微型计算机课程设计——模拟空调.pdf

&微机原理及应用课程设计 课题：模拟空调控制系统的设计&￥班 级 电气 3081 作者姓名：罗旭东 学号 电气 3081 指导教师：段卫平 淮阴工学院 电子与电气工程学院 目录（一）设计目的与要求；.1（二）设计方案.1（三）硬件设计.7（四）软件设计.7（五）调试过程.8（六）小结.11（七）参考资料.11 （一）设计目的与要求；1实验题目：模拟空调实验。2实验目的：微机原理及应用 是一项重要的实践性教育环节，是学生在小校期间必须接受的一项工程训练。在课程设计过程中，在教师指导下，运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验微机应用系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养：（1）独立工作能力和创造力；（2）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；（3）查阅图书资料，产品手册和各种工具书的能力；（4）工程绘图的能力；（5）编写技术报告和编制技术资料的能力；3.设计要求（1）独立完成设计任务（2）绘制系统硬件总框图（3）绘制系统原理电路图（4）绘制系统工程设计图（机箱、控制面板、线路板图、元件布局图、装配连线图等）（5）编制软件框图（6）完成详细完整的程序清单和注释（7）制定编写调试方案（8）编写用户操作使用说明书（9）写出设计工作小结。对在完成以上文件过程所进行的有关步骤如设计思想、指标论证、方案确定参考计算，元器件选择，原理分析等作出说明，并对完成的设计作出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获和今后研修方向。（二）设计方案 设计思路：设定单点温度控制点为 30，当小于 30时，L1 指示灯亮，模拟电热器加热，当大于 30时 L1灭，L2 亮，模拟关掉电热器。在设计过程中会用到很多芯片，为了能够更加熟练的将各个部件连接，确保调试的成功，其中必不可少的工作就是了解各个芯片的作用，画出逻辑结构模型。集成温度传感器：集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的 b-e 结压降的不饱和值 VBE 与热力学温度 T 和通过发射极电流 I 的下述关系实现对温度的检测：式中，K波尔兹常数；q电子电荷绝对值。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为 10mV/K，温度 0时输出为 0，温度 25时输出。电流输出型的灵敏度一般为 1mA/K。下图为感温部分的核心电路：AD590 芯片:AD590 的简介：AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它是电流输出型温度传感器，工作电压 430V，检测温度范围-55+150，它有非常好的线性，灵敏度为 1 a/k.AD590 传感器输出信号通过 10K 电阻取出的电压信号，经零点调整，小信号放大后，输出的电压信号 VT，供 ADC0809 采用。AD590 的主要特性如下：1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K 2、式中：流过器件（AD590）的电流，单位为 mA；3、T热力学温度，单位为 K。4、AD590 的测温范围为-55+150。5、AD590 的电源电压范围为 4V30V。电源电压可在 4V6V 范围变化，电流 变化 1mA，相当于温度变化 1K。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。6、输出电阻为 710MW。7、精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五档，其中 M 档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。为何把 AD590 信号放大,再进行模数转换 模拟信号输入的话，差分可不放大，共模模拟信号太小的话，会淹没在背景噪音中，所以必须放大而且放大后精度也会提高很多不过现在 ADC 的内部都自带可编程增益放大器（PGA）的，所以不用前置放大。总而言之，AD590 测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。由于 AD590 精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。电源 ES+I 1 T4 I2 T2 T1 I1 T3 8 UBE 输出 R RL AD590 的内部电路 AD590 的外形电路图 集成温度传感器电路符号 ADC0809 芯片:ADC0809 是 CMOS8 位 A/D转换器，采用逐次逼近式进行 A/D 转换。芯片内有一个 8 路模拟开关、一个比较器、一个带有树状模拟开关的 256R 分压器和一个逐次逼近的寄存器。内部逻辑图 ADC0809 有 8 路模拟量输入通道。ALE 为地址锁存信号，高电平有效时，ADDCADDA 被锁存，从而可以 通过对 ADDC、ADDB、ADDA3 端输入的地址译码，选通 8 路模拟量输入（IN0IN7）的任意一路进入片内，进行 A/D 转换。引脚结构 IN0IN7：8 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4 条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将 A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和 C 为地址输入线，用于选通 IN0IN7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。8255A 芯片:8255A 的基本特性：（1）8255A 是一个具有两个 8 位（A 和 B 口）和两个 4 位（C 口高低四位），最多可达 24位的并行输入输出端口的接口芯片，它为 Intel 系列 CPU 与外部设备之间提供 TTL 电平兼容的接口，如打印机、AD、DA 转换器、键盘、步进电机以及需要同时两位以上信息传送的一切形式的并行接口。并且它的 PC 口还具有按位置位复位功能，为 PC 口作为联络信号时的按位控制提供了强有力的支持。（2）8255A 能适应 CPU 与 IO 接口之间的多种数据传送方式的要求。如无条件传送，应答方式（查询）传送，中断方式传送，与此相应，8255A 设置了方式 0、方式 1 以及方式 2（双向传送）。（3）8255A 可执行功能很强，内容丰富的两条命令（方式字和控制字）为用户如何根据外界条件（IO 设备需要哪些信号线以及它能提供哪些状态线）来使用 8255A 构成多种接口电路，为组建微机应用系统提供了灵活方便的编程环境。它不仅作为并行接口用于 Intel 公司的 CPU 系列，还可用于其他几乎所有 CPU 以及单片机。是一种名付其实的通用并行接口芯片。8255A 执行命令过程中和执行命令完毕之后，所产生的状态，保留在状态字中，以供查询。（4）8255A PC 口的使用比较特殊，除作数据口外，当工作在 1 方式和 2 方式时，它的部分信号线被分配作专用联络信号；PC 口可以进行按位控制；在 CPU 取 8255A 状态时，PC 口又作 1，2 方式的状态口用等等。这是使用 8255 的难点所在，学习时要特别予以注意。（5）8255A 芯片内部主要由控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器组成，因此，以后的编程主要也是对这三类寄存器进行访问。8255A 内部结构框图 端口 A：包括一个 8 位的数据输出锁存/缓冲器和一个 8 位的数据输入锁存器，可作为数据输入或输出端口，并工作于三种方式中的任何一种。端口 B：包括一个 8 位的数据输出锁存/缓冲器和一个 8 位的数据输入缓冲器，可作为 数据输入或输出端口，但不能工作于方式 2。端口 C：包括一个 8 位的数据输出锁存/缓冲器和一个 8 位的数据输入缓冲器，可在方式字控制下分为两个 4 位的端口（C 端口上和下），每个 4 位端口都有 4 位的锁存器，用来配合端口 A 与端口 B 锁存输出控制信号和输入状态信号，不能工作于方式 1 或 2。A 组和 B 组控制的作用如下：A 组控制逻辑控制端口 A 及端口 C 的上半部；B 组控制逻辑控制端口 B 及端口 C 的下半部。8255A 的引脚功能：8255A 采用 40 条引脚的双列直插式（DIP，Dual in-line package）封装，其引脚信号有：CS：片选信号（输入）选该信号低电平有效，由系统地址总线经 I/O 地址译码器产生。CPU 通过发高位端口地址信号使它变成低电平时，才能对 8255A 进行读写操作。RD：读信号（输入），该信号低电平有效CPU 通过 执行 IN 指令，发读信号将数据或状态信号从8255A 读至 CPU。WR：写信号（输入），该信号低电平有效，CPU 通过执行 OUT 指令，发写信号，将命令代码或数据写入 8255A。A1、A0：片内寄存器选择信号（输入），芯片内部端口地址信号线，与系统地址 总线低位相连。该信号用来寻址 8255A 内部寄存器。两位 地址，可形成片内四个端口地址。D7D0：与 CPU 侧连接的数据线（双向），双向数据线。CPU 通过它向 8255A 发 送命令、数据；8255A 通过它向 CPU 回送状态、数据。PA7PA0：A 口外设数据线（双向）PB7PB0：B 口外设数据线（双向）PC7PC0：C 口外设数据线（双向）RESET：复位信号（输入），复位信号线，该信号高电平有效。它清除控制寄存器并将 8255A 的 A、B、C 三个端口均置为输入方式；输出寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求；24 条面向外设的信号线呈现高阻悬浮状态。这种势态一直维持，直到用方式命令才能改变，使其进入用户所需的工作方式。下图为 8255A 的引脚图：（三）硬件设计 CS4FF80H，JX6JX17，8MHZT，IN0VT，PA0L1，PA1L2。1 40 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 9 32 10 8255A-5 31 11 30 12 29 13 28 14 27 15 26 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vcc PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 （四）软件设计 源程序代码：CODE SEGMENT ;；代码段开始 ASSUME CS:CODE ；定义代码段开始 ADPORT EQU 0ff80h ；定义 ADPORT=0ff80h PA EQU 0FF20H;字位口 ；定义 PA=0FF20H PB EQU 0FF21H;字形口 ；定义 PB=0FF21H PC EQU 0FF22H;键入口 ；定义 PC=0FF22H P2CTL EQU 0FF2BH ；定义 P2CTL=0FF2BH P2A EQU 0FF28H ；定义 P2A=0FF28H P2B EQU 0FF29H ；定义 P2B=0FF29H P2C EQU 0FF2AH ；定义 P2C=0FF2AH ORG 2C20H ；程序地址由 2C20H 开始 START:JMP START0 ；无条件转移指令到 START0 BUF DB,；定义一数组 BUF 有六个数 data1:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h db 86h,8eh,0ffh,0ch,89h,0deh,0c7h,8ch,0f3h,0bfh,8FH ；定义单字节数据 db START0:CALL BUF1 ；调转转移到 BUF1 开始 采样当前温度 显示当前温度 AD59XX(H)当前温度4DH(30)电热器加热 L1 亮 关闭电热器加热 L2 亮 Y MOV DX,P2CTL ；将 P2CTL 的内容送到 DX MOV AL,80H ；AL=80H OUT DX,AL ；把 AL 的内容从 DX 端口输出 ADCON:MOV AX,00 ；AX=00 MOV DX,ADPORT ；将 ADPORT 的内容送到 DX OUT DX,AL MOV CX,0500H ；CX=0500H；DELAY:LOOP DELAY ；循环跳转 MOV DX,ADPORT IN AL,DX ；将 DX 端口的内容输入到 AL 中 PUSH AX ；弹出 AX cmp al,4dh ；做比较，与运算 jnc ct1 ；若不相等，转到 ct1 MOV AL,0FEH ；AL=0FEH CON:MOV DX,P2A ;pa0-l1 OUT DX,AL POP AX ；压栈 CALL CONVERS ；调转转移到 CONVERS CALL DISP ；调转转移到 DISP JMP ADCON ；直接跳转到 ADCON CT1:MOV AL,0FDH ;pa1-l2 JMP CON ；直接跳转到 CON CONVERS:MOV AH,AL ；AH=AL AND AL,0FH ；AL 与 0FH 做与运算 MOV BX,OFFSET BUF ；将 BUF 数组中的内容送到 BX MOV BX+5,AL ；BX+5=AL MOV AL,AH ；AL=AH AND AL,0F0H ；AL 与 0F0H 做与运算 MOV CL,04H ；CL=04H SHR AL,CL ；AL 循环右移 04H MOV BX+4,AL ；BX+4=AL RET DISP:MOV AL,0FFH ;00H MOV DX,PA OUT DX,AL MOV CL,0DFH ;20H ;显示子程序,5ms MOV BX,OFFSET BUF DIS1:MOV AL,BX MOV AH,00H PUSH BX MOV BX,OFFSET DATA1 ；将 DATA1 的内容送到 BX ADD BX,AX ；BX=BX+AX MOV AL,BX ；将 BX 寄存器的内容送到 AL POP BX MOV DX,PB ；将 PB 的内容送到 DX OUT DX,AL ；把 AL 的内容从 DX 端口输出 MOV AL,CL ；AL=CL MOV DX,PA ；将 PA 的内容送到 DX OUT DX,AL PUSH CX ；CX 出栈 DIS2:MOV CX,00A0H ；CX=00A0H LOOP$；循环跳转 POP CX ；CX 压栈 CMP CL,0FEH ;01H ；CL 与 0FEH 比较 JZ LX1 ；相等 INC BX ；BX 自增 1 ROR CL,1 ;SHR CL,1 ；循环右移 1 位 ；逻辑右移 JMP DIS1 ；直接跳转到 DIS1 LX1:MOV AL,0FFH ；AL=0FFH MOV DX,PB ；DX=PB OUT DX,AL ；把 AL 的内容从 DX 端口输出 RET ；返回 BUF1:MOV BUF,0AH ；BUF=0AH MOV BUF+1,0DH ；BUF+1=0DH MOV BUF+2,05H ；BUF+2=05H MOV BUF+3,09H ；BUF+3=09H MOV BUF+4,00H ；BUF+4=00H MOV BUF+5,00H ；BUF+5=00H RET CODE ENDS ；代码结束 END START ；程序结束（五）调试过程 实验步骤：1.连接硬件接口，CS4FF80H，JX6JX17，8MHZT，IN0VT，PA0L1，PA1L2。2.打开电源，并在 PC 机上打开 DJ8086k 微机原理与接口技术软件。3.打开源程序，调试编译程序（编译成功提示读取 RAM 成功）装载程序（将程序通过通讯口下载到实验箱中）4.在 P 态下，按 SCAL 键，输入 2C20，按 EXEC 键，显示“AD59XX”，“XX”为当前温度对应的十六进制值。（对应关系见表格）。AD590 温度与有关参数一览表 温度 AD590 电流 经 10k 电压 零点调整后电压 放大 5 倍后电压 VT ADC 数字量 0 2732 A 2732V 0V 00H 10 2832 A 2832V 1AH 20 2932 A 2932V 1V 33H 30 3032 A 3032V 4DH 40 3132 A 3132V 2V 66H 50 3232 A 3232V 80H 60 3332 A 3332V 3V 99H 70 3432 A 3432V B3H 80 3532 A 3532V 4V CCH 90 3632 A 3632V E6H 100 3732 A 3732V 5V FFH 5.完成以上步骤后，我们发现 L1 黄灯亮。使用的实验数据是室温小于 30，所以 L1 指示灯亮。（按照实际情况显示）。出现的问题：不能自由控制温度高低 解决方案：暂时无法解决（由于实验条件的限制，暂时无法自由的控制温度高低调控）实验结果：L1 灯亮，表示当时的室温为低于 30。（六）小结 为期两周的实训即将接近尾声，在这短暂的时光里，我看到了很多，了解了很多，学会了很多。在第一周，老师布置了实验题目，分好了实验小组，并且简单的讲解了一下实验的要求，以及实验任务与目的。其主要内容是：利用实验箱与 PC 机相连接，在室温下，通过观察 L1,L2 灯的明暗变化，来判断当前情况下的室温高低，即：当室温大于 30 摄氏度时，L2 灯亮；当室温小于30 摄氏度时，L1 灯亮。主要目的是：了解集成温度传感器 AD590 的工作原理和应用，熟悉小信号放大器的工作原理和零点、增益的调整方法。了解微机对温度采样控制的基本方法。在清楚了该做什么，需要做什么之后，老师带我们熟悉了硬件部分的实验箱，并且按照要求进行连线。通过一周的努力，我们合力编写出了程序，并且在最后进行实践，成功的调试出了程序。名义上，我们小组负责的是一个关于温度控制的硬件实验，但实际上它的要求非常高，不仅需要自己编写程序，反复推敲，更需要将各硬件之间正确连接，从 PC 中下载程序到实验箱，观察实际出现的状况，发现问题，解决问题。在实验过程中，我们碰到了一个明显的问题，在实验过程中，我们无法依靠自己的意志，自由的控制温度的高低变化，这是有很大局限性的，因为实验条件的限制，我们无法去自由的调控，虽然如此，但是其基本功能还是可以满足的。通过这次实验，我学会了各个可编程接口芯片的应用，内部逻辑结构，引脚功能的概述和运用方法，并且运用 AD590,ADC0809,8255A 这三个芯片，连接成一个简单的温度控制电路，来完成实验。从中，我懂得了微型计算机的奥妙，小小的芯片，通过不同的组合便能得到不同的功用，虽然我们的微型计算机课程已经结束了，但是在以后的日子里，我会继续深造，研究好微型计算机技术，并在以后的日子里不枉我学过一场，将它发扬光大。（七）参考资料 1谭浩强。C 程序设计(第三版)。北京：清华大学出版社，2005 2谭浩强。C 程序设计题解与上机指导(第三版)。北京：清华大学出版社，2005 3 Herbert Schildt。C 语言大全（第四版）。北京：电子工业出版社,2004 4Samuel ,Guy C 语言参考手册(第 5 版)。北京：机械工业出版社，2003 5程序设计语言课程设计指导。