2022年打印机接口数模A转换电路方案 .pdf

个人资料整理仅限学习使用微型计算机原理及接口技术课程设计基于打印口的A/D 和 D/A接口电路设计班级：姓名：学号：指导教师：小组成员：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用目录一、主要内容及意义31.1、主要内容31.2、设计目的3二、总体系统设计32.1、需求分析32.2、设计思想流图4三、芯片功能简介43.1、A/D 转换器 ADC0809 ） 43.2、可编程中断控制器825973.3、并行接口825593.4、CPU8086 介绍 12四、整体电路图13五、软件代码设计145.1、程序流程设计145.2、程序的编译环境155.3、程序调试16六、设计总结176.1、创新和得意之处176.2、设计中的不足及改进设想176.3、误差分析176.4、设计的心得体会18七、参考文献19八、附录19精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用一、主要内容及意义1.1 、主要内容本设计用 8086控制的数据采集系统，本文着重介绍该系统的工作原理及软件设计，本设计的主要组成如下：1）数据输入单元。2）采样保持电路的A/D 转换单元。3）外设和 8086的连接电路。4）8086输出的数据锁存和输出。数据采集系统的方案及总体设计，包括主体电路的设计和8086 控制电路的设计 要用到 8086的控制整个系统），因此要完成8086应用系统的软件设计并完成软件调试，以满足整个系统的要求。1.2 、设计目的通过本次课程设计要掌握几种芯片使用的方法，灵活运用课本知识，加深所学的知识，对所学的相关芯片的原理、内部结构、使用方法等有更深的了解，学会利用课本知识联系实际应用及编程。同时了解综合问题的程序设计掌握实时处理程序的编制和调试方法，掌握一般的设计步骤和流程，使我们以后搞设计时逻辑更加清晰。二、总体系统设计2.1 、需求分析这次的课程设计是为了实现数据的采集及输出，所以，它需要两个模块，即：数据采集和输出，这就要求了数据的转换，因为计算机只能识别数字信号，所以在采集的时候就需要用到A/D 转换，在输出的时候可以直接输出因为有些设备可以直接将数字信号转换成可以识别的信号），但是由于外围设备与CPU速度的不匹配，这就需要有缓存器的功能，这就找到了8255，还有考虑到更好地控制输入数据的随意 性及及 时 性，可 控中断，这需要可 编程中断控制器8259）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用2.2 、设计思想流图整个系统的设计包括模块设计和软件设计两部分。模块设计主要完成多路数据采集整个硬件电路及I/O 接口的设计： A/D 转换器 ADC0809 、中断控制器 8259、并行接口 8255、CPU8086 等组成；软件设计主要完成控制整个系统的应用程序与调试。包括主程序、A/D 和 D/A 转换程序、多路开关控制以及 I/O 接口控制等程的设计。设计流程图如下：三、芯片功能简介3.1、A/D 转换器 ADC0809 ）、介绍按模拟量转换成数字量的原理可以分为3 种：双积分式、逐次逼近式及并行式 A/D 转换器。而该系统选用的是ADC0809 ，下面就具体的介绍一下ADC0809 的工作原理。ADC0809 是八通道的八位逐次逼近式A/D 转换器。由单一的5V电源供电，片内带有锁存功能的8 选 1 的模拟开关。由C 、B、A 的编码来决定所选的模拟通道。转换时间为100us。转换误差为 1/2LSB。它的引脚的排列及其功能，其引脚图见2 数据采集缓存中央处理器数据输出数据转换数据锁存数据转换精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用图 2 IN7IN0 ：八个通道的模拟输入量。ADDA 、ADDB 、ADDC ：模拟通道地址线。当CBA=000时， IN0 输入，当CBA=111 时，IN7 输入。ALE ：地址锁存信号。START ：转换启动信号，高电平有效。D7D0 ：数据输出线。三态输出，D7是最高位， D0是最低位。OE ：输出允许信号，高电平有效。CLK ：时钟信号，最高频率为 640KHZ。EOC ：转换结束状态信号。上升沿后高电平有效。Vcc：+5V电源。Vref ：参考电压。、ADCO8O9 时序图及接口电路其工作过程是： ALE的上升沿将 A、B、C端选择的通道地址锁存到8 位 A/D转换器的输入端。 START 的下降验启动 8 位 A/D 转换器进行转换。 A/D 转换精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用开始使 EOC 端输出低电平。 A/D 转换结束， EOC 输出高电平。该信号通常可作为中断申请信号。 OE为读出数据允许信号。 OE端为高电平时，可以读出转换的数字量。硬件电路设计时，需根据时序关系及软件进行设计。由于 ADC0809 具有输出 3 态锁存器，其八位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码引脚A、B、C 分别与地址总线低三位A0、A1、A2 相连，以选通 IN0IN7 中的一个通道。在启动A/D 转换时，由 8088 的 A口控制 A/D 转换器的地址锁存和转换启动，由于ALE和 START 连在一起，因此AD0809在锁存通道的同时，也启动了A/D 转换器。在读取转换结果时，用低电平的读信号RD ，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。将转换结果输出。而低电平的写信号WR 则表示转换结束状态信号。其转换流程图如下 : 流图 1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用3.2 、可编程中断控制器8259 、可编程中断控制器8259 功能、内部结构及外部引脚定义、可编程中断控制器8259 功能和内部结构中断请求寄存器 IRR）：8 位寄存器，可寄存储 8 个请求输入 IR0-IR7）的状态。优先权裁决器：对请求源与正在被服务的中断级进行比较，裁决出优先级最高者。中断服务寄存器 ISR）：8 位，与 IRR 对应，记录正被处理的请求。IRn被响应，ISRn被置 1；IRn处理结束， ISRn置 0。中断屏蔽寄存器 IMR ）：8 位，某位置 1 对应 IRR位的请求被屏蔽。控制逻辑：寄存8259 的命令字，多种工作方式的控制，向处理器发INT，接收。级联缓冲器 / 比较器：多片 8259 级联时，对从片的标识码进行寄存与比较。、8259的外部引脚信号图 5 8259 外部引脚图8259的主要引脚信号说明D7-D0：双向数据总线 , 与系统数据总线连接。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用: 片选信号 , 低电平有效，确定芯片在系统I/O 空间位置。A0: 地址线 ,8259 占相邻的2 个 I/O地址 , 与 CS 信号配合 ,A0=0 选偶端口,A0=1 选奇端口。CAS2-CAS0: 双向级联线。在主从级联结构中，主片输出，从片输入。主片发从片标识码，从片比较，符合时输出中断类型码。：双向信号，低电平有效。输入时为SP ，硬接线确定主从 基本相同 , 响应同级中断请求优先级自动循环：某级被响应后，降为最低。如IR4被响应后，优先级顺序变为： IR5,IR6,IR7,IR0,IR1,IR2,IR3,IR4。优先级特殊循环方式：编程指定最低优先级，其它同c。、屏蔽中断方式选择普通屏蔽方式选择：对应IMR为 1 的位中断请求将被屏蔽。例如： IMR=00001100 ，则 IR2、IR3的中断请求被禁止。特殊屏蔽方式 : 执行中断程序时 , 动态改变优先级结构 , 屏蔽本级 , 允许较低级请求被服务。、中断结束方式： ISRn被清 0，中断结束。自动结束方式： 8259 收到后自动把中断在服务寄存器ISRn位清 0适用于单片 8259和中断无嵌套的情况）。一般结束方式： 8086 发命令清除中断在服务寄存器ISR 中的最高的置1 位清 0，结束中断 在全嵌套方式下使用）。特殊结束方式：编程向8259 发出一条特殊中断结束命令，将中断在服务寄存器 ISR中指定位清 0决定。命令字分初始化命令字和操作命令字两种，系统向8259 两个端口之一写入。8259根据接收命令字的端口号，特征位及顺序决定命令字的属性。、初始化命令字 (Word,ICW ICW1-ICW4四 个 初 始 化 命 令 字 , 有 接 收 顺 序 要 求 。 8259 初 始 化 流 程 如下：3.3 、并行接口8255 本设计采用 8255 作为并行接口，其外部引脚如图6. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用图 6 8255 外部引脚、8255 的主要性能参数共有 4 个端口：A口连 8 位并行 PA口线B口连 8 位并行 PB口线C口连 8 位并行 PC口线控制端口 三种工作方式。、可提供中断和查询数据传输方式。、可直接与系统总线相连。、内部组成及引脚功能如图7 图 7 8255内部组成、与 CPU接口部分缓冲器： 8 位双向三态缓冲器。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用读写逻辑：对 A 口、B口、C口读/ 写控制，对控制口写控制字。、与外设接口部分 A 口：8 位输出锁存、 8 位输入缓冲。B口：8 位输出锁存、 8 位输入缓冲。C口：8 位输出锁存、 8 位输入缓冲。、引脚功能A、CPU 与 8255交换数据引脚RESET: 复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器:执行指令的一系列操作都是在时钟脉冲CLK 的统一控 制下 逐步 进行 的， 一个 时钟 脉冲 时 间 称为 一个 时钟 周 期 (Clock Cycle。时钟周期由计算机的主频决定，是CPU的定时基准，例如， 8086的主频为 5MHz则 1 个时钟为 200ns。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用8086CPU 与外部交换信息总是通过总线进行的。CPU从存储器或外设存或取一个字节或字所需的时间称为总线周期(Bus Cycle 。一个基本的总线周期由四个时钟周期组成，分别称为T1、T2、T3 和 T4 时钟周期，或T 状态(State 。指令周期 : 一条指令的执行包括取指令、分析指令和执行指令。一条指令从开始取指令到最后执行完毕所需的时间称为一个指令周期。、 8086 微处理器外部基本引脚与工作模式两种组态构成两种不同规模的应用系统，最小组态模式，构成小规模的应用系统， 8088 本身提供所有的系统总线信号，最大组态模式构成较大规模的应用系统，例如可以接入数值协处理器8087，。 8088 和总线控制器8288共同形成系统总线信号两种组态利用MN/MX* 引脚区别。 MN/MX* 接高电平为最小组态模式，MN/MX*接低电平为最大组态模式，两种组态下的内部操作并没有区别。8086微处理器外部基本引脚：图 13 8086 外部基本引脚四、整体电路图根据以上原器件分析，结合需求分析，设计的电路图如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用图 12五、软件代码设计5.1 、程序流程设计根据以上硬件连接图，按系统设计要求进行以下程序设计，中断控制器 8259 端口地址为FFC0-FFC1 ，可编程并行接口芯片8255 的 A 口、B口、C 口和控制口的地址分别为FFC8 、FFCA 、FFCC 、FFCE 。软件编程的程序流程图如流图3精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用流图 3a）主程序流程 b ）终端服务程序5.2 、程序的编译环境Keil 提供了包括C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境 接口 用来 在 目 标硬件 上进 行 软 件调 试以及 和Monitor-51 进行通信精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用5.3 、程序调试程序文件添加完毕后，对其进行编译当前程序、编译修改过的文件并生成应用程序、重新编译所有文件并生成应用程序后，再点击TARGET，则其页面为：接下来就是点击上图中的out put 中的 select folder for objects键，得到下图将其产生的 HEX 文件存储在 E 盘 zh 文件夹中。最后是利用 STC-ISP将 HEX 文件烧录到 8086中。程序代码见附录。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用六、设计总结6.1 、创新和得意之处1、考虑到外围设备与CPU速度的不匹配问题，最初只是想到了用基本的输入输出接口，即：三态缓存器及数据锁存器。在认真阅读了课本及相关资料后，找到了它们的替代器件 可编程并行接口），这样就简化了电路图的复杂度，使设计出的框图更加的简单明了。2、本设计运用了可编程控制8259，接入电路后，不仅能解决高速CPU与外设之间的速度不匹配的问题，同时也减少了程序的冗余。6.2 、设计中的不足及改进设想由于时间有限，所学的知识有限，不能够更好地把握元器件参数的设置，使其产生了一定的误差以及运行中的错误。还有由于对汇编语言掌握得不够深入，编写的程序算法没有考虑到时间的复杂度，运算的复杂度，在编程过程中会产生一些程序冗余。另外，对于数据双向传输，设计中还存在缺点，例如，设计不能满足对实时性的要求，不满足多个作业并发进行。本设计也可以采用USB接口的外设，则用芯片驱动USB借口电路，同时转换数据格式，并且可采用多个串口并行通信，提高设备的利用率。6.3 、误差分析由于数据采集系统的中的元器件很多，从数据采集，信号处理，模数转换，直至信号输出，经过许多环节，其中既有模拟电路，又有数字电路，各种误差源很复杂，归纳起来数据采集系统的误差主要包括模拟电路误差、采样误差和转换误差。、模拟电路误差A、 模拟开关导通电阻 Ron的误差B、 多路模拟开关泄漏电流 Is引起的误差C、 采样保持器衰减率引起的误差D、 放大器的误差、采样误差A、 采样频率引起的误差B、 系统的通过速率与采样误差 A/D 转换器的误差A/D 转换器是数据采集系统中的重要部件，它的性能指标对整个系统起着至关重要的作用，也是系统中的重要误差源。选择 A/D 转换器时，必须从精度和速度两方面考虑，选用 A/D 转换器要考虑它的位数、速度及输出接口。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用、A/D 转换器的静态误差A. 量化误差B. 失调误差C. 增益误差D. 非线性误差、 A/D 转换器的速度对误差的影响A/D 转换器速度用转换时间来表示。在数据采集系统的通过速率吞吐时间）中， A/D 转换器的转换时间占有相当大的比重。选用 A/D 转换器时必须考虑到转换时间满足系统通过率的要求，否则会产生较大的采样误差。 A/D 转换器接转换速度可分为高速、快速和低速三类。高速 A/D 转换器的转换时间小于 1us ，快速的转换时间为 1 100us ，低速的在100us 以上6.4 、设计的心得体会通过此次设计，我从中受益匪浅。我不仅学到了更多新的专业知识拓宽了知识面，巩固了我所学的知识，而且也锻炼了我的实践动手能力，培养了我独立思考问题并及时解决问题的好习惯。更重要的是培养了我勇于钻研和创新的精神。在论文的设计过程中，我查阅大量的相关资料并作了详细的记录、分析和吸收，做到认真、细致地去理解领会别人的思维方法，学习别人好的成果和方法。科研工作是艰苦的，面对各种各样的困难和挑战，需要他们冷静的头脑和敏锐的视角。我从中品尝到了过程的艰辛和成功后的喜悦，这些都有利于我今后的成长。在这次课程设计中这两个能力得到培养，不但巩固了以前所学的知识，而且学到了学到课外知识。通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。在设计的过程中难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中也发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，估计下学期来了就忘得一干二净了，可是通过这次课程设计之后，我一定会把以前所学的知识重新复习，温故而知新。同样，通过团队合作，我真正体会到了合作的重要性，遇到很多问题时，去找同学讨论一下，了解他们的想法，再结合自己的实际加以改进，收获很大，许多问题便可迎刃而解，同时有增强了团队的协作意识，有利于今后的发展。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用七、参考文献1、微型计算机原理及接口技术P244-P310 、P363-P380 ）裘雪红、李伯成、刘凯西安电子科技大学出版社2、微型计算机原理及应用P164-P211） 冯萍、庆云清华大学出版社3、微型计算机接口技术及应用刘乐善华中理工大学出版社P120-P149 P159-P178 P248-P269）4微型计算机接口原理与技术邹逢兴国防科技大学出版社P18-P50 P79-P90）5汇编语言教程 P154-P264）朱慧真国防工业出版社6微型计算机接口技术吴延海重庆大学出版社 P48-P60 P100-P120）7数字电子技术基础 INIT8255: MOV DX,0FFC3H MOV AL,83H OUT DX,AL MOV AL,0DH OUT DX,AL 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用PRINT:MOV AL,BLAK MOV CL,AL MOV SI,OFFSET DATA GOON: MOV DX,0FFC2H PWAIT:IN AL,DX AND AL,02H JNZ PWAIT MOV AL,SI MOV DX,0FFC0H OUT DX,0FFC2H MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AL,40H OUT DX,AL INC SI DEC CL JNZ GOON RET 。A 组,B 组均工作在方式0 下，而通过 A口的 PA0PA7 与打印机的 D0D7相连接； C口的 PC6用作输出， PC1用作输入精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页