單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱：單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于8086CPU的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、模擬量輸入0-1V，脈沖量輸入 TTL電平。2、頻率小于1MHz3、包括模擬放大、脈沖整形、數(shù)據(jù)存儲與傳輸。二計(jì)方用同相比例放大電路將模擬量放大，通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號經(jīng)8086CPU的控制存儲在RAM626俚面。由于CPU和A/D轉(zhuǎn)換器的工作速度不批配，就要用到 8255A接口，當(dāng) CPU取轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)時(shí)用到了 8259中斷優(yōu)先管理器，接口電路用的是中斷 法接口電路。三、設(shè)計(jì)過程1、模擬放大集成運(yùn)放是一種高放大倍數(shù)，高輸入電阻，低輸出電阻的直接耦合放 大電路

2、，常由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路組成。輸入級常由雙輸入差分放大電路構(gòu)成，主要作用是提高抑制模擬共模 信號能力，提高輸入電阻，要求是：減小零點(diǎn)漂移，盡量提高共模抑制比，輸入阻抗盡可能大。中間級是由帶恒流負(fù)載和復(fù)合管的差分放大和共射電路組成的高增益 的電壓放大級，提高電壓增益。對中間級的要求就是電壓放大倍數(shù)要大。輸出級采用互補(bǔ)對稱功放或由射極輸出器組成，降低輸出電阻，提高 帶負(fù)載能力。集成運(yùn)放工作在線性曲時(shí)有虛短、虛斷的特點(diǎn)。此處設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)比 較簡單，且信號是模擬信號，用同相比例放大電路就能滿足要求。如圖：uo=(1+Rf/R1)*ui 當(dāng)uo=5*ui即可 所以，得Rf=4*R12、A/

3、D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集程序流程A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量電信號。在衡量A/D性能的參數(shù)中一個(gè)最重要的參數(shù)也是分辨率，它是指A/D在量化輸入的模擬信號時(shí)，所能分辨的最小模擬電壓的能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出 二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入 模擬電壓的變化范圍為 05V,輸出8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓 為 5V/(28 -1) :. 20mV。ADC是微機(jī)的一種輸入設(shè)備，其接口技術(shù)的關(guān)鍵是三態(tài)總線輸入問題 和時(shí)間配合問題。 .三態(tài)總線輸入問題A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果在數(shù)據(jù)寄存器中保留，直到下一次啟動轉(zhuǎn)換為止。大 多數(shù)微機(jī)不希望這個(gè)數(shù)據(jù)簡單地加在其數(shù)

4、據(jù)總線上，而是在執(zhí)行相應(yīng)的輸 入指令時(shí)才加到數(shù)據(jù)總線上。因此，ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過緩沖三態(tài)器件與微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連，如8255A。 時(shí)間配合問題A/D轉(zhuǎn)換器從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束經(jīng)過的時(shí)間快則幾微秒，慢則有幾 毫秒或更長。一般情況下，A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間大于微機(jī)的指令周期。為了輸入正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解決A/D轉(zhuǎn)換器與CPU取數(shù)之間的時(shí)間配合問題。A/D芯片一般有3個(gè)信號要求控制：啟動轉(zhuǎn)換信號 (START)，轉(zhuǎn)換結(jié)束 信號(EOC)和允許輸出信號(OE)。其中，啟動轉(zhuǎn)換是由CPU提供給ADC芯片 的，ADC芯片接到該信號則開始數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換完畢，ADC輸出一個(gè)EOC信號，通知CPU專換結(jié)

5、束，數(shù)據(jù)可用且被送入輸出緩沖器中保存。CPU若準(zhǔn)備取數(shù)，則發(fā)出OE信號開通三態(tài)門讓 ADC將數(shù)據(jù)輸出，完成一個(gè)數(shù)據(jù) 的傳輸過程。由此可見，A/D接口的工作方式應(yīng)該是一個(gè)典型的條件傳輸方式。此 處A/D轉(zhuǎn)換與微機(jī)接口電路用中斷法接口電路。使用中斷法，可以提高 CPU的利用率。當(dāng) ADC專換結(jié)束，有EOC信號 向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷在中斷服務(wù)子程序中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 由CPU執(zhí)行一條IN指令，啟動ADC轉(zhuǎn)換；同時(shí)將D觸發(fā)器清“0”，使得中 斷請求信號無效。此時(shí)， CPU只管去執(zhí)行其他程序，一旦 ADC專換好數(shù)據(jù)， EOC信號使D觸發(fā)器置“1”，向8259中斷控制器發(fā)出中斷請求。CPU若

6、響應(yīng)中斷，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行終端服務(wù)程序；CPU執(zhí)行一條IN指令，是OE信號有效，讀入ADC緩沖區(qū)轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。同時(shí)，START信號有效，啟動下一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將中斷信號變?yōu)闊o效，開始下一個(gè)數(shù)的轉(zhuǎn)換。此處用的A/D轉(zhuǎn)換芯片是ADC0809它是CMO單片雙列直插式數(shù)模轉(zhuǎn) 換器件，采用逐次逼近原理。芯片包括模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分，可對8路模擬電壓分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809管腳圖如上圖所示，IN0IN7為模擬信號的8個(gè)通道。ADDA ADDB ADDC為模擬信號輸入通道的地址選擇線。ALE為地址鎖存信號，由低電平到高電平正跳變時(shí)將地址選擇線的狀態(tài)鎖存，以選通相應(yīng)的輸入通道。START為啟動信

7、號，正脈沖的上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，從下降 沿開始A/D轉(zhuǎn)換。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，在 START信號之后變低，轉(zhuǎn)換結(jié) 束變?yōu)楦唠娖?，用來申請中斷。OE為輸出允許信號，有效時(shí)將輸出寄存器中的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上。3、 8255A10111213171615147 6 5 4 3 2 10 PCPCPCPCJPCPCPCPC24232221201#IS3|73&3940|1-7 6 S- 4 3 2 1 bbb&bbbb pppppppp7 6 5 4 3 2 1063539>3ssr72S293-?2$*_CSSETA1AOWRRDD7D6D5D4D3D2D1IMI82

8、55A是一種通用的可編程并行 I/O接 口芯片。由并行輸入/輸出端口、A組和 B組控制、數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀 /寫控制 電路四部分組成。芯片中包含3個(gè)8位端口，成為A 口，B 口和C 口。這3個(gè)端口均可作為 CPU 與外設(shè)通信的緩沖器或寄存器。8255A的管腳圖如圖與CPU連接的端口有數(shù)據(jù)線 D7D0，讀寫控制線RD和WR，復(fù)位線RESET，以及與CPU地址線相連接的片選信號CS、端口地址控制線 A0和A1 o RESET線是高電平有效，8086也是高電平復(fù)位， 所以可以直接和 8086CPU的復(fù)位線相A1A0端口00A 口地址01B 口地址10C 口地址11控制口連。片選信號CS是低電平有效。

9、當(dāng)其有效時(shí)，表示本片的8255A被CPU選中，可以工作，它一般由CPU的高位地址線及其地址譯碼電路產(chǎn)生。A0、A1的組合可以選擇 8255A的3個(gè)I/O端口和控制口，它們一般由CPU 的地位地址線直接產(chǎn)生。狀態(tài)表如表：8255A有3種工作方式：方式0基本輸入/輸出方式。方式1選通輸入/輸出方式。方式2雙向傳輸方式。8255A編程：在此系統(tǒng)中，8255A 的A 口工作在方式0,且為輸入口， C 口用的是低四位，且為輸出，所以 8255A的控制字為 10010000。8255A的A 口地址和C 口地址：8255A的端口地址是由 CPU 的高位地址線及其譯碼電路產(chǎn)生的， A端口 A1A0=00，C端

10、口 A1A0=10，根據(jù)電路中8255A的連接方式可確定 A 口地址是10000000 0000 0000B,即 8000H; C 口地址是 1000 0000 0000 0100B 即 8004H。4、 82538253是一種可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口芯片，可用來定時(shí)和計(jì)數(shù)。在此系統(tǒng)中，8253就是作為定時(shí)器來使用的，通過指令使CPU以一固定時(shí)間循環(huán)執(zhí)行程序，提高 CPU的利用率。8253芯片中包含有3個(gè)功能完全相同的計(jì)數(shù)通道，稱為通道 0、通道1和通道2。此處只用到通道 0。8253端口選擇如右表。8253的編程：8253只用到了通道0，且作為計(jì)數(shù)器鎖存， 工作在方式1，計(jì)數(shù)方式是BCD十?dāng)?shù)制

11、，所以初 始化為00000101 。8253的地址:A1A0端口00通道001通道110通道211控制口8253的連接方式如圖:IB1617141391110?CLK2GATF.20UT2?CLRI GATEL OUTIiCLKO GATED OCTO1 D 7 rv iFr 4 -J nx 1- o A A M c DmD&DDDra由圖可知：8253的0通道地址是 8008H，控制口地址 800EHo5、 8259A8259A是可編程中斷控制器，又稱優(yōu)先權(quán)控制器。由中斷請求寄存器、中斷服務(wù)寄存器、優(yōu)先權(quán)判別器、中斷屏蔽寄存器、級聯(lián)緩沖/比較器、控制電路、讀/寫控制邏輯、數(shù)據(jù)總線緩沖

12、器組成，管腳如右圖所示，與CPU連接的數(shù)據(jù)通路和控制信號有D0D7, WR,RD, INT , INTA。8259A的編程：預(yù)置命令字：ICW1 00010001ICW2 01110000ICW4 00000001 操作命令字：OC 111111108259A的地址：ICW1寫入A0=0的端口（地址一 址8006H）。四、控制程序8255_A EQU 80H8255_C EQU 84H8255_S EQU 86H8253_0 EQU 88H8253_C EQU 8EHDATA SEGMENTBUFF DB 200 DUPBUFF_P DW ? COUNTER DB ?DATA ENDSCODE

13、 SEGMENTASSUME DS:DATA,CODE:CSSTART: MOV AX,DATAMOV DS,AXCLIMOV AX,0MOV ES,AXMOV BX,70H*4MOV AX,OFFSET INT_ADCMOV ES:BX,AXMOV AX,SEG INT_ADCMOV EX:BX+2,AX8004H），其余的寫入 A0=1的端口（地主程序流程圖IN AL,84HAND AL,11111110BOUT 84H,ALMOV AL,10010000BOUT 8255_S,ALMOV AL,00000000BOUT 8255_C,ALMOV AL,00000101BOUT 8253_

14、S,ALMOV AL,00OUT 8253_0 , ALMOV AL,05OUT 8253_0 , ALMOV BUFF_P,OFFSET BUFFMOV BYTE PTR COUNTER ,200STIMOV AL,00001001BOUT 8255_S,ALINT_ADC PROCPUSH AXPUSH BXPUSHFIN AL,8255_AMOV BX,BUFF_PMOV BX,ALINC WORD PTR BUFF PDEC COUNTERJNZ INT ADC1MOV AL,00001000BOUT 8255_S,ALMOV AL, 80HOUT 83H,ALINT ADC1: PO

15、PF鎖存/ALEPOP BXIRETINT ADC ENDPPOP AXCODE ENDSEND START五、時(shí)序分析通過指令使 PC3由低電平 變?yōu)楦唠娖剑?PC3的上升沿使 8253的通道0開始工作，定時(shí)發(fā)ADC0809時(shí)序圖出脈沖。當(dāng)OUT0信號由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，上升沿使ALE鎖存ADC0809的地址選擇線的狀態(tài)，同時(shí)START接受到的信號上升沿使 ADC0809開始工作，EOC由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，?dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完后，EOC由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑l(fā)出中斷信號，申請中斷。CPU發(fā)出響應(yīng)，允許中斷并從8255A的A 端口取出轉(zhuǎn)換完得數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉AM中存儲。六、完整電路圖'B：lln； aH:H! ¥3ii.I 3 F! 31 S = Xhp 十m “=brn i=E譽(yù)尼E啟EEE網(wǎng) 臼西A JU晶砂孑-:-:TTT:.: - ：. “ ”,f=s J|：'11 :' t t t. t h t t i t fc七、心得體會經(jīng)過此次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到很多新東西，同時(shí)復(fù)習(xí)