光强计微机设计报告.docx

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光强计微机设计报告

《微机原理与接口技术》

课程设计报告

题目

环境光强测量仪

学院

电子信息工程学院

专业

2015年12月22日

电子学院通信工程

目录

1.题义分析及解决方案……………………………………………3

1.1题义需求分析……………………………………………………………3

1.2解决问题方法及思路……………………………………………………3

1.3课题要求及分工``………………………………………………………3

2.硬件设计…………………………………………………………4

2.1选择芯片8255A…………………………………………………………4

2.2选择LED七段数码管……………………………………………………7

2.3选择光敏电阻……………………………………………………………8

2.4选择芯片ADC0809………………………………………………………9

2.5硬件总逻辑图及其说明………………………………………………10

3.控制程序设计……………………………………………………12

3.1控制程序设计思路说明………………………………………………12

3.2程序流程图……………………………………………………………14

3.3控制程序………………………………………………………………15

4.上机调试过程……………………………………………………28

4.1硬件调试………………………………………………………………28

4.2软件调试………………………………………………………………28

4.3联机调试…………………………………………………………………28

4.4调试结果及问题的提出…………………………………………………285.设计结果分析及问题讨论………………………………………29

6.参考文献…………………………………………………………29

1.题义分析及解决方案

设计一个简易的光照强度测量仪，由光照强度产生的模拟电压信号转换为数字信号，然后转换为照度（单位是勒克斯）显示在LED上；

校准照度测量器：

在一定的光强度下，产生200数字量的电压，以此对应关系（照度—电压）将其它光强度转换为勒克斯值，显示在LED上。

1.1题义需求分析

光照强度测量仪主要根据光敏电阻的特性制作的。

光敏电阻值随受到的光照强度的变化而变化（光照强度越大，电阻值越小）。

将光敏电阻接入电路中，不同光照强度导致光敏电阻值变化，于是光敏电阻上的电压发生变化，导致电路的输出电压也相应变化。

根据电压-光照度函数关系，由电压计算得到光照强度值，然后以可视化界面形式输出（即PC机和LED数码管显示），以供用户查看结果。

其中光敏电阻的特性是光敏电阻随受到的光照强度的变化电阻值发生变化，光照强度越强电阻越小，在分压电路中获得电压越低。

根据这一特性，结合光照强度和输出的模拟电压之间的关系，可以得到某一光强度下的对应的模拟电压。

将模拟电压通过AD转化器转换为数字电压，以便于计算机处理。

然后再将数字电压转换成光照度。

1.2.解决问题方法及思路

1.2.1硬件部分

程序设计中用到的硬件是光敏电阻、ADC0809、8255A和七段LED数码管。

提出问题：

（1）为什么接口使用8255A而不是8279?

（2）为什么显示装置使用LED七段数码管而不是LCD?

（3）为什么选用光敏电阻?

解决问题：

1.2.1.1接口芯片选用8255A而不是8279是由于8255A在本程序中使用软件控制很容易实现且不需要用到小键盘，具体如表1—1所示。

器件名称

特点

8255A芯片

8255芯片是可编程的并行接口芯片，不需要附加外部电路便可和大多数并行传输数据的外部设备相连，数据的各位同时传送，使用十分方便。

8279A芯片

8279芯片可以实现对键盘/显示器的自动扫描，以减轻CPU负担，具有显示稳定，程序简单，不会出现误动作等。

表1—18255A与8279A性能比较表

1.2.1.2本实验选择的显示设备是七段LED数码管，没有选择LCD的原因如表1—2所示。

LED

与LCD相比，LED在亮度，功耗可视角度和刷新速率等方面更具有优势，其最显著的特点是使用寿命长光电转换效能高，绿色环保。

LCD

LCD占用空间小，功耗低，低辐射，能降低视觉疲劳，但会出现闪烁现象。

表1—2LCD与LED性能比较表

1.2.1.3本实验选用的是光敏电阻，因为光敏电阻上的光照强度与输出电压成线性关系，得到的模拟电压也成线性关系。

1.2.2软件部分

根据硬件需求采用8255A芯片，采用汇编语言，8255A芯片的PA、PB、PC三口的工作方式为方式0，将8255的PA口接发光二极管，PB口作为段选码，PC口作位选码，用软件编程实现从C口读入信息，通过8个LED数码管循环显示光照强度。

2.硬件设计

2.1.选择芯片8255A

2.1.1芯片8255A在本设计中的作用

芯片8255A通过数据口从CPU接受转换得到的光照度数据，通过B口输出作为位选，实现LED数码管的动态显示，通过A口将数值输出到LED数码管。

2.1.2芯片8255A的功能分析

2.1.2.18255引脚图

8255是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、B口和C口。

三个端口都可以作为输入端口或输出端口。

A口有三种工作方式：

即方式0、方式1和方式2，而B口只能工作在方式0或方式1下，而C口通常作为联络信号使用。

8255的工作只有当片选CS有效时才能进行,而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。

2.1.2.2CPU接口（数据总线缓冲器和读/写控制逻辑）

数据总线缓冲器:

这是一个8位双向三态缓冲器，三态是由读/写控制逻辑控制的。

这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口。

所有数据的输入/输出，以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息，都是通过这个缓冲器传递的。

读/写控制逻辑:

它与CPU的6根控制线相连，控制8255A内部的各种操作。

控制线RESET用来使8255A复位。

和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。

控制线和用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向，即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道，或把状态信息或输入数据送到CPU。

8255A的读/写控制逻辑的作用，是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号，转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。

2.1.2.38255A的引脚信号

与外设相连的

PA7~PA0：

A口数据信号线。

PB7~PB0：

B口数据信号线。

PC7~PC0：

C口数据信号线。

与CPU相连的

RESET：

复位信号。

当此信号来时，所有寄存器都被清除。

同时三个数据端口被自动置为输入端口。

D7~D0：

它们是8255A的数据线和系统总线相连。

CS:

片选信号。

在系统中，一般根据全部接口芯片来分配若于低位地址（比如A5、A4、A3）组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，于8255A被选中。

只有当有效时，读信号写才对8255进行读写。

RD：

读信号。

当此信号有效时，CPU可从8255A中读取数据。

WR：

写信号。

当此信号有效时，CPU可向8255A中写入数据。

A1、A0：

端口选择信号。

8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端口。

规定当A1、A0：

为00时，选中A端口；为01时，选中B端口；为10时，选中C端口；为11时，选中控制口。

8255的基本操作如下表2-1所示。

表2—18255的基本操作

2.1.2.4芯片8255A的技术参数，如下表2—2所示：

参数说明：

输入最低电压：

min＝-0.5V，max＝0.8V

输入最高电压：

2.0V

输出最低电压：

0.45V

输出最高电压：

2.4V

表2—28255A的技术参数

2.1.2.58255A工作方式控制字

A口、B口为输出模式，工作于方式0。

CPU中的数据经由数据线路到达8255A，再由A口、B口分别段选、位选后输出到LED。

详细控制字见表2—3。

表2—38255A的工作方式控制字

方式0的工作特点

这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。

其功能为：

①两个8位通道：

通道A、B。

两个四位通道：

通道C高4位和低四位；

②任何一个通道可以作输入/输出；

③输出是锁存的；

④输入是不锁存的；

⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。

2.2选择LED七段数码管

2.2.1LED七段数码管在实验中的作用

LED发光二级管（Light-EmittingDiode），在本设计中采用7段发光二级管作为终端显示。

物理构造：

LED发光二级管，采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。

2.2.2LED七段数码管的功能分析

工作原理：

当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。

数字成像：

七段LED显示器可以控制在哪几个数位上，哪几个发光二极管亮，从而显示数字。

如果发光二极管共阳极，则输入为0时亮，为1时不亮，反之如果发光共阴极，则输入1时亮，0时不亮。

在本实验中选用了共阴极。

所谓共阴极是指将各LED二极管的阴极连接在一起（一般相连接地）各阳极接到相应器件引脚上。

发光二极管是一种外加电压超过额定电压时发生击穿，并因此能产生可发光的器件，数码显示器通常由多个发光二极管来组成七段或八段笔画显示器，当段组合发光时，便会显示某一个数码管或字符，七段代码的各位用作a—g和DP的输入。

COM为8个发光二极管的公共引线，实验中COM引线接内部8个二极管的阴极，abcdefg（dp）则为8个发光二极管的阳极的引线。

实验中LED管采用动态显示：

3个LED显示器按固定的时间间隔显示一段时间（1.25ms），利用人眼视觉滞后，感觉3个LED显示器同时点亮且无闪烁感。

2.2.3LED七段数码管的技术参数

表2—4LED显示的技术参数

主要参数:

此时的驱动电流为25mA。

发光二极管的压降一般为1.5~2.0V，其工作电流一般取10~20mA为宜。

发光二极管的发光颜色有：

红色光、黄色光、绿色光、红外光等。

发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。

由于8255A的最大驱动电流为4.0mA，而LED的工作电流一般为10~20mA，所以需要加一个驱动器74LS244。

2.2.4LED七段显示器的功能分析

表2—5LED真值表

LED数字显示原理：

如下图2—6为LED数码管及其框图

图2—6LED显示器

上面两图分别为外形图和原理图，当七段数码管点亮其中几段可显示数字和简单的西文字符，将七段数码管负极连接到一起称为公共端，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪个发光二极管点亮，在右图中如果在COM端接低电平，而在其他引出线上施加不同的电平，则对高电平的发光二极管就会点亮，由于将8个发光二极管负极全部连接在一起，称为共阴极数码管，还有将8个发光二极管的正极连接在一起，故称之为共阳极数码管。

本次实验用的数码管需动态扫描显示，其接口电路将所有数码管的笔画控制段与a~h同名端连在一起，接到一个并行端口，每个公共极COM端由独立的I/O线控制，CPU向字模输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，究竟哪个数码管显示，取决于每个LED的COM端，所谓动态扫描，就是显示一位信息时，其他位不能显示，必须采用分时方法，轮流控制COM端。

2.3选择光敏电阻

2.3.1光敏电阻在本设计中的作用

光敏电阻在实验中是用来提供模拟电压的，通过光照度的变化改变电阻值，提供变化的模拟电压。

2.3.2光敏电阻的功能分析

物理构造：

光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。

无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。

当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。

一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。

实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。

光敏电阻的原理结构：

它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质，半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。

为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。

工作原理：

光敏电阻接有一个稳定电压，当光照度变化时，光敏电阻的阻值会改变，通过比例放大器输出电阻的压降。

2.3.3光敏电阻的技术参数

亮阻约为2K欧，暗阻大于1M欧，外观直径5毫米，最高承受电压直流120V，最大功耗100mW上升响应时间20ms，下降响应时间30ms。

实验中光敏电阻电路输出的电压范围为0-5V。

光敏电阻电路图如下：

2.4选择芯片ADC0809

2.4.1ADC0809在本设计中的作用

ADC0809接收光敏电阻电路传送的模拟电压，将模拟电压转换为数字电压，传送给CPU进行数据转换，CPU将数字电压通过电压与光照度的比例关系转换为光照度。

2.4.2ADC0809的功能分析

物理构造：

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近数码寄存器、时序及控制逻辑和三态输出锁存器组成。

工作原理：

首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。

此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。

START上升沿将逐次逼近寄存器复位。

下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。

直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。

当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

2.4.3ADC0809的技术参数

ADC0809是8路8位A/D转换器，即分辨率8位。

具有转换起停控制端。

转换时间为100μs单个＋5V电源供电模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

工作温度范围为-40～＋85摄氏度低功耗，约15mW。

2.4.4ADC0809主要信号引脚的功能说明。

见图2—7。

图2—7引脚图

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。

下面说明各引脚功能。

IN7～IN0——8路模拟量输入端。

D7～D0——8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC——3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

ALE——地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。

START——转换启动信号。

。

A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动。

START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。

EOC——A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE——数据输出允许信号，输入，高电平有效（OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据）。

当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK——时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于640KHZ，通常使用频率为500KHz的时钟信号。

REF（+）、REF（-）——基准电压。

参考电源、参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。

其典型值为Vref（+）=+5V,Vref（-）=-5V。

Vcc——电源，单一＋5V。

GND——接地。

2.5硬件总逻辑图及其说明

硬件总逻辑图如下图2—8所示：

图2—8硬件总逻辑图

芯片8255A的数据线D0～D7与主机低八位数据线相连，8255A的RD线、WR线、A0、A1、RESET分别与主机的RD线、WR线、A0、A1、RESET线连接。

8255A的A口控制LED的段选，B口控制位选.

光敏电路如下：

在单片机上的接口连接如下：

3.控制程序设计

3.1控制程序设计思路说明

初始化8255芯片，设置工作方式控制字为89（100010001B），即A、B口为输出，分别控制LED的段选、位选，C口输入。

下图为控制字：

以采样五十次为一周期，求得五十次采样的总值。

然后除以50，得到采样50次的平均值，存入LastAD。

在每一次采样过程中，都在PC机和LED上输出上一周期采样转化得到的光照强度（单位：

勒克斯）。

具体转化过程为：

采样得到的模拟值经过AD转化后为电压值，电压范围为0-5V。

而考虑到实际生活中，一般照明为200lux，重点照明为300lux，所以实验中可显示的光照强度为0-500lux。

于是参考两者之间的线性关系，定下入下图的关系：

图2—9电压-光照度函数

3.2程序流程图

3.3控制程序

.MODELTINY

;8255端口初始化

COM_ADDREQU0E003H

TC_ADDREQU0E002H;PCO端口

ADDR_0809EQU0F000H

WR_COM_AD_LEQU0D004H;写左半屏指令地址

WR_COM_AD_REQU0D000H;写右半屏指令地址

WR_DATA_AD_LEQU0D006H;写左半屏数据地址

WR_DATA_AD_REQU0D002H;写右半屏数据地址

RD_BUSY_ADEQU0D001H;查找地址

RD_DATA_ADEQU0D003H;读数据地址

XEQU0B8H;起始显示行基址

YEQU040H;起始显示列基址

FirstLineEQU0C0H;起始显示行

EXTRNDisplay8:

NEAR;

.STACKSEGMENTSTACK

DW100DUP（?

）

.STACKENDS

.DATA

BUFFERDB8DUP（?

）

LastADDB0;上一次AD转换值

CHUSHIDB0

KKKKKKDB0

;太阳图标

Line1_1DB0021H,0042H,00E4H,0010H,0048H,0024H,0044H,0007H,0044H,0024H,0048H,0010H,00E4H,0042H,0021H,0000H

DB022H,011H,08BH,044H,028H,011H,012H,072H,012H,011H,028H,044H,08BH,011H,022H,000H

Line2_1DB080H,048H,0E8H,0E8H,0FCH,0E8H,03CH,028H,000H,002H,003H,006H,0FEH,05EH,05FH,05FH

Line2_2DB0E8H,040H,030H,0DCH,050H,0B0H,090H,010H,05EH,05FH,05FH,0FEH,00EH,002H,002H,003H

Line2_3DB000H,000H,000H,0C0H,030H,028H,020H,020H,000H,002H,003H,002H,0FEH,046H,046H,046H

Line2_4DB0FCH,020H,020H,020H,020H,030H,000H,000H,047H,046H,046H,0FEH,002H,002H,003H,002H

Line2_5DB000H,00CH,01EH,0FFH,0FFH,01EH,00CH,000H,000H,000H,020H,077H,077H,020H,000H,000H

Line3_1DB000H,040H,042H,044H,05CH,0C8H,040H,07FH,040H,0C0H,050H,04EH,044H,060H,040H,000H

DB000H,080H,040H,020H,018H,007H,000H,000H,000H,03FH,040H,040H,040H,040H,078H,000H

Line3_2DB000H,0F2H,012H,012H,01EH,000H,0C0H,05EH,052H,0F2H,052H,052H,05EH,0C0H,000H,000H

DB000H,001H,041H,081H,07FH,000H,087H,084H,084H,0FFH,044H,044H,054H,0E7H,040H,000H

Line3_3DB080H,081H,08EH,004H,000H,010H,050H,090H,010H,010H,010H,0FFH,010H,010H,010H,000H

DB040H,020H,01FH,020H,020H,040H,040H,043H,041H,048H,050H,04FH,040H,040H,040H,000H

Line3_4DB004H,004H,004H,004H,074H,054H,055H,056H,054H,054H,074H,004H,004H,004H,004H,000H

DB000H,0FFH,001H,001H,03DH,025H,025H,025H,025H,025H,03DH,041H,081H,07FH,000H,000H

Line4_1DB040H,020H,0F0H,00CH,007H,002H,0FCH,044H,044H,042H,0FEH,043H,043H,042H,040H,000H

DB000H,000H,07FH,000H,000H,000H,07FH,020H,010H,028H,043H,00CH,010H,020H,078H,000H

Line5_1DB000H,002H,002H,0C2H,002H,002H,002H,002H,0FEH,082H,082H,082H,082H,082H,002H,000H

DB020H,020H,020H,03FH,020H,020H,020H,020H,03FH,020H,020H,020H,020H,020H,020H,000H

Line5_2DB020H,018H,008H,009H,0EEH,0AAH,0A8H,0AFH,0A8H,0A8H,0ECH,00BH,02AH,018H,008H,000H

DB000H,000H,03EH,002H,002H,002H,002H,0FFH,002H,002H,012H,022H,01EH,000H,000H,000H

.CODE

START:

MOVAX,@.DATA

MOVDS,AX

NOP

MOVDX,COM_ADDR

MOVAL,80H

OUTDX,AL

MOVAL,05H

MOVDX,TC_ADDR

OUTDX,AL

XORAL,AL;XOR是异或，实现AL