8255并行接口单元，再加上外围驱动电路，便构成可步进电机控制电路，硬件原理图下图：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，如图所示。图中，采用的三态门可以是前面提到的74LS244。利用片244即可接8个按键。由于这种键很少，接口简单，此处不再说明。常用的键盘有两种类型，即
23、编码式键盘和非编码式键盘。编码式键盘包括检测按了哪一个键，并产生这个键相应代码的一些必要硬件(通常这种键盘小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：极管通过一定的电流（如510mA）时，该段就发光。控制让某些段发光，某些段不发光则可以显示一系列数字和符号。其接口与
24、显示方式有两种：锁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暂留特性，使每一位LED每秒钟显示几十次(例如50次)，显示时间l5ms。显示时间越短，显示亮度越暗。动态显示的优点是节省了锁存译码电路2）电路原理图设计在该设计中，键盘，显示部分采用一片8255进行设计。其电路如下：三 最小系统PCB版图设计最小系统的PCB版图设计如下： 四 总结从工程应用出发，本课程设计使我们熟练使用Protel99完成微处理器8088组成的微机应用系统的设计。正确地设计微处理器8088最小系统和应用接口电路，培养我们良好的设计能力和动手能力，为微机软硬件打下良好的基础。心得及其感受：1 通过自学初步掌握了Protel 99SE的使用，能过使用其进行简单的电路原理图和PCB版图设计。2 通过这次的课程设计，对8088微机系统又有更深的理解，尤其是总线的形成，同时对一些常用的芯片也进一步熟悉了如何使用。参考文献1.李伯成 微型计算机原理与接口技术 北京：电子工业出版社 20022.李永山等 微型计算机原理 西安：西安电子科技大学出版社 2000
