【正文】 課程設計地點： 31503 課程設計時間： 20200611～ 20200615 計算機控制技術課程設計 2 計算機控制技術 課程設計任務書 學生姓名 馬興 專業(yè)班級 自動 F0904 學號 202048280412 題 目 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)設計 課題性質 工程設計 課題來源 自擬 指導教師 王黎 主要內容 （參數(shù)） 利用 0809 設計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 系統(tǒng)， 實現(xiàn)以下功能： 1． 通過一個 A/D 轉換器采樣一個模擬電壓，每隔一定時間去采樣一次，每次相隔的時間由定時器 /計數(shù)器芯片 8253 控制 ； 2． 采樣的結果送入 A/D 轉換器芯片 0809； 3． 轉換完成后，把轉換好的數(shù)字信號送入并行接口芯片 8255； 4． 然后由中斷控制器向 CPU 發(fā)出中斷請求，在 CPU 控制下把 8225 中的數(shù)字送入外設即 CRT/LED 顯示 ； 任務要求 （進度） 第 1 天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。 第 3 天：軟件設計，編寫程序。數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的輸入又稱為數(shù)據(jù)的收集；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出又稱為數(shù)據(jù)的分配 。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結構形式 從硬件力向來看，白前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結構形式主要有兩種：一種是微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；另一種是集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。位于生產設備附近，可獨立完成數(shù)據(jù)采集和預處理任務，還可將數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式傳送給上位機。 (2)高性能單片機的問世和各種數(shù)字信號處理器的涌現(xiàn)，進一步推動了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的廣泛應用。 課程設計內容和要求 通過一個 A/D 轉換器采樣一個模擬電壓，每 隔一定時間去采樣一次，每次相隔的時間由定時器 /計數(shù)器芯片 8253 控制，采樣的結果送入 A/D 轉換器芯片0809，轉換完成后，把轉換好的數(shù)字信號送入并行接口芯片 8255，然后由中斷控制器向 CPU 發(fā)出中斷請求，在 CPU 控制下把 8225 中的數(shù)字送入外設即 CRT/LED顯示。 (4)軟件設計，給出流程圖及源代碼并加注釋。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。 （ 3） 控制器 89C51 系統(tǒng)是一種帶 4K 字節(jié)的閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高 計算機控制技術課程設計 7 性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 總體方案 通過一個 A/D 轉換器采樣一個模擬電壓，每隔一定時間去采樣一次，每次相隔的時間由定時器 /計數(shù)器芯片 8253 控制，采樣的結果送入 A/D 轉換器芯片0809，轉換完成后，把轉換好的數(shù)字信號送入并行接口芯片 8255，然后由中斷控制器向 CPU 發(fā)出中斷請求，在 CPU 控制下把 8225 中的數(shù)字送入外設即 CRT/LED顯示。 計算機控制技術課程設計 8 定 時 器 / 計 數(shù) 器 8 2 5 38 2 5 5 外 圍 接 口 芯 片L E D 數(shù) 碼 管0 5 V 電 位 器模 數(shù) 轉 換 芯 片A D C 0 8 0 98 9 C 5 1 系 統(tǒng) 圖 總體方案框圖 3 硬件電路設計及描述 8253 芯片及工作原理 基本組成及工作原理 8253 內部有三個計數(shù)器，分別成為計數(shù)器 0、計數(shù)器 1 和計數(shù)器 2，他們的機構完全相同。執(zhí)行部件實際上是一個 16 位的減法計數(shù)器，它的起始值就是初值寄存器的值，而初始值寄存器的值是通過程序設置的。 8253 具有 3 個獨立的計數(shù)通道，采用減 1 計數(shù) 方式。如果在減“ 1”計數(shù)過程中， GATE 變?yōu)闊o效（輸入 0 電平），則暫停減“ 1”計數(shù)，待 GATE 恢復有效后，從初值 n開始重新計數(shù)。 8 路轉換開關能直接連通 8 個單端模擬信號中的任何一個。 三態(tài)輸出， D7 是最高位， D0 是最低位。該信號在上升沿處把 A、 B、 C的狀態(tài)鎖存到 計算機控制技術課程設計 12 內部的多路開關的地址鎖存器中，從而選通 8 路模擬信號中的某一路。 ⑹ EOC：轉換結束信號輸出端。 ADC0809 的典型時鐘頻率為 640kHz，轉換時間約為100μs 。 ADC0809 使用＋ 5V 單一電源供電。OE為低電平時， D0～ D7 為高阻狀態(tài)， OE 為高電平時，允許轉換結果輸出。 （ 2）查詢方式： A/D 轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809的 EOC 端。首先送出口地址并以信號有效時， OE 信號即有效，把轉換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。 EOC 和 OE 及單片機的外部中斷 引腳相連，模數(shù)轉換完成后， EOC 引腳變成高電平， OE 端允許輸出，把轉換結果通過 D0D7 數(shù)據(jù)輸出端和 8255 的 PA 口相連，與系統(tǒng)連接如圖 36 圖 36 0809 與系統(tǒng)連接圖 單片機 89C51 的引腳圖與功能介紹 計算機控制技術課程設計 14 圖 37 單片機 89C51 引腳圖 引腳說明： ⑴ VCC：電源電壓 ⑵ GND:地 ⑶ P0 口： P0口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，作為輸出口用時，每個引腳能驅動 8個 TTL 邏輯門電路。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，同時輸出指令字節(jié)在程序校驗時。當對 P1 口寫 1時，它們被內部的上拉電阻拉升為高電平，此時可以作為輸入端使用。當向 P2 口寫 1 時，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。當利用 8 位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時（例 MOVX ＠R1）， P2 口輸出特殊功能寄存 器的內容。當向 P3 口寫 1 時，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。但也要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。為了使單片機能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲器從 0000H 到 FFFH 單元的指令， EA 必須同 GND 相連接。 ⑿ XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 8255 可作為單片機與多種外設連接時的中間接口電路。 計算機控制技術課程設計 17 圖 38 8255 芯片管腳圖 8255 的內部結構 ⑴ 數(shù)據(jù)總線緩沖器：這是一個雙向三態(tài)的 8 位數(shù)據(jù)緩沖器，它是 8255A 與微機系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。 C端口包含一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器及緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入沒有鎖存器）。 A組控制電路控制 A口和 C 口上半部， B組控制電路控制 B口和 C 口下半部。這兩個控制字共用一個地址，具體控制如下表 表 32 8255A 方式控制字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 特 征 位 1 A組方式 00=方式 01=方式 1 1X=方式 2 A 口 0=輸出 1=輸入 C口高 4位 0=輸出 1=輸入 B組方式 0=方式 0 1=方式 1 B 口 0=輸出 1=輸入 C口低 4位 0=輸出 1=輸入 表 33 C 口按位置位 /復位控制字 表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 特征位 0 不用 位選擇 000=C口 0位 ??111=C 口 7位 0=復位 1=置位 8255 與系統(tǒng)連接 8255PA 口和 ADC0809 連接，作為 ADC0809 數(shù)字量的輸入通道，數(shù)據(jù)輸出口D0D7和單片機的 P0口連接， PB 口和顯示電路 LED 連接，顯示模擬量的大小。各位七段 LED 數(shù)碼管公用一個段驅動器、一個段碼鎖存器，為段驅動器提供邏輯輸入。 LED、 LCD 計算機控制技術課程設計 20 顯示器有兩種顯示結構：段顯示（ 7 段、米字型等）和點陣顯示（ 58 、 88點陣等）。因此為LED 顯示器提供的編碼正好是一個字節(jié)。 這個階段也許就是學習的初級階段 ， 最重要的是在枯燥中發(fā)現(xiàn)新奇 ， 逐漸獲得興趣 。 在設計過程中，我也充分感受到了團隊合作力量的強大，一個人想出了方案但可能不完美，相互補充就保證了電路原理圖的嚴謹和完美。通過討論與實踐，我們加強對電子器件的了解。 參考文獻 [1] 顧德英 . 計算機控制技術（第二版） .北京郵電大學出版社 , [2]李順增 吳國東 趙河明 喬志偉 .微機原理及接口技術 . 北京 :機械工業(yè)出版社 ,2020. [3]李朝青 . 單片機原理及接口技術 (第三版 ) . 北京 :北京航空航天大學出