《硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告》word版

精品計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告2011年 9月 徐州1 選題與需求分析1.1 選題經(jīng)過(guò)小組成員的認(rèn)真考慮，最終確定課程設(shè)計(jì)的題目為數(shù)字示波器。數(shù)字示波器是智能化數(shù)字存儲(chǔ)示波器的簡(jiǎn)稱(chēng)，是模擬示波技術(shù)、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合產(chǎn)物。與傳統(tǒng)示波器相比，數(shù)字示波器不僅具有可存儲(chǔ)波形、體積小、功耗低、方便攜帶等特點(diǎn)，而且還具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)信號(hào)處理分析等功能。因此在電子電信類(lèi)實(shí)驗(yàn)室中使用越來(lái)越廣泛。但目前我國(guó)使用的高性能數(shù)字示波器主要依靠國(guó)外產(chǎn)品，因此研究數(shù)字示波器有重要意義。1.2 需求分析示波器在電子測(cè)量、測(cè)試儀器中有著很廣泛的應(yīng)用，是觀察模擬電路和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。該課程設(shè)計(jì)是基于HUSY試驗(yàn)箱的示波器模擬，由于儀器限制，只實(shí)現(xiàn)示波器的基本功能。設(shè)計(jì)的初步思想是實(shí)現(xiàn)復(fù)位、波形延展、顯示模擬量的基本大小信息。經(jīng)過(guò)小組討論，示波器可有兩種工作方式。一種用波形的幅度來(lái)表示模擬量的大小，另一種工作方式用波長(zhǎng)來(lái)表示模擬量的大小。2 總體設(shè)計(jì)2.1 硬件方案 不論工作在哪種工作方式下，都需要用到8279、0809芯片。在方式二下還需要用到8253作分頻。在兩種方案中，0809做數(shù)模轉(zhuǎn)換，把模擬電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用8279控制顯示器。一、 用波形幅度來(lái)表示模擬量的大小模擬信號(hào)輸入0809轉(zhuǎn)換8086CPU8279LED顯示器二、 用波長(zhǎng)來(lái)表示模擬量大小0809轉(zhuǎn)換8086CPU8253分頻8279LED顯示器0809轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)輸入.2.2 軟件方案 在兩種方案下分別對(duì)應(yīng)兩種軟件方案，都必須包括0809,8279這些器件的初始化，還有這些器件的控制，然后第二個(gè)方案還要有8253的相關(guān)程序。一、 用波形幅度來(lái)表示模擬量的大小輸出8279中對(duì)應(yīng)編碼的AL，LED對(duì)應(yīng)亮將8279中的LED編碼改了在8279中判斷該數(shù)字的高低0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量給0809一個(gè)電壓對(duì)8279初始化對(duì)0809初始化二、 用波長(zhǎng)來(lái)表示模擬量大小根據(jù)8255的數(shù)據(jù)總線的值看是否轉(zhuǎn)換完畢轉(zhuǎn)換完畢后對(duì)8279進(jìn)行編碼，控制波形。對(duì)0809初始化對(duì)8255初始化對(duì)8279初始化3 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 硬件實(shí)現(xiàn)第一方案：1、 在第一方案中，我們僅用到了0809、8279兩種芯片各一個(gè)。2、 0809實(shí)現(xiàn)將電壓的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。然后8279實(shí)現(xiàn)一個(gè)將數(shù)字量按照一定的算法，轉(zhuǎn)化成一定的波形，呈現(xiàn)在它自帶的LED顯示屏上。3、 管腳的連接是這樣的，首先將電壓的輸出接到0809的一個(gè)輸入上。然后是0809的clock接到1M/S的接口上，再來(lái)是0809的使能接到一個(gè)地址上。然后是8279的使能接到另一個(gè)地址上。這樣就完成了接線。4、 芯片用的計(jì)算主要有：首先是電壓值轉(zhuǎn)化成數(shù)字量之后要在8279的LED燈上進(jìn)行轉(zhuǎn)化，所以就要對(duì)數(shù)字量進(jìn)行一定的算法計(jì)算。因?yàn)檗D(zhuǎn)化之后是0255的數(shù)值范圍太大，所以我們將轉(zhuǎn)化之后的數(shù)除以16得到一個(gè)范圍為015的數(shù)，這樣對(duì)于后面的LED燈的顯示編碼有了很大的簡(jiǎn)便。再來(lái)是對(duì)LED顯示屏的對(duì)應(yīng)編碼。由于我們是做一個(gè)示波器，所以不需要像8279提供的那樣，顯示數(shù)值，所以必須對(duì)8279的LED顯示屏進(jìn)行重新的編碼。然后我們將低電平編為08H也就是對(duì)應(yīng)的下面的一個(gè)燈亮；將中等電平編為40H也就是對(duì)應(yīng)的中間的一個(gè)燈亮；然后將高電平編為01H也就是對(duì)應(yīng)的高的一個(gè)燈亮。至此我們的基本的算法就結(jié)束了。5、 硬件連線圖： 以上為實(shí)驗(yàn)連接圖第二方案：方案二用到的芯片有8255、8279、0809。芯片圖如下：8255芯片圖電路連接圖在該示波器中，0809起模數(shù)轉(zhuǎn)換的作用。用到的管腳有：用于啟動(dòng)0809的START管腳、CLK管腳、ALE管腳，VCC管腳、REF(+)管腳、REF(-)管腳、GND管腳，通道選擇ABC三個(gè)管腳，允許輸出管腳OE，結(jié)果數(shù)據(jù)輸出管腳D0-D7,模擬通道IN0。8279控制七段數(shù)碼管的顯示。用到的管腳有：D0-D7，RD，WR，RESET，OUT0-OUT7，CS，CLK，BD,A0,VCC,SL0-SL3，GND。8255主要用于檢測(cè)0809轉(zhuǎn)換完畢與否。用到的管腳有:PA0，CS,RD,WR,D0-D7，A1,A0，VDD,VSS。8255只用于檢測(cè)轉(zhuǎn)換完畢，因此只需工作在方式0，基本輸入輸出方式，用A口作輸入。電路連接圖如上圖所示。系統(tǒng)的工作流程為：當(dāng)有模擬量輸入后，0809啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，8255檢測(cè)轉(zhuǎn)換完畢與否。當(dāng)連接EOC端的PA0口將數(shù)據(jù)傳送給8086CPU發(fā)現(xiàn)最低位為0時(shí)，說(shuō)明轉(zhuǎn)換完畢。這時(shí)通過(guò)讀0809數(shù)據(jù)端口將轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳遞給8086的寄存器。然后8086CPU將轉(zhuǎn)換完后的數(shù)據(jù)與1、2、3、4進(jìn)行比較。比較后再將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)0-5之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，通過(guò)數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)寫(xiě)入8279的寄存器中，從而顯示波形。也就是說(shuō)0809與8255是通過(guò)EOC連接在一起的，而0809與8279是通過(guò)8086的數(shù)據(jù)總線連接在一起的。為了方便比較，現(xiàn)把十進(jìn)制的1、2、3、4轉(zhuǎn)化完成后比較的數(shù)值化成CPU用的16進(jìn)制數(shù)。如表所示。133H266H389H4CCH3.2 軟件實(shí)現(xiàn)第一方案：在實(shí)現(xiàn)軟件的時(shí)候，我們先上網(wǎng)了解了8279芯片的一些知識(shí)，然后再展開(kāi)的編程。我們的思路是這樣的，先讓0809檢測(cè)高地電平，然后根據(jù)編程把高低電平按照一定的算法轉(zhuǎn)化成8279的LED顯示屏的上中下的燈相應(yīng)暗滅。0809將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的0255，然后一定算法后轉(zhuǎn)化成015的數(shù)值范圍，然后根據(jù)改變8279LED顯示屏的七段碼的編程方式來(lái)顯示相應(yīng)的波形。以下給出對(duì)應(yīng)高低中電平的對(duì)應(yīng)的七段碼。高電平08H中等電平40H低電平01H最后為了可以讓示波器的功能更加的齊全，我們加入了8279鍵盤(pán)狀態(tài)的檢測(cè)來(lái)檢測(cè)鍵盤(pán)的狀態(tài)的，以增加示波器的功能，我們讓按下3之后，波形定性。然后按下4之后繼續(xù)掃描，波形繼續(xù)變化。這樣整體的思路就完成了，在下面我們將給出我們?cè)O(shè)計(jì)的代碼。Z8279 EQU 212HD8279 EQU 210HLEDMOD EQU 00 ;左邊輸入,八位顯示外部譯碼八位顯示LEDFEQ EQU 38H ;掃描頻率CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:codeSTART: PUSH CS POP DS CALL DELAY MOV DX,Z8279 MOV AL,LEDMOD OUT DX,AL MOV AL,LEDFEQ OUT DX,AL MOV CX,06HXZ: MOV DX,D8279 MOV AL,00H OUT DX,AL LOOP XZ NOP MOV BL,79Hbg: INC BL MOV DX,208H MOV AL,0 OUT DX,AL CALL DELAY IN AL,DX MOV AH,00H MOV CL,16 DIV CL PUSH AX MOV DX,Z8279 MOV AL,BL OUT DX,AL POP AXPUSH BL LEA BX,LED XLAT MOV DX,D8279 ;將AL中內(nèi)容寫(xiě)到數(shù)碼管上 OUT DX,AL MOV CX,25000delay2:LOOP delay2 MOV DX,D8279 ;讀入FIFO RAM內(nèi)容 IN AL,DX NOP TEST AL,01H JE NEXT3 POP BL JMP bgNEXT3: MOV DX,D8279 ;讀入FIFO RAM內(nèi)容 IN AL,DX NOP POP BL TEST AL,02H JE bg JMP NEXT3 LED DB 08H,08H,08H,08H,08H,40H,40H,40H,40H,40H,01H,01H,01H DB 01H,01H,01HDELAY PROC NEAR PUSH CX MOV CX,01F00H LOOP $ POP CX RET DELAY ENDP CODE ENDSEND START第二方案： 通過(guò)對(duì)硬件電路的分析，軟件編寫(xiě)的思想也就生成了。各個(gè)器件的連接用軟件方法來(lái)連接，就是用CPU進(jìn)行讀寫(xiě)芯片的寄存器實(shí)現(xiàn)的。8086CPU通過(guò)讀8255的寄存器得知0809已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢，然后再讀0809的寄存器將轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量進(jìn)行比較，然后再對(duì)數(shù)字量編碼，通過(guò)寫(xiě)8279控制8279顯示波形。程序如下：Z8279 EQU 212HD8279 EQU 210HLEDMOD EQU 00h LEDFEQ EQU 38H CODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: PUSH CS POP DS NOP MOV DX,21BH MOV AL,10010000B OUT DX,AL ；以上為初始化8255 MOV DX,Z8279 MOV AL,LEDMOD OUT DX,AL MOV AL,LEDFEQ OUT DX,AL ；以上為初始化8279 MOV DX,200H MOV AL,00H OUT DX,AL ；以上為啟動(dòng)0809 MOV DX,218H CHECK： IN AL,DX TEST AL,01H JZ CHECK MOV DX,200H IN AL,DX ；檢測(cè)0809是否轉(zhuǎn)換完畢。 CMP AL,33H JA C2C1: MOV DX,D8279 ；如果轉(zhuǎn)化后的值介于00H和33H之間執(zhí)行C1程序段。 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL ；以上為顯示占空比為1的波形。 MOV CX,25000 DELAY0: LOOP DELAY0 JMP BLACKC2: CMP AL,66H ；如果轉(zhuǎn)化后的值介于33H和66H之間執(zhí)行C2程序段。 JA C3 MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL ；以上為顯示占空比為2的波形。 MOV CX,25000 DELAY1: LOOP DELAY1 JMP BLACK C3: CMP AL,89H ；如果轉(zhuǎn)化后的值介于66H和89H之間執(zhí)行C3程序段。 JA C4 MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL ；以上為顯示占空比為3的波形。 MOV CX,25000 DELAY2: LOOP DELAY2 JMP BLACKC4: CMP AL,11001100B ；如果轉(zhuǎn)化后的值介于89H和CCH之間，執(zhí)行C4程序段。 JA C5 MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL ；以上為顯示占空比為4的波形。 MOV CX,25000DELAY3: LOOP DELAY3 JMP BLACK C5: MOV DX,D8279 ；不滿足以上情況的就執(zhí)行C5程序。 MOV AL,08H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL MOV DX,D8279 MOV AL,01H OUT DX,AL ；以上為顯示占空比比為5的波形。 MOV CX,25000 DELAY4: LOOP DELAY4 JMP BLACK BLACK: NOP JMP START CODE ENDS END START4 設(shè)計(jì)結(jié)果第一方案 方案一的缺點(diǎn)是在電壓的大小方面，不能顯示更多幅值的電壓，只能實(shí)現(xiàn)三種電壓的模擬。但是優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崟r(shí)的掃描電壓的變化，較明顯的顯示電壓的變化，并且能夠暫停下來(lái)進(jìn)行觀察分析，也是一個(gè)不錯(cuò)的功能。當(dāng)然由于試驗(yàn)箱的局限性，不然我認(rèn)為完全可以讓這個(gè)實(shí)驗(yàn)的功能更加的強(qiáng)大。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是和很多的示波器一樣，我們制作的示波器也是以時(shí)間為X軸，以電壓的大小為Y軸，電壓的大小體現(xiàn)在幅值上。所以較為可觀。以下是實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖 以上兩張圖是實(shí)時(shí)掃描電壓的情況 （a） （b）圖a是顯示按下3波形暫停，圖b是顯示按下4繼續(xù)開(kāi)始掃描第二方案：方案二的不足之處在于不具有很好的適應(yīng)性。如果脫離HKZK88實(shí)驗(yàn)箱，有很大的局限性。要顯示其他波形需重新編碼。但是該方案能較好的反應(yīng)模擬量電壓的大小。實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果圖如下所示。5 實(shí)驗(yàn)體會(huì)在此次課程設(shè)計(jì)中，學(xué)到的最主要的就是8279的運(yùn)用，8279控制鍵盤(pán)和七段數(shù)碼管。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，最主要的困難在于方案的確定和具體思路的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)小組討論和請(qǐng)教老師，最終確定了實(shí)驗(yàn)方案。在方案確定的問(wèn)題上，由于方案二的特殊性，在設(shè)計(jì)初期用到了8253,0809芯片也用了兩次。后經(jīng)過(guò)分析，8253分頻的作用沒(méi)有起到很好的控制作用，0809芯片兩次進(jìn)行采集模擬量的做法也是沒(méi)有必要的，于是，最終確定用0809、8255、8279芯片。在編碼過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題是如何控制七段數(shù)碼管。先用8279對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行控制，但由于方案二現(xiàn)實(shí)的波形是一定的，無(wú)法進(jìn)行像方案一那樣的編碼表的方案。后用8255對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行控制，發(fā)現(xiàn)8255無(wú)法對(duì)單個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行控制，只能一起控制。最后通過(guò)對(duì)8279的賦值，從而實(shí)現(xiàn)了顯示波形的功能。開(kāi)始時(shí)程序只能執(zhí)行一次，不符合工程上示波器的要求，于是對(duì)程序進(jìn)行了改進(jìn)，即能實(shí)現(xiàn)多次采樣，直至按下RET鍵后會(huì)自動(dòng)復(fù)位。.