微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)8088最小系統(tǒng)

1、微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)： 自動(dòng)化班級(jí)： 學(xué)號(hào)：姓名：目錄一 電路總體設(shè)計(jì)2二 電路各部分原理圖設(shè)計(jì)42.1 8088最小方式系統(tǒng) 42.2 存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì) 62.3 8位ad變換接口電路 82.4 8位da變換接口驅(qū)動(dòng)直流電機(jī) 112.5 步進(jìn)電機(jī)控制電路142.6 鍵盤和顯示電路16三 最小系統(tǒng)pcb版圖設(shè)計(jì)18四 總結(jié)18概述本系統(tǒng)采用8088位處理器工作在最小方式系統(tǒng)下，采用8282、8286、8284構(gòu)成了最小系統(tǒng)，形成總線邏輯。采用2764和6264構(gòu)成了16kb的rom和16kb的ram。在此基礎(chǔ)之上，分別實(shí)現(xiàn)了一系列接口邏輯，包括采用0809實(shí)現(xiàn)8位的溫度采集接口

2、，采用0832實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的控制，采用8255和8253實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制，并設(shè)計(jì)了鍵盤和顯示邏輯。最后，運(yùn)用protel 99se的自動(dòng)布線功能，完成了最小系統(tǒng)的pcb版圖設(shè)計(jì)。一 電路總體設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)的要求本系統(tǒng)完成的功能如下：（1）用8088構(gòu)成最小系統(tǒng)（2）用0809組成8位溫度ad變換接口電路（3）用0832組成8位da變換接口電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)（4）用8255和8253組成步進(jìn)電機(jī)控制電路（5）鍵盤與顯示功能二、系統(tǒng)的總體組成下面給出了系統(tǒng)的總體框圖如下：1處理器芯片選用8088，當(dāng)8088的mn/mx引腳接+5v電壓時(shí)，8088工作在最小方式下。 時(shí)鐘發(fā)生器采用8284a芯片

3、主微處理器cpu選用8088芯片 總線鎖存器采用74ls373，用ale的下降沿鎖存。由于8088中地址線有20條，所以地址鎖存要三個(gè)8282。 數(shù)據(jù)收發(fā)器用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖和驅(qū)動(dòng)，并控制數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方向，向cpu傳送io的數(shù)據(jù)或向io傳送cpu提供的數(shù)據(jù)。同樣由于8088中數(shù)據(jù)線只有8條，所以數(shù)據(jù)收發(fā)器只要一個(gè)8286就可以了。 地址譯碼器采用74ls138，用地址線的高三位（即a19、a18、a17三位）。譯碼輸出y0-y7，共可以控制8個(gè)i/o芯片在最小方式下，8088cpu會(huì)直接產(chǎn)生全部總線控制信號(hào)。2）只讀存儲(chǔ)器采用rom芯片2764（或27128），隨機(jī)存儲(chǔ)器6264（或6212

4、8）3）a/d轉(zhuǎn)換采用0809芯片4）用0832 d/a轉(zhuǎn)換芯片的模擬信號(hào)去驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)5）8253+8255去控制步進(jìn)電機(jī)6）顯示器控制電路7）鍵盤控電路8）時(shí)鐘電路、加電復(fù)位和復(fù)位電路。9）地址分配rom: 0000h3fffhram: 8000h-bfffhad: 00h07hda: 40h41h鍵盤相關(guān)：100h103h顯示相關(guān)：140h141h步進(jìn)電機(jī)相關(guān)：200h207h功能描述：在最小方式下，8088cpu產(chǎn)生全部總線控制信號(hào)，由2764和6264構(gòu)成了16kb的rom和16kb的ram，在此基礎(chǔ)上，分別實(shí)現(xiàn)接口邏輯， 本系統(tǒng)采用8088位處理器工作在最小方式系統(tǒng)下，采用8282

5、、8286、8284構(gòu)成了最小系統(tǒng)，形成總線邏輯。采用(8k)2764和(8k)6264構(gòu)成了16kb的rom和16kb的ram。在此基礎(chǔ)之上，分別實(shí)現(xiàn)了一系列接口邏輯，包括采用0809實(shí)現(xiàn)8位的溫度采集接口，采用0832實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的控制，采用8255和8253實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制，并設(shè)計(jì)了鍵盤和顯示邏輯。最后，運(yùn)用protel 99se的自動(dòng)布線功能，完成了最小系統(tǒng)的pcb版圖設(shè)計(jì)。二 電路各部分原理圖設(shè)計(jì)2.1 8088最小方式系統(tǒng)8088芯片介紹引腳如下圖: 8088的 mn/mx信號(hào)線接至5v時(shí)，系統(tǒng)就處于最小工作模式，即單處理器系統(tǒng)方式，它適合與較小規(guī)模的應(yīng)用。8088最小模式典型的

6、系統(tǒng)主要由8088cpu時(shí)鐘發(fā)生器8284、地址鎖存器8282及數(shù)據(jù)總線收發(fā)器8286組成。由于地址與數(shù)據(jù)、狀態(tài)線分時(shí)復(fù)用，系統(tǒng)中需要地址鎖存器。地址鎖存信號(hào)ale控制8282的stb，用8282鎖存器產(chǎn)生地址總線；用8286收發(fā)器產(chǎn)生緩沖的數(shù)據(jù)總線。8088的den信號(hào)作為8286的輸出允許信號(hào)面，僅當(dāng)den為低電平時(shí)，允許數(shù)據(jù)經(jīng)8286進(jìn)行傳送；8088的dt/r信號(hào)用來控制數(shù)據(jù)傳送的方向，接至8286的引腳t。當(dāng)dt/r1時(shí)，cpu向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)dt/r0時(shí)，則cpu接收來自系統(tǒng)總線上的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)線連至內(nèi)存及i/o接口，需用數(shù)據(jù)總線收發(fā)器作驅(qū)動(dòng)。在控制總線一般負(fù)載較輕，不需要驅(qū)動(dòng)

7、，故直接從8088引出。8088工作與最小模式，此時(shí)8088cpu提供所有的總線控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)與 存儲(chǔ)器、i/o接口的選擇。在最小組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)總線可分為幾個(gè)基本部分：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制與狀態(tài)信號(hào)、中斷與dma信號(hào)。最小模式下，引腳的信號(hào)功能如下。inta：中斷響應(yīng)信號(hào)輸出，低電平有效。用與對(duì)外設(shè)的中斷請(qǐng)求作出響應(yīng)。8088的inta信號(hào)實(shí)際上是cpu響應(yīng)外設(shè)中斷申請(qǐng)時(shí)，發(fā)出兩個(gè)連續(xù)的負(fù)脈沖，其第一個(gè)負(fù)脈沖是通知外設(shè)端口，它發(fā)出的中斷請(qǐng)求已獲允許；外設(shè)接口收到第二個(gè)負(fù)脈沖后，往數(shù)據(jù)總線上放中斷類型碼，從而使cpu得到該中斷請(qǐng)求的詳細(xì)信息。ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸出，高電平有效。該信號(hào)

8、是8088提供給地址鎖存器的控制信號(hào)。den：數(shù)據(jù)允許信號(hào)，輸出，低電平有效。給信號(hào)為收發(fā)器提供一個(gè)控制信號(hào)，den有效時(shí)，表示cpu當(dāng)前準(zhǔn)備發(fā)送或接受一個(gè)數(shù)據(jù)。在dma方式時(shí)，被置為高阻狀態(tài)。dt/r：數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號(hào)，輸出。該信號(hào)用來控制數(shù)據(jù)總線收發(fā)器的傳送方向。當(dāng)dt/r高電平時(shí)，cpu向內(nèi)存或i/o端口發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)dt/r為低電平時(shí)，cpu從內(nèi)存或i/o端口接收數(shù)據(jù)。在dma方式時(shí)，dt/r被置為高阻狀態(tài)。io/m：存儲(chǔ)器輸入/輸出控制信號(hào)，輸出。該信號(hào)作為區(qū)分cpu進(jìn)行存儲(chǔ)器訪問還是輸入/輸出訪問的控制信號(hào)。當(dāng)io/m為高電平時(shí)，表示cpu正與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；當(dāng)io/m為低

9、電平時(shí)，表示cpu正與輸入/輸出設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在dma方式時(shí)，io/m被置為高阻狀態(tài)。sso：系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)，輸出，低電平有效。該信號(hào)對(duì)8088的34腳。sso與io/m、dt/r的組合及對(duì)應(yīng)的操作見下表。m/io dt/r sso 操作 1 0 0 中斷響應(yīng) 1 0 1 讀i/o端口 1 1 0 寫i/o端口 1 1 1 暫停（halt） 0 0 0 取指令操作碼 0 0 1 讀存儲(chǔ)器 0 1 0 寫存儲(chǔ)器 0 1 1 無源wr：寫信號(hào)，輸出，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)有效時(shí)，表示cpu當(dāng)前正在進(jìn)行存儲(chǔ)器或i/o端口寫操作。到底為哪種寫操作，則由wr信號(hào)決定。在dma方式時(shí)，該信號(hào)被置為高阻

10、狀態(tài)。hold：總線保持請(qǐng)求信號(hào)，輸入。當(dāng)8088系統(tǒng)中cpu之外的另一個(gè)主模塊要求選用總線時(shí)，通過該信號(hào)向cpu發(fā)出一個(gè)高電平的總線保持請(qǐng)求信號(hào)。hlda：總線保持響應(yīng)信號(hào)，輸出。當(dāng)cpu接收到hold信號(hào)后，便發(fā)出高電平有效的hlda信號(hào)給以響應(yīng)，此時(shí)，cpu讓出總線控制板，發(fā)出hold請(qǐng)求總線主設(shè)備獲得總線的控制權(quán)。8088工作于最小模式，如前所述，由于8088地址線和數(shù)據(jù)線有一部分是復(fù)用的，工作于最小模式時(shí)，必須外部配置鎖存器8282共3片，總線收發(fā)器8286 1片和外部時(shí)鐘芯片，才能組成三組系統(tǒng)總線，控制信號(hào)是cpu直接發(fā)出的。外加芯片配置后，其低8位地址線已被分離出來，地址線為a1

11、9a0，控制線包括io/m、wr、rd等控制信號(hào)。綜上所述，我們可以畫出8088cpu最小系統(tǒng)圖，如下圖所示。2.2 存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)1 有關(guān)芯片介紹1) 靜態(tài)存儲(chǔ)器6264intel 6264 是8k 8 sram，單一的+5v電源，所有的輸入端和輸出端都與ttl電路兼容。它的電路原理圖邏輯符號(hào)如圖所示。其中，a0a12為13根地址線，d0d7為8位數(shù)據(jù)線。/cs1和cs2為片選信號(hào)，當(dāng)兩個(gè)片選信號(hào)同時(shí)有效時(shí)，即/cs1=0， cs2=1時(shí)，才能選中芯片。/oe為輸出允許信號(hào)，只有在/oe=0時(shí)，即其有效時(shí)，才允許該芯片將某單元的數(shù)據(jù)送到芯片外部的d0d7上。/we為寫信號(hào)，當(dāng)/we=0時(shí)，允許

12、將數(shù)據(jù)寫入芯片，當(dāng)/we=1時(shí)，允許芯片的數(shù)據(jù)讀出。2）eprom27642764eprom存儲(chǔ)器容量為64k，結(jié)構(gòu)為8k*8。其中，13條地址線a0a12,8條數(shù)據(jù)線d0d7。/ce和/oe為控制信號(hào)有片選引腳，低電平有效時(shí)，分別選中芯片和允許芯片輸出數(shù)據(jù)。2764的編程由編程控制引腳/pgm和編程電源vpp控制，在編程時(shí)，對(duì)引腳加較寬的負(fù)脈沖；在正常讀出時(shí)，該引腳應(yīng)該無效。在正常工作時(shí)，要求vpp接+5v；在編程狀態(tài)時(shí)，要求vpp接+25v作為編程電壓。2 存儲(chǔ)器電路及譯碼電路設(shè)計(jì)8088最小系統(tǒng)中，地址總線為a0a19，數(shù)據(jù)總線d0d7,對(duì)sram的控制信號(hào)有/wr,/rd,io/m。當(dāng)

13、io/m為低電平時(shí)，表示cpu對(duì)存儲(chǔ)器傳送數(shù)據(jù)。/rd為讀信號(hào)，低電平有效，/rd有效時(shí)表明cpu正在執(zhí)行從存儲(chǔ)器或io口的輸入操作數(shù)據(jù)。/wr為寫讀信號(hào)，低電平有效，/wr有效時(shí)表明cpu正在執(zhí)行從存儲(chǔ)器或io口的輸出操作數(shù)據(jù)。在該設(shè)計(jì)中選用的rom模塊芯片為eprom2764，容量為8k*8。ram模塊芯片為sram6264，容量為8k*8。系統(tǒng)要求由16kb的rom和16k的ram組成。16kb的rom需要兩片2764芯片，16k的ram需要兩片6264芯片。下圖給出了8088最小系統(tǒng)組成的16k的rom和16k的ram存儲(chǔ)器邏輯圖。圖中u1和u2兩片2764構(gòu)成16k的rom模塊；u3

14、和u4兩片6264組成16k的ram模塊。地址總線a0a12作為片內(nèi)地址分別連接到u1，u2，u3和u4的相應(yīng)地址線引腳上。數(shù)據(jù)線d0d7作為分別連接到u1，u2，u3和u4的相應(yīng)數(shù)據(jù)線引腳上。讀信號(hào)/rd連接到u1，u2，u3和u4的/oe引腳上，寫信號(hào)/wr連接到兩片6264芯片的/we引腳上。6264選引腳cs2接+5v。4個(gè)芯片的片選信號(hào)由74ls138譯碼器產(chǎn)生。存儲(chǔ)器電路原理圖如下：2.3 8位ad變換接口電路1 有關(guān)芯片介紹adc0809的引腳定義如右圖所示。共有28個(gè)引腳，其中： d0 d7：:輸出數(shù)據(jù)線； in0in7：8路模擬電壓輸入端； adda，addb，addc：路地

15、址輸入；adda：最低位；addc：最高位；start：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端ale：路地址鎖存信號(hào)，用來鎖存addaaddc路地址，上升沿有效；eoc：變換結(jié)束狀態(tài)信情號(hào)，高電平表示次變換結(jié)束；oe：讀允許信號(hào)，高電平有效；clk：時(shí)鐘輸入端；vref（+），vref（-）：參考電壓輸入端； vcc：5v電源輸人； gnd：地。adc0809的時(shí)鐘為10khz1.2mhz。在時(shí)鐘頻率為640khz時(shí)，其變換時(shí)間為100us。adc0809的工作時(shí)序如下圖所示。由圖可以看到，在進(jìn)行a/d變換時(shí)，路地址應(yīng)先送到addaaddc輸入端。然后在ale上輸入端加一個(gè)正跳變脈沖，將路地址鎖存到adc0809內(nèi)部

16、的路地址寄存器中。這樣，對(duì)應(yīng)路的模擬電壓輸入就和內(nèi)部變換電路接通。為了啟動(dòng)變換工作序列，必須在start端加一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)。此后變換工作就開始進(jìn)行，標(biāo)志adc0809正在工作的狀態(tài)信號(hào)eoc由高電平(閑狀態(tài))變成為低電平(工作狀態(tài))。一旦變換結(jié)束，eoc信號(hào)就又由低電平變成高電平。此時(shí)只要在oe端加一個(gè)高電平，即可打開數(shù)據(jù)線的三態(tài)緩沖器，從d0d7端數(shù)據(jù)線讀得一次變換后的數(shù)據(jù)。2 原理圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理圖如下：2.4 8位da變換接口驅(qū)動(dòng)直流電機(jī) 1 相關(guān)芯片與器件介紹1）數(shù)模變換器0832dac0832是8位d/a轉(zhuǎn)換器，它采用cmos工藝制作，具有雙緩沖器輸入結(jié)構(gòu)，其引腳排列如圖所示，dac0

17、832各引腳功能說明： di0di7：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入端。 cs：片選信號(hào)輸入端，低電平有效。 ile：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)輸入端，高電平有效。 wr1：第一寫信號(hào)輸入端，低電平有效， xfer：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入端，低電平有效。 wr2：第二寫信號(hào)輸入端，低電平有效。 iout1：電流輸出1端，當(dāng)數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大；當(dāng)數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流最小。 iout2：電流輸出2端。dac0832具有：iout1+iout2=常數(shù)的特性。 rfb：反饋電阻端。 vref：基準(zhǔn)電壓端，是外加的高精度電壓源，它與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓范圍為：-10v+10v。 vcc和gnd：芯片的電源端和地端

18、。 dac0832內(nèi)部有兩個(gè)寄存器，而這兩個(gè)寄存器的控制信號(hào)有五個(gè)，輸入寄存器由ile、cs、wr1控制，dac寄存器由wr2、xref控制，用軟件指令控制這五個(gè)控制端可實(shí)現(xiàn)三種工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。三種工作方式區(qū)別是：直通方式不需要選通，直接d/a轉(zhuǎn)換；單緩沖方式一次選通；雙緩沖方式二次選通。2）直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)的工作原理與一般直流電動(dòng)機(jī)的工作原理市完全相同。他激直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上的載流導(dǎo)體（即電樞繞組）在定子磁場(chǎng)中受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由直流電機(jī)的基本原理分析得到：n=(u-iara)/ke式中： n電樞的轉(zhuǎn)速，r/min u電樞電壓 ia電機(jī)電樞電

19、流 ra電樞電阻 ke電勢(shì)系數(shù) 由上式可知，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方法： 改變電樞電壓u。調(diào)速范圍較大，直流伺服電機(jī)常用此方法調(diào)速。 變磁通量（即改變ke的值）。改變激磁回路的電阻rf以改變激磁電流if?？梢源虻礁淖兇磐康哪康?；調(diào)磁調(diào)速因其調(diào)速范圍較小常常作為調(diào)速的輔助方法，而主要的調(diào)速方法是調(diào)壓調(diào)速。若采用調(diào)壓與調(diào)磁兩種方法互相配合，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，又可充分利用電機(jī)的容量。 在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻rt，此時(shí)有 n=u-ia(ra+rt)/ke由上式可知，在電樞回路中串聯(lián)電阻的辦法，轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且電阻上的銅耗較大，這種辦法并不經(jīng)濟(jì)。最常用的是調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，即1（改變電樞電壓）.3

20、）電路原理圖設(shè)計(jì)0832的di0di7接到數(shù)據(jù)總線d0d7上，wr1接到控制總線的wr上，片選端接到譯碼器上進(jìn)行片選控制。iout1 和iout2 經(jīng)lm324ad和復(fù)合晶體管放大后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由上圖可以看出，只要加上-12v參考電壓，lm324ad運(yùn)放采用+12v電源，則可以輸出012v電壓。利用程序可以控制電機(jī)的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)速，顯然，電機(jī)只能一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。由于d/a變換器的輸入可以從00h到ffh，從而使運(yùn)放的輸出線性變化從0v到+12v，從而可以根據(jù)要求，利用該輸出，控制電機(jī)工作在相應(yīng)速度上。電路原理圖如下：2.5 步進(jìn)電機(jī)控制電路1）器件介紹步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵部件之一，被廣

21、泛應(yīng)用于需要精確定位、同步、行程控制等場(chǎng)合。 本設(shè)計(jì)所采用的是國(guó)產(chǎn)20by-0型步進(jìn)電機(jī)，它使用+5v直流電源，步距角為18度。電機(jī)線圈由四相組成，即a、b、c、d四相，驅(qū)動(dòng)方式為二相激磁方式，電機(jī)示意圖和各線圈通電順序如圖1和表4.1所示：圖 1 步進(jìn)電機(jī)原理圖表1相順序abcd01100101102001131001相順序從0到1稱為一步，電機(jī)軸將轉(zhuǎn)過18度，01234則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過72度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機(jī)便連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來，而進(jìn)行相反的通電順序如4321將使電機(jī)同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動(dòng)頻率越高，則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因?yàn)樗?/p>

22、走一步需要一定的時(shí)間，若信號(hào)頻率過高，可能導(dǎo)致電機(jī)失步，甚至只在原步顫動(dòng)。2）電路原理圖設(shè)計(jì)因采用了pc機(jī)和pc總線接口應(yīng)用平臺(tái)，硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，除利用了pc機(jī)本身資源外（如中斷資源），還利用了平臺(tái)上的8253計(jì)數(shù)/定時(shí)器、8255并行接口單元，再加上外圍驅(qū)動(dòng)電路，便構(gòu)成可步進(jìn)電機(jī)控制電路，硬件原理圖下圖：2.6 鍵盤和顯示電路1）器件介紹 在最簡(jiǎn)單的小的微型機(jī)系統(tǒng)中，在控制面板上僅設(shè)置幾個(gè)鍵。當(dāng)按鍵數(shù)很少時(shí)，常采用三態(tài)門直接接口輸人的形式，如圖所示。圖中，采用的三態(tài)門可以是前面提到的74ls244。利用片244即可接8個(gè)按鍵。由于這種鍵很少，接口簡(jiǎn)單，此處不再說明。常用的鍵盤有兩種類型，即編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。編碼式鍵盤包括檢測(cè)按了哪一個(gè)鍵，并產(chǎn)生這個(gè)鍵相應(yīng)代碼的一些必要硬件(通常這種鍵盤小有一塊單片機(jī)作為其控制核心)。非編碼式鍵盤沒有這樣一些獨(dú)立的硬件，而分析哪一個(gè)鍵按下，這樣的操作是通過接口硬件，井由主處理器執(zhí)行相應(yīng)程序來完成的