硬件课程设计压力控制系统

计算机科学与技术学院硬件课程设计报告（总报告）姓 名： 学 号：08083724 08083728 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 网络 081班 设计题目： 压力控制系统 指导教师： 职 称： 副教授 2011年 1 月 徐州、摘 要我们经常要控制压力在某一范围内变化，是压力不超过某以上限值也不低于某一下限值。而压力控制系统在实际中也有较广泛的应用。实例 1：某大型化肥厂辅助锅炉生产10Mpa 的高压蒸汽。在正常情况下，高压蒸汽全部通过高压蒸汽透平，然后抽气得4Mpa 的中压蒸汽。中压蒸汽又分别通过空压机、原料压缩机、冰机等蒸汽透平，充分利用了整齐的能量。为了确保蒸汽透平整长运转，要求高压蒸汽压力不致过高（3.8）但并不要求压力维持在某一值不变。实例 2：如果要控制水塔内的水在一定的范围内，当管线水压低于设定的下限时，控制补水泵开启，自动补水。当管线水位上升至上限时，控制补水泵停止工作。由此，我们想到，如何控制其压力大小，使其在一定的范围内按照我们的期望变化。对于在由风门控制的风道系统中，由人工来监测和控制风门附近的压力是一项很繁琐的工作，因为监测要求监测者进到再次行连续的不间断的循环工作。监测之后要进行判断，并在数据不符合要求的情况下进行循环控制，直监测时所得的数据符合要求为止。而且，在某些情况下人工控制是很难实现的，例如，当监测对象的压力很大的时候，或者是监测对象很难接近的时候。为此，我们目前很需要开发一种简单的压力控制系统来替代人的工作。这样既可以节省人力资源，又可以使这项繁琐而又难实现的工作变得简单又轻松。真正实现我们所谓的监测和控制。关键词：压力控制系统 ；8253定时器 ；8255输入输出接口 ；8279键盘输入及显示控制；计算机科学与技术学院2008级硬件课程设计报告 第18页目 录设计简介21 设计任务与要求4 1.1实验目的4 1.2设计任务与具体的要求4 1.3设计所需器件42 总体方案5 2.1压力控制系统工作原理5 2.2压力控制系统四大模块5 2.3压力控制系统总体方框图 53 硬件设计 6 3.1 8253器件的应用 3.2 8255器件的应用 3.3 8279 器件的应用 10 4.程序清单及设计145. 结论与体会166.参考文献16设 计 简 介1.硬件课程设计步骤及要求各阶段时间安排： 1. 选题及需求分析阶段 （18） 2. 概要设计阶段（916）3. 测试总结阶段 （3740）4. 详细设计阶段（1736）5. 撰写报告阶段 （4148）2. 设计题目：压力控制系统3设计背景：我们经常要控制压力在某一范围内变化，是压力不超过某以上限值也不低于某一下限值。而压力控制系统在实际中也有较广泛的应用。为此，我们目前很需要开发一种简单的压力控制系统来替代人的工作。这样既可以节省人力资源，又可以使这项繁琐而又难实现的工作变得简单又轻松。真正实现我们所谓的监测和控制。4面临的问题：4.1 8279芯片以前从没有接触过，对它的使用不了解。键盘及显示控制功能等操作也不是很清楚，因此在开始设计抢答器系统之前需要自己动手寻找相关资料。4.2 将几块芯片模块组成系统，需要组员之间的默契配合与整个系统架构的严谨设计。5解决方案：5.1 通过在网上的搜索，找到了一些关于8279芯片的知识，对于8279芯片的基本操作能够实现。5.2 设计与分析系统时，采用模块化的设计理念，将各个模块分开设计。最后再组合成系统。6设计思想：使用器8253计时功能、8255输入输出接口、8279键盘扫描及数码管显示控制功能，再加上LED灯、实验箱上提供2MHz的脉冲源以及+5V的电源来实现整个系统的设计。当在应变片上施加一力时，引起电桥不平衡，压力信号转换为微弱的电压信号，经LM324运算放大器，把信号放大至0 - 5V，作为ADC0809输入信号。ADC0809能与CPU直接接口，其输入电压为0 - 5V，本实验中以A2.A1.A0作为通道地址线，CPU对AD0809执行写操作时锁存通道地址。7.程序框架图 1设计任务及要求1.1实验目的1、复习8255及8253芯片的工作原理。2、学会设计小规模逻辑电路图。3、增强分析、解决问题的能力4、了解力-电信号转换的基本工作原理，掌握ADC0809的使用方法，提高数据处理程序的1. 2设计任务和具体要求设计一个压力控制系统，可以测量压力，当压力超过一定值时，系统报警.1.3设计所需器件8253芯片、8255芯片、8279芯片以及试验箱上提供的LED灯、1M时钟脉冲信号、及接线等。2 设计总体方案2.1压力控制系统工作原理编写并调试出一个实验程序，其功能将一力施加于压力传感器金属弹性元件表面，超想-3000TB实验平台上数码管显示力的数据，并随力的大小而变化2.2压力控制系统模块设计（1）“译码器”的YC2孔连数模转换AD0809的CS4孔，“脉冲源”的0.5MHZ孔连AD0809的CLOCK孔，IN0孔（AD0809的0通道）连AN0孔（压力传感器的输出孔）。（2）硬件调试：在弹性元件表面施加一力。调整实验平台上电位器，使输入到此AD0809的IN0上电压为一定值。超想-3000TB+超想3000连PC机，在WINDOWS调试环境下点击窗口/数据窗口/MEMORY，以打开MEMORY数据窗口，在打开的MEMORY窗口中的0A000H地址（即AD0809的片选空间）上 写入00H（即选择AD0809的0通道），以启动0809对IN0上输入电压进行A/D转换，然后点击刷新图标，读出AD转换结果。 （3）输入程序，编译。在读取AD转换指令后设置断点，在弹性元件施加一力，全速运行，如果碰到断点，再检查读出A/D转换结果，数据是否与Vin0相对应，否则应查程序或硬件。再全速运行程序，修改程序错误使超想-3000TB显示值随力的大小而变化，直至达到本实验的要求。（4）通过“压力传感器”框中的电位器，对电桥进行零点平衡调节。2.3压力控制系统总体方框图3.硬件设计3.1 8253器件的应用8253的内部结构图8253的主要性能：8253可编程定时/计数器芯片时Intel公司生产的微型计算机通用外围芯片之一。采用24个引脚，双列直插式封装，其主要特性如下：采用NMOS工艺，用单一的5V电源供电。片内有3个独立的16位减法计数器（或计数通道），每个计数器又可分为两个8位的计数器。计数频率为05MHz。两种计数方式，即二进制和BCD方式计数。6种工作方式，即可对系统时钟脉冲计数实现定时，又可对外部事件进行计数。可由软件或硬件控制开始计数或停止计数。方式选择控制字8253的工作方式方式0：计数结束则中断工作方式0被称为计数结束中断方式，当任一通道被定义为工作方式0时， OUTi输出为低电平；若门控信号GATE为高电平，当CPU利用输出指令向该通道写入计数值WR#有效时，OUTi仍保持低电平，然后计数器开始减“1”计数， 直到计数值为“0”，此刻OUTi将输出由低电平向高电平跳变，可用它向CPU发出中断请求，OUTi端输出的高电平一直维持到下次再写入计数值为止。方式1：单脉冲发生器工作方式1被称作可编程单脉冲发生器，进入这种工作方式， CPU装入计数值n后OUTi输出高电平， 不管此时的GATE输入是高电平还是低电平， 都不开始减“1”计数，必须等到GATE由低电平向高电平跳变形成一个上升沿后，计数过程才会开始。与此同时，OUTi输出由高电平向低电平跳变，形成了输出单脉冲的前沿，待计数值计到“0”， OUTi输出由低电平向高电平跳变，形成输出单脉冲的后沿， 因此，由方式l所能输出单脉冲的宽度为CLKi周期的n倍。方式2：速率波发生器工作方式2被称作速率波发生器，进入这种工作方式， OUTi输出高电平，装入计数值n后如果GATE为高电平，则立即开始计数，OUTi保持为高电平不变； 待计数值减到“1”和“0”之间， OUTi将输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲，计数值为“0”时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数，OUTi将输出一定频率的负脉冲序列， 其脉冲宽度固定为一个CLKi周期， 重复周期为CLKi周期的n倍。方式3：方波发生器工作方式3被称作方波发生器，任一通道工作在方式3， 只在计数值n为偶数，则可输出重复周期为n、占空比为1：1的方波。方式4：软件触发方式计数工作方式4被称作软件触发方式，。进入工作方式4，OUTi输出高电平。 装入计数值n后， 如果GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，直到计数值减到“0”为止，OUTi输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲。由软件装入的计数值只有一次有效，如果要继续操作， 必须重新置入计数初值n。如果在操作的过程中，GATE变为无效，则停止减“1”计数， 到GATE再次有效时，重新从初值开始减“1”计数。方式5：硬件触发方式计数工作方式5被称为硬件触发方式，进入工作方式5， OUTi输出高电平， 硬件触发信号由GATE端引入。 因此，开始时GATE应输入为0， 装入计数初值n后，减“1”计数并不工作，一定要等到硬件触发信号由GATE端引入一个正阶跃信号，减“1”计数才会开始，待计数值计到“0”， OUTi将输出负脉冲，其宽度固定为一个CLKi周期，表示定时时间到或计数次数到。3.2 8255器件的应用利用8255器件实现辅助功能，利用A端口，通过对A端口进行读取，实现一秒钟的定时。8255地址连接210-213H8253的OUT1连接8255的PA0.(1)8255芯片8255的引脚图为8255A的引脚CS#为片选择信号，输入，低有效。 A1、A0为地址信号，用来区分8255A内部A、B、C三个数据端口和一个控制端口的地址。RD#、WR#分别为读、写信号，输入，低有效，接收CPU的读写命令。RESET，复位信号，输入，高有效，复位信号有效时将控制寄存器清零，并将A、B、C端口全部置为输入状态。D7D0：数据总线，双向与主机交换信息。CS#：片选，由高位地址译码产生。A1A0：片内端口寻址输入线，用于选择端口。RD#、WR#：读写控制信号。RESET：使芯片复位信号。PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0：数据接口线，与外设的连接线。8255A的内部端口地址当CS#=0时（由地址高位决定）：A1A0=00：选择A口。A1A0=01：选择B口。A1A0=10：选择C口。A1A0=11：选择控制口。注：PC机的8255A地址为60H63H。8255A的工作方式控制字端口的工作方式由将写入控制口的控制字决定，8255A设计了C端口的位操作工作方式， 必要时可以对C端口进行置0置1的位操作（如设置对8255A的PA口或PB口中断的屏蔽或允许）。工作方式控制字D7=1：特征位。D6D5：A口工作方式选择：00=方式0，01=方式1，10=方式2。D4：A口输出输入：0=输出， 1=输入。D3：C口上半部输出或输入，0=输出，1=输入D2：B口方式：0=方式0，1=输出方式1。D1：B口输出输入：0=输出， 1=输入。D0：C口下半部输出输入：0=输出，1=输入。C口置位复位控制字：D7=0 ：特征位。D6D4：不用。D3D1：C口位选择。000111对应于PC0PC7。 D0：置位复位。1：置位、0：复位。使PC2输出高电位： 使PA2输出高电位：MOVDX，97H MOVDX，94H MOVAL，05H MOVAL，VALOUTDX，AL OR AL，00000100B(05H=00000101B) OUTDX，AL方式选择控制字D7D6D5D4D3D2D1D0A组方式A口1 输入0输出PC7PC41输入0输出B组方式0方式01方式1B口1输入0输出PC3PC01输入0输出1有效标志位00方式001方式11方式2(1) 工作方式 0 ：这是 8255A 中各端口的基本输入 / 输出方式。它只完成简单的并行输入 / 输出操作， CPU 可从指定端口输入信息，也可向指定端口输出信息，如果三个端口均处于工作方式 0 ，则可由工作方式控制字定义 16 种工作方式的组合 (2) 工作方式 1 ：被称作选通输入 / 输出方式。在这种工作方式下，数据输入 / 输出操作要在选通信号控制下完成。 (3) 工作方式 2 ：被称作带选通的双向传送方式。 8255A 中只允许端口 A 处于工作方式 2 ，可用来在两台处理机之间实现双向并行通信。其有关的控制信号由端口 C 提供，并可向 CPU 发出中断请求信号。 3.3 8279器件的应用8279是可编程的键盘、显示接口芯片。它既具有案件处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。8279内部有键盘FIFO(先进先出堆栈)/传感器，双重功能的8*8=64BRAM，键盘控制部分可控制8*8=64个按键货8*8阵列方式的传感器。该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。显示RAM容量为16*8，即显示器最大配置可达16位LED数码显示。8279有3中工作方式，分别为键盘工作方式、显示方式、传感方式8279特点(1)可同时进行键盘扫描及文字显示；(2)键盘扫描模式(Scanned Keyboard Mode)；(3)传感器扫描模式(Scanned Sensor Mode)；(4)激发输入模式(Strobe Input Entry Mode)；(5)8乘8键盘FIFO(先进先出)；(6)具有接点消除抖动，2键锁定及N键依此读出模式；(7)双排8位数或双排16位数的显示器；(8)右边进入或左边进入。16位字节显示存储器。8279引脚图为8279有三种工作方式：键盘方式，显示方式和传感器方式。（1）键盘工作方式8279在键盘工作方式时。可设置为双键互锁方式和N键循回方式。双键互锁方式：诺有两个货多个键同时按下时，不管按键先后顺序如何，只能识别最后一个被释放的键，并把键值送入FIFO RAM中。N键循回方式：一次按下任意个键均可被识别，按键值按扫描次序送入FIFO RAM中。（2）显示方式 8279的显示方式又可分为左端入口和右端入口方式。 显示数据只要写入显示RAM，侧可由显示器显示出来，因此显示数据写入显示RAM的顺序。决定了显示的次序。 左端入口方式即显示位置从显示最左端1喂开始。以后显示的字符逐个向右端顺序排列：右端入口方式即显示显示器最右端1位开始，以显示的字符逐个向左端移动，但无左右入口，后输入的总是显示在最右边。（3）传感器方式传感器方式是把传感器开关状态送入传感器RAM，当CPU对传感器阵列扫描时，一旦发现传感器状态发生变化就发出中断请求，中断响应后转入中断处理程序。8279的命令字及其格式格式为8279的状态字及其格式8279的输入输出格式4.程序清单及注释Z8279 EQU 212HD8279 EQU 210HLEDMOD EQU 00 ;左边输入,八位显示外部译码八位显示LEDFEQ EQU 38H ;扫描频率CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:codeSTART:push cspop dscall delayMOV DX,Z8279MOV AL,LEDMODOUT DX,ALMOV AL,LEDFEQOUT DX,ALMOV AL,10000000BMOV DX,203HOUT DX,ALMOV DX,200HMOV AL,81HOUT DX,ALMOV CX,06HXZ:MOV DX,D8279MOV AL,00HOUT DX,ALLOOP XZMOV DX,D8279MOV AL,48HOUT DX,ALMOV DX,D8279MOV AL,39HOUT DX,AL ;以上为写(C= )NOPbg:mov dx,208hmov al,0out dx,alcall delayin al,dxmov ah,00hmov cl,5div clmov ah,00hmov cl,2mul clcmp al,20;压力低于20，跳转至Lowjl Lowcmp al,99jle normalHigh:mov al,7Fhmov dx,200hout dx,aljmp dispLow:mov al,0FEHmov dx,200hout dx,aljmp dispnormal:mov ah,almov al,0F7Hmov dx,200Hout dx,almov al,ahmov ah,00hmov cl,10div cldisp:push axmov dx,z8279mov al,81hout dx,alpop axLEA BX,LEDXLATMOV DX,D8279 ;将AL中内容写到数码管上OUT DX,ALpush axmov dx,z8279mov al,80hout dx,alpop axmov al,ahLEA BX,LEDXLATMOV DX,D8279 ;将AL中内容写到数码管上OUT DX,ALcall delayjmp bgLED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40Hdelay proc nearpush cxmov cx,01fFFhloop $pop cxretdelay endpCODE ENDSEND START5.结论与体会1.通过本次实验掌握了8253、8255、8279芯片的使用，锻炼了自己的编程水平，提高了分析问题解决问题的能力。2.做实验就是一个学习的过程，做实验使自己复习了旧知识和学习到新知识，并且经常遇到需要解决的问题，锻炼了自己独立解决问题的能力，也提高了自己和别人合作完成工作的能力。3.虽然最后完成了实验，但感觉自己设计的系统并不是很完善，和市场上的产品器件差得很远。要达到学以致用的标准仍有许多要学的东西。6参考文献1 周荷琴 吾秀清主编微机原理与接口技术 合肥：中国科学技术出版社 20072 李恩林 陈斌生主编微机接口技术300例 北京：机械工业出版社 2003 3 贾金铃主编微型计算机原理及应用理论，实验，课程设计 重庆：重庆大学出版社 2006