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微型计算机原理及接口技术课程设计学院：信息工程学院专业：电子信息工程班级：24030801学号：23姓名：龙显洋指导教师：李伟第一部分课程设计任务书课题名称微型计算机原理及接口技术课程设计——数据采集系统设计学院(部)信息工程学院专业电子信息工程专业班级1月4日至1月9日共一周2011年1月9日一、设计内容（论文阐述的问题）设计一个数据采集系统基本要求：要求具有8路模拟输入输入信号为0——500mV采用数码管8位，显示十进制结果输入量与显示误差1%发挥部分：1、速度上实现高精度采集2、提高系统精度3、设计抗干扰性二、设计完成后提交的文件和图表1.计算说明书部分：数据采集是指将压力、流量、温度、位移等模拟量转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示、或打印的过程，相应的系统就称为数据采集系统。数据采集的任务，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，取得所需的数据。同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监控。数据采集性能的好坏，主要取决于他的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度。数据采集系统应具有功能：（1）数据采集计算机按照选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号进行采样，称为数据采集。（2）模拟信号处理模拟信号是指随时间连续变化的信号，模拟信号处理是指模拟信号经过采样和A/D转换输入计算机后，要进行数据的正确性判断、标度变换、线性化等处理。（3）数字信号处理数字信号处理是指数字信号输入计算机后，需要进行码制的转换处理，如BCD码转换成ASCII码，以便显示数字信号。（4）屏幕显示就是用各种显示装置如CRT、LED把各种数据以方便于操作者观察的方式显示出来。（5）数据存储数据存储是就是将某些重要数据存储在外部存储器上。在本次设计中，我们采用8259作为中断控制器，8255作为并行接口，ADC0809作为模数转换器。2、图纸部分：含有总体设计的功能框图、所用各种器件的引脚图、内部逻辑结构框图以及相应器件的真值表，还包括总设计的硬件连接图及软件设计流程图等。三、课程设计进程安排序号设计（论文）各阶段名称日期1获得设计题目及要求，查阅资料1月4日2形成初步设计思路及有针对性检索资料1月5日3设计方案论证及选用相应器件1月6日4设计硬件连接图及软件编程1月7日5形成整体设计报告并上交1月8日四、主要参考资料1、《微型计算机原理及接口技术》裘雪红、顾新西安电子科技大学出版社2、《高性能模数与数模转换器件》刘书明、刘斌西安电子科技大学出版社3、《微型计算机接口技术及应用》刘乐善华中理工大学出版社4、《IBM-PC汇编语言程序设计》沈美明、温冬婵清华大学出版社5、《单片机典型外围器件及应用实例》是实科技编著人民邮电出版社6、《智能仪器原理及应用》赵茂泰电子工业出版社7、《微型计算机接口原理与技术》邹逢兴国防科技大学出版社8、《汇编语言教程》朱慧真国防工业出版社9、《微型计算机接口技术》吴延海重庆大学出版社10、《数字电子技术基础》阎石高等教育出版社第二部分一、设计指标设计一个数据采集系统基本要求:微型计算机最小系统具有8路模拟输入输入信号为0——500mV采用数码管8位，显示十进制结果输入量与显示误差1%中断方式二、设计方案论证数据采集系统的设计，要求使用微型计算机的最小系统，且具有8路的输入，输入信号在0—500mV,而且采用数码管显示八位的输入（显示10进制的结果），输入的误差和显示误差＜1%，并要求使用中断的方式。设计方案一：是将各种被测的量转换成为模拟量（电压）作为输入，经过一级放大器的放大，将电压放大至AD转换模块，可以识别的范围，在将AD转换的输出，用数码管显示出来（显示的结果为10进制数），且将AD转换的输出接入到并行接口8255，在将并口的输出接入的系统的总线，且将并行接口8255接到中断控制8259上，再将8295与系统总线相连，外设的中断请求信号0IR-7IR进入中断控制器8259，通过8259管理中断请求，当级别最高的请求在当前的中断服务寄存器的某一位上置1，并向CPU发出中断请求信号，CPU接到请求之后，发送一个响应信号，并将中断类型码送出。CPU响应中断之后，会中止当前的程序，转去执行一个中断服务的子程序，也就是对并口8255的相应的输入进行存储。当完成存储之后将会CPU将返回刚刚中断的服务程序，继续执行。考虑本数据采集系统要求，该系统的功能框图如下：1系统功能框图（一）AD转换器的选择ADC0809是逐次比进行的8路8位A/D转换器。芯片内有一个8路模拟由传感器得到的模拟信号的输入（电压0-500mV）放大器，将输入放大100，达到AD转换所能识别的范围ADC0809，将输入的模拟信号转换为数字量8255并行接口并转串的转换电路8259中断控制器系统总线数码管显示开关，一个比较器，一个带有树状模拟开关的256R分压器和一个逐次逼近寄存器。树状开关盒256R分压器组成一个基本D/A转换器，D/A转换器的输入与输出模拟量进行比较，确定转换结果。一次A/D转换需要8次比较确定。ADC0809的技术指标如下：单极性8路输入电压，范围为0~5V；分辨率：8位转换速度：128us(在CLK为500KHZ时)1．主要特性ADC0809是具有8路输入的A/D转换器，有ADDA、ADDB、ADDC三个模拟通道选择线来确定对8路模拟输入信号中哪一路进行A/D转换，CLK脉冲可确定其转换频率，转换结束时，EOC口输出高电平脉冲。2．内部结构图2ADC0809内部结构框图图3ADC0809管脚图3．外部引脚功能ADC0809共有28个引脚叙述如下：D0~D7：8位数字量输出IN0~IN7:8位模拟量输入START：启动A/D转换器工作信号。当START由1变为0的下降沿时开始启动AD转换EOC;转换结束信号，A/D转换结束后向外发送一高电平脉冲，指示转换结束。将EOC端与START相连，可实现连续转换。OE：输出允许信号，转换结果的输出由该信号控制，当OE=0时，D7~D0对外呈高阻态；当OE=1时，D7~D0输出转换后的结果。CLK;实时时钟信号线。ADC0809内部无时钟电路，时钟信号需要外部提供。ALE：地址锁存允许信号。当ALE由0变为1的上升沿时，允许选通对应的通道并将该通道的模拟量接入A/D转换器。ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道选择线，由他们确定对哪一通道的模拟信号转换，对应见下表;ADC0804属于连续渐进型，优点是转换的速度快，分辨率高，且价钱便宜，广泛的应用于微电脑的接口设计上。1.ADC0804的主要技术指标：工作电压：+5v，即CCV=5v模拟输入电压范围：0—5v0≤Vin≤+5v分辨率：8位，1/256=分辨率误差转换：±1LSB参考电压：2.5V，即refV=2.5v高阻状态输出工作温度：ADC0804C为0°—40°，ADC0804L为-40°—85°存取时间：135ms转换时间：100ms2.ADC0804的引脚功能图4ADC0804管脚图CS:片选端，看是否选中该片使其在工作状态。RD：当RD为低电平是，将转换后的数字信号07DBDB输出到其他的单元进行处理。WR：当WR为低电平时，ADC0804做清楚动作，系统重置。当WR从0跳变为1时，则开始转换。CLKR,CLKIN:频率的输出/输入。频率输入可连接的范围为100HZ至800HZ.频率输出最大频率为640HZ，一般可选用内部或外部来提供频率，INTR：中断请求，当转换完毕之后，INTR会由高电平变为低电平，告知其他处理单元转换已完成，可读取数字数据。()INV()INV:差动模拟信号的输入，通常使用单端输入，将()INV接地。AGND:模拟电压的接地端。refV/2:模拟参考电压的输入端，refV为模拟输入电压的上限值，DGND:数字电压的接地端。07DBDB：转换之后数字电压的输出端。CCV：驱动电压的输入端。（二）中断控制器的选择1、中断系统功能与组成1）中断系统应具有的功能“中断”是微处理器程序运行的一种方式。计算机在执行正常程序的过程中，当出现某些紧急情况，异常事件或其他请求时，处理器会暂时中断正在运行的程序，转而去执行对紧急情况或其他请求的操作处理。处理完成以后，CPU回到被中断程序的断点处接着往下继续执行，这个过程叫做中断。中断实现了CPU与IO设备之间的数据传输，使CPU与外部设备IO设备并行工作，使得系统的效率大大提高；中断实时的处理硬件故障；中断通过软终断指令可以使得应用程序操作系统的底层功能。2）中断系统的组成2、本次设计中断控制器选用82591）可编程中断控制器8259功能、内部结构及外部引脚定义（1）可编程中断控制器8259功能和内部结构8259的功能：可以管理8个中断源，并对其优先级进行管理。具有8级中断优先控制，通过级联可以扩展至64级优先控制管理。对中断源有屏蔽或允许申请中断的操作。CPU响应中断时，能自动提供终端类型码。图48259内部结构图（2）8259的外部引脚信号图58259外部引脚图8259的主要引脚信号说明8259是具有28个引脚的集成电路芯片，这28个引脚分为俩组，一组是于CPU相连的引脚，一组是与设备相连的引脚。（1）与CPU相连的引脚70DD:数据线，双向，三态。一般直接与系统的数据总线相连，用以与CPU进行信号交换。0A:地址选择信号，输入。与WR或RD信号配合，作为将要访问的7个寄存器的端口地址。每块8259需要俩个IO端口地址来选择不同的寄存器，因为8259A是8位接口芯片，当8259A与8位CPU8088相连接时，8259A的A0线可直接与CPU系统的地址线A0相接。A0=0：ICW1,OCW2,OCW3A0=1：ICW2-ICW4,OCW1CS:片选信号，输入，低电平有效。与存储器的链接一样，一般由系统地址总线的高位地址译码后形成，决定了8259A的端口有效地址范围。WR：写控制信号，输入，低电平有效。与存储器的连接一样，一般与系统控制总线的IOW相连，实现对8259A内部有关寄存器的写操作。RD：读控制信号，输入，低电平有效。一般与系统控制总线的IOR相连，实现对8259A内部有关寄存器的读操作。INT:中断请求信号，输出，高电平有效。一般与CPU的INTR相连，用以向CPU发出中断请求。INTA：中断响应信号，输入，低电平有效。一般与CPU的INTA相连，再CPU发出第二个INTA时，8259A将其最高级别的中断请求的中断类型码传送给CPU。综上所述，与CPU相连的引脚，出CS接系统地址总线的高位地址译码输出外，其余的一般都同名相接。（2）与外设相连接的引脚70IRIR:8个中断请求信号，输入，有效电平由程序决定。（3）其他引脚20CASCAS:级联信号。当8259A为主片时，为输出；当8259A为从片时，为输入。与/SPEN信号配合，实现芯片的级联，这三个引脚信号000-111的不同组合，刚好对应于8个从片号。/SPEN：从片开启/缓冲信号，这是一个多功能的引脚。在非缓冲的方式下，为输入，若8259A在系统中做从片使用，则SP=0；作为主片来使用SP=1.在缓冲方式下，为输出，EN用做259A外部数据总线缓冲器的启动信号。2)8259A的工作方式(1)优先级方式选择要求中断源有相同的优先级，设置为优先级自动循环方式。系统启动时，8级的中断优先级从高到低默认为70IRIR。如此时，刚好IR4发生了中断请求，CPU相应之后，若8259A工作在优先级自动循环方式下，则中断优先级由高到低的顺序自动变为IR5-IR6-IR7-IR0-IR1-IR2-IR3,其他级别的以此类推。设置的方法可以通过OCW2的D7D6=10实现。(2)屏蔽中断方式选择采用普通中断屏蔽方式，因为没有级联。8259A的每个中断请求都要受到屏蔽寄存器中对应位的控制。若对应位为1，则中断请求无