微机原理课程设计说明书重量测量高级杭电机械.docx
《微机原理课程设计说明书重量测量高级杭电机械.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理课程设计说明书重量测量高级杭电机械.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
微机原理课程设计说明书重量测量高级杭电机械
微机接口技术课程设计说明书
课题名称：
重量的测量与电机控制
学院：
机械工程学院
专业：
机械设计制造及其自动化
组员：
高树峰，张斌，毛水龙，孙沈浩
指导老师：
赵骆伟孔敏张巨勇
日期：
2012年6月24日
目录
1．课程设计任务书…………………………………………………3
1.1任务要求………………………………………………………3
1.2设计项目………………………………………………………3
1.3主要技术要求…………………………………………………3
1.4主要完成任务…………………………………………………3
1.5提交成果………………………………………………………4
1.6注意事项………………………………………………………5
2．说明书正文…………………………………………………………6
2.1前言…………………………………………………………6
2.2现状…………………………………………………………6
2.3任务分析与方案设计…………………………………………7
2.4系统电路原理图………………………………………………9
2.5元器件参数选择及清单………………………………………15
2.6电路的调试…………………………………………………16
3.心得体会………………………………………………………17
4.参考文献…………………………20
5.附录…………………………………21
1.课程设计任务书
题目：
重量的测量与控制设计及调试
1.1任务要求
在Dais实验台基础上设计并调试一个外接口电路，能够测量和显示所测量（依具体题目定）的值，且具有一定的控制功能，编程并调试完成整个开发系统。
每组一题，分别由3～4位同学合作完成。
1.2主要技术要求
不同质量间的控制
1.3主要完成任务
1.查找相关资料，确定课程设计方案；
2.微机接口电路硬件的焊接、装配、逐步排除故障及调试；
3.用Protel2004绘制微机最小系统配置原理图；
4.用Protel2004绘制相关项目的接口原理图；
5.编写有关项目的程序，并进行调试；
6.按照相关项目内容要求，上机进行联调；
7.编写课程设计报告。
1.4提交成果
1.课程设计说明书一本。
（电子文档和打印稿各一份）
要求：
内容完整，图表完备，条理清晰，分析有据，计算精确。
所附电路图布局合理，清晰完备，图形和符号要规范。
2.所用元器件清单。
3.电路实体一套。
要求：
该电路实体必须是经过自己安装调试通过并达到性能指标要求的电路实体。
1.5时间与地点按排
课表：
周一
周二
周三
周四
周五
周六
周日
6.14
～
6.17
上午
全体
1、2班
下午
1、3班
6.18
～
6.24
上午
2、3班
2、3班
1、2班
2、3班
2、3班
下午
1、2班
1、3班
1、3班
1、2班
1、3班
6.25
～
6.27
上午
全体
全体
全体
下午
全体
全体
全体
时间安排：
上午：
8:
30-11:
30;下午：
13:
30-16:
30
课程安排：
6.14上午，分组及分配课程设计任务。
下午，查找相关资料，初拟总体方案
6.15：
查找相关资料，初拟总体方案；讨论确定总方案；上机Protel2004软件；
6.16—6.18：
微机最小系统配置原理图，相关接口电路图设计；借领工具，分发参考资料，PCB板及相关元器件。
6.19—6.23：
接口电路PCB板焊接、装配、调试；个项目相关程序设计、
编写及调试；软硬件联合调试。
6.24—6.25：
答辩及验收课程设计成果；归还所借工具，上交课程设计成果。
6.26—6.27：
提交修改后的最终报告及成果。
1.6注意事项
1、按时上下机，严禁玩游戏，注意公共卫生。
2、爱护实验室内一切实验设施，违者按零分计。
3、爱护借用的工具，丢失工具者按原价赔偿。
故意损坏工具者按零分计，并原价赔偿。
4、注意安全。
下课时关闭总闸与空调，拔掉电烙铁，关好门窗。
5、不准用笔在实验桌上乱写乱画，否则按零分计。
2.说明书正文
2.1前言
计算机技术的飞速发展，带来了人们生活、学习和科学研究各个方面的技术革命，计算机知识和应用技能已成为人类知识经济的重要组成部分。
从1946年第一台电子计算机问世到现在六十年的时间中，计算机的发展经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路、超大规模集成电路几个发展阶段。
以微处理器为核心的微型计算机，也从4位、8位、16位发展到32位、64位，计算机的应用范围也从最初的科学计算发展到目前的无所不及。
随着CPU芯片的制作工艺和性能的提高，微型计算机硬件和软件产品不断翻新，但是计算机的工作原理基本上没有改变，通过80x86芯片学习微型计算机的工作原理、CPU功能结构、寻址方式和指令系统、汇编语言程序设计、中断的工作原理及处理方法和接口技术等，以求达到从理论到实践上对微型计算机的主要技术的掌握和运用。
学习《微机原理与接口技术》后，通过本次课程设计加深对它的理解和掌握。
在设计计算器的过程中，广泛的查阅相关资料，如各类中断的作用和调用方式、屏幕显示等等，通过实践来加深对理论知识的理解，同时将自己对这门技术的理解应用在计算器的设计当中，理论与实践相互融合、相互促进，提高了自己的理论水平和实践能力。
2.2现状
由于大规模集成电路的飞速发展，计算机的微型化很快，其性能价格比也大为提高，因而微型计算机的应用越来越广泛。
计算机在各个领域中的应用，已有大量的报道，从中可知计算机的应用已取得显着的经济效益和社会效益。
微型计算机不但在工农业生产方面的应用，在科研设备中也有比较普遍的应用，而且在办公自动化以及家庭生活中也已逐渐得到推广和应用。
2.3任务分析与方案设计
2.3.1任务分析
三位数数字式电子秤测量与控制原理是通过对它每个压敏传感器受到压力时，该传感器发生形变，从而使电阻或电容等参数发生变化，出到A/D转换芯
片。
转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。
CPU根据键盘命令以及程序将这种结果转化后输出到显示器。
利用实验系统上的ADC0809作为A/D转换器，实验系统上的电位器提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成数字，通过数码管显示出来
参数计算：
根据公式U模=aM+b
由调试后的数据得a=0.04b=0U模/5=D数/256M=D/2
（2）利用放大电路将其转化为电压值，通过数模转换将电压值转化成CPU处理的数字信号。
（3）8086根据编制的程序将数字信号转换为砝码重量显示输出。
（1）重量传感器采用压敏电阻。
利用压敏电阻采集应变,产生变化的阻值。
2.3.2、方案设计
（5）再者判断状态值大小，实现步进电动机的快慢速转动。
（4）根据LED灯的值来判断各个状态的显示值，从而确定步进电动机是否转动。
2.4系统电路及原理图
2.4.1接口电路设计：
输入接口电路的功能是将传感器输出的电信号经过必要的转换或信号放大与处理，使之符合微机控制系统要求。
接口电路的组成与传感器输出测量信号的形式有关，与微机处理系统功能要求有关，因此可根据输出信号的形式和系统的功能要求决定接口电路的类型
Ø桥路放大电路
桥路放大电路主要由桥路接口，滤波电路，限幅电路，桥路放大电路，放大反相电路，桥路激励电路，信号输出接口组成。
如图一所示
图一：
桥路放大电路原理图
1.桥路接口
桥路接口连接传感器与放大器额端口，它由Rd1、Rd2、Rd3、RW6、C1及1、2、3、4传感器接口输入端所组成。
1、2、3、4外接4个传感器，同时3、4端接桥路工作电压，1、2端输出传感器信号送放大器放大，在电路板设计中用5芯插槽。
Rd1、Rd2、Rd3、RW6、C1（C1为旁路电容）组成调整电桥平衡电路。
在传感器桥路中（金属电阻应变片），四个传感器一般选择相同阻值，则在静态条件下处于平衡状态（即输出为零）。
当传感器受力的作用产生的电阻率的变化破坏桥路的平衡状态，就会输出信号。
Ra、Rb、Rc、Rd为传感器，连接桥路时必须使产生不同应变方向的传感器连结，即Ra为正应变，Rb为负应变，Rc为正应变，Rd为负应变，否则桥路无输出。
2.桥路激励电源
电路由U4、Q1、R10、R14、C5、R17、D3、C7组成产生稳定的正电压源，由U5、Q2、R11、R13、R15、C6组成产生稳定的负电压源。
正、负两路电压源经RW5组合成正负桥路激励电源，即传感器桥路工作电压。
3．滤波电路
电路由L1、L2、C2、C3组成滤波电路，可以降低电波干扰。
4.限幅电路
电路由D1、D2组成限幅电路。
为避免输入信号超过线性放大区，用二个正反极性并接的二极管接入线中，将输入信号限制在-0.6～+0.6V范围内。
5.桥路输入放大电路
由U1、R1、RW3组成正信号放大器，由U2、R2、RW4组成负信号放大器：
其中RW3、RW4分别是调整U1、U2运算放大器的共模抑制电压。
将U1、U2的各自同相与凡相输入端接地，调整RW3、RW4,使U1、U2的输出端6脚输出电压为零，完成后恢复原来的电路。
6.放大电路
由U3、R4、R5、R6、R7、RW2组成该放大电路。
其中R4、R5分别为正、负输入信号电阻，改变R6、R7的值就能调整正负信号的放大数倍，RW2为调整U3的共模抑制电压大小。
7.信号输出接口
由RW1、R8、C4、JP1组成信号输出接口电路。
调整RW1就能改变输出电压大小，这样能确保在最大量程时，输出电压不超过5V。
8.联机
1、对卡式结构机型而言，把A/D区0809的CS端接译码输出端Y0插孔。
2、把A/D区0809的0通道IN0用插孔针接至W1的中心抽头V01插孔（0~5V）。
3、把0809的CLK插孔与六位LED显示器左下方的ALE插孔相连，VREF端连接+5V；EXIC1上插上74LS02芯片，各接线按A/D实验接线图要求连线。
4、以连续方式从起始地址3390运行程序，LED显示器右边二位显示当前采集的电压值转换后的数字量，调节W1，LED的内容将随着电压变化而相应变化，LED以十六进制方式对应显示数字量D7-D0。
在8086微机系统下配合程序，PCB板可以实现四位数数字式电子秤测量与控制。
程序可以输入不同的量程，当超过100的时候会提使二极管发光提示超出量程，并提供一定时间给予调整。
当被测物在范围之内，通过AD转换值与相应的放大倍数相乘得到的数会在四位数LED上显示。
Ø步进机工作原理分析
步进电机驱动原理：
是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机机作步进式旋转，切换是通过单片机输出脉冲信号来实现的。
所以调节脉冲信号的频率便可以改变步进机的转速，改变各相输入脉冲先后顺序，可以改变点击的旋转方向。
转速控制：
调节脉冲信号的频率便可以改变步进机的转速
图二：
步进电机原理图
Ø模数转换器ADC0809
ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。
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。
是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片
2.5元器件参数选择及清单
名称
型号
数量/个
市场价格（元）
集成芯片
OPO7DP
2
1
LM741
3
1
电阻
510KΩ
2
0.02
82KΩ
1
0.02
10KΩ
10
0.02
7.5KΩ
1
0.02
1KΩ
3
0.02
100
3
0.02
390Ω
2
0.02
变电阻
20KΩ
2
0.15
10KΩ
2
0.15
5KΩ
2
0.15
电容
1000pF
2
0.1
1uF
3
0.1
0.1uF
2
0.1
二极管
IN4007
3
0.04
三极管
C2655
1
0.15
A1013
1
0.15
参数选择：
单电源：
+12V
分辨率：
8位
显示精度：
0.1g
转换时间：
取决于时钟频率
2.7软件设计开发
2.7.1简介:
控制可编程芯片达到效果并使用汇编语言编写程序。
设计流程图如下：
图三：
程序设计流程图
2.7.2流程图解释：
首先：
对系统进行初始化，将LED屏幕的高三位作为显示，通过将要显示的字找到对应的段码，并将段码输出到字形口并赋给相应的字位口。
并且将80H的控制方式字输出到8255A的控制口。
第二：
将int0口作为ADC0809的转换口，并将通过0809转换的数据取出来。
第三：
由于上面通过公式已经求得M=D/2，因此可用40,80作为间断点将取得的数据分为三段：
0-40,40-80，80-256。
分别以这三段为标志将工作状态分为三个状态，同时有8255A，B口高三位控制三盏灯有序的点亮以区别各个不同的状态。
第四：
因为a,b系数已经求得，故此可以通过U模/5=D数/256，U模=aM+b求出M和D数的线性关系。
从而将从0809中取出的数据进行转化。
第五：
对转化后得到的M进行两次除法，除数为10，第一计算得到余数定为个位，并将它保存到BUFF1缓冲区。
第一次计算得到的商再做一次除法，商为百位存入到BUFF3缓冲区，余数作为十位存入BUFF2。
第六：
再将BUFF1,2,3三个数取出，对LED段代码缓冲区进行查表取数，取出的数赋给相应字位口的字形口。
从而就实现了在LED低三位屏上显示重量。
第七：
先将BUFF3的数取出，并与0比较确定当前质量是否大于100，当大于100则输出高速，当BUFF3为0则再取BUFF2，并将其与2比较，当小于2时则输出速度为0，当BUFF2大于2时，再将其与4比较，当BUFF2大于2小于4时输出低速，大于4则输出高速。
第八：
循环主程序使cpu能不断取数。
2.6软硬件调试
2.6.1硬件调试：
电路板焊接完成后，连线接通电路板，用万用表测电路板输出端的电压，先顺时针缓慢调整电位器RW6，这时万用表的电压读数会随着RW6的变化而发生递减（递增）的变化，当停止调整RW6时如果读数继续跳动而不会停止，说明焊接上可能出现虚焊或者元器件没焊牢。
如果读数停止跳动，当继续旋转电位器RW6，电压继续发生变化，通过电位器RW6的顺时针或逆时针的旋转，如果万用表中电压的读数能够从正直递减到零（从负值递增到零），说明硬件调试成功。
调整RW1来限制输入Dais平台的电压在5v以下。
2.6.2软件的调试：
在实验系统上按要求连好线，装载程序，编译，执行程序，显示为零，加载，若能显示预定的数据，说明软件调试成功。
若不行则检查电路板各器件连接是否完好，芯片是否插错，直到改正。
2.6.3硬件和软件的联合调试：
按要求连接好试验台及电路板的连线，打开仿真软件及编写好的程序，装载程序，编译，执行程序，显示为零，从外部加载模拟量，若能显示预定的数据，说明两者调试成功。
若不行则更改程序数值，再次调试，直至成功。
3.心得体会
3.1下图为劳动结果显示
图四：
桥路放大电路板
图五：
步进电机电路板
3.2心得和总结
这次微机原理课程设计我主要做的是“重量的测量与电机控制”的软件部分，简单参与了硬件制作。
整个过程历时半个月，在这段时间里，可以说得是苦多于甜，但是看到自己做的东西在“历尽千辛万苦”终于调试成功，看到自己辛苦编写的程序奔跑在cpu中，看着LED灯亮起的时候，真心觉得很值得。
之前一学期下来在书本上面学到的东西虽然让我对汇编和微机的各种芯片有了粗略的了解，但是“纸上得来终觉浅”，通过这次课程设计让我实际的了解到了各种芯片的作用，也引起了我对汇编这种机器语言的兴趣，整个编程过程下来，虽然自己也遇到了不少问题，但当通过请教和自己琢磨将问题解决的感觉永远是那样无与伦比。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
我们认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
我们应该认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在实时测量技术试验上学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！
4.参考文献
1.李国栋，汪新中，陈志平等.微机原理与接口课程设计.杭州：
浙江大学出版社，2007
2.周佩玲主编，微机原理与接口技术（基于16位机），北京：
电子工业出版社，2004
3.张伟等编，ProtelDXP入门与提高，人民邮电出版社，2003.2
4.李继灿著，新编16/32位微型计算机原理及应用（第3版），北京：
清华大学出版社，2004
5.甘登岱主编，ProtelDXP电路设计与制版实用教程，人民邮电出版社2004.7
5.附录：
参考源程序
;-----------------------重量测量及显示----------------------
ORG3390H
ZXKEQU0FFDCH;字形口
ZWKEQU0FFDDH;字位口
ADPORTEQU0FFE0H;AD转换入口，高三位：
入口选择
PAEQU0FFD8H;PA口地址，低四位接电机
PBEQU0FFD9H;PB口地址，高三位接指示灯
PCTRLEQU0FFDBH;控制口
DATASEGMENT
BUF1DB00H;位移个位缓冲区
BUF2DB00H;位移十位缓冲区
BUF3DB00H;位移百位缓冲区
LED1DB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H,20DUP（0）;带小数点段码缓冲区
LED2DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,20DUP（0）;不带小数点段码缓冲区
MOTOADB11H;单相通电缓冲区
MOTOBDB33H;双相通电缓冲区
MOTSTPDB1;相数判别缓冲区
DATAENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
;***************初始化设置*****************
START:
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
MOVAL,80H;8255初始化，方式0，全输出
MOVDX,PCTRL
OUTDX,AL
;***************主程序*****************
MAIN:
CALLADS;取AD转换结果
CALLCONVERT;16进制转10进制
CALLDISPLAY;显示质量大小
callSTATUS
CALLRUN_M;驱动电机
JMPMAIN;循环主程序
;*********************子程序*********************************
;**************AD转换兼运行状态显示*******************
ADS:
MOVAL,00H;选择in0口为数模转换入口
MOVDX,ADPORT
OUTDX,AL
MOVDX,ADPORT
INAL,DX;从adc中取数
PUSHax;将数据推入堆栈以备后面函数转换使用
CMPAL,40;质量为20g
JCMOD1;输出状态一的指示灯（PB5）
CMPAL,80;质量为40g
JCMOD2;输出状态二的指示灯（PB6）
MOVAL,07FH
JMPMOD3;输出状态三的指示灯（PB7）
MOD1:
MOVAL,0DFH
JMPMOD3
MOD2:
MOVAL,0BFH
MOD3:
MOVDX,PB
OUTDX,AL
popax
RET
;*************进制换算********************
CONVERT:
SHRAL,1;除以2，因为根据公式算出M等于U/2
MOVAH,0
MOVBL,10
DIVBL;十六进制数转换为十进制数；商为十位，余数为个位
PUSHAX;将第一次计算的余数推入堆栈
ANDAX,00FFH;将ax高8位置0，由前一次的商做这次除法的被除数
DIVBL
POPBX;取第一次计算的余数作为个位
MOVBUF3,AL;BUF3中存放百位
MOVBUF2,AH;BUF2中存放十位
MOVBUF1,BH;BUF1中存放个位
RET
;*************重量显示********************
DISPLAY:
MOVAL,BUF3;取数值
LEABX,LED2
XLAT;查表取数
MOVDX,ZXK
OUTDX,AL
MOVAL,04H
MOVDX,ZWK
OUTDX,AL
CALLDELAY
MOVAL,BUF2
LEABX,LED2
XLAT
MOVDX,ZXK
OUTDX,AL
MOVAL,02H
MOVDX,ZWK
OUTDX,AL
CALLDELAY
MOVAL,BUF1
LEABX,LED2
XLAT
MOVDX,ZXK
OUTDX,AL
MOVAL,01H
MOVDX,ZWK
OUTDX,AL
CALLDELAY
RET
;**************显示屏高三位显示我们组号****************
STATUS:
MOVAL,0C0H;
MOVDX,ZXK;
OUTDX,AL;
MOVAL,20H;
MOVDX,ZWK;
OUTDX,AL
CALLDELAY;在最高位显示0，以下类似
MOVAL,0A4H
MOVDX,ZXK
OUTDX,AL
MOVAL,10H
MOVDX,ZWK
OUTDX,AL
CALLDELAY
MOVAL,82H
升级会员 