微機(jī)原理課數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程設(shè)計(jì).doc

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1、微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 學(xué)院： 信息工程學(xué)院專業(yè)： 電子信息工程班級(jí)： 24030802學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師：李偉 1月 4日至 1 月 9日 共 1 周 指導(dǎo)教師（簽字） 1、 設(shè)計(jì)指標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 基本要求：微型計(jì)算機(jī)最小系統(tǒng) 具有8路模擬輸入 輸入信號(hào)為0500mV 采用數(shù)碼管8位，顯示十進(jìn)制結(jié)果 輸入量與顯示誤差小于1% 中斷方式2、 設(shè)計(jì)方案與論證 考慮本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求，該系統(tǒng)的功能框圖如下放大電路 ADC 0809CPU系統(tǒng)8088 PC總線 模擬輸入 顯示器 8255A8259A(1） AD轉(zhuǎn)換器的選擇1、根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器基本原理及特點(diǎn)，可以分為以下類型：

2、積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。1）積分型（如TLC7135） 積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。2）逐次比較型（如ADC0809）逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開(kāi)始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較

3、高、功耗低，在低分辯率（12位）時(shí)價(jià)格很高。3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級(jí)（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉(zhuǎn)換時(shí)序角度又可稱為流水線（Pipe

4、lined）型AD，現(xiàn)代的分級(jí)型AD中還加入了對(duì)多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。4）-(Sigma?/FONTdelta)調(diào)制型（如AD7705） -型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度)信號(hào)，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測(cè)量。5）電容陣列逐次比較型 電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的

5、電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。6）壓頻變換型（如AD650）壓頻變換型（Voltage-Frequency Converter）是通過(guò)間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無(wú)限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個(gè)數(shù)的寬度。其優(yōu)點(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換?？紤]到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求8路模擬輸入，可采用的A/D轉(zhuǎn)換器有多種如：AD574、ADC0809、

6、ADC0804等，但是ADC0809本身具有8路模擬輸入端，不需要多路開(kāi)關(guān)，考慮節(jié)省硬件開(kāi)支故采用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2、 ADC0809的技術(shù)指標(biāo)如下 ：（1）主要特性l 具有8路模擬輸入，8位AD轉(zhuǎn)換器；l 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us；模擬輸入電壓范圍0V+5V,不需要零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；l 低功耗，約15mW。（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8路開(kāi)關(guān)樹(shù)型D/A轉(zhuǎn)換、逐次逼近型寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微

7、處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。 圖 圖2ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3 ADC0809的引腳圖3.外部引腳功能 1)與CPU相連的引腳 D0D7：8位數(shù)字量輸出端。通常與CPU的數(shù)據(jù)線相連接。 START：AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 ADDA、ADDB、ADDC：地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入、高電平有效。 OE：輸出允許信號(hào)，輸出、高電平有效。 EOC：AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出、高電平有效。 2)與外設(shè)相連的引腳IN0 IN7：8路模擬信號(hào)輸入端。 3)其它引腳 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。 REF(+)、REF(-)：基準(zhǔn)電

8、壓。般與微機(jī)接口時(shí)，REF(-)為0或-5V，REF(+)為+5V或0。（2） 中斷控制器的選擇 1）中斷系統(tǒng)功能組成l 實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)和中斷返回當(dāng)CPU收到中斷請(qǐng)求后，能根據(jù)具體情況決定是否響應(yīng)中斷，如果CPU沒(méi)有更急、更重要的工作，則在執(zhí)行完當(dāng)前指令后響應(yīng)這一中斷請(qǐng)求。 l 實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)通常，系統(tǒng)中有多個(gè)中斷源，當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，要求計(jì)算機(jī)能確定哪個(gè)中斷更緊迫，以便首先響應(yīng)。為此，計(jì)算機(jī)給每個(gè)中斷源規(guī)定了優(yōu)先級(jí)別，稱為優(yōu)先權(quán)。這樣，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先權(quán)高的中斷能先被響應(yīng)，只有優(yōu)先權(quán)高的中斷處理結(jié)束后才能響應(yīng)優(yōu)先權(quán)低的中斷。計(jì)算機(jī)按中斷源優(yōu)先權(quán)高低逐次響應(yīng)的

9、過(guò)程稱優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，這個(gè)過(guò)程可通過(guò)硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，亦可通過(guò)軟件查詢來(lái)實(shí)現(xiàn)。 l 實(shí)現(xiàn)中斷嵌套當(dāng)CPU響應(yīng)某一中斷時(shí)，若有優(yōu)先權(quán)高的中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，則CPU能中斷正在進(jìn)行的中斷服務(wù)程序，并保留這個(gè)程序的斷點(diǎn)（類似于子程序嵌套），響應(yīng)高級(jí)中斷，高級(jí)中斷處理結(jié)束以后，再繼續(xù)進(jìn)行被中斷的中斷服務(wù)程序，這個(gè)過(guò)程稱為中斷嵌套。2） 中斷系統(tǒng)的組成 微處理器應(yīng)有處理中斷請(qǐng)求的機(jī)制與相關(guān)硬件電路：接收請(qǐng)求，響應(yīng)請(qǐng)求，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，處理完返回。 外圍應(yīng)有一個(gè)與處理器匹配的中斷控制器：管理多個(gè)中斷源，優(yōu)先級(jí)裁決，中斷源屏蔽等功能。 2、本次設(shè)計(jì)中斷控制器選用82591）可編程中斷控制器8259功能

10、、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳定義（1）可編程中斷控制器8259功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu) l 中斷請(qǐng)求寄存器（IRR）：8位寄存器，可寄存儲(chǔ) 8 個(gè)請(qǐng)求輸入（IR0-IR7）的狀態(tài)。 l 優(yōu)先權(quán)裁決器：對(duì)請(qǐng)求源與正在被服務(wù)的中斷級(jí)進(jìn)行比較，裁決出優(yōu)先級(jí)最高者。 l 中斷服務(wù)寄存器（ISR）：8位，與IRR對(duì)應(yīng)，記錄正被處理的請(qǐng)求。IRn被響應(yīng)，ISRn被置1；IRn處理結(jié)束， ISRn置0。 l 中斷屏蔽寄存器（IMR）：8位，某位置1對(duì)應(yīng)IRR位的請(qǐng)求被屏蔽。 l 控制邏輯：寄存8259的命令字，多種工作方式的控制，向處理器發(fā)INT，接收。 l 級(jí)聯(lián)緩沖器/比較器：多片8259級(jí)聯(lián)時(shí)，對(duì)從片的標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行寄存與比

11、較。 圖4 8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2） 8259的外部引腳信號(hào) 圖5 8259外部引腳圖8259的主要引腳信號(hào)說(shuō)明 l D7-D0：雙向數(shù)據(jù)總線, 與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接。 l :片選信號(hào),低電平有效，確定芯片在系統(tǒng)I/O空間位置。 l A0: 地址線,8259占相鄰的2個(gè)I/O地址,與CS信號(hào)配合,A0=0選偶端口,A0=1選奇端口。 l CAS2-CAS0: 雙向級(jí)聯(lián)線。在主從級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中，主片輸出，從片輸入。主片發(fā)從片標(biāo)識(shí)碼，從片比較，符合時(shí)輸出中斷類型碼。 l ：雙向信號(hào)，低電平有效。輸入時(shí)為SP，硬接線確定主從（主片SP接高電平）；輸出時(shí)為EN，作為DB緩沖允許。 l INT：中斷請(qǐng)求，輸出

12、，與CPU的INTR腳相連，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 l ：中斷響應(yīng)，低電平有效，輸入，與8086/88相連。2) 8259A的工作方式 (1) 優(yōu)先級(jí)方式選擇 a)全嵌套方式：固定優(yōu)先級(jí),IR0最高,IR7最低。 b)特殊全嵌套:與a)基本相同,響應(yīng)同級(jí)中斷請(qǐng)求 c)優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)：某級(jí)被響應(yīng)后，降為最低。如IR4被響應(yīng)后，優(yōu)先級(jí)順序變?yōu)椋?IR5,IR6,IR7,IR0,IR1,IR2,IR3,IR4。 d)優(yōu)先級(jí)特殊循環(huán)方式：編程指定最低優(yōu)先級(jí)，其它同c)。 (2)屏蔽中斷方式選擇 a)普通屏蔽方式選擇：對(duì)應(yīng)IMR為1的位中斷請(qǐng)求將被屏蔽。 例如：IMR=00001100，則IR2、IR3

13、的中斷請(qǐng)求被禁止。 b）特殊屏蔽方式: 執(zhí)行中斷程序時(shí),動(dòng)態(tài)改變優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu),屏蔽本級(jí),允許較低級(jí)請(qǐng)求被服務(wù)。 (3)中斷結(jié)束方式：ISRn被清0，中斷結(jié)束。 a)自動(dòng)結(jié)束方式：8259收到后自動(dòng)把中斷在服務(wù)寄存器ISRn位清0（適用于單片8259和中斷無(wú)嵌套的情況）。 b)一般結(jié)束方式：8086發(fā)命令清除中斷在服務(wù)寄存器ISR中的最高的置1位清0，結(jié)束中斷（在全嵌套方式下使用）。 c)特殊結(jié)束方式：編程向8259發(fā)出一條特殊中斷結(jié)束命令，將中斷在服務(wù)寄存器ISR中指定位清0（在非全嵌套方式下使用）。 (4)中斷請(qǐng)求信號(hào)觸發(fā)方式選擇 a）邊沿觸發(fā)方式。8259的IR0-IR7輸入端出現(xiàn)低電平到高

14、電平的正跳變信號(hào)，表示有中斷請(qǐng)求。出現(xiàn)正跳變信號(hào)后，允許高電平保持。 b）電平觸發(fā)信號(hào)。 8259的IR0-IR7輸入端出現(xiàn)高電平信號(hào)時(shí)，表示有中斷請(qǐng)求。該請(qǐng)求信號(hào)必須在中斷服務(wù)程序中的中斷結(jié)束命令執(zhí)行前予以撤消，否則會(huì)引起不應(yīng)有的第二次中斷。 3） 8259的命令字 8259工作方式設(shè)定及運(yùn)行中的控制，均由8086發(fā)來(lái)的命令字(1字節(jié)代碼)決定。命令字分初始化命令字和操作命令字兩種，系統(tǒng)向8259兩個(gè)端口之一寫(xiě)入。8259根據(jù)接收命令字的端口號(hào)，特征位及順序決定命令字的屬性。 (1)初始化命令字(Word,ICW) ICW1-ICW4四個(gè)初始化命令字,有接收順序要求。 8259初始化流程如下

15、 ：（a）ICW1的格式與定義：芯片控制 LTIM=1中斷請(qǐng)求電平觸發(fā), LTIM=0中斷請(qǐng)求邊沿觸發(fā)。 SNGL=1單片8259系統(tǒng)，SNGL=0多片8259系統(tǒng)。 AD1在8088/8086系統(tǒng)中不起作用。 IC4在8088/8086系統(tǒng)中恒為1。 （b）ICW2的格式和定義：中斷類型碼設(shè)定 ICW2用來(lái)指定8259的8個(gè)中斷請(qǐng)求IR7-IR0的中斷類型碼。其中T7-T3由程序?qū)懭?，最?位（D2-D0）根據(jù)當(dāng)前正在響應(yīng)的中斷請(qǐng)求IRn的n值自動(dòng)填入。 例如：若ICW2為40H，則IR0-IR7所對(duì)應(yīng)的中斷類型碼為40H。41H，42H，43H，44H，45H，46H，47H。 （c）IC

16、W3的格式和定義：在多片8259系統(tǒng)中，其格式和含義依主片、從片而定。 主片的格式： 若主片的IR0-IR7的某個(gè)引腳上連接從片8259，則ICW3的該位為1。 從片的格式： ID2-ID0的值取決于本從式的INT輸出端連接到主片IR哪個(gè)輸入端。例如，連接到IR7，則 ID2ID1ID0=111 從片的CAS2-CAS0接收從主片8259發(fā)來(lái)的編碼，并與本身的ICW3中的ID2-ID0比較，若相等，則在中斷響應(yīng)過(guò)程中，將自己的中斷類型碼送CPU。 （d）ICW4的格式和定義：工作方式設(shè)定 SFNM=1特殊全嵌套、SFNM=0非特殊全嵌套。 AEOI=1中斷自動(dòng)結(jié)束、AEOI=0一般中斷結(jié)束。

17、BUF=0，DB無(wú)緩沖，用作；BUF=1，DB有緩沖，主從片軟件定。 （當(dāng)BUF=1時(shí)），M/S=1為主片、M/B=0為從片。 PM=1，8086系統(tǒng)； PM=0，8085系統(tǒng)。 （三）并行接口選擇本次設(shè)計(jì)采用8255作為并行接口，8255外部引腳如圖6圖6 8255外部引腳1、8255的主要性能參數(shù)為（1）共有4個(gè)端口：A口連 8位并行PA口線B口連 8位并行PB口線C口連 8位并行PC口線控制端口 （2） 三種工作方式。 （3）可提供中斷和查詢數(shù)據(jù)傳輸方式。 （4）可直接與系統(tǒng)總線相連。2、 內(nèi)部組成及引腳功能如圖7 圖 7 8255A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）與CPU接口部分 緩沖器：8位雙向三態(tài)

18、緩沖器。 讀寫(xiě)邏輯：對(duì)A口、B口、C口讀/寫(xiě)控制，對(duì)控制口寫(xiě)控制字。（2）與外設(shè)接口部分 A口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。B口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。C口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。（3）引腳功能 CPU與8255交換數(shù)據(jù)引腳l RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。l D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)位數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作，控制字和狀態(tài)信息也通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送。l CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許8255與C

19、PU進(jìn)行通訊。l RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8255通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。l WR:寫(xiě)入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)入8255。A0、A1：內(nèi)部寄存器尋址。A1 A0 0 0 讀寫(xiě)A口 0 1 讀寫(xiě)B(tài)口 1 0 讀寫(xiě)C口 1 1 寫(xiě)控制寄存器 與I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)引腳l PA0PA7：A口的8位輸入/輸出線。l PB0PB7：B口的8位輸入/輸出線。l PC0PC7：有如下用途：作為8位輸入/輸出線；作為兩個(gè)4位輸入/輸出線：PC0PC3、PC4PC7;可對(duì)每一位實(shí)現(xiàn)按位“置位”或“復(fù)位”控制

20、;作為8255的狀態(tài)口;專用聯(lián)絡(luò)信號(hào)線。3、 工作方式控制字 8255有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。兩組端口可分別指定不同的工作方式。每組端口在某種工作方式下，并不要求各信號(hào)同為輸入或同為輸出，而是可以分別指定。方式選擇控制字的格式如圖8所示圖8 8255方式選擇控制字4、 PC口控制字 PC口的各信號(hào)線常作為控制線來(lái)使用，因此，經(jīng)常需要單獨(dú)對(duì)每根信號(hào)線置1或置0。這種操作用向PC口控制字寄存器送出PC口控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PC口控制字格式如圖9所示。 圖9 PC口控制字(4) LED驅(qū)動(dòng)器的選擇 在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)和單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中,利用L ED 對(duì)數(shù)字量的顯示是非常普遍的。因?yàn)閿?shù)字

21、量顯示和模擬量顯示相比較, 具有直觀、明了等優(yōu)點(diǎn),特別是在集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天, 模擬量數(shù)字化已成為一種趨勢(shì)。而合理的選用L ED 的驅(qū)動(dòng)電路則是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。下面介紹一種具有記憶功能、能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)八位L ED 的集成芯片。本設(shè)計(jì)選用ICM7218，其管腳圖下： 1 28255 201014 15cebDPID6ID5ID7WRITEMODE ID4 ID1 ID0 ID2ID3VSSagdfDigit3Digit4Digit7Digit8VDDDigit6Digit5Digit2Digit1ICM 7218 圖10 ICM7218芯片管腳圖1、 ICM7218的主要性能(

22、1) 可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8 位L ED 數(shù)碼管;(2) 單+ 5V 供電,電壓降到2V 時(shí)數(shù)據(jù)不丟失;(3) 無(wú)需外加限流電阻和時(shí)鐘;(4) 編程容易,占用微處理器時(shí)間少;(5) 有低功耗工作狀態(tài),功耗僅10A 左右;(6) 體積小,不發(fā)熱。2、ICM7218的工作原理名稱引腳號(hào)功能說(shuō)明SEG A-SEG G1618，2023七段驅(qū)動(dòng)輸出DIGITI-DIGIT814，2427八位位選擇輸出ID0-ID757，1014八位位數(shù)據(jù)接口輸入WR8數(shù)據(jù)寫(xiě)入控制管腳MODE9區(qū)分顯示數(shù)據(jù)、控制字管腳D.P15小數(shù)點(diǎn)顯示管腳VCC19+5V電源GND28地 ICM7218 用于16 進(jìn)制/ 10 進(jìn)制顯示模式,

23、 其內(nèi)部有一個(gè)8 8 靜態(tài)RAM ,存放8 位L ED 顯示數(shù)據(jù)。在計(jì)數(shù)器的控制下, 顯示數(shù)據(jù)和相應(yīng)的位信號(hào)依次出現(xiàn)在輸出口上, 驅(qū)動(dòng)L ED 數(shù)碼管顯示。顯示數(shù)據(jù)命令和顯示控制字命令是靠MODE 端口區(qū)別的。綜上所述,該器件在顯示方式上仍然是循環(huán)掃描式的, 但該器件由于內(nèi)部具有RAM , 只需要寫(xiě)入顯示命令和顯示數(shù)據(jù), 就不需要外界的介入, 因此, 它特別適用于對(duì)數(shù)據(jù)等要做較多處理, 而希望顯示對(duì)系統(tǒng)的總體開(kāi)銷占用較小的情況。下面是ICM7218的引腳說(shuō)明 表1 ICM7218芯片的引腳說(shuō)明 ICM7218芯片具有典型的8位并行數(shù)據(jù)接口，顯示數(shù)據(jù)和控制字都是通過(guò)8位數(shù)據(jù)接口輸入的。 當(dāng)MOD

24、E=1時(shí)，送入控制字；當(dāng)MODE=0時(shí)，送入顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)要更改顯示數(shù)據(jù)時(shí)，首先寫(xiě)入控制字節(jié)，接著寫(xiě)入8個(gè)要顯示的數(shù)據(jù)即可。 ICM7218芯片有兩種譯碼方式：16進(jìn)制譯碼和BCD譯碼，有控制字決定，下表是兩種不同譯碼方式：ID3ID2ID1ID0十六進(jìn)制BCD0000000001110010220011330100440101550110660111771000881001991010A-1011BE1100CH1101DL1110EP1111F全黑 表2 ICM7218芯片譯碼方法（5） LED（light Emitting Diode）顯示器 （七段數(shù)碼管）數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基

25、本單元是發(fā)光二極管。 【數(shù)碼管的分類】 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）； 按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管; 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GN

26、D上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 圖11 （a）共陽(yáng)極 （b）共陰極 七段LED引腳如下： 圖12 LED引腳圖 因?yàn)閿?shù)碼管有共陽(yáng)極和共陰極之分，所以它們的顯示字符段碼也不一樣。7段LED顯示器字符段碼表如下： 字符共陽(yáng)極段碼共陰極段碼 字符 共陽(yáng)極段碼共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 98H 67H 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH B 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H D A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F

27、 8EH 71H 7 F8H 07H . 7FH 80H 8 80H 7FH 8 00H FFH 表4 7段LED顯示器字符段碼表 從上表可以看出，對(duì)同一個(gè)顯示字符，共陽(yáng)極與共陰極的段碼互為反碼。原因是在共陰極電路中，當(dāng)各端輸入端為邏輯1時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED點(diǎn)亮；而在共陽(yáng)極電路中則正好相反，各端輸入端為邏輯0時(shí)，對(duì)應(yīng)LED才發(fā)亮。3、 硬件電路連接 圖13 硬件連接圖四、軟件編程 圖14 （a）中斷服務(wù)流程 （b）主程序服務(wù)流程代碼及說(shuō)明主程序：*寄存器定義*STATUS EQU 03H ;定義狀態(tài)寄存器地址PORTB EQU 06H ;定義端口B的數(shù)據(jù)寄存器地址PORTC EQU 07H ;定義

28、端口C的數(shù)據(jù)寄存器地址TRISB EQU 86H ;定義端口B的方向寄存器TRISC EQU 87H ;定義端口C的方向寄存器PCL EQU 02H ;定義程序指針寄存器*變量聲明*COUNT EQU 20H ;定義LED的計(jì)數(shù)值*常量聲明*RP1 EQU 06H ;定義狀態(tài)寄存器中的頁(yè)選位RP1RP0 EQU 05H ;定義狀態(tài)寄存器中的頁(yè)選位RP0Z EQU 02H ;定義狀態(tài)寄存器中0標(biāo)志位ZWR_ EQU 00H ;定義PORTB的第0位MODE EQU 00H ;定義PORTB的第1位* ORG 000H *主程序開(kāi)始*MAIN*初始化* BCF STATUS,RP1 ;轉(zhuǎn)到體1 B

29、SF STATUS,RP0 MOV LW 00H MOV WF TRISC ;設(shè)置端口C為輸出 MOV WF TRISB ;設(shè)置端口B為輸出 BCF STATUS,RP1 ;轉(zhuǎn)到體0 BCF STATUS,RP0 BSF PORTB,WR_*初始化結(jié)束*BEGIN BSF PORTB,MODE ;工作在寫(xiě)控制字模式 MOV LW 0FFH ;將FFH傳到W MOV WF PORTB BCF PORTB,WR_ ;寫(xiě)入到ICM7218A中 BSF PORTB,WR_ BCF PORTB,MODE ;工作在寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)模式 MOV LW 00H MOV WF COUNT ;將LED計(jì)數(shù)值設(shè)為0BEG

30、IN1 MOV F COUNT,0 ;開(kāi)始送顯示數(shù)據(jù)MOV WF PORTC ;將數(shù)據(jù)輸出到PORTCBCF PORTB,WR_ ;寫(xiě)入到ICM7218A中BSF PORTB,WR_ INCF COUNT,1 ;計(jì)數(shù)值加1MOV LW 08HXOR WF COUNT,0 ;COUNT和08H異或BTFSS STATUS,Z ;如果Z為1，則COUNT和0AH相同 GOTO BEGIN1LOOP GOTO LOOP ;8個(gè)顯示數(shù)據(jù)發(fā)送完畢;*主程序結(jié)束* END 各通道采集數(shù)據(jù)平均值存儲(chǔ)單元分配IN0IN7 分別對(duì)應(yīng)6008060087HIN1: 60010H6001FHIN2: 60020H6

31、002FHIN3: 60030H6003FHIN4: 60040H6004FHIN5: 60050H6005FHIN6: 60060H6006FHIN7: 60070H6007FH 各通道界限值存儲(chǔ)單元分配IN0: 下限值X0min占用60088HIN0: 上限值X0max占用60089HIN1IN7的上限值分別保存在6008A60090H單元 五、誤差分析由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的中的元器件很多，從數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換，直至信號(hào)輸出，經(jīng)過(guò)許多環(huán)節(jié)，其中既有模擬電路，又有數(shù)字電路，各種誤差源很復(fù)雜，歸納起來(lái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差主要包括模擬電路誤差、采樣誤差和轉(zhuǎn)換誤差。（一）模擬電路誤差 1、 模

32、擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻 Ron 的誤差 2、 多路模擬開(kāi)關(guān)泄漏電流 Is 引起的誤差 3、 采樣保持器衰減率引起的誤差 4、 放大器的誤差 （二）采樣誤差 1、 采樣頻率引起的誤差 2、 系統(tǒng)的通過(guò)速率與采樣誤差 （三） A/D 轉(zhuǎn)換器的誤差 A/D 轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要部件，它的性能指標(biāo)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，也是系統(tǒng)中的重要誤差源。選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須從精度和速度兩方面考慮，選用 A/D 轉(zhuǎn)換器要考慮它的位數(shù)、速度及輸出接口。 1、A/D 轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)誤差 1） 量化誤差 2） 失調(diào)誤差 3） 增益誤差 4) 非線性誤差 2、 A/D 轉(zhuǎn)換器的速度對(duì)誤差的影響 A/D 轉(zhuǎn)換器

33、速度用轉(zhuǎn)換時(shí)間來(lái)表示。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通過(guò)速率（吞吐時(shí)間）中， A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間占有相當(dāng)大的比重。選用 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)必須考慮到轉(zhuǎn)換時(shí)間滿足系統(tǒng)通過(guò)率的要求，否則會(huì)產(chǎn)生較大的采樣誤差。 A/D 轉(zhuǎn)換器接轉(zhuǎn)換速度可分為高速、快速和低速三類。高速 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 1us ，快速的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1100us ，低速的在 100us 以上（四）D/A轉(zhuǎn)換器的誤差同A/D轉(zhuǎn)換器一樣D/A轉(zhuǎn)換器誤差控制要從精度和轉(zhuǎn)換速率兩方面考慮。1、 轉(zhuǎn)換精度：DAC的轉(zhuǎn)換精度與DA轉(zhuǎn)換芯片的結(jié)構(gòu)、外部電路器件配置和電源誤差有關(guān)。當(dāng)這些因素造成較大的DA轉(zhuǎn)換誤差，并超過(guò)一定程度時(shí)，DA轉(zhuǎn)換就會(huì)產(chǎn)生

34、錯(cuò)誤。如果不考慮DA轉(zhuǎn)換的誤差，DAC轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小，因此，要獲得高精度的DA轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要選擇有足夠高分辨率的DAC。 DA轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。DAC的轉(zhuǎn)換誤差包括零點(diǎn)誤差、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差。絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度是指滿劍度數(shù)字量輸入BJ，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標(biāo)準(zhǔn)電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度指在滿刻度已經(jīng)校準(zhǔn)的前提下，整個(gè)刻度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了DAC的線性度。通常，相對(duì)轉(zhuǎn)換精度比絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度更有實(shí)用性。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿量程輸出的百分

35、數(shù)來(lái)表示，有時(shí)也用最低位(LSB)的幾分之幾來(lái)表示。2、非線性誤差：DA轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)度量。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)一殷要求非線性誤差不大于12LSD。3、轉(zhuǎn)換速率/建立時(shí)間：轉(zhuǎn)換速率實(shí)際是由建立時(shí)問(wèn)來(lái)反映的。建立時(shí)間是指數(shù)字量為滿刻度值(各位全為1)時(shí)，DAC的模擬輸出電壓達(dá)到某個(gè)規(guī)定值(比如，90滿量程或12LsB滿量程)時(shí)所需要的時(shí)間。建立時(shí)間是DA轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。很顯然，建立時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。不同型號(hào)DAC的建立時(shí)間一般從幾個(gè)毫微秒到幾個(gè)微秒不等。若輸出形式是電流，DAC的建立時(shí)間是很短的；若

36、輸出形式是電壓，DAC的建立時(shí)間主要是輸出運(yùn)算放大器所需要的響應(yīng)時(shí)間。（五）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差的計(jì)算在分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得誤差來(lái)源后，要計(jì)算誤差，誤差的計(jì)算公式有以下兩個(gè)：按均方根形式綜合誤差的表達(dá)式為 按絕對(duì)值和方式綜合誤差的表達(dá)式為：式中：多路模擬開(kāi)關(guān)的誤差； 放大器的誤差； 采樣保持器的誤差； A D 轉(zhuǎn)換器的誤差六、設(shè)計(jì)體會(huì)總結(jié) 這次的微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)是從1月4號(hào)開(kāi)始的，在這短短的一周時(shí)間里，我覺(jué)得學(xué)到了許多的知識(shí)，特別是在實(shí)踐方面提高了許多，平時(shí)我們只是從事于對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)了解，雖然有些東西在課堂是很容易理解明白,但在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)卻顯得不那么簡(jiǎn)單，這次課設(shè)深化了我對(duì)

37、實(shí)踐與理論關(guān)系的理解，啟發(fā)我以后在學(xué)習(xí)中，不僅要對(duì)所學(xué)知識(shí)要懂，而且要會(huì)應(yīng)用。 在本次課設(shè)中，用到的東西很多，這使我對(duì)protel軟件，word軟件，multisim軟件以及visio軟件有了進(jìn)一步的了解，而且熟練了對(duì)它們的應(yīng)用，提高了自己的動(dòng)手能力，為以后服務(wù)社會(huì)打下了基礎(chǔ)。當(dāng)然起初對(duì)它們中的有些軟件真的是一竅不通，但是經(jīng)過(guò)去圖書(shū)館查閱有關(guān)資料，以及通過(guò)網(wǎng)頁(yè)查詢以及在同學(xué)之間的相互探討，遇到的難關(guān)都被一一攻破。叢中的體會(huì)是圖書(shū)館資源以及網(wǎng)絡(luò)資源是在學(xué)習(xí)中不可或缺的。 這次的課設(shè)讓我們重新復(fù)習(xí)了相關(guān)的知識(shí)，綜合了以前學(xué)習(xí)的幾門(mén)課本的知識(shí)，我們才得以完成這次課設(shè)，雖然不是那么容易，但當(dāng)完成報(bào)告時(shí)，心里卻很有成就。總之，在這次的課設(shè)中我受益匪淺，不僅鞏固知識(shí)，提高了實(shí)踐能力，而且還加強(qiáng)了與同學(xué)們之間的合作意識(shí)，這會(huì)使我終身受益。7、 主要參考資料1、 微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù) 郭蘭英 清華大學(xué)出版社2、 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 林濤 清華大學(xué)出版社3、 IBM-PC 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 沈美明、溫冬嬋 清華大學(xué)出版社4、基于Altium Designer的原理圖與PCB設(shè)計(jì) 史久貴 機(jī)械工業(yè)出版社5Multisim 10 電路仿真及應(yīng)用 張新喜 機(jī)械工業(yè)出版社27