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微机原理课程设计

摘要2

第一章电路总体设计2

1.1、课程设计的要求2

1.2、系统的总体组成2

第二章电路各部分原理图设计2

2.18088最小方式系统2

2.2存储器的设计2

2.38位AD变换接口电路2

2.48位DA变换接口驱动直流电机2

2.5步进电机控制电路2

2.6键盘和显示电路2

第三章设计总结2

参考文献2

致谢2

摘要

本系统采用8088位处理器工作在最小方式系统下，采用8282、8286、8284构成了最小系统，形成总线逻辑。

采用2764和6264构成了16KB的ROM和16KB的RAM。

在此基础之上，分别实现了一系列接口逻辑，包括采用0809实现8位的温度采集接口，采用0832实现直流电机的控制，采用8255和8253实现步进电机的控制，并设计了键盘和显示逻辑。

最后，运用Protel99SE的自动布线功能，完成了最小系统的PCB版图设计。

第一章电路总体设计

1.1、课程设计的要求

本系统完成的功能如下：

（1）用8088构成最小系统

（2）用0809组成8位温度AD变换接口电路

（3）用0832组成8位DA变换接口电路驱动直流电机

（4）用8255和8253组成步进电机控制电路

（5）键盘与显示功能

1.2、系统的总体组成

下面给出了系统的总体框图如下：

1处理器芯片选用8088，当8088的MN/MX引脚接+5V电压时，8088工作在最小方式下。

①时钟发生器采用8284A芯片

②主微处理器CPU选用8088芯片

③总线锁存器采用74LS373，用ALE的下降沿锁存。

由于8088中地址线有20条，所以地址锁存要三个8282。

④数据收发器用来对数据进行缓冲和驱动，并控制数据发送和接收方向，向CPU传送IO的数据或向IO传送CPU提供的数据。

同样由于8088中数据线只有8条，所以数据收发器只要一个8286就可以了。

⑤地址译码器采用74LS138，用地址线的高三位（即A19、A18、A17三位）。

译码输出Y0-Y7，共可以控制8个I/O芯片

在最小方式下，8088CPU会直接产生全部总线控制信号。

2）只读存储器采用ROM芯片2764（或27128），随机存储器6264（或62128）

3）A/D转换采用0809芯片

4）用0832D/A转换芯片的模拟信号去驱动直流电机

5）8253+8255去控制步进电机

6）显示器控制电路

7）键盘控电路

8）时钟电路、加电复位和复位电路。

9）地址分配

ROM:

0000H—3FFFH

RAM:

8000H--BFFFH

AD:

00H—07H

DA:

40H—41H

键盘相关：

100H—103H

显示相关：

140H—141H

步进电机相关：

200H—207H

功能描述：

在最小方式下，8088CPU产生全部总线控制信号，由2764和6264构成了16KB的ROM和16KB的RAM，在此基础上，分别实现接口逻辑，本系统采用8088位处理器工作在最小方式系统下，采用8282、8286、8284构成了最小系统，形成总线逻辑。

采用（8k）2764和（8k）6264构成了16KB的ROM和16KB的RAM。

最后，运用Protel99SE的自动布线功能，完成了最小系统的PCB版图设计。

第二章电路各部分原理图设计

2.1、8088最小方式系统

8088芯片介绍引脚如下图:

8088的MN/MX信号线接至＋5V时，系统就处于最小工作模式，即单处理器系统方式，它适合与较小规模的应用。

8088最小模式典型的系统主要由8088CPU时钟发生器8284、地址锁存器8282及数据总线收发器8286组成。

由于地址与数据、状态线分时复用，系统中需要地址锁存器。

地址锁存信号ALE控制8282的STB，用8282锁存器产生地址总线；用8286收发器产生缓冲的数据总线。

8088的DEN信号作为8286的输出允许信号面，仅当DEN为低电平时，允许数据经8286进行传送；8088的DT/R信号用来控制数据传送的方向，接至8286的引脚T。

当DT/R＝1时，CPU向数据总线发送数据，当DT/R＝0时，则CPU接收来自系统总线上的数据。

数据线连至内存及I/O接口，需用数据总线收发器作驱动。

在控制总线一般负载较轻，不需要驱动，故直接从8088引出。

8088工作与最小模式，此时8088CPU提供所有的总线控制信号，以实现与存储器、I/O接口的选择。

在最小组态时，系统总线可分为几个基本部分：

地址总线、数据总线、控制与状态信号、中断与DMA信号。

最小模式下，引脚的信号功能如下。

INTA：

中断响应信号输出，低电平有效。

用与对外设的中断请求作出响应。

8088的INTA信号实际上是CPU响应外设中断申请时，发出两个连续的负脉冲，其第一个负脉冲是通知外设端口，它发出的中断请求已获允许；外设接口收到第二个负脉冲后，往数据总线上放中断类型码，从而使CPU得到该中断请求的详细信息。

ALE：

地址锁存允许信号，输出，高电平有效。

该信号是8088提供给地址锁存器的控制信号。

DEN：

数据允许信号，输出，低电平有效。

给信号为收发器提供一个控制信号，DEN有效时，表示CPU当前准备发送或接受一个数据。

在DMA方式时，被置为高阻状态。

DT/R：

数据发送/接收信号，输出。

该信号用来控制数据总线收发器的传送方向。

当DT/R高电平时，CPU向内存或I/O端口发送数据；当DT/R为低电平时，CPU从内存或I/O端口接收数据。

在DMA方式时，DT/R被置为高阻状态。

IO/M：

存储器输入/输出控制信号，输出。

该信号作为区分CPU进行存储器访问还是输入/输出访问的控制信号。

当IO/M为高电平时，表示CPU正与存储器之间进行数据传送；当IO/M为低电平时，表示CPU正与输入/输出设备之间进行数据传送。

在DMA方式时，IO/M被置为高阻状态。

SSO：

系统状态信号，输出，低电平有效。

该信号对8088的34脚。

SSO与IO/M、DT/R的组合及对应的操作见下表。

M/IODT/RSSO操作

100中断响应

101读I/O端口

110写I/O端口

111暂停（Halt）

000取指令操作码

001读存储器

010写存储器

011无源

WR：

写信号，输出，低电平有效。

当该信号有效时，表示CPU当前正在进行存储器或I/O端口写操作。

到底为哪种写操作，则由WR信号决定。

在DMA方式时，该信号被置为高阻状态。

HOLD：

总线保持请求信号，输入。

当8088系统中CPU之外的另一个主模块要求选用总线时，通过该信号向CPU发出一个高电平的总线保持请求信号。

HLDA：

总线保持响应信号，输出。

当CPU接收到HOLD信号后，便发出高电平有效的HLDA信号给以响应，此时，CPU让出总线控制板，发出HOLD请求总线主设备获得总线的控制权。

8088工作于最小模式，如前所述，由于8088地址线和数据线有一部分是复用的，工作于最小模式时，必须外部配置锁存器8282共3片，总线收发器82861片和外部时钟芯片，才能组成三组系统总线，控制信号是CPU直接发出的。

外加芯片配置后，其低8位地址线已被分离出来，地址线为A19～A0，控制线包括IO/M、WR、RD等控制信号。

综上所述，我们可以画出8088CPU最小系统图，如下图所示。

2.2、存储器的设计

1．有关芯片介绍

1）静态存储器6264

Intel6264是8K×8SRAM，单一的+5V电源，所有的输入端和输出端都与TTL电路兼容。

它的电路原理图逻辑符号如图所示。

其中，A0~A12为13根地址线，D0~D7为8位数据线。

/CS1和CS2为片选信号，当两个片选信号同时有效时，即/CS1=0，CS2=1时，才能选中芯片。

/OE为输出允许信号，只有在/OE=0时，即其有效时，才允许该芯片将某单元的数据送到芯片外部的D0~D7上。

/WE为写信号，当/WE=0时，允许将数据写入芯片，当/WE=1时，允许芯片的数据读出。

2）EPROM2764

2764EPROM存储器容量为64K，结构为8K*8。

其中，13条地址线A0~A12,8条数据线D0~D7。

/CE和/OE为控制信号有片选引脚，低电平有效时，分别选中芯片和允许芯片输出数据。

2764的编程由编程控制引脚/PGM和编程电源Vpp控制，在编程时，对引脚加较宽的负脉冲；在正常读出时，该引脚应该无效。

在正常工作时，要求Vpp接+5V；在编程状态时，要求Vpp接+25V作为编程电压。

2．存储器电路及译码电路设计

8088最小系统中，地址总线为A0~A19，数据总线D0~D7,对SRAM的控制信号有/WR,/RD,IO/M。

当IO/M为低电平时，表示cpu对存储器传送数据。

/RD为读信号，低电平有效，/RD有效时表明cpu正在执行从存储器或IO口的输入操作数据。

/WR为写读信号，低电平有效，/WR有效时表明cpu正在执行从存储器或IO口的输出操作数据。

在该设计中选用的ROM模块芯片为EPROM2764，容量为8K*8。

RAM模块芯片为SRAM6264，容量为8K*8。

系统要求由16KB的ROM和16K的RAM组成。

16KB的ROM需要两片2764芯片，16K的RAM需要两片6264芯片。

下图给出了8088最小系统组成的16K的ROM和16K的RAM存储器逻辑图。

图中U1和U2两片2764构成16K的ROM模块；U3和U4两片6264组成16K的RAM模块。

地址总线A0~A12作为片内地址分别连接到U1，U2，U3和U4的相应地址线引脚上。

数据线D0~D7作为分别连接到U1，U2，U3和U4的相应数据线引脚上。

读信号/RD连接到U1，U2，U3和U4的/OE引脚上，写信号/WR连接到两片6264芯片的/WE引脚上。

6264选引脚CS2

接+5V。

4个芯片的片选信号由74LS138译码器产生。

存储器电路原理图如下：

2.3、8位AD变换接口电路

1．有关芯片介绍

ADC0809的引脚定义如右图所示。

共有28个引脚，其中：

D0~D7：

输出数据线；

IN0~IN7：

8路模拟电压输入端；

ADDA，ADDB，ADDC：

路地址输入；

ADDA：

最低位；

ADDC：

最高位；

START：

启动信号输入端

ALE：

路地址锁存信号，用来锁存ADDA~ADDC路地址，上升沿有效；

EOC：

变换结束状态信情号，高电平表示—次变换结束；

OE：

读允许信号，高电平有效；

CLK：

时钟输入端；

Vref（+），Vref（-）：

参考电压输入端；

Vcc：

5V电源输人；

GND：

地。

ADC0809的时钟为10KHz~1.2MHz。

在时钟频率为640KHz时，其变换时间为100us。

ADC0809的工作时序如下图所示。

由图可以看到，在进行A/D变换时，路地址应先送到ADDA~ADDC输入端。

然后在ALE上输入端加一个正跳变脉冲，将路地址锁存到ADC0809内部的路地址寄存器中。

这样对应路的模拟电压输入就和内部变换电路接通。

为了启动变换工作序列，必须在START端加一个负跳变信号。

此后变换工作就开始进行，标志ADC0809正在工作的状态信号EOC由高电平（闲状态）变成为低电平（工作状态）。

一旦变换结束，EOC信号就又由低电平变成高电平。

此时只要在OE端加一个高电平，即可打开数据线的三态缓冲器，从D0~D7端数据线读得一次变换后的数据。

2原理图设计

设计原理图如下：

2.48位DA变换接口驱动直流电机

1相关芯片与器件介绍

1）数模变换器0832

DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，具有双缓冲器输入结构，其引脚排列如图所示，

DAC0832各引脚功能说明：

DI0～DI7：

转换数据输入端。

CS：

片选信号输入端，低电平有效。

ILE：

数据锁存允许信号输入端，高电平有效。

WR1：

第一写信号输入端，低电平有效，

Xfer：

数据传送控制信号输入端，低电平有效。

WR2：

第二写信号输入端，低电平有效。

Iout1：

电流输出1端，当数据全为1时，输出电流最大；当数据全为0时，输出电流最小。

Iout2：

电流输出2端。

DAC0832具有：

Iout1+Iout2=常数的特性。

Rfb：

反馈电阻端。

Vref：

基准电压端，是外加的高精度电压源，它与芯片内的电阻网络相连接，该电压范围为：

-10V～+10V。

VCC和GND：

芯片的电源端和地端。

DAC0832内部有两个寄存器，而这两个寄存器的控制信号有五个，输入寄存器由ILE、CS、WR1控制，DAC寄存器由WR2、Xref控制，用软件指令控制这五个控制端可实现三种工作方式：

直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。

三种工作方式区别是：

直通方式不需要选通，直接D/A转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通。

2）直流伺服电机

直流伺服电机的工作原理与一般直流电动机的工作原理市完全相同。

他激直流电机转子上的载流导体（即电枢绕组）在定子磁场中受到电磁转矩的作用，使电机转子旋转。

由直流电机的基本原理分析得到：

n=（u-IaRa）/Ke

式中：

n——电枢的转速，r/min

u——电枢电压

Ia——电机电枢电流

Ra——电枢电阻

Ke——电势系数

由上式可知，调节电机的转速有三种方法：

①改变电枢电压u。

调速范围较大，直流伺服电机常用此方法调速。

②变磁通量＆（即改变Ke的值）。

改变激磁回路的电阻Rf以改变激磁电流If。

可以打到改变磁通量的目的；调磁调速因其调速范围较小常常作为调速的辅助方法，而主要的调速方法是调压调速。

若采用调压与调磁两种方法互相配合，可以获得很宽的调速范围，又可充分利用电机的容量。

③在电枢回路中串联调节电阻Rt，此时有

n=［u-Ia（Ra+Rt）］/Ke

由上式可知，在电枢回路中串联电阻的办法，转速只能调低，而且电阻上的铜耗较大，这种办法并不经济。

最常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）.

3）电路原理图设计

0832的DI0~DI7接到数据总线D0~D7上，WR1接到控制总线的WR上，片选端接到译码器上进行片选控制。

Iout1和Iout2经LM324AD和复合晶体管放大后驱动直流电机的运转。

由上图可以看出，只要加上-12V参考电压，LM324AD运放采用+12V电源，则可以输出0~12V电压。

利用程序可以控制电机的启动和转速，显然，电机只能一个方向转动。

由于D/A变换器的输入可以从00H到FFH，从而使运放的输出线性变化从0V到+12V，从而可以根据要求，利用该输出，控制电机工作在相应速度上。

电路原理图如下：

2.5步进电机控制电路

1）器件介绍

步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广泛应用于需要精确定位、同步、行程控制等场合。

本设计所采用的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。

电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图和各线圈通电顺序如图1和表4.1所示：

图1步进电机原理图

表1

相顺序

相顺序从0到1称为一步，电机轴将转过18度，01234则称为通电一周，转轴将转过72度，若循环进行这种通电一周的操作，电机便连续的转动起来，而进行相反的通电顺序如4321将使电机同速反转。

通电一周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为它每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原步颤动。

2）电路原理图设计

因采用了PC机和PC总线接口应用平台，硬件电路相对简单，除利用了PC机本身资源外（如中断资源），还利用了平台上的8253计数/定时器、8255并行接口单元，再加上外围驱动电路，便构成可步进电机控制电路，硬件原理图下图：

2.6键盘和显示电路

1）器件介绍

在最简单的小的微型机系统中，在控制面板上仅设置几个键。

当按键数很少时，常采

用三态门直接接口输人的形式，如图所示。

图中，采用的三态门可以是前面提到的74LS244。

利用—片244即可接8个按

键。

由于这种键很少，接口简单，此处不再说明。

常用的键盘有两种类型，即编码式键盘和非编码式键盘。

编码式键盘包括检测按了哪一个键，并产生这个键相应代码的一些必要硬件（通常这种键盘小有一块单片机作为其控制核心）。

非编码式键盘没有这样一些独立的硬件，而分析哪一个键按下，这样的操作是通过接口硬件，井由主处理器执行相应程序来完成的。

主处理器需要周期性地对键盘进行扫描，查询是否有键闭合，这样主机效率就会下降。

由此可见，两种键盘各有优缺点，前者费硬件，价格较高；后者主机效率低，费时间，但价格低。

七段数码显示器如图所示，其工作原理一看等效电路即可明白：

当某个发光：

极管通过一定的电流（如5~10mA）时，该段就发光。

控制让某些段发光，某些段不发光则可以显示一系列数字和符号。

其接口与显示方式有两种：

①锁存器静态接口

用最简单的锁存器输出接口，再利用OC门加以驱动的LED接口。

②动态显示

在静态接口显示LED时．每1位LED要用一片锁存器。

当显示位数比较多时，会要求使用许多锁存器。

为了硬件上的简化，可采用动态显示。

动态显示的基本思路就是利用人的视觉暂留特性，使每一位LED每秒钟显示几十次（例如50次），显示时间l~5ms。

显示时间越短，显示亮度越暗。

动态显示的优点是节省了锁存译码电路

2）电路原理图设计

在该设计中，键盘，显示部分采用一片8255进行设计。

其电路如下：

第三章设计总结

从工程应用出发，本课程设计使我们熟练使用Protel99完成微处理器8088组成的微机应用系统的设计。

正确地设计微处理器8088最小系统和应用接口电路，培养我们良好的设计能力和动手能力，为微机软硬件打下良好的基础。

1.通过自学初步掌握了Protel99SE的使用，能过使用其进行简单的电路原理图和PCB版图设计。

2.通过这次的课程设计，对8088微机系统又有更深的理解，尤其是总线的形成，同时对一些常用的芯片也进一步熟悉了如何使用。

参考文献

[1]何立民.单片机应用技术选编.北京：

北京航空航天大学出版社，1997

[2]张有德.单片微机原理、应用与实验.上海:

复旦大学出版社，1997

[3]李朝青.单片机外围数字IC技术手册.北京:

北京航空航天大学出版社，1998

[4]梁廷贵、王裕琛.现代集成电路实用手册.北京:

科学技术文献出版社，1999

[5]于海生.微型计算机控制技术选编.北京：

清华大学出版社，1999

[6]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计.北京：

北京航空航天大学出版社，1995

[7]周兴华.手把手教你学单片机.北京：

北京航空航天大学出版社，1996

[8]神龙工作室.Protel2004实用培训教程.北京：

人民邮电出版社，1995

致谢

在此向所有在这次课程设计中给予我关心、支持和帮助的老师、朋友，致以最诚挚的谢意，在整个的设计过程中，很多老师、同学都给予我们莫大的帮助。

我深知，只有不断的拼搏进取、不断的前进，才是对大家最好的感谢。

而且在本次课程设计中，从指导老师何俊学身上学到了很多东西。

何老师亲切的待人方式，渊博的专业知识都给我留下了深刻的印象，老师细心的讲解和指点使我从课程设计之中受益匪浅，使我从实际的算法实现中更好地掌握了理论知识。

她深厚的理论水平都使我受益匪浅，无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都是一种巨大的帮助！

最后还要感谢我的同学，感谢他们耐心的讲解和细心的指导，也感谢他们给我提出那么多的解决方案和指导性意见，帮我顺利完成我的课程设计和论。

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