微机原理课程设计电机调速系统设计文档格式.docx
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4）编写源程序；
5）上机用Emu8086软件调试程序；
6）编写设计报告。
设计数据
1）微机直流电动机参数
a.额定工作电压12V
b.额定工作电流2A
c.额定转速500V/min
d.内电阻1欧姆
e.过载倍数2.5
f.电动机单向运行（无符号运算）
2）转速给定电压0～5V
3）三位LED数码管显示实际转速
4）主电路采用脉宽电路设计，要求脉宽调制周期为10ms
5）当电机电流≧5A时，自动关闭主电路电源，同时发出声光报警信号
设计原理
脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
二、调速系统框图设计
图2.1
技术参数：
1）ADC0809芯片的起始地址为00H，使用IN0、IN1通道，最大输入电压为+5V；
2）8255芯片的起始地址为08H，PA口、PB0、PB1、PB2用于控制三位数码管显示电动机的转速。
PC0为PWM输出控制；
PC1用于电动机过电流报警，PC2为使能端，低电平有效；
PC3为电动机的启动/停止运行的控制。
PC3低电平停止运行，高电平启动电动机运行。
数码管采用动态显示方式工作，最大显示循环周期为30ms；
3）PWM调制信号的变化范围为20%～80%，PWM信号的工作周期时间为10ms；
4）LED显示器为三只共阴极绿色数码管，驱动器为“同相驱动”；
5）计算机内存地址分为两大部分：
00000H～01FFFH、FF800H～FFFFFH；
6）8088CPU时钟频率为4MHz。
补充知识：
电动机转速计算公式：
式中：
U—PWM电压变换器输出电压（V）；
I—电枢电流（A）；
R—电机内阻（1Ω）；
Ceφ—常数大约为0.25。
3、系统相关芯片介绍
第三代CPU8088微处理器，8088为40条引线、双列直插式封装，8088有最小组态（单微处理器组成的小系统）和最大组态（多处理器系统）两种工作模式，大部分引脚在两种组态下功能是一样的，只有8根引脚的名称及功能不同（24脚~31脚）。
由于在本次课程设计中，8088工作于最小组态，所以在引脚功能介绍时，为了突出重点我们只介绍最小模式的引脚功能。
1）引脚功能
a.AD7～AD0：
8位地址/数据总线，分时复用、双向、三态。
b.A15～A8：
地址线，三态输出。
c.A19/S6～A16/S3：
地址/状态线，分时复用、输出、三态。
d.NMI：
不可屏蔽中断申请信号，输入、上升沿有效。
不可屏蔽中断申请不受中断允许标志IF的影响。
e.INTR：
可屏蔽中断申请信号，输入、高电平有效。
受CPU内部中断允许标志位的控制。
f.RESET：
复位信号，输入、高电平有效。
g.READY：
准备就绪信号，输入、高电平有效。
h.TEST：
测试信号，输入、低电平有效。
i.MN/MX：
最小/最大工作模式控制信号，输入。
当MN/MX接高电平时，则CPU工作在最小模式。
当MN/MX接低电平时，则CPU工作在最大模式。
j.IO/M：
输入/输出/存储器控制信号，三态。
k.WR：
写信号输出，三态。
l.DT/R：
数据传送方向控制信号，三态。
m.DEN：
数据允许信号，三态。
n.ALE：
地址锁存信号，三态输出，高电平有效。
o.RD：
读选通信号，三态输出，高电平有效。
p.INTA：
中断响应信号输出，低电平有效。
q.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。
r.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。
2）8088最小总线模式如下图2所示：
图3.1
8088最小模式典型的系统主要由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/R＝1时，CPU向数据总线发送数据，当DT/R＝0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。
四、A/D转换设计
ADC0809为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。
8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，地址锁存与译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，图3为通道选择表。
内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。
图4.1转换通道图4.2引脚说明
IN7～IN0—模拟量输入通道。
ALE—地址锁存允许信号。
对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START—转换启动信号。
START上升沿时，复位ADC0809；
START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换。
A、B、C—地址线。
通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。
CLK—时钟信号。
ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。
EOC—转换结束信号。
EOC=0,正在进行转换；
EOC=1,转换结束。
使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。
D7～D0—数据输出线。
为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。
D0为最低位，D7为最高
OE—输出允许信号。
用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE=0，输出数据线呈高阻；
OE=1，输出转换得到的数据。
Vcc—+5V电源。
Vref—参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。
其典型值为+5V（Vref（+）=+5V,Vref（-）=-5V）。
5、显示和报警设计
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。
8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
1）引脚功能说明
a.RESET:
复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。
b.CS:
芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;
/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.
c.RD:
读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
d.WR:
写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
e.D0～D7:
三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU执行输入输出令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。
2）8255三种方式下工作
a.方式0————基本输入输出方式；
b.方式1————选通输入/出方式；
c.方式2————双向选通输入/输出方式。
3）8255的A1、A0选择
a.当A1=0,A0=0时，PA口被选择；
b.当A1=0,A0=1时，PB口被选择；
c.当A1=1,A0=0时，PC口被选择；
d.当A1=1.A0=1时，控制寄存器被选择。
4）8255接线图
图5.1
5）数码管显示
由74LS244根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。
74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。
74LS244没有锁存的功能。
A口控制段选，74LS244驱动三位一体数码管显示输出电机实际转速；
B口控制位选，使数码管工作。
如下图所示：
图5.2
当电流超过额定电流时，8088软件编程控制8255C口工作输出，三极管导通，进而使蜂鸣器发出声响，发光二极管工作发光。
利用8255的A口作为输出口，接74LS244控制数码管段选，B口输出控制三个数码管位选，来实现电机转速的大小显示。
利用C口控制报警电路，由74LS244根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。
B口控制位选，数码管显示电机转速；
而当电流大于额定电流时，蜂鸣器响，发光二极管发光，完成报警工作。
6）电流检测器
电流检测模块由LEM检测电流信号是否大于给定的5A，如果电流大于5A，则向0809传输信号，经过模数转换，给处理器传送信号，继而通知8255做出报警动作。
六、系统软件设计
软件流程图
编写源程序
DSEGSEGMENT;
数据段定义
TABLEDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH;
数码管的显示数表0-9
DSEGENDS
CSEGSEGMENT;
代码段定义
ASSUMECS:
CSEGDS:
DSEG
START:
MOVAX,DSEG
MOVDS,AX
MOVAX,0FF80H;
设置内存的基地址
MOVES,AX
LEASI,TABLE;
取数据段偏移地址
MOVCX,03H;
定义数码管循环显示
MOVAL,88H;
8255初始化
OUT0BH,AL;
写8255控制寄存器
L1:
INAL,0AH;
判断PC6、PC7是否有效
MOVBL,C0H
ANDAL,BL
CMPAL,BL
JNEL1
MOVAL,80H;
ADC0809IN0输入
OUT00H,AL
CALLDELAY0
INAX,00H
MOVBX,320;
占空比计算
CWD
DIVBX
MOVDX,AX
MOVAL,00000001B;
PC0输出高电平
OUT0BH,AL
CALLDELAY_DUTY
MOVAL,00000000B
OUT0BH,AL
MOVBL,C0H
ADC0809IN1输入
OUT01H,AL
INAX,01H
XCHGAX,BX
MOVAX,2
CMPBX,AX;
比较IN1的输入值
JNCL2
MOVAL,00000010B;
PC1=0
L2:
MOVAL,00000011B;
PC1=1报警
XCHGAX,BXIN1;
输入的值转换为转速n
XCHGAX,DX
MOVBL,12
MULBL
SUBAX,DX
SHLAX,2
MOVBL,10
DIVBL
MOVDI,0
MOVES:
[DI],AH;
取n的个位
MOVAH,0
[DI+1],AH;
取n的十位
[DI+2],AH;
取n的百位
MOVBL,03H;
判断显示循环是否为三次
CMPBL,CL
MOVAL,CL
JEL3
OUT09H,AL
L3:
MOVAL,04H
ADDDI,CX;
显示第i位
MOVBX,ES:
[DI]
ADDSI,BX
MOVAL,[SI]
OUT08H,AL
DECCX
JNEL4
MOVCL,03H
L4:
CALLDELAY_ADJ
JMPL1
DELAY0PROC;
延时大约500us
PUSHCX
MOVCX,0800H
L5:
LOOPL5
POPCX
RET
DELAY0ENDP
DELAY_DUTYPROC;
高电平持续时间
PUSHCX
MOVBL,DL
MOVAX,0FA0H
MOVCX,AX
L6:
LOOPL6
DELAY_DUTYENDP
DELAY_ADJPROC;
调节延时使程序执行周期大约为10ms
MOVCX,~~~~~~
L7:
LOOPL7
DELAY_ADJENDP
MOVAH,4CH
INT21H
CSEGENDS
ENDSTART
七、实习心得
通过本次微机电机调速控制系统课程设计，对微机原理与接口技术有了更深层次的理解，进一步加强了微机8088指令系统的学习。
设计过程中遇到很多问题，通过老师的指导和同学之间的交流，解决了很多问题以及扩展了思路。
同时，更加全面的了解ADC0809的应用和8255可编程并行接口，对以后课程的学习起到承上启下的作用。
最后，感谢老师的一直陪伴，谢谢老师的指导！
参考文献
[1]冯博琴，吴宁.微型计算机原理与接口技术.北京：
清华大学出版社，2011
[2]康华光.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2007
[3]康华光.模拟电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2008
[4]姜学军.计算机控制系统.北京：
清华大学出版社，2003
[5]杨小川.ProtelDXP设计指导教程.北京：
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