频率计.docx
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频率计
微机原理及接口技术
课程设计
2010/2011学年第2学期
学院：
中北大学
专业：
测控技术与仪器
起迄日期:
5月16日~5月27日
课程设计地点:
10203H14502H
指导教师:
姜三平，李建民
姓名.学号:
一﹑课程设计目的
通过课程设计，掌握8253的控制字的设置、工作方式、编程原理和微机接口方法，熟悉8088的功能几个管脚的作用；提高理论联系实际的解决实际问题的能力，提高对接口技术等相关硬件知识的深入理解，进而提高动手能力和学习兴趣为顺利进入毕业环节做必要的准备。
二﹑课程设计内容
以8088CPU为核心设计一个数字频率计，要求能测量1HZ~1MHZ频率范围的矩形和正弦波的频率或周期。
三﹑课程设计要求
用8253芯片设计电路图，画出电路原理图，说明工作原理，编写程序。
四﹑数字频率计基本原理
1—数字频率计的原理
1）数字频率计是用于测量信号（方波、正弦波或其它脉冲信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量迅速，读数方便等优点。
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。
通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。
闸门时间也可以大于或小于一秒。
闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长每测一次频率的间隔就越长。
闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。
数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。
脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f＝N／T，其中，f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数。
T为产生N个脉冲所需的时间。
计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。
如在1S内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000Hz。
晶振产生较高的标准频率，经分频器后可获得各种时基脉冲（1mS，10mS，0.1S，1S等），时基信号的选择由开关k控制。
用单稳态触发器产生指令和清零信号，对置零信号而言，当达到所调节的延时时间时，延时电路输出一个复位信号，使计数器和所有的触发器量0，为后续新的一次取样作好准备，即能锁住一次显示的时间，使保留到接受新的一次取样为止。
2）系统框图
从数字频率计的基本原理出发，根基设计要求，得到如图1所示的电路框图
图1.电路系统框图
2—8088CPU的原理
8088CPU是一块具有40条引出线的集成电路芯片，如图2所示。
为了减少芯片的引线，有许多引线具有双重定义和功能，采用分时复用方式工作，即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。
同时，8088CPU上的MN/MX=1时，8088CPU工作在最小模式之下。
此时，构成的微型机中只包括一个8088CPU，且系统总线由CPU的引线形成，微型机所用的芯片最少。
当MN/MX=0时，8088CPU工作在最大模式之下。
在此模式下，构成的微型计算机中除了有8088CPU之外，还可以接另外的CPU（如8087），构成多微处理器系统。
图2.8088CPU管脚图
数据总线D0～D15：
双向传输，可分别使用其低8位或高8位，该总线与地址总线A0～A15共用CPU引脚形成复用总线AD0～AD15，地址、数据分时传送。
地址总线A0～A19：
20位，单向，地址由CPU产生，用于寻址访问存储器单元或IO端口。
A0～A15与D0～D15复用，A16～A19与状态信号S3～S6复用（A16/S3～A19/S6）。
其中AD15～AD0地址／数据复用信号（标号2～16、39），双向，三态。
状态信号S3～S6：
S6：
指示8088当前是否与总线相连。
S6＝0表示8088连在总线上。
S5：
表示中断允许标志状态。
S5＝1表示中断允许标志IF＝1（对可屏蔽中断请求起作用）。
S5＝0表示IF＝0，禁止可屏蔽中断。
S4和S3用来指出当前使用的段寄存器。
S4、S3代码组合对应的含义如下表所示。
S4
S3
当前正使用的段寄存器
0
0
ES
0
1
SS
1
0
CS或未使用任何段寄存器
1
1
DS
RD（Read）：
读信号（标号32），输出，三态。
RD信号有效，表示CPU执行一个对存储器或I/O端口的读操作，在一个读操作的总线周期中，RD在T2～T3状态中有效，为低电平。
为0时，CPU作读操作。
WR（Write）：
写信号（标号29），输出，三态。
WR信号有效，表示CPU执行一个对存储器或I/O端口写操作，在写操作总线周期中，WR在T2～T3状态中有效，为低电平。
为0时，CPU作写操作；M/IO，RD，WR组合成系统的存储器和端口的读写信号：
MEMR，MEMW，IOR，IOW。
高电平有效时，将地址存入外部地址锁存器。
通常用RD#以及WR#信号控制存储器或I/O的读出和写入端。
RD和WR指出CPU当前进行的是读还是写操作，它和M/IO信号一起，指出当前进行的是存储器读、I/O读、存储器写、I/O写四种操作中的哪一种。
RD和WR信号除了在T2～T3状态中有效外，还在TW（等待）状态有效。
下表为对存储器或I/O的读／写操作选择。
RD
WR
M/IO
对应的操作
0
1
0
I/O写操作
0
1
1
存储器写操作
1
0
0
I/O读操作
1
0
1
存储器读操作
3—8253的原理
8253是一种可编程的计数器/定时器芯片，如图3所示。
8253内部具有3个独立的16位计数器通道，通过对它进行编程，每个计数器通道均有6种工作方式，并且都可以按2进制或10进制2种格式进行计数，最高计数频率能达到2MHz。
8253还可用作可编程方波频率产生器、分频器、程控单脉冲发生器等。
图3.8253管脚图
D0~D7：
8位双向数据线，用来传送数据、控制字和计数器的计数初值。
CS：
选片信号，输入。
低电平有效，由系统高位I/O地址译码产生。
RD：
读控制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示CPU要对此定时器芯片进行读操作。
WR：
写控制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示CPU要对此定时器芯片进行写操作。
A0，A1：
地址信号线。
CLK0~CLK2：
每个计数器的时钟信号输入端。
GATE0~GATE2：
门控信号，用于控制计数的启动和停止，GATE=1时计数允许，GATE=0时停止计数。
OUT0~OUT2：
计数器输出信号。
4—74LS48七段译码器
BCD---七段显示译码器（74LS48）
因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。
我们把能够将计算机输出的BCD码换成7段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”。
1）输入：
8421BCD码，用A3A2A1A0表示（4位）。
2）输出：
七段显示，用Ya~Yg表示（7位）3）逻辑符号：
七段显示译码器
在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。
因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。
数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图4所示。
下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。
图4数字显示电路方框图
数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。
数码的显示方式一般有三种：
第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。
第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。
第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。
数字显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0～15等阿拉伯数字。
在实际应用中，10～15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。
图5七段数字显示器发光段组合图
按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类：
7448七段显示译码器
7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。
该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。
7448的功能表如下表所示，它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：
灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭。
试灯输入LT
当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。
该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
7488功能表
动态灭零输入RBI
当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g均为低电平，与BCD码相应的字形熄灭，故称“灭零”。
利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。
动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。
当LT＝1且RBI＝0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。
从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：
LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。
5—频率测量方法
频率测量方法有M法，T法，M/T法，测量的基本要求是快速准确。
（1）M法：
测量计数在一定时间Tc内的信号脉冲数M。
譬如，Tc＝1秒，计数值M＝1200，则信号频率为1200Hz；Tc＝0.1秒，计数值M=1200，则信号频率为12000Hz。
显然，M法适用于高频信号的测量。
（2）T法：
测量一个完整脉冲的周期T，则此周期T的倒数就是待测频率。
譬如，测得T＝0.1ms，则信号频率为10000Hz。
显然，T适用于低频信号测量。
五、编写程序（设8253端口地址为40H~43H）
（1）8253初始化（五微秒信号）
------------------------------------
FOR8253:
MOVDX,0FFFBH
MOVAL,36H;01110110CT1，方式3
OUTDX,AL
MOVAL,76H;00110000CT0，方式0
OUTDX,AL
MOVDX,0FFF9H
MOVAX,18432;（6144）CT1产生10ms方波
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
MOVDX,0FFF8H
MOVAX,2;;5ms脉冲
OUTDX,Al
MOVAL,AH
OUTDX,AL
RET
------------------------------------
8253初始化（一秒信号）
------------------------------------
FOR8253:
MOVDX,0FFFBH
MOVAL,36H;01110110CT1，方式3
OUTDX,AL
MOVAL,76H;00110000CT0，方式0,
OUTDX,AL
MOVDX,0FFF9H
MOVAX,18432;（6144）CT1产生10ms方波
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
MOVDX,0FFF8H
MOVAX,100;1000;1s脉冲
OUTDX,Al
MOVAL,AH
OUTDX,AL
RET
------------------------------------
8253初始化（十秒信号）
------------------------------------
FOR8253b:
MOVDX,0FFFBH
MOVAL,36H;CT0，方式0
OUTDX,AL
MOVAL,076H;CT1，方式3
OUTDX,AL
MOVDX,0FFF9H;CT1
MOVAX,18432;（18432）产生10ms方波
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
MOVDX,0FFF8H;CT0
MOVAX,1000;1000;10s脉冲
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
RET
;------------------------------------
;控制CT2计数,设置频率范围
;-------------------------------------
FOR8253X:
MOVDX,0FFFBH;控制口地址
MOVAL,0B0H;CT2，方式0
OUTDX,AL
MOVDX,0FFFAH;CT2地址
MOVAX,65535;T2计数的最大值
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
movcx,10;延时
good:
loopgood
RET
;-------------------------------------
;二——十进制转化（高频无小数点，利用了M法测量）
;-----------------------------------
BTRO:
MOVCL,6
XORCH,CH
XORDX,DX
MOVBX,10
MOVSI,OFFSETBUF
ADDSI,5;从低位到高位存储
NEXT:
DIVBX
MOV[SI],DL;除以10的余数存放低位
DECSI
ANDAX,AX
JZSTOP;判断是否除尽
MOVDL,0
LOOPNEXT
STOP:
RET
;-----------------------------------
;二——十进制转化（低频有小数点，利用了T法测量）
;-----------------------------------
BTROb:
MOVCL,3
XORCH,CH
XORDX,DX
MOVBX,10
MOVSI,OFFSETBUF
ADDSI,5;使其从数码管的低位开始显示
DIVBX
MOV[SI],DL
DECSI
MOVDL,0;将存放余数的清0
DIVBX
ADDDL,10;查表将该位的小数点显示出来
MOV[SI],DL
DECSI
ANDAX,AX;检测商是否为0，若为0程序跳出，否则继续
JZSTOP1
MOVDL,0
NEXT1:
DIVBX
MOV[SI],DL
DECSI
ANDAX,AX
JZSTOP1
MOVDL,0
LOOPNEXT1;由于数码管只能显示5为，则CL=3
STOP1:
RET
（2）8255的有关内容
MOVAX,DATA
MOVDS,AX；设数据段寄存器的值
MOVAX,STACK
MOVSS,AX；设堆栈段寄存器的值
MOVDX，0FF03
MOVAL,80H
OUTDX,AL；写入模式字
（3）LED显示
MOVAL,[DI+3]；取要显示的数字
MOVBX,OFFSETLEDADD；取显示代码表首址
XLAT；将数字转换成显示代码
MOV0FF00H,AL；将显示代码送入A口
MOVDX,0FF02H
MOVDX,01H；将0EH送入C口
CALLDELAY
MOVAL,[DI+2]
MOVBX,OFFSETLEDADD
XLAT
MOV0FF00H,AL
MOVDX,0FF02H
MOVDX,03H
CALLDELAY
MOVAL,[DI+1]
MOVBX,OFFSETLEDADD
XLAT
MOV0FF00H,AL
MOVDX,0FF02H
MOVDX,05H
CALLDELAY
MOVAL,[DI]
MOVBX,OFFSETLEDADD
XLAT
MOV0FF00H,AL
MOVDX,0FF02H
MOVDX,07H
CALLDELAY
DELAYMOVCX,0021H
P1:
MOVDX,0006H
P2:
DECDX
JNZP2
DECCX
JNZP1
RET
LEDADD:
DB40H
DB79H
DB24H
DB30H
DB19H
DB12H
DB02H
DB78H
DB00H
DB10H
CODEENDS
六．电路原理图
七、设计总结
微型计算机已经广泛应用于各行各业，促进了社会的进步。
作为今天的设计人员，必须很好的掌握微型计算机的概念与技术。
书本上学习的知识通常只是理论上的东西，而微机原理则是与实际结合很紧密的事情。
所以实践是必不可少的掌握所学内容的阶段。
为期两周的课程设计过程中，我们遇到了一些困难，最后通过我们到图书馆借阅有关书籍、网上查找资料、询问老师以及同学完成了此次课程设计，这次课程设计加强了我们的动手、思索和解决问题能力。
熟悉了所常用的芯片比如8253,8255等的应用，此次课设使我们又一次明白了团队合作的的重要性，收获很大。
八、参考文献
《微型计算机原理与接口技术》冯博琴吴宁主编
《电子器件常用器件应用手册》陈汝全主编
《数字电子基础》韩炎主编
《单片机应用入门》龙威林杨冠声主编
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