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1、微机原理及接口技术课程设计2010/2011 学年第 2 学期学 院：中北大学专 业：测控技术与仪器起 迄 日 期:5月 16 日 5 月27日课程设计地点:指 导 教 师:姓名.学号:一课程设计目的 通过课程设计，掌握8253的控制字的设置、工作方式、编程原理和微机接口方法，熟悉8088的功能几个管脚的作用；提高理论联系实际的解决实际问题的能力，提高对接口技术等相关硬件知识的深入理解，进而提高动手能力和学习兴趣为顺利进入毕业环节做必要的准备。二课程设计内容以8088CPU为核心设计一个数字频率计，要求能测量1HZ1MHZ频率范围的矩形和正弦波的频率或周期。三课程设计要求用8253芯片设计电路
2、图，画出电路原理图，说明工作原理，编写程序。四数字频率计基本原理1数字频率计的原理1）数字频率计是用于测量信号(方波、正弦波或其它脉冲信号)的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量迅速，读数方便等优点。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周
3、期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为fNT，其中，f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数。 T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1S内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000Hz。晶振产生较高的标准频率，经分频器后可获得各种时基脉冲(1mS，10mS，0.1S，1S等)，时基信号的选择由开关k控制。用单稳态触发器产生指令和清零信号，对置零信号而言，当达到所调节的延时时间时，延时电路输出一个复位信号，使计数器
4、和所有的触发器量0，为后续新的一次取样作好准备，即能锁住一次显示的时间，使保留到接受新的一次取样为止。2）系统框图从数字频率计的基本原理出发，根基设计要求，得到如图1所示的电路框图 图1. 电路系统框图28088CPU的原理8088 CPU是一块具有40条引出线的集成电路芯片，如图2所示。为了减少芯片的引线，有许多引线具有双重定义和功能，采用分时复用方式工作，即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。同时，8088CPU上的MN/MX=1时，8088CPU工作在最小模式之下。此时，构成的微型机中只包括一个8088CPU，且系统总线由CPU的引线形成，微型机所用的芯片最少。当MN/MX=0时，8
5、088CPU工作在最大模式之下。在此模式下，构成的微型计算机中除了有8088CPU之外，还可以接另外的CPU（如8087），构成多微处理器系统。 图2. 8088CPU管脚图数据总线D0D15：双向传输， 可分别使用其低8位或高8位，该总线与地址总线A0A15共用CPU引脚形成复用总线AD0AD15， 地址、数据分时传送。地址总线A0A19：20位，单向，地址由CPU产生，用于寻址访问存储器单元或IO端口。A0A15与D0D15复用，A16A19与状态信号S3S6复用(A16/S3 A19/S6)。其中AD15AD0地址数据复用信号（标号216、39），双向，三态。状态信号S3S6：S6：指示
6、8088当前是否与总线相连。S60表示8088连在总线上。S5：表示中断允许标志状态。S51表示中断允许标志IF1（对可屏蔽中断请求起作用）。S50表示IF0，禁止可屏蔽中断。S4和S3用来指出当前使用的段寄存器。 S4、S3代码组合对应的含义如下表所示。S4S3当前正使用的段寄存器 0 0 ES 0 1 SS 1 0 CS或未使用任何段寄存器 1 1 DSRD(Read)：读信号（标号32），输出，三态。RD信号有效，表示CPU执行一个对存储器或I/O端口的读操作，在一个读操作的总线周期中，RD在T2T3状态中有效，为低电平。为0时，CPU作读操作。WR(Write)：写信号（标号29），输
7、出，三态。WR信号有效，表示CPU执行一个对存储器或I/O端口写操作，在写操作总线周期中，WR在T2T3状态中有效，为低电平。为0时，CPU作写操作；M/IO，RD，WR组合成系统的存储器和端口的读写信号：MEMR，MEMW，IOR，IOW。高电平有效时，将地址存入外部地址锁存器。通常用RD#以及WR#信号控制存储器或I/O的读出和写入端。RD和 WR指出CPU当前进行的是读还是写操作， 它和M/IO信号一起，指出当前进行的是存储器读、I/O读、存储器写、I/O写四种操作中的哪一种。RD和WR信号除了在T2T3状态中有效外，还在TW（等待）状态有效。下表为对存储器或I/O的读写操作选择。 RD
8、WRM/IO 对应的操作 0 1 0 I/O写操作 0 1 1 存储器写操作 1 0 0 I/O读操作 1 0 1 存储器读操作38253的原理8253是一种可编程的计数器/定时器芯片，如图3所示。 8253内部具有3个独立的16位计数器通道，通过对它进行编程，每个计数器通道均有6种工作方式，并且都可以按2进制或10进制2种格式进行计数，最高计数频率能达到2MHz。 8253还可用作可编程方波频率产生器、分频器、程控单脉冲发生器等。 图3. 8253管脚图D0D7：8位双向数据线，用来传送数据、控制字和计数器的计数初值。CS：选片信号，输入。低电平有效，由系统高位I/O地址译码产生。RD：读控
9、制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示CPU要对此定时器芯片进行读操作。WR：写控制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示CPU要对此定时器芯片进行写操作。A 0，A1：地址信号线。CLK0CLK2：每个计数器的时钟信号输入端。GATE0GATE2：门控信号，用于控制计数的启动和停止，GATE=1时计数允许，GATE=0时停止计数。OUT0OUT2：计数器输出信号。474LS48七段译码器BCD-七段显示译码器（74LS48）因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码，并
10、使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”。 1）输入：8421BCD码，用A3 A2 A1 A0表示（4位）。 2）输出：七段显示，用Ya Yg 表示（7位） 3）逻辑符号：七段显示译码器在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动 器和显示器等部分组成，如图4所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。 图4数字显示电路方框图数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数
11、字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。 数字显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。 图5 七段数字显示器发光
12、段组合图按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类： 7448七段显示译码器 7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 7448的功能表如下表所示，它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下： 灭灯输入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 试灯输入LT 当LT0时，BI/RBO是输出端，且RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。该输入端常用
13、于检查7488本身及显示器的好坏。 7488功能表 动态灭零输入RBI当LT1，RBI0且输入代码DCBA0000时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。动态灭零输出RBOBI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT1且RBI0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT
14、1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。5频率测量方法频率测量方法有M法，T法，M/T法，测量的基本要求是快速准确。（1）M法：测量计数在一定时间Tc内的信号脉冲数M。譬如，Tc1秒，计数值M1200，则信号频率为1200Hz； Tc0.1秒，计数值M=1200，则信号频率为12000Hz。显然，M法适用于高频信号的测量。（2）T法：测量一个完整脉冲的周期T，则此周期T的倒数就是待测频率。譬如，测得T0.1ms，则信号频率为10000Hz。显然，T适用于低频信号测量。五、编写程序(设8253端口地址为40H43H)（1）8253初始化（五微秒信号）-
15、FOR8253: MOV DX,0FFFBH MOV AL,36H ;0111 0110 CT1，方式3 OUT DX,AL MOV AL,76H ;0011 0000 CT0，方式0 OUT DX,AL MOV DX,0FFF9H MOV AX,18432 ;(6144) CT1 产生10ms方波 OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL MOV DX,0FFF8H MOV AX,2 ; ;5ms脉冲 OUT DX,Al MOV AL,AH OUT DX,ALRET-8253初始化（一秒信号）-FOR8253: MOV DX,0FFFBH MOV AL,36H ;0111
16、0110 CT1，方式3 OUT DX,AL MOV AL,76H ;0011 0000 CT0，方式0 , OUT DX,AL MOV DX,0FFF9H MOV AX,18432 ;(6144) CT1 产生10ms方波 OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL MOV DX,0FFF8H MOV AX,100 ;1000 ;1s脉冲 OUT DX,Al MOV AL,AH OUT DX,ALRET-8253初始化（十秒信号）-FOR8253b:MOV DX,0FFFBH MOV AL,36H ;CT0，方式0 OUT DX,AL MOV AL,076H ;CT1，方式3
17、 OUT DX,AL MOV DX,0FFF9H ;CT1 MOV AX,18432 ;(18432) 产生10ms方波 OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL MOV DX,0FFF8H ;CT0 MOV AX,1000 ;1000 ;10s脉冲 OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL RET;-;控制CT2计数,设置频率范围;-FOR8253X: MOV DX,0FFFBH ;控制口地址 MOV AL,0B0H ;CT2，方式0 OUT DX,AL MOV DX,0FFFAH ;CT2地址 MOV AX,65535 ;T2计数的最大值 OUT DX,
18、AL MOV AL,AH OUT DX,AL mov cx,10 ;延时good: loop goodRET;-;二 十进制转化（高频无小数点，利用了M法测量）;-BTRO: MOV CL,6 XOR CH,CH XOR DX,DX MOV BX,10 MOV SI,OFFSET BUF ADD SI,5 ;从低位到高位存储NEXT: DIV BX MOV SI,DL ;除以10的余数存放低位 DEC SI AND AX,AX JZ STOP ;判断是否除尽 MOV DL,0 LOOP NEXTSTOP: RET;- ;二 十进制转化（低频有小数点，利用了T法测量）;-BTROb:MOV CL
19、,3 XOR CH,CH XOR DX,DX MOV BX,10 MOV SI,OFFSET BUF ADD SI,5 ;使其从数码管的低位开始显示 DIV BX MOV SI,DL DEC SI MOV DL,0 ;将存放余数的清0 DIV BX ADD DL,10 ;查表将该位的小数点显示出来 MOV SI,DL DEC SI AND AX,AX ;检测商是否为0，若为0程序跳出，否则继续 JZ STOP1 MOV DL,0NEXT1: DIV BX MOV SI,DL DEC SI AND AX,AX JZ STOP1 MOV DL,0 LOOP NEXT1 ;由于数码管只能显示5为，则
20、CL=3STOP1: RET（2）8255的有关内容 MOV AX,DATA MOV DS,AX ；设数据段寄存器的值 MOV AX,STACK MOV SS,AX ；设堆栈段寄存器的值MOV DX，0FF03 MOV AL,80H OUT DX,AL ；写入模式字 (3) LED显示 MOV AL,DI+3 ；取要显示的数字 MOV BX,OFFSET LEDADD ；取显示代码表首址 XLAT ；将数字转换成显示代码 MOV 0FF00H,AL ；将显示代码送入A口 MOV DX,0FF02H MOV DX,01H ；将0EH送入C口 CALL DELAY MOV AL,DI+2 MOV
21、BX,OFFSET LEDADD XLAT MOV 0FF00H,AL MOV DX,0FF02H MOV DX,03H CALL DELAY MOV AL,DI+1 MOV BX,OFFSET LEDADD XLAT MOV 0FF00H,AL MOV DX,0FF02H MOV DX,05H CALL DELAY MOV AL,DI MOV BX,OFFSET LEDADD XLAT MOV 0FF00H,AL MOV DX,0FF02H MOV DX,07H CALL DELAYDELAY MOV CX,0021HP1: MOV DX,0006HP2: DEC DX JNZ P2 DEC
22、 CXJNZ P1RETLEDADD: DB 40H DB 79H DB 24H DB 30H DB 19H DB 12H DB 02H DB 78H DB 00H DB 10H CODE ENDS 开始数码管初始化8259初始化8253初始化关中断定计数初值开中断等待中断显示结束六电路原理图七、设计总结微型计算机已经广泛应用于各行各业，促进了社会的进步。作为今天的设计人员，必须很好的掌握微型计算机的概念与技术。书本上学习的知识通常只是理论上的东西，而微机原理则是与实际结合很紧密的事情。所以实践是必不可少的掌握所学内容的阶段。为期两周的课程设计过程中，我们遇到了一些困难，最后通过我们到图书馆借阅有关书籍、网上查找资料、询问老师以及同学完成了此次课程设计，这次课程设计加强了我们的动手、思索和解决问题能力。熟悉了所常用的芯片比如8253,8255等的应用，此次课设使我们又一次明白了团队合作的的重要性，收获很大。八、参考文献微型计算机原理与接口技术 冯博琴 吴宁 主编 电子器件常用器件应用手册 陈汝全 主编 数字电子基础 韩炎 主编 单片机应用入门 龙威林 杨冠声 主编