1计算机硬件课程设计任务书程启明老师制定课件.docx

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1计算机硬件课程设计任务书程启明老师制定课件

上海电力学院

课程设计（大型作业）任务书

（2016/2017学年第1学期）

课题名称计算机硬件技术课程设计

课题代码2403340.01~04（两周微机）、2403340.05~08（两周单片机）、

2403239.01~06（一周微机或单片机）

院（系）自动化工程学院

专业自动化/测控技术与仪表

班级

学生

时间2017年1月3日~2017年1月12日（两周）

2017年1月8日~2017年1月12日（一周）

老师签名：

教研室主任（系主任）签名：

一、

设计目的和意义

课程设计是培养和锻炼学生在学完重要的课程后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力、进行工程实训的重要教学环节，它具有动手、动脑，理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一种较好方法。

《计算机硬件技术》或《微机原理及应用》或《单片机原理及应用》是一门应用性、综合性、实践性较强的课程，没有实际的有针对性设计环节，学生就不能很好的理解和掌握所学的技术知识，更缺乏解决实际问题的能力。

因此，通过有针对性的课程设计，使学生学会系统地综合运用所学的技术理论知识，将课堂所学的知识和实践有机结合起来，提高学生在微机应用方面的开发与设计本领，系统的掌握微机硬软件设计方法，提高分析和解决实际问题的能力。

通过设计过程，要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。

让学生独立或集体讨论设计题目的系统方案论证设计、编程、软件硬件调试、查阅资料、绘图、编写说明书等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。

通过本次课程设计使学生熟练地熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，熟练应用8086汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。

在课程设计过程中，可给学生提出一个综合性的设计题目，且仅提供设计任务和要求，不给出具体的实验原理图与参考程序，学生根据设计要求确定实验方案，选择合适的器件，进行电路设计，实现电路连接，编写调试程序，完成给定的设计任务。

通过课程设计，不仅要培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅专业资料、工具书或参考书，掌握工程设计手段和软件工具，并能以图纸和说明书形式撰写设计报告，表达设计思想和结果。

还要学生逐步建立科学正确的设计和科研思想，培养良好的设计习惯，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。

二、课程设计的指导及要求

在课程设计时，2~4人一组，在教师指导下，各组可以集体讨论，但设计报告由学生独立完成，不得互相抄袭。

教师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立设计的思路，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。

学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导老师。

同组同学要发扬团队协作精神，积极主动的提出问题、解决问题、讨论问题，互相帮助和启发。

学生在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。

指导教师要引导学生学会掌握和使用各种已有的技术资料，不能盲目地、机械地抄袭资料，必须具体分析，使设计质量和设计能力都获得提高。

学生要在老师的指导下制定好自己各环节的详细设计进程计划，按给定的时间计划保质保量地完成各个阶段的设计任务。

设计中可边设计，边修改，软件设计与硬件设计可交替进行，问题答疑与调试和方案修改相结合，提高设计的效率，保证按时完成设计工作并交出合格的设计报告。

三、课程设计的组织形式及设计步骤

（1）分组。

每2-4人一组，每组选一个题目，分工协作，共同设计、实现一个设计任务。

每组自己推选1名组长，组长负责本组设计任务的分配，协调成员之间的设计进度；各小组独立设计、编程、调试和验证所设计逻辑电路，最后每组的所有成员都应有自己的成果和报告。

（2）选题。

课程设计中教师可提供一些题目供学生选择，每组学生可任选其中的一个题目，学生也可自行确定设计题目。

（3）方案设计。

学生围绕自己的题目检索收集资料，进行调研，提出系统总体方案设计，选择最优方案。

（4）软硬件系统的设计与调试。

总体方案确定后，设计完成硬件原理图，并在试验应用板上连接好硬件系统。

设计完成软件程序流程，并编写出相应的程序。

完成软硬件系统的联机调试，实现选题的设计目标。

（5）课程设计说明书的编写。

学生根据自己的题目撰写课程设计说明书，陈述设计思想和解决问题的方案、方法，画出系统原理电路图、程序流程图；写出调试结果及分析，并附上参考文献。

（6）验收与评分。

指导教师对每个小组的开发的系统，及每个成员开发的模块进行综合验收，结合设计报告，根据课程设计成绩的评定方法，评出成绩。

四、课程设计的时间进度安排

设计任务书由教师在第10~16周课程设计正式开始之前下发给学生，并由学生结合所学习内容开始课程设计的准备工作，教师根据学生要求给予设计指导，在第19周（或20周）学生集中正式开始做课程设计1~2周（详细要求参见本任务书的第六部分：

六、设计进度安排及组织形式）。

建议时间安排按照表1进行。

表1课程设计时间安排表

第10-16周

1~2天

1~2天

1~2天

1~2天

1~2天

具体设计任务

学生自由分组，组长负责组内分工；设计题目在课程设计开始之前下达给学生。

学生在学习好正常的教学课程情况下，结合已经学习过的技术知识，利用课余时间熟悉设计题目，查阅相关资料，确定总体方案，软、硬件功能划分，硬件接口原理图设计，程序设计等工作，为课程设计提前做好准备工作；任课教师进行不定时的给予辅导，使教学和课程设计的部分工作同步完成。

各小组讨论设计任务，完成设计方案，完成硬件电路设计，并交硬件电路设计图；教师检查后返给学生，如有错，讲解后学生继续修改后上交；写硬件设计说明和报告

学生上机开始调试设计的软件；各设计小组交软件清单和软件说明；教师检查后返给学生，如有错，讲解后学生继续修改后交。

各小组上机调试所编软件，按实验设备的接口要求转换程序接口；教师检查学生程序是否能在实验设备上正确运行；学生撰写设计报告。

没有调通软件的组继续调试。

调试通过的组撰写软件注释和说明书，并组织设计报告；教师检查学生的设计报告。

每位同学做课程设计答辩说明，并解释设计方案和硬、软件设计的过程；教师收学生的设计报告，给出课程设计成绩。

五、课程设计的课题

本课程设计要求学生设计一个微机应用系统，完成相对完整的测试、控制任务。

学生可自主选择规定的参考题目，也可以自定题目（须经指导老师审查）。

在下面的参考题目中，只提出最基本设计内容，学生也可以下面的题目为基础，进一步构思，完成有特色的个性化设计。

（一）8086/8088微机原理的课程设计

下面的硬件接口设计题目有些用汇编语言在PC机上实现，有些也可在PROTEUS下实现，如若在教学实验箱或开发板上用硬件实现，可以视情况加分。

1在教学实验箱或开发板上硬件实现或在PROTEUS软件下仿真实现

1.1题目1数据采集系统1

（1）课设目的

进一步掌握微机原理知识，了解微机在实时采集过程中的应用，学习、掌握编程和程序调试方法。

（2）仪器设备

微机、微机接口实验箱、示波器、三用表等。

（3）课设内容和要求

用查询法，将ADC0809通道0外接0~5V电压，转换成数字量后，送DAC0832输出；

同时在七段LED数码管上，以小数点后两位（mV）的精度，显示其模拟电压的十进值；

调整电位器，用示波器或三用表观察DAC0832的变化，观察七段LED数码管上数值的变化。

要有较好的人机对话界面；用并行口8255的外接小键盘控制程序的运行，若“A”键按下时，开始数据采集，在数据采集过程中，若主键盘有键按下，则停止运行，等待8255小键盘输入，当键值是“E”时，返回DOS；当按键是“A”时，再次数据采集，其他键则等待。

ADC0809的CLK脉冲，由定时器8254的OUT0提供；ADC0809的EOC信号，用8255的PA7检测。

（4）总体设计

1）ADC0809的IN0采集电位器0~5V电压。

图1数据采集系统参考电原理框图

2）DAC0832将ADC0809的IN0数字量重新转换成模拟量后输出，供示波器或三用表检测。

3）8255用于检测ADC0809转换是否结束。

4）8255用于控制程序的开始和结束。

5）七段LED数码管显示ADC0809的IN0的值。

6）8254提供ADC0809的采样时钟脉冲，f=600kHz。

（5）硬件设计

因采用了PC机和微机实验箱，硬件电路设计相对比较简单，主要利用微机实验箱上的8255并行口、ADC0809、DAC0832、七段LED数码管单元、8254定时/计数器、电位器等单元电路，就构成了数据采集系统，硬件电原理框图1所示。

（6）软件设计

本设计通过软件编程，实现数据采集，0809由对IN00~5V直流电压的采样，并将IN0的值转换成十进制后，在七段数码管上显示。

1）设计思想

数据采集系统分成4个功能模块，它们分别为键盘扫描模块、A/D与D/A转换模块、量纲转换模块、数码管显示模块。

其中：

键盘扫描模块可参考8255并行口实验。

A/D与D/A转换模块可采用查询方式实现模/数转换，在0809IN0开始启动后，程序不断地检查8255的PC7位，直到高电平，就读取IN0的值并保存。

此数字量分成两部分输出，一部分送给0832输出，以供示波器或三用表检查；另一部分将此数字量转换成十进制数后，分别送到个位、十分位、百分位存储单元保存，以供七段数码管显示时调用。

量纲转换模块简单，只要将IN0的数字量分别除以51，商存入个位存储单元；余数乘以10，再除以51，商存入十位存储单元；余数再乘以10，除以51，若余数大于25，则商加1，小于25则舍去,这样就达到4舍5入的精度，再把商存入百位存储单元；以供显示时调用；

数码管显示模块比较简单，应注意的是在显示个位时，要加上小数点的显示，这可以在查表获取个位段码后，再加上80H来实现，注意每一位显示后要适当延迟时间。

2）流程图

数据采集流程如图2所示，其中：

图2（a）、（b）、（c）分别为主程序、键盘扫描子程序、数码管显示子程序的流程图。

（a）主程序（b）键盘扫描子程序（c）显示子程序

图2数据采集流程图

（7）课程设计报告

1）课程设计目的和内容。

2）硬件设计：

电原理框图及电原理框图工作过程的简要说明。

3）软件设计：

程序流程图和接口部件的程序段。

4）编程和调试中遇到什么问题？

是怎样解决的？

5）运行结果、体会和建议。

6）程序清单。

1.2题目2数据采集系统2（查询法）

（1）课设目的

进一步掌握微机原理知识，了解微机在实时采集过程中的应用，学习、掌握编程和程序调试方法。

（2）仪器设备

微机、微机接口实验箱、示波器、三用表等。

（3）课设内容和要求

用查询法，将ADC0809通道0外接0~5V电压，转换成数字量后，在七段LED数码管上，以小数点后两位（几十mV）的精度，显示其模拟电压的十进值；0809通道0的数字量以线性控制方式送DAC0832输出，当通道0的电压为5V时，0832的OUT为0V，当通道0的电压为0时，0832的OUT为2.5V；此模拟电压再送到ADC0809通道1，转换后的数字量在CRT上以十六进制显示；通道0的数字量经74LS574输出到8位LED上，且以一定的要求，点亮LED指示灯。

调整电位器，用示波器或三用表观察0832的变化，观察七段LED数码管数值的变化，观察LED灯的变化，ADC0809的CLK脉冲，由定时器8254的OUT0提供；ADC0809的EOC信号，用8255的PC0检测；74LS574外接的LED灯变化如下：

若电压值小于0.5V，则最低位D0LED灯亮，若电压值大于4.5V，则最高位LED灯亮，若电压值在0.5V~4.5V，则8位LED灯由低向高变化亮，高位LED灯亮时低位灯全亮。

（4）总体设计

1）ADC0809的IN0采集电位器0~5V电压，IN1采集DAC0832输出的模拟量。

2）DAC0832将ADC0809的IN0数字量后重新转换成模拟量输出。

3）8255用于检测ADC0809转换是否，为七段LED数码管显示提供显示驱动信息。

4）七段LED数码管显示ADC0809的IN0的值。

5）74LS574驱动8位发光二极管，使它们按要求点亮，来指示当前采样值的范围。

6）8254提供ADC0809的采样时钟脉冲。

7）74LS138译码器为各芯片提供地址信息。

图3数据采集2电原理框图

8）有良好的人机对话界面。

能够显示主菜单，做功能选择。

开始数据采集后，主键盘有键按下，退出返回DOD系统。

（5）硬件设计

因采用了PC机和微机实验箱，硬件电路设计相对比较简单，主要利用微机实验箱上的8255并行口、ADC0809、DAC0832、七段LED数码管单元、8254定时/计数器、74LS574输出接口、电位器等单元电路,就构成了数据采集系统，硬件电原理框图3所示。

（6）软件设计

本设计通过软件编程，实现模/数转换器0809分别对IN00~5V直流电压的采样，并将IN0的值转换成十进制后，在七段数码管上显示；CPU根据IN0的值，使8位发光二极管根据题目的要求，指示相应的范围，IN1采集0832输出的模拟量,转换后的数字量在CRT上以十六进制显示。

1）设计思想

数据采集系统分成4个功能模块，

图4数据采集系统2主程序流程

它们分别为A/D与D/A转换模块、量纲转换模块、数码管显示模块、8位发光二极管驱动模块。

其中：

A/D与D/A转换模块采用查询方式实现模/数转换，在0809IN0开始启动后，程序不断地检查8255的PC0，直到高电平，就读取IN0的值并保存。

此数字量分成两部分输出，一部分以线性控制的方式送给0832输出，再送到ADC0809通道1；另一部分将此数字量转换成十进制数后，分别送到个位、十位、百位存储单元保存，以供七段数码管显示时调用。

量纲转换模块简单，只要将IN0的数字量分别除以51,商存入个位存储单元；余数乘以10，再除以51，商存入十位存储单元;余数再乘以10，除以51，若余数大于25，则商加1，小于25则舍去,这样就达到4舍5入的精度,再把商存入百位存储单元；以供显示时调用。

数码管显示模块比较简单，可参考实验8255并行口中的显示模块流程图，应注意的是在显示个位时,要加上小数点的显示，这可以在查表获取个位段码后，再加上80H来实现,注意每一位显示后要适当延迟时间。

8位发光二极管驱动模块可通过某个设定的门限值，将IN0的数字量与其比较，确定其指示的范围，在大于4.5V和小于0.5V时，驱动处理比较简单，在4.5V和0.5V之间，需考虑如何按要求来驱动8位发光二极管。

2）流程图

数据采集2主程序流程图如图4所示。

（7）课程设计报告

1）课程设计目的和内容。

2）硬件设计：

电原理框图及电原理框图工作过程的简要说明。

3）软件设计：

程序流程图和接口部件的程序段。

4）编程和调试中遇到什么问题？

是怎样解决的？

5）运行结果、体会和建议。

6）程序清单。

1.3题目3数据采集系统3（中断法）

（1）课设目的

进一步掌握微机原理知识，了解微机在实时采集过程中的应用，学习、掌握编程和程序调试方法。

（2）课设内容和要求

用中断法，将ADC0809通道0外接0~5V电压，转换成数字量后，在七段LED数码管上，以小数点后两位（几十mV）的精度，显示其模拟电压的十进值；0809通道0的数字量以线性控制方式送DAC0832输出，当通道0的电压为5V时，0832的OUT为0V，当通道0的电压为0时，0832的OUT为2.5V；此模拟电压再送到ADC0809通道1，转换后的数字量在CRT上以十六进制显示。

ADC0809的CLK脉冲，由定时器8254的OUT0提供；ADC0809的EOC信号，

图5数据采集系统3电路原理框图

用作8259中断请求信号。

要有较好的人机对话界面，控制程序的运行。

（3）总体设计

1）ADC0809的IN0采集电位器0~5V电压，IN1采集0832输出的模拟量。

2）DAC0832将ADC0809的IN0数字量后重新转换成模拟量输出。

3）8259用于检测ADC0809转换是否结束和向CPU发送INTR信号。

4）8255为七段LED数码管显示提供显示驱动信息。

5）七段LED数码管显示ADC0809的IN0的值。

6）8254提供ADC0809的采样时钟脉冲。

7）有良好的人机对话界面。

系统运行时，显示主菜单，开始数据采集，在数据采集时，主键盘有键按下，退出返回DOD系统。

（4）硬件设计

因采用了PC机和微机实验箱，硬件电路设计相对比较简单，主要利用微机实验箱上的8255并行口、ADC0809、DAC0832、七段LED数码管单元、8254定时/计数器、74LS574输出接口、电位器等单元电路位器等单元电路，就构成了数据采集系统，硬件电原理框图5所示。

（5）软件设计

图6数据采集系统3程序流程图

本设计通过软件编程，实现模/数转换器0809分别对IN00-5V直流电压的采样，和经0832线性控制后输出电压的IN1采样，IN0的值转换成十进制后，在七段数码管上显示；IN1的值在显示器上显示。

CPU根据IN0的值，使8位发光二极管根据题目的要求，指示相应的范围。

1）设计思想

数据采集系统分成4个功能模块，它们分别为主程序模块、量纲转换模块、数码管显示模块、中断服务子程序模块。

其中：

主程序模块采用中断方式实现数据采集，因此可把读取IN0的值并保存，和此数字量经线性控制后送给0832输出，作为0809IN1的模拟电压和IN1的启动、读取以及IN0的BCD码转换，放在中断服务子程序模块中完成。

所以，在主程序模块上主要实现启动0809IN0、显示模块的调用和中断结束部分程序。

4）99H<数字量<0CCH，则8253计数器1输出500Hz的方波。

5）0CCH<数字量<0FFH，则8253计数器1输出1000Hz的方波。

图7信号发生器原理框图

要求有较好的人机对话界面；在数据采集过程中，若主键盘有键按下，则停止运行，当主键盘有键按下值是“E”时，返回DOS。

（3）总体设计

1）ADC0809通道0外接电位器上的0~5V电压，作为控制波形发生器产生波形息的依据。

2）8254计数器0为0809提供CLK时钟脉冲；计数器1输出500Hz或1KHz的方波。

3）DAC0832用来产生阶梯波、正弦波和梯形波。

4）8255用来检测检测ADC0809的转换结束信息，同时控制七段LED数码管显示。

5）程序开始运行时，显示主菜单，为保证ADC0809数据采集的正确性，用当前采集数据10次的平均值，作为产生波形信息的控制依据。

在程序运行中，若主键盘有键按下，停止当前所产生的波形。

（4）硬件设计

因采用了PC机和微机实验箱，硬件电路设计相对比较简单，主要利用微机实验箱上的8255并行口、ADC0809、DAC0832、七段LED数码管单元、8254定时/计数器、电位器等单元电路，就构成了信号发生器，硬件电原理框图如图7所示。

（5）软件设计

本设计通过软件编程，实现模/数转换器0809对IN00-5V直流电压的采样，在七段数码管上显示IN0的值；根据采样的值，CPU将控制不同的接口单元，产生不同的信号波形。

1）设计思想

数据采集系统分成6个功能模块，分别是主程序模块、数码管显示模块、正弦波产生模块、梯形波产生模块、阶梯波产生模块和方波产生模块。

其中：

1）主程序模块数据采集时需采集10次，最后取其平均值，作为结果存入存储单元，为了在数码管上显示，要调用数码管显示模块；CPU根据采样的值，控制不同的接口单元，产生不同的信号波形。

因此，在主程序模块中，需为调用正弦波产生模块、梯形波产生模块、阶梯波产生模块、方波产生模块做准备。

在程序运行中，若主键盘按下E键，则返回DOS系统；否则只是停止当前所产生的波形，重新采集ADC0809通道0的电压，而产生相应的波形。

2）数码管显示模块比较简单，可参考实验8255并行口中的显示模块或自编。

表2正弦波数值表

3）正弦波产生模块可先建立一个周期如表2所示的正弦波数值表，然后向0832逐个输出，就可在0832的OUT1上观察到正弦波。

4）梯形波产生模块较为简单，其产生梯形波方法与锯齿波基本相同，差别就是其起始值不是0，而是一固定的值，是1V或2V所对应的数字量。

5）阶梯波产生模块的阶梯波产生可用两种方法，一种是参照正弦波的方法，另一种是在前一阶的基础上，再加上51或33H，就产生了新一阶的波形，一直加到FFH，再重复就产生了一系列的梯形波。

注意：

阶梯波的每阶差别是1V。

6）方波产生模块最简单，只要给8253写工作方式控制字，然后按公式:

n=Fclk1/Fout1给计数器1置初值，就可以产生所需的方波。

式中：

Fclk1为计数器1的计数脉冲，Fout1为计数器1的输岀脉冲。

2）流程图

信号发生器流程图如图8所示，其中：

图8（a）、（b）、（c）、（d）、（e）分别为主程序、阶梯波产生、梯形波产生、正弦波产生、方波产生的流程图。

（a）主程序（b）阶梯波产生

（c）梯形波产生（d）正弦波产生（e）方波产生

图8信号发生器流程图

（6）课程设计报告和内容

1）课程设计目的和内容。

2）硬件设计：

电原理框图及电原理框图工作过程的简要说明。

3）软件设计：

程序流程图和接口部件的程序段。

4）编程和调试中遇到什么问题？

是怎样解决的？

5）运行结果、体会和建议。

6）程序清单。

1.5题目5交通灯实时控制系统设计

（1）课设目的

进一步掌握微机原理的知识与微机在实际中的应用,掌握编程与调试方法。

（2）课设内容和要求

表3时间分配与控制时间表

利用微机实验箱，以所在城市现行的交通灯控制信息为依据，用查询的方法实现交通灯控制系统。

要求：

通行/禁止时间在七段LED数码管上以倒计数的方式显示；主干道、副干道的通行时间用主键盘来设置，左转弯、直通、右转弯指示灯应根据通行时间来控制；具体时