數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機(jī)原理課設(shè)

微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué) 院： 專 業(yè)：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：姓 名： 指導(dǎo)教師： 第一部分課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)內(nèi)容（論文闡述的問題）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本要求：要求具有8路模擬輸入 輸入信號(hào)為0500mV 采用數(shù)碼管8位，顯示十進(jìn)制結(jié)果 輸入量與顯示誤差1%發(fā)揮部分：1、速度上實(shí)現(xiàn)高精度采集 2、提高系統(tǒng)精度 3、設(shè)計(jì)抗干擾性二、設(shè)計(jì)完成后提交的文件和圖表1. 計(jì)算說明書部分： 數(shù)據(jù)采集是指將壓力、流量、溫度、位移等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示、或打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)就稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，取得所需的數(shù)據(jù)。同時(shí)，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)控。 數(shù)據(jù)采集性能的好壞，主要取決于他的精度和速度。在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有功能：（1）數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)按照選定的采樣周期，對(duì)輸入到系統(tǒng)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，稱為數(shù)據(jù)采集。（2）模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)是指隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，模擬信號(hào)處理是指模擬信號(hào)經(jīng)過采樣和A/D轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)后，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確性判斷、標(biāo)度變換、線性化等處理。（3）數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理是指數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)后，需要進(jìn)行碼制的轉(zhuǎn)換處理，如BCD碼轉(zhuǎn)換成ASCII碼，以便顯示數(shù)字信號(hào)。（4）屏幕顯示就是用各種顯示裝置如CRT、LED把各種數(shù)據(jù)以方便于操作者觀察的方式顯示出來。（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是就是將某些重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器上。 在本次設(shè)計(jì)中，我們采用8259作為中斷控制器，8255作為并行接口，ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2、圖紙部分：含有總體設(shè)計(jì)的功能框圖、所用各種器件的引腳圖、內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖以及相應(yīng)器件的真值表，還包括總設(shè)計(jì)的硬件連接圖及軟件設(shè)計(jì)流程圖等。第二部分一、 設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本要求:微型計(jì)算機(jī)最小系統(tǒng)具有8路模擬輸入 輸入信號(hào)為0500mV 采用數(shù)碼管8位，顯示十進(jìn)制結(jié)果 輸入量與顯示誤差1% 中斷方式二、 設(shè)計(jì)方案論證考慮本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求，該系統(tǒng)的功能框圖如下：圖1 系統(tǒng)功能框圖（一）AD轉(zhuǎn)換器的選擇根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器基本原理及特點(diǎn)，可以分為以下類型：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。1）積分型（如TLC7135） 積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。2）逐次比較型（如ADC0809）逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時(shí)價(jià)格很高。3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級(jí)（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉(zhuǎn)換時(shí)序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級(jí)型AD中還加入了對(duì)多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。4）-(Sigma?/FONTdelta)調(diào)制型（如AD7705） -型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度)信號(hào)，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測(cè)量。5）電容陣列逐次比較型 電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。6）壓頻變換型（如AD650）壓頻變換型（Voltage-Frequency Converter）是通過間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個(gè)數(shù)的寬度。其優(yōu)點(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換?？紤]到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求8路模擬輸入，可采用的A/D轉(zhuǎn)換器有多種如：AD574、ADC0809、ADC0804等，但是ADC0809本身具有8路模擬輸入端，不需要多路開關(guān)，考慮節(jié)省硬件開支故采用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0809的技術(shù)指標(biāo)如下 ：1主要特性1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s4）單個(gè)5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8路開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換、逐次逼近型寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。圖2 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖3 ADC0809管腳圖3外部引腳功能 ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線用于選擇8路模擬輸入中的一路，如表1表1 ADDA、ADDB、ADDC真值表ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。（二）中斷控制器的選擇1、中斷系統(tǒng)功能與組成1）中斷系統(tǒng)應(yīng)具有的功能多中斷源請(qǐng)求，軟件可禁止與允許每個(gè)請(qǐng)求。中斷優(yōu)先級(jí)判別功能，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高的請(qǐng)求。中斷嵌套功能，高級(jí)別中斷可中斷較低級(jí)別的中斷。響應(yīng)中斷后，能自動(dòng)轉(zhuǎn)向中斷處理程序，處理結(jié)束后自動(dòng)返回主程序。2）中斷系統(tǒng)的組成微處理器應(yīng)有處理中斷請(qǐng)求的機(jī)制與相關(guān)硬件電路：接收請(qǐng)求，響應(yīng)請(qǐng)求，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，處理完返回。外圍應(yīng)有一個(gè)與處理器匹配的中斷控制器：管理多個(gè)中斷源，優(yōu)先級(jí)裁決，中斷源屏蔽等功能。依處理器的結(jié)構(gòu)編寫中斷處理程序，安排相關(guān)的系統(tǒng)初始化。2、本次設(shè)計(jì)中斷控制器選用82591）可編程中斷控制器8259功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳定義（1）可編程中斷控制器8259功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 中斷請(qǐng)求寄存器（IRR）：8位寄存器，可寄存儲(chǔ) 8 個(gè)請(qǐng)求輸入（IR0-IR7）的狀態(tài)。 優(yōu)先權(quán)裁決器：對(duì)請(qǐng)求源與正在被服務(wù)的中斷級(jí)進(jìn)行比較，裁決出優(yōu)先級(jí)最高者。 中斷服務(wù)寄存器（ISR）：8位，與IRR對(duì)應(yīng)，記錄正被處理的請(qǐng)求。IRn被響應(yīng)，ISRn被置1；IRn處理結(jié)束， ISRn置0。 中斷屏蔽寄存器（IMR）：8位，某位置1對(duì)應(yīng)IRR位的請(qǐng)求被屏蔽。 控制邏輯：寄存8259的命令字，多種工作方式的控制，向處理器發(fā)INT，接收。 級(jí)聯(lián)緩沖器/比較器：多片8259級(jí)聯(lián)時(shí)，對(duì)從片的標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行寄存與比較。圖4 8259內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（2） 8259的外部引腳信號(hào) 圖5 8259外部引腳圖8259的主要引腳信號(hào)說明 D7-D0：雙向數(shù)據(jù)總線, 與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接。 :片選信號(hào),低電平有效，確定芯片在系統(tǒng)I/O空間位置。 A0: 地址線,8259占相鄰的2個(gè)I/O地址,與CS信號(hào)配合,A0=0選偶端口,A0=1選奇端口。 CAS2-CAS0: 雙向級(jí)聯(lián)線。在主從級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中，主片輸出，從片輸入。主片發(fā)從片標(biāo)識(shí)碼，從片比較，符合時(shí)輸出中斷類型碼。 ：雙向信號(hào)，低電平有效。輸入時(shí)為SP，硬接線確定主從（主片SP接高電平）；輸出時(shí)為EN，作為DB緩沖允許。 INT：中斷請(qǐng)求，輸出，與CPU的INTR腳相連，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 ：中斷響應(yīng)，低電平有效，輸入，與8086/88相連。2) 8259A的工作方式 (1) 優(yōu)先級(jí)方式選擇 a)全嵌套方式：固定優(yōu)先級(jí),IR0最高,IR7最低。 b)特殊全嵌套:與a)基本相同,響應(yīng)同級(jí)中斷請(qǐng)求 c)優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)：某級(jí)被響應(yīng)后，降為最低。如IR4被響應(yīng)后，優(yōu)先級(jí)順序變?yōu)椋?IR5,IR6,IR7,IR0,IR1,IR2,IR3,IR4。 d)優(yōu)先級(jí)特殊循環(huán)方式：編程指定最低優(yōu)先級(jí)，其它同c)。 (2)屏蔽中斷方式選擇 a)普通屏蔽方式選擇：對(duì)應(yīng)IMR為1的位中斷請(qǐng)求將被屏蔽。 例如：IMR=，則IR2、IR3的中斷請(qǐng)求被禁止。 b）特殊屏蔽方式: 執(zhí)行中斷程序時(shí),動(dòng)態(tài)改變優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu),屏蔽本級(jí),允許較低級(jí)請(qǐng)求被服務(wù)。 (3)中斷結(jié)束方式：ISRn被清0，中斷結(jié)束。 a)自動(dòng)結(jié)束方式：8259收到后自動(dòng)把中斷在服務(wù)寄存器ISRn位清0（適用于單片8259和中斷無嵌套的情況）。 b)一般結(jié)束方式：8086發(fā)命令清除中斷在服務(wù)寄存器ISR中的最高的置1位清0，結(jié)束中斷（在全嵌套方式下使用）。 c)特殊結(jié)束方式：編程向8259發(fā)出一條特殊中斷結(jié)束命令，將中斷在服務(wù)寄存器ISR中指定位清0（在非全嵌套方式下使用）。 (4)中斷請(qǐng)求信號(hào)觸發(fā)方式選擇 a）邊沿觸發(fā)方式。8259的IR0-IR7輸入端出現(xiàn)低電平到高電平的正跳變信號(hào)，表示有中斷請(qǐng)求。出現(xiàn)正跳變信號(hào)后，允許高電平保持。 b）電平觸發(fā)信號(hào)。 8259的IR0-IR7輸入端出現(xiàn)高電平信號(hào)時(shí)，表示有中斷請(qǐng)求。該請(qǐng)求信號(hào)必須在中斷服務(wù)程序中的中斷結(jié)束命令執(zhí)行前予以撤消，否則會(huì)引起不應(yīng)有的第二次中斷。 3） 8259的命令字 8259工作方式設(shè)定及運(yùn)行中的控制，均由8086發(fā)來的命令字(1字節(jié)代碼)決定。命令字分初始化命令字和操作命令字兩種，系統(tǒng)向8259兩個(gè)端口之一寫入。8259根據(jù)接收命令字的端口號(hào)，特征位及順序決定命令字的屬性。 (1)初始化命令字(Word,ICW) ICW1-ICW4四個(gè)初始化命令字,有接收順序要求。 8259初始化流程如下 ：（a）ICW1的格式與定義：芯片控制 LTIM=1中斷請(qǐng)求電平觸發(fā), LTIM=0中斷請(qǐng)求邊沿觸發(fā)。 SNGL=1單片8259系統(tǒng)，SNGL=0多片8259系統(tǒng)。 AD1在8088/8086系統(tǒng)中不起作用。 IC4在8088/8086系統(tǒng)中恒為1。 （b）ICW2的格式和定義：中斷類型碼設(shè)定 ICW2用來指定8259的8個(gè)中斷請(qǐng)求IR7-IR0的中斷類型碼。其中T7-T3由程序?qū)懭?，最?位（D2-D0）根據(jù)當(dāng)前正在響應(yīng)的中斷請(qǐng)求IRn的n值自動(dòng)填入。 例如：若ICW2為40H，則IR0-IR7所對(duì)應(yīng)的中斷類型碼為40H。41H，42H，43H，44H，45H，46H，47H。 （c）ICW3的格式和定義：在多片8259系統(tǒng)中，其格式和含義依主片、從片而定。 主片的格式： 若主片的IR0-IR7的某個(gè)引腳上連接從片8259，則ICW3的該位為1。 從片的格式： ID2-ID0的值取決于本從式的INT輸出端連接到主片IR哪個(gè)輸入端。例如，連接到IR7，則 ID2ID1ID0=111 從片的CAS2-CAS0接收從主片8259發(fā)來的編碼，并與本身的ICW3中的ID2-ID0比較，若相等，則在中斷響應(yīng)過程中，將自己的中斷類型碼送CPU。 （d）ICW4的格式和定義：工作方式設(shè)定 SFNM=1特殊全嵌套、SFNM=0非特殊全嵌套。 AEOI=1中斷自動(dòng)結(jié)束、AEOI=0一般中斷結(jié)束。 BUF=0，DB無緩沖，用作；BUF=1，DB有緩沖，主從片軟件定。 （當(dāng)BUF=1時(shí)），M/S=1為主片、M/B=0為從片。 PM=1，8086系統(tǒng)； PM=0，8085系統(tǒng)。（三） 并行接口選擇本次設(shè)計(jì)采用8255作為并行接口，8255外部引腳如圖6圖6 8255外部引腳1、8255的主要性能參數(shù)為（1）共有4個(gè)端口：A口連 8位并行PA口線B口連 8位并行PB口線C口連 8位并行PC口線控制端口 （2） 三種工作方式。 （3）可提供中斷和查詢數(shù)據(jù)傳輸方式。 （4）可直接與系統(tǒng)總線相連。2、內(nèi)部組成及引腳功能如圖圖7 8255內(nèi)部組成（1） 與CPU接口部分 緩沖器：8位雙向三態(tài)緩沖器。 讀寫邏輯：對(duì)A口、B口、C口讀/寫控制，對(duì)控制口寫控制字。（2）與外設(shè)接口部分 A口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。B口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。C口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。（3）引腳功能 CPU與8255交換數(shù)據(jù)引腳RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊。RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。WR:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。A0、A1：內(nèi)部寄存器尋址。A1 A0 0 0 讀寫A口 0 1 讀寫B(tài)口 1 0 讀寫C口 1 1 寫控制寄存器 與I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)引腳PA0PA7：A口的8位輸入/輸出線。PB0PB7：B口的8位輸入/輸出線。PC0PC7：有如下用途：作為8位輸入/輸出線；作為兩個(gè)4位輸入/輸出線：PC0PC3、PC4PC7;可對(duì)每一位實(shí)現(xiàn)按位“置位”或“復(fù)位”控制;作為8255的狀態(tài)口;專用聯(lián)絡(luò)信號(hào)線。3、工作方式控制字 8255有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。兩組端口可分別指定不同的工作方式。每組端口在某種工作方式下，并不要求各信號(hào)同為輸入或同為輸出，而是可以分別指定。方式選擇控制字的格式如圖8所示圖8 8255方式選擇控制字4、PC口控制字 PC口的各信號(hào)線常作為控制線來使用，因此，經(jīng)常需要單獨(dú)對(duì)每根信號(hào)線置1或置0。這種操作用向PC口控制字寄存器送出PC口控制字來實(shí)現(xiàn)。 PC口控制字格式如圖9 所示。圖9 PC口控制字（四）LED驅(qū)動(dòng)器件選擇 本次設(shè)計(jì)要求譯碼顯示驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的器件有多種，考慮到數(shù)碼管最后顯示位數(shù)及軟件編程的可行性，采用ICM7218驅(qū)動(dòng)芯片。 ICM7218是MAXIM公司生產(chǎn)的7段共陰極LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片,每一片ICM7218最多可以驅(qū)動(dòng)8位LED數(shù)碼管。它集BCD譯碼器、多路掃描器、段驅(qū)動(dòng)和位驅(qū)動(dòng)于一體,內(nèi)含8X8位SRAM,可保存8位LED數(shù)據(jù)。還有一個(gè)控制邏輯單元,寫入控制字協(xié)調(diào)整個(gè)芯片正常運(yùn)作。并可多個(gè)ICM7218并聯(lián)使用。外圍接口電路簡(jiǎn)單,使用方便。ICM7218芯片管腳圖如下：圖10 ICM7218芯片管腳圖1、 ICM7218的主要性能快速獲取時(shí)間為200ns低功耗CMOS設(shè)計(jì)供電電源為6V輸出驅(qū)動(dòng)電流為500mA節(jié)驅(qū)動(dòng)電流為100mA工作溫度為-20。C +85。C存儲(chǔ)溫度為-20。C +60。C2、ICM7218的工作原理ICM7218芯片具有典型的8位并行數(shù)據(jù)接口,顯示數(shù)據(jù)和控制字都是8位的字節(jié)?？刂萍膬?chǔ)器與8X8位SRAM之間與數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)換由MODE控制,MODE=“1”,選擇控制寄儲(chǔ)器;MODE=“0”,選擇8X8位SRAM。當(dāng)要更改顯示數(shù)據(jù)時(shí),一定先要寫入控制字節(jié),接著按順序?qū)懭?個(gè)要顯示的數(shù)據(jù)即可?？刂品浅７奖?程序簡(jiǎn)單。要寫入控制字,先將MODE信號(hào)置“1”,CPU將控制字送到數(shù)據(jù)線上,然后CPU送出一寫入信號(hào)到ICM7218腳上,即可將控制字節(jié)寫控制寄存器。寫入顯示數(shù)據(jù)一定要緊接著控制字后寫入,將MODE信號(hào)置“0”,CPU將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上,然后CPU送出一寫入信號(hào)到ICM7218的腳上,即可將第一個(gè)顯示數(shù)據(jù)寫入8X8位SRAM中。這樣連續(xù)重復(fù)8次就完成SRAM中的顯示數(shù)據(jù)。ICM7218芯片有兩種譯碼方式:十六進(jìn)制譯碼和BCD譯碼。由控制字決定。ICM7218芯片管腳圖、管腳說明及譯碼方法如下：名稱引腳號(hào)說明SEGA-SEGF16-1820-23七段驅(qū)動(dòng)管腳DIGIT1-DIGIT81-424-27八位選擇管腳ID0-ID75-710-14八位數(shù)據(jù)接口管腳8數(shù)據(jù)寫入控制管腳MODE9區(qū)分顯示數(shù)據(jù)、控制字管腳D.P15小數(shù)點(diǎn)顯示管腳VCC19接+5V電源管腳GND28接地管腳表2 ICM7218芯片的引腳說明ID3ID2ID1ID0十六進(jìn)制BCD0000000001110010220011330100440101550110660111771000881001991010A-1011bE1100CH1101dL1110EP1111F全黑表3 ICM7218芯片譯碼方法(五) LED（Light Emitting Diode）顯示器（七段數(shù)碼管）LED顯示器在許多的數(shù)字系統(tǒng)中作為顯示輸出設(shè)備，使用非常廣泛。它的結(jié)構(gòu)是由發(fā)光二極管構(gòu)成如圖12所示的a、b、c、d、e、f和g七段，另外每個(gè)LED還有一個(gè)發(fā)光段dp，一般用于表示小數(shù)點(diǎn)。LED內(nèi)部的所有發(fā)光二極管有共陰極接法和共陽(yáng)極接法兩種（如圖11），即將LED內(nèi)部所有二極管陰極或陽(yáng)極接在一起并通過一個(gè)引腳引出，并將每一發(fā)光段的另一端分別引出到對(duì)應(yīng)的引腳，LED的引腳排列一般如圖12所示，使用時(shí)以具體型號(hào)的LED資料為依據(jù)。通過點(diǎn)亮不同的LED字段，可顯示數(shù)字0，1,，9和A，B，C，D，E，F(xiàn)等不同的字符及自定義一些段發(fā)光代表簡(jiǎn)單符號(hào)。圖11 （a）共陽(yáng)極 （b）共陰極圖12 LED引腳圖使用時(shí)要根據(jù)LED正常發(fā)光需要的電流參數(shù)估算限流電阻取值。電阻取值越小，電流大，LED會(huì)更亮，但要注意長(zhǎng)時(shí)間過熱使用燒壞LED。LED多數(shù)情況用于顯示十進(jìn)制數(shù)字，要將09的數(shù)字用7段顯示，必須將數(shù)字轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED對(duì)應(yīng)七段碼的信息，比如，要顯示“0”，就是讓a、b、c、d、e和f段發(fā)光，顯示“1”，讓b和c段發(fā)光，等等。然后根據(jù)LED是共陰極還是共陽(yáng)極接法確定LED各輸入端應(yīng)接邏輯1還是邏輯0，如果是共陽(yáng)接法，要顯示“0” 時(shí)，a、b、c、d、e和f段就要輸入邏輯0，共陰極接法則恰巧相反。也就是說，對(duì)于共陰極和共陽(yáng)極兩種不同的接法，顯示同一個(gè)字符時(shí)，對(duì)應(yīng)的顯示段碼是不同的，互為反碼。表4列出了這兩種接法下的字形段碼關(guān)系表。表中的段碼數(shù)字是以LED的8段與二進(jìn)制字節(jié)數(shù)以下列對(duì)應(yīng)關(guān)系為前提得到的：比如為了顯示“0”，對(duì)應(yīng)共陰極應(yīng)該使D7D6D5D4D3D2D1D0 = B，即3FH；對(duì)共陽(yáng)極應(yīng)該使D7D6D5D4D3D2D1D0 = B，即C0H。由表中可以看出，對(duì)于同一個(gè)顯示字符，共陰極和共陽(yáng)極的七段碼互為反碼。顯示字符共陰極段碼共陽(yáng)極段碼顯示字符共陰極段碼共陽(yáng)極段碼03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99H80H7FH56DH92HP73H82H67DH82HU3EHC1H707HF8HT31HCEH87FH80HY6EH91H96FH90H8.FFH00HA77H88H“滅”00HFFHB7CH83H自定義表4 7段LED顯示器字符段碼表三、硬件電路連接 根據(jù)以上各功能部件的選擇，按照各自的硬件連接要求及相互之間在本次設(shè)計(jì)中的關(guān)系，做出本次設(shè)計(jì)的硬件連接圖如圖13。 圖13 硬件連接圖四、軟件編程 根據(jù)以上硬件連接圖，按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行以下程序設(shè)計(jì)，中斷控制器8259端口地址為FFC0-FFC1，可編程并行接口芯片8255的A口、B口、C口和控制口的地址分別為FFC8、FFCA、FFCC、FFCE。軟件編程的程序流程圖如圖14圖14 （a）主程序流程 （b）終端服務(wù)程序SET8259: MOV DX,0FFC0H ；8259地址A0=0 MOV AL，13H ；寫ICW1，邊沿觸發(fā)，單片，需要ICW4 OUT DX，AL MOV DX，0FFC1H ；8259地址A0=1 MOV AL，50H ；寫ICW2，設(shè)置中斷向量碼 OUT DX，AL MOV AL，03H ；寫ICW4，8086/88模式，自動(dòng)EOI，非緩沖一般嵌套 OUT DX，AL MOV AL，0FEH ；寫OCW1，屏蔽IR1、IR2 IR7OUT DX，ALCLI ；關(guān)中斷，防止8259初始化被干擾 SET8255：MOV DX,0FFCEHMOV AL， ；方式0，A口輸入，C口高4位輸出，低4位輸入OUT DX，AL MOV AL， ；PC7置位START：MOV CX，0FFH ；采集次數(shù) MOV SI，400H ；存放數(shù)據(jù)首地址 MOV DX，0FFD0HAGAIN：MOV AL，01H OUT DX，AL ；轉(zhuǎn)換開始 STI ；開中斷 HLT ；等待中斷請(qǐng)求 CLI ；關(guān)中斷 DEC CX ；次數(shù)減1 JNZ AGAIN ；次數(shù)未到，繼續(xù)轉(zhuǎn)換 SEE：MOV CH，4H ；二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制 MOV AL，SI ；屏蔽高4位 ADD AL，30H JL CHANG ；是否大于9 ADD AL，7HCHANG：MOV DL，AL MOV AH，2H INT 21H DEC CH ；減1 JNZ SEE ；未完轉(zhuǎn)移 MOV DX，F(xiàn)FC9H ；ICM7218端口地址 OUT DX，AL ；輸出數(shù)據(jù)至7218，驅(qū)動(dòng)LED顯示 INT PROC：CLI ；關(guān)中斷PUSH AX ；中斷服務(wù)入口 PUSH DX PUSH SI MOV DX，OFFC8H ；從A口取ADC0809轉(zhuǎn)換好的數(shù) IN AL，DX NOP MOV SI,AL ；保存數(shù)據(jù) STI POP SI POP DX POP AX IRET；返回五、誤差分析由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的中的元器件很多，從數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換，直至信號(hào)輸出，經(jīng)過許多環(huán)節(jié)，其中既有模擬電路，又有數(shù)字電路，各種誤差源很復(fù)雜，歸納起來數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差主要包括模擬電路誤差、采樣誤差和轉(zhuǎn)換誤差。（一）模擬電路誤差 1、 模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻 Ron 的誤差 2、 多路模擬開關(guān)泄漏電流 Is 引起的誤差 3、 采樣保持器衰減率引起的誤差 4、 放大器的誤差 （二）采樣誤差 1、 采樣頻率引起的誤差 2、 系統(tǒng)的通過速率與采樣誤差 （三） A/D 轉(zhuǎn)換器的誤差 A/D 轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要部件，它的