微機原理課設計-模擬電風扇工作及微機原理課程設計-數字聲音機

課程設計報告課程設計名稱：微機系統(tǒng)綜合課程設計課程設計題目：模擬電風扇工作院（系）：計算機學院專業(yè)：計算機科學與技術目錄TOC\o"1-3"\h\z第1章總體設計方案 前言由于計算機技術的飛速發(fā)展，微機原理與接口技術課程已經作為一門比較重要的專業(yè)基礎課。微機原理與接口技術已經融入我們的基本生活當中，我們生活中的許多電子產品都與之密切相關。微機原理與接口技術是一門實踐性強的學科，其中很多理論和知識僅考書本的學習是無法掌握的，必須通過實踐才能比較直觀深刻的理解。通過課程設計可以培養(yǎng)我們動手的能力，使我們對書本的理論知識掌握更加牢固，培養(yǎng)學生編程的能力以及提出問題，分析分體，解決問題的能力。本次課程設計所做的是關于數字錄音機的設計。1.1設計目的1.進一步加深對微機系統(tǒng)的理解和認識，提高微機系統(tǒng)的應用水平。2.進一步學習和掌握匯編語言程序的編寫和應用的方法，通過較大規(guī)模程序的編寫，提高編寫匯編語言程序的水平和學習程序調試方法。3.進一步熟悉接口，DAC0832、ADC0809及定時計數器等芯片的使用。1.2設計內容及要求1.設計一個聲音錄放系統(tǒng)，通過傳感器及ADC0809以每秒5000次的速率采集語言信號，錄音12秒后，再以同樣的速率將語音數據通過DAC0832送出至喇叭發(fā)聲（放音）。2.用protel畫出系統(tǒng)的硬件連接圖。3.畫出程序流程圖并編寫程序實現上述功能具體設計過程2.1總體設計思想根據設計要求，本次數字錄音機的匯編語言設計所需芯片有模數轉換芯片ADC0809、數模轉換芯片DAC0832、定時計數器8253、可編程并行I/O接口8255A及譯碼器74LS138。設計過程可簡述為：利用傳感器和ADC0809采集語音數據，以每秒5000的速率采集IN0輸入的語音數據并存入內存，共采集數據60000個，即錄音12秒。DAC0832進行數模轉換，以同樣的速率將數據送DAC0832使喇叭發(fā)聲。8253用作定時，定時0.2ms，設置成方式0，計數初值為200。8253計數器0的OUT0與8255A的PA0連接，利用PA0查詢OUT0電平，如果為高點平則表示定時時間到。用譯碼器74LS138對地址線進行譯碼以產生各接口芯片所需的信號。2.2硬件連接圖2.3各芯片的作用及工作方式（1）ADC0809在本次設計中的作用及工作方式ADC0809作數據采集用，用來采集12秒的語音信號并保存到相應的存儲單元。對ADC0809的8個模擬通道，這里是用數據總線的低8位D2、D1、D0來控制ADC的通道選擇信號ADDC、ADDB、ADDA，以實現選擇其中之一模擬通道輸入。在本次設計中，初始值為000（D2=0、D1=0、D0=0），即選擇IN0通道進行數據采集，然后使ADC0809的ALE、START有效，START和ALE信號通過CPU向選中的通道口執(zhí)行一條輸出指令，啟動A/D轉換。轉換結束后，發(fā)出EOC信號，當EOC為高電平時，可供CPU查詢，讀取每次采集的A/D轉換結果。當CPU知道轉換已完成，執(zhí)行一條輸入指令使OE信號有效，此時輸出緩沖器被打開，數據送到數據總線。系統(tǒng)時鐘經分頻后接到ADC0809芯片的時鐘引腳CLK上。（2）DAC0832在本次設計中的作用及工作方式在本次設計中，我使用的DAC0832采用直通方式與CPU連接，從硬件圖中可以看出，該片DAC0832只有一個端口地址，即88H。DAC0832的ILE信號與+5V連在一起，、WR1和WR2均接地，總是有效的，DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器均處于選通狀態(tài)，只要CPU想88H端口執(zhí)行一條輸出指令，就會使XFER有效，CPU輸出繁榮數字量就會順利通過DAC0832的兩個寄存器，然后進行D/A轉換，在運算放大器的輸出端得到轉換結果。

（3）8253、8255A在本次設計中的作用及工作方式8253在本次設計中用作定時，工作于方式0，與8255A連接使用完成定時操作。8255A采用工作方式0進行輸入操作，工作方式0是8255A個端口的基本輸入輸出方式，CPU可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息。當8253寫入方式0控制字后，計數輸出端OUT0立即變?yōu)榈碗娖?，并且在計數過程中一直保持低電平，當計數完成時，OUT0輸出變?yōu)楦唠娖健?253計數器0的OUT0與8255A的PA0連接，因此可通過查詢PA0是否為1，判斷計數是否完成。計數完成，則表示定時時間到。

（4）74LS138在本次設計中的作用譯碼器74LS138對地址線進行譯碼以產生各接口芯片所需的信號各接口芯片端口地址分配如下：

芯片A7

A6

A5A4

A3

A2A1

A0

選中的芯片端口地址82531

0

01

0

00

0

00

0

00

00

1Y0選中8253計數器0

選中8253控制口

80H

81H8255A1

0

01

0

00

0

10

0

10

00

1Y1選中8255A的A口

選中8255A控制口

84H

85HDAC08321

0

00

1

00

0Y2選中DAC

88HADC08091

0

01

0

01

0

00

1

11

0

01

0

10

00

00

0Y3選中ADCIN0

選中ADC轉換結果端口

選中ADC的EOC端口

8CH

90H

94H2.4流程圖

開始開始8253、8255A初始化顯示錄音提示信息等待鍵盤輸入有鍵按下嗎？調用錄音子程序顯示錄音提示信息等待鍵盤輸入序有鍵按下嗎？調用收音子程序是空格嗎？返回DOSNYNNYY開始開始置數據區(qū)首地址至D1置循環(huán)初值CX=60000啟動A/D轉換測試轉換是否結束？讀EOC狀態(tài)讀取轉換結果存數據區(qū)尋址下一單元序延時0.2ms循環(huán)結束嗎？結束DOSNYNY開始開始置數據區(qū)首地址至D1置循環(huán)初值CX=60000從數據區(qū)取數據尋址DACS1加1延時0.2ms循環(huán)結束嗎？子程序返回DOSNY發(fā)送到DAC進行D/A轉換并輸出芯片介紹（1）ADC0809

ADC0809是CMOS工藝制成的雙列直插式8位A/D轉換芯片，內部采用逐次逼近原理，單極性，量程為0～+5V。片內部有8路模擬開關，可控制選擇輸入8個模擬量之中的一個，并帶有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，可直接與CPU總線連接，不需要外部鎖存器，是應用較廣泛的一種A/D轉換芯片。①ADC0809內部結構ADC0809內部結構框圖如圖1所示ADC0809內部由兩部分電路組成：第一部分：8路模擬通道選擇開關，地址鎖存器和譯碼器。第二部分：比較器、8位逐次逼近寄存器SAR、8位開關樹型D/A轉換電路、控制邏輯、三態(tài)輸出緩沖鎖存器。工作原理：由ADDA、ADDB、ADDC及ALE選擇8個模擬量之一，并通過通道選擇開關加至比較器一端。由START信號啟動A/D轉換開始且SAR清0。在CLOCK的控制下，將SAR從高位逐次置1，并將每次置位后的SAR送D/A轉換器轉換成與SAR中數字量成正比的模擬量。DAC的輸出加至比較器的另一端與輸入的模擬電壓進行比較，若Vi大于等于V0保留SAR中該位的1；若Vi小于V0則該位清0。經過8次比較（8個CLOCK）后，SAR中的8位數字量即是結果。在OE有效時，將SAR中的8位二進制數輸出至鎖存器，并通過D7～D0輸出，同時發(fā)出EOC轉換結束信號。

圖1ADC0809內部結構框圖

②ADC0809引腳功能如下：

IN0～IN7：8路模擬輸入通道。D0～D7：8位數字量輸出端。START:啟動轉換命令輸入端，由1→0時啟動A/D轉換，要求信號寬度>100nOE：輸出使能端，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進入A/D轉換。其中ADDA是LSB位，這三個引腳上所加電平的編碼為000～111，分別對應IN0～IN7，例如，當ADDC=0，ADDB=1，ADDA=1時，選中IN3通道。ALE：地址鎖存允許信號。用于將ADDA～ADDC三條地址線送入地址鎖存器中。EOC：轉換結束信號輸出。轉換完成時，EOC的正跳變可用于向CPU申請中斷，其高電平也可供CPU查詢。CLK：時鐘脈沖輸入端，要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓，一般與微機接口時，REF（-）接0V或-5V，REF（+）接+5V或0V。

（2）DAC0832DAC0832是用COMS工藝制成的雙列直插式8位D/A轉換芯片，內部采用T型電阻網絡，數字輸入有輸入寄存器和DAC寄存器兩級緩沖，可以雙緩沖、單緩沖或直接輸入方式連接。DAC0832內部結構圖DAC0832引腳圖如圖2所示，各引腳功能如下：

圖2DAC0832引腳圖

DI7～DI0：轉換數據輸入：片選信號（輸入），低電平有效ILE：數據鎖存允許信號（輸入），高電平有效：第1寫信號（輸入），低電平有效上述兩個信號控制輸入寄存器是數據直通方式還是數據鎖存方式；當ILE=1和=0時，為輸入寄存器直通方式；當ILE=1和=1時，為輸入寄存器鎖存方式。：第2寫信號（輸入），低電平有效：數據傳送控制信號（輸入），低電平有效上述兩個信號控制DAC寄存器是數據直通方式還是數據鎖存方式；當=0和=0時，為DAC寄存器直通方式；當=1和=0時，為DAC寄存器鎖存方式。Iout1：電流輸出1Iout2：電流輸出2DAC轉換器的特性之一是：Iout1+Iout2=常數。Rfb—反饋電阻端0832是電流輸出，為了取得電壓輸出，需在電壓輸出端接運算放大器，Rfb即為運算放大器的反饋電阻端。運算放大器的接法如圖3所示。Vref：基準電壓，其電壓可正可負,范圍-10V～+10V。DGND：數字地AGND：模擬地

DAC0832的三種工作方式①直通方式當ILE接高電平，都接數字地時，DAC處于直通方式，8位數字量一旦到達D0～D7輸入端，就立即加到D/A轉換器，被轉換成模擬量。在D/A實際連接中，要注意區(qū)分“模擬地”和“數字地”的連接，為了避免信號串擾，數字量部分只能連接到數字地，而模擬量部分只能連接到模擬地。這種方式可用于不采用微機的控制系統(tǒng)中。②單緩沖方式單緩沖方式是將兩個鎖存器之一處于直通狀態(tài)，輸入數據中經過一級緩沖送入D/A轉換器。如把都接地，使寄存鎖存器2處于直通狀態(tài)，ILE接+5V，接CPU系統(tǒng)總線的信號，接端口地址譯碼信號，這樣CPU可執(zhí)行一條OUT指令，使和有效，寫入數據并立即啟動D/A轉換。③雙緩沖方式即數據通過兩個寄存器鎖存后再送入D/A轉換電路，執(zhí)行兩次寫操作才能完成一次D/A轉換。這種方式可在D/A轉換的同時，進行下一個數據的輸入，可提高轉換速度。更為重要的是，這種方式特別適用于系統(tǒng)中含有2片及以上的DAC0832，且要求同時輸出多個模擬量的場合。

（3）可編程計數/定時接口芯片82538253外部引腳結構8253各引腳的功能定義如下：

數據總線D0～D7：它們?yōu)槿龖B(tài)輸入／輸出線，用于將8253與系統(tǒng)數據總線相連，是8253與CPU接口數據線，供CPU向8253讀寫數據、命令和狀態(tài)信息。

讀信號RD：它為輸入信號，低電平有效。它由CPU發(fā)出，用于對8253寄存器讀操作。

寫信號WR：它為輸入信號，低電平有效。它由CPU發(fā)出，用于對8253寄存器寫操作。

地址譯碼線A1A0：這兩根線接到系統(tǒng)地址總線的A1A0上。當CS＝0，8253被選中時，A1A0用于選擇8253內部寄存器，以便對它們進行讀寫操作。8253內部寄存器與地址碼A1A0的關系如表7－3所示。

時鐘信號CLK：CLK為輸入信號。3個計數器，各有一獨立的時鐘輸入信號，分別為CLK0、CLK1、CLK2。時鐘信號的作用是在8253定時或計數工作時，每輸入一個時鐘信號CLK，便使定時或計數值減1。它是計量的基本時鐘。

門選通信號GATE：GATE信號為輸入信號。3個通道，每一個都有自己的門選通信號，分別為GATE0、GATE1、GATE2。GATE信號的作用是用來禁止、允許或開始計數過程。對8253的6種不同工作方式，GATE信號的控制不同（參見后面的表7－4）。

計數器輸出信號OUT：OUT是8253向外輸出信號。3個獨立通道，每一個都有自己的計數器輸出信號，分別為OUT0、OUT1、OUT2。OUT信號的作用是，計數器工作時，當定時或計數值減為0時，即在OUT線上輸出OUT信號，用以指示定時或計數已到。這個信號可作為外部定時、計數控制信號引到I／O設備用來啟動某種操作（開／關或啟／停），也可作為定時、計數已到的狀態(tài)信號供CPU檢測，或作為中斷請求信號使用。8253的內部結構①數據總線緩沖器該緩沖器為8位雙向三態(tài)的緩沖器，8根數據線D0～D7可直接掛在CPU數據總線上。②

讀/寫控制邏輯它是8253內部操作的控制部分，它決定三個計數器和控制字寄存器中哪一個能進行工作，并控制內部總線上數據傳送的方向。③控制字寄存器接收從CPU來的控制字，并由控制字的D7、D6位的編碼決定該控制字寫入哪個計數器的控制寄存器，控制寄存器只能寫入，不能讀出。④計數器8253有3個獨立的計數器通道，每個通道的結構完全相同，如圖10.2所示。每一個通道有一個16位減法計數器；還有對應的16位初值寄存器和輸出鎖存器。每個計數器都可以對其CLK輸入端輸入的脈沖按照二進制或BCD碼從預置的初值開始進行減1計數，當減至0時，從OUT端輸出一個信號，計數的開始由軟件啟動或硬件門控信號GATE控制。計數開始前寫入的計數初值存于初值寄存器；計數過程中，減法計數器的值不斷遞減，而初值寄存器中的初值不變。輸出鎖存器則用于寫入鎖存命令時鎖定當前計數值。當8253用作計數器時，加在CLK引腳上脈沖的間隔可以是不相等的；當它用作定時器時，則在CLK引腳應輸入精確的時鐘脈沖，8253所能實現的定時時間，取決于計數脈沖的頻率和計數器的初值。對8253來講，外部輸入到CLK引腳上的時鐘脈沖頻率不能大于2MHZ，否則需分頻后才能送到CLK端。

（4）可編程并行I/O接口芯片8255A8255A的外部引腳布局如圖所示。它有40根引腳，可分為與系統(tǒng)總線（如8086）連接的引腳和與外部設備連接的引腳。8255A引腳圖8255A引腳功能說明：

RESET:復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。

PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數據輸入鎖存器。

PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。

PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數據輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設定而分成2個4位的端口，每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。

CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊。

RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數據總線向CPU發(fā)送數據或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數據。

WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數據或控制字寫8255。

D0～D7:三態(tài)雙向數據總線，8255與CPU數據傳送的通道，當CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現8位數據的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數據總線傳送。8255A內部結構①并行輸入/輸出端口A、B、C8255A芯片具有24個可編程輸入輸出引腳，分成3個8位端口，其中：端口A包含一個8位數據輸出鎖存/緩沖寄存器和一個8位數據輸入鎖存器；端口B包含一個8位數據輸入/輸出、鎖存/緩沖寄存器和一個8位數據輸入緩沖寄存器；端口C包含一個輸出鎖存/緩沖寄存器和一個輸入緩沖寄存器。必要時端口C可分成兩個4位端口，分別與端口A與端口B配合工作，通常將端口A和端口B定義為輸入/輸出的數據端口，而端口C可作為狀態(tài)或控制信息的傳送端口。②A組和B組控制部件端口A與端口C的高4位(PC7～PC4)構成A組，由A組控制部件實現控制功能，端口B與端口C的低4位（PC3～PC0）構成B組，由B組控制部件實現控制功能。它們各有一個控制單元，可接收來自讀/寫控制部件的命令和CPU通過數據總線（D7～D0）送來的控制字，并根據它們來定義各個端口的操作方式。③

數據總線緩沖器這是一個三態(tài)雙向8位數據緩沖器，它是8255A與8086CPU之間的數據接口，CPU輸入輸出的數據，CPU輸出的控制字以及外設的狀態(tài)信息都是通過這個緩沖器進行傳送。④

讀/寫控制部件

這是8255A內部完成讀/寫控制功能的部件，它與CPU的地址總線及有關的控制信號相連，接收CPU的控制命令，并根據它們向片內各功能部件發(fā)出操作命令（5）74LS138譯碼器74LS138是3-8線二進制譯碼器，它有3個輸入端，8個輸出端，輸出低電平有效。該器件3個輸入端A、B、C接受二進制碼，其輸出端Y0～Y7工8條譯碼輸出線。除此之外，還有3個使能控制端G、G2A、G2B，目的在于靈活應用并組合各種電路。只有當G=0，同時G2A+G2B=0時，譯碼器工作，否則，譯碼器功能被禁止。設計方法4.1具體實現方法實現該聲音錄放系統(tǒng)功能的程序可以分為以下四個部分：（1）主程序主程序的主要任務是對8253、8255A進行初始化，實現錄、放音的功能調用。①8253初始化設置8253在程序中設置成方式0，計數200，定時0.2ms8253工作方式控制字：10000000B，即10H；選擇通道0，方式0，只讀寫的、低8位設8253輸入時鐘信號的頻率為1MHZ計數初值=0.2ms/0.001ms=200控制字端口地址為：81H計數器0端口地址為：80H②8255A初始化設置8255A控制字：10010000B，即90H；方式0，A口輸入控制字端口地址為：85HA口地址為：84H③調用錄、放音子程序首先DOS功能調用，顯示錄音提示信息，然后BIOS功能調用，讀鍵盤緩沖區(qū)字符，等待鍵盤輸入，若無鍵按下，繼續(xù)等待；有鍵按下，則調用錄音子程序，錄音12秒。清除鍵盤緩沖區(qū)后，再進行放音子程序的調用。（2）A/D錄放音子程序根據設計要求，ADC0809要以每秒5000的速率采集語音數據，錄音12秒，因此共需采集5000×12=60000個數據，計數器CX=60000。選擇IN0通道進行數據采集（D2=0、D1=0、D0=0），尋址A/D轉換啟動端口地址，CPU向IN0通道執(zhí)行一條輸出指令，啟動一次A/D轉換。尋址EOC狀態(tài)端口地址，讀取EOC狀態(tài)，測試轉換是否結束，未完則繼續(xù)等待，轉換完成后，則尋址ADC0809轉換結果端口，CPU執(zhí)行一條輸入指令，取A/D轉換結果。A/D轉換啟動端口地址：8CH轉換結果端口地址：90HEOC狀態(tài)端口地址：94H（3）D/A放音子程序置數據區(qū)首址至SI，計數器CX=60000。從數據區(qū)取數據，尋址DAC端口地址，CPU執(zhí)行一條輸出指令，進行D/A轉換。DAC端口地址為：88H（4）延時子程序DELAY是延時0.2ms的子程序將8253計數器0的OUT0輸入到8255A端口，測試PA0是否為1，若不為1，則表示8253未計數完，繼續(xù)查詢，如果為1，則表示8253計數完成，定時時間到。4.2程序編寫NAME

EXAMPLEDATA

SEGMENTBUF

DB60000DUP（？）MESS1

DB‘NOWREADAYTORACORD’，0DH，0AH,‘$’MESS2

DB‘NOWPLAYTHERECORDING!’,0DH,0AH,‘$’DATA

ENDS

CODE

SEGMENTASSUME

CS:CODE,DS:DATASTART:

MOVDX,81H

；指向8253控制口

MOVAL,10H

；控制字：選擇通道0，方式0，只讀寫的、低8位

OUTDX,AL

；送控制字

MOVDX,85H

；指向8255A控制口

MOVAL,90H

；控制字：方式0，A口輸入

OUTDX

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MOVDX,OFFSETMESS1

MOVAH,09H

INT21H

；顯示錄音提示信息WAIT:

MOVAH,01H

INT16H

；讀鍵盤緩沖區(qū)字符，是否有鍵按下JZ

WAIT

；無鍵按下，繼續(xù)等待CALLREAD

；有鍵按下，調用錄音子程序MOVDX,OFFSETMESS2

MOVAH,09HINT21H

；顯示放音提示信息MOVAL,07HMOVAH,0CHINT21H

；清除鍵盤緩沖區(qū)RE:

MOVAH,01HINT16H

；讀鍵盤緩沖區(qū)字符，是否有鍵按下JZ

RE

；無鍵按下，繼續(xù)等待CALL

PLY

；有鍵按下，調用放音子程序

CMPAL,20H

；是空格嗎JZ

RE

；不是，繼續(xù)循環(huán)MOVAH,4CH

；是，子程序返回INT21H

READPROCNEARMOVDI,OFFSETBUF

；尋址數據區(qū)MOVCX,60000

；裝入計數器CX=60000

READ1:

MOVAL,00H

；選擇IN0通道

MOVDX,8CH

；DX指A/D轉換啟動端口地址

OUTDX,AL

；啟動A/D轉換

MOVDX,94H

；尋址EOC狀態(tài)端口地址READ2:

IN

AL,DX

；取EOC狀態(tài)

TESTAL,80H

；測試轉換是否結束

JZ

READ2

；未完，則等待

MOV

DX,90H

；尋址數據端口

IN

AL,

DX

；取A/D轉換結果

MOV[DI],AL

；存到數據區(qū)

INC

DI

；尋址下一單元

CALLDELAY

；延時0.2ms

LOOPREAD1

；重復60000次RETREADENDPPLYPROCNEARMOVSI,OFFSET

BUF

；尋址數據區(qū)MOVCX,60000

；裝入計數器CX=60000PLY1:

MOVAL,[SI]

；從數據區(qū)取數據MOVDX,88H