微机原理课程设计报告.docx

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微机原理课程设计报告

微机应用系统设计与综合实验

课程设计报告

1.3.18086CPU简介················································4

1.3.274LS273功能简介············································4

1.3.7数码管显示·················································7

附录2proteus仿真图··············································37

第一章概要

1.1课程设计目的

《微机应用系统设计与综合实验（实践）》课程设计是自动化、智能专业本科生的必修课。

通过本课程设计，让学生对微机系统有一个较全面的理解，对典型数字接口电路的应用技术有一个较深入地掌握，综合了对应用系统的硬件原理和软件编程的分析、设计和调试，达到基本掌握简单微型计算机应用系统软硬件的设计方法，提高项目开发能力的目的。

要求同学独立完成课题，写出课程设计说明书，画出电路原理图，说明工作原理，画出电路印制板图，编写设计程序及程序流程图。

希望同学们认真阅读课程设计任务书，认真查阅资料，完成好上机调试，圆满完成本次课程设计。

1.2课程设计内容及要求

完成基于80x86CPU为核心控制器的具备基本I/O接口功能的硬件电路系统原理图设计、PCB电路设计和软件编程设计。

基本I/O接口电路应包括：

锁存器、缓冲器、地址译码器、8255接口、8253接口、A/D（D/A）转换电路、串行接口电路等；软件功能要求完成基本I/O接口电路控制和串口通信功能调试。

设计题：

信号发生器功能程序设计

设计要求：

（1）、硬件电路基于80x86微机的接口电路；

（2）、分别用C语言或汇编语言或VC++编程完成硬件接口功能设计；

（3）、程序功能要求：

小键盘给定、数码管（屏幕）显示，并产生对应信号波形（D/A）输出（信号波形包括正弦波、三角波、方波、锯齿波）、输出信号波形幅度、频率可调。

（注意：

按键数量应尽量少）。

（4）、具备本地及远程（串行方式）监测功能。

实现技术指标：

（1）、完全用小键盘控制各波形间的切换和频率和幅值的调节以及退出。

（2）、实现正弦波、三角波、方波和锯齿波信号的产生。

（3）、数码管同步显示当前工作波形的频率和幅值。

（4）、实现频率的1到5倍可调。

（5）、实现幅值的1到5倍可调。

1.3所需芯片及硬件简介

1.3.1 8086功能简介 

8086 CPU是由总线接口部件BIU和执行部件EU这两大部分构成。

总线接口部件BIU是8086 CPU在存储器和I/O设备之间的接口部件，负责对全部引脚的操作，即8086对存储器和I/O设备的所有操作都是由BIU完成的。

所有对外部总线的操作都必须有正确的地址和适当的控制信号，BIU中的各部件主要是围绕这个目标设计的。

它提供了16位双向数据总线、20位地址总线和若干条控制总线。

其具体任务是：

负责从内存单元中预取指令，并将它们送到指令队列缓冲器暂存。

CPU执行指令时，总线接口单元要配合执行单元，从指定的内存单元或I/O端口中取出数据传送给执行单元，或者把执行单元的处理结果传送到指定的内存

单元或I/O端口中。

执行单元EU中包含1个16位的运算器ALU、8个16位的寄存器、1个16位标志寄存器FR、1个运算暂存器和执行单元的控制电路。

这个单元进行所有指令的解释和执行，同时管理上述有关的寄存器。

EU对指令的执行是从取指令操作码开始的，它从总线接口单元的指令队列缓冲器中每次取一个字节。

如果指令队列缓冲器中是空的，那么EU就要等待BIU通过外部总线从存储器中取得指令并送到EU，通过译码电路分析，发出相应控制命令，控制ALU数据总线中数据的流向。

1.3.274LS273功能简介 

地址锁存器就是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。

8086/8088数据和地址总线采用分时复用操作方法，即用同一总线既传输数据又传输地址。

当微处理器与存储器交换信号时，首先由CPU发出存储器地址，同时发出允许锁存信号ALE给锁存器，当锁存器接到该信号后将地址/数据总线上的地址锁存在总线上，随后才能传输数据。

地址锁存器74LS273是带清除端的八D触发器，只有清除端为高电平时才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，在上升沿锁存。

8086的ALE端输出的锁存控制信号必须经反相器后才能连到74LS273的CLK端，以满足CLK在上升沿锁存的要求。

74LS273的引脚1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，WR：

主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0。

CP（CLK）：

触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0~D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0~D7的数据不变。

由于8086有20位物理地址，所以需要用3片74LS273级联。

1.3.38255A特性简介

（1）具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。

它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。

8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连。

图1.1唐都实验箱D/A0832接线图

（2）8255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种。

方式0：

基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的I/O方式。

其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出；方式1：

选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有A口和B口可以工作在方式1，此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式0；方式2：

双向I/O方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。

本次设计只用到了三个端口的方式0。

1.3.4D/A0832功能简介

DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片电流输出型8位数/模转换器。

DAC0832的引脚功能说明如下：

D0－D7：

数字信号输入端

CS：

片选信号，低电平有效

WR：

写信号1，低电平有效

OUT：

DAC电流输出端

1.3.5A/D0809功能简介

ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。

其

内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

当地址ABC=000时，IN0通道被选通。

图1.2唐都实验箱A/D0809接线图

1.3.6唐都小键盘简介

唐都实验箱中提供了4行×4列16个按键，列选择信号X1-X4，行扫描信号Y1-Y4。

图1.3唐都实验箱小键盘接线图

1.3.7 数码管显示 

数码管同步显示当前波形的幅值和频率。

硬件上由8086将数据输出给8255，8255再将输出送给数码管的A~Dp，显示相应字符。

软件上定义一个缓冲区存放波形的幅值和频率，显示数码管时，利用缓冲区的数值查找数码管键值表再输出对应数值。

循环输出波形时也循环输出缓冲区内容对应的值，就可以同步显示波形的幅值和频率。

利用小键盘扫描得到的键值进行判断，对缓冲区内的幅值频率进行相应的改变，使数码管能显示不同的幅值和频率。

第二章总体设计方案

2.1设计思想论述

（1）．波形产生：

通过汇编语言编写各个波形子程序，其中方波和三角波参考了唐都的参考程序。

锯齿波由三角波修改而来，正弦波事先用MATLAB仿真存入各点数据，产生波形时依次输出各个数据即可。

波形子程序中主要是各个波形一个周期的代码，循环执行，由此产生连续波形并通过D/A0832将数字量转换成模拟量输出，即可得各种波形。

具体方案见第三章3.1节。

（2）．波形切换：

用小键盘输入进行波形的选择，按键0~3分别对应方波、三角波、锯齿波和正弦波。

每个波形周期输出后，调用键盘查询子程序，判断有无按键按下，没有则继续输出下一周期，否则转到相应的波行子程序上。

可随时进行波形间的切换。

具体方案见第三章3.2节。

（3）．无极调频：

改变波形子程序中的各个数据输出延时时间，就可改变整个波形的频率，延时越短频率越高。

而延时时间长短可由外部输入决定，通过A/D0809将电位计（0~5V）的模拟量转化成数字量（00~FF）作为延时时间长短。

调节电位器即可调节延时，进而调节频率。

ADC0809芯片分辨率为8位，即可将延时分为256个等级，实现无极调频。

具体方案见第三章3.3、3.4节。

（4）．无极调幅：

改变波形子程序中DA输出值的大小即可改变幅值，可以在原数据基础上乘以一个增益。

而增益可由外部输入，原理与调频相似，通过A/D0809输入一个数字量（00~FF）。

按键4用于调频/调幅的切换。

当判断当前为调幅状态时就将这个数字量存入幅值增益变量中，如果判断是调频状态则存入频率延时变量中。

从而实现只用一个电位器分别调节频率和幅度的功能。

具体方案见第三章3.3、3.4节。

（5）．开始结束：

通过扫描小键盘，按下5键则退出。

2.2程序流程图

2.3电路原理图

图2.2硬件连接电路图

第三章典型模块分析

3.1波形产生模块

四个波形子程序结构类似，当子程序被调用后，进行以下步骤：

（1）通过8255的C7位输出一个低电平来启动AD0809，并从8255的B口读入AD输入的数字量（00H~FFH）。

（2）判断幅频标志位FLAG_FUPIN，为0则把AD输入的数字量存入频率值空间FRE，否则存入幅值空间AMP。

（3）输出波形的一个周期。

（4）调用子程序CCSCAN，判断小键盘有无按键按下，无则继续步骤

（1），有则返回主程序。

流程图如图3.1所示。

图3.1波形子程序流程图

3.1.1三角波

三角波从最小值开始逐渐上升，到达最大值之后再逐渐减小到最小。

因此先将最小值（00H）放到BL，输出并延时，对BL加一，再输出并延时，达到最大值后就对BL依次减一，输出并延时，直到BL=00H，则为一个周期波形。

因此三角波有两个过程。

（1）一个周期波形的代码如下：

SANJIAO:

CALLAM;进行幅度调制

MOVAL,00H;对AL中的数据进行初始化

UP:

MOVDX,MY8255_A;上升

;信号发生器系统开始时输出为0

MOVDI,AX

OUTDX,AL

CALLDELAY;进行频率调制

MOVAX,DI

PUSHAX

MOVDX,MY8255_B;读入8255B口信息，看是否有按键按下并进行波形转换

INAL,DX

NOTAL;由于B口的信息按下为低电平，故对AL中的数取反

CMPAL,02H;按下第二行键转入正弦波

JEZHENGXIANBO

CMPAL,04H;按下第三行键转入锯齿波

JEJUCHIBO

CMPAL,08H;按下第四行键转入方波

JEFB

POPAX

INCAL

CMPAL,BL;和最大值比较

JBUP;小于最大值则执行循环

DON:

MOVDI,AX;下降

MOVDX,MY8255_A

OUTDX,AL

CALLDELAY

MOVAX,DI

PUSHAX

MOVDX,MY8255_B;判断键值按下的情况