控制小直流電機(jī)轉(zhuǎn)速微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20092010學(xué)年第1學(xué)期學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)年級(jí):自動(dòng)化075班課程： 微機(jī)原理與應(yīng)用指導(dǎo)教師：H學(xué)號(hào)：7姓名：位一、設(shè)計(jì)題目8086微機(jī)應(yīng)用 DAC0832 控制小直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的鞏固“微機(jī)原理”課程學(xué)過(guò)的知識(shí)，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)， 使學(xué)生初步了解8086 系列微機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)備， 學(xué)會(huì) 8086 系列編程指令的基本功能。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1、內(nèi)容采用 8086CPU 構(gòu)建微機(jī)系統(tǒng)，擴(kuò)展4K EPROM 和 2K 靜態(tài) RAM 作為存儲(chǔ)系統(tǒng)，采用最小模式，利用DAC0832 ，編制程序輸出雙極性模擬電壓驅(qū)動(dòng)小直流電機(jī)，使電機(jī)能以不同轉(zhuǎn)

2、速正反向運(yùn)行。2、設(shè)計(jì)要求（ 1） 、查閱文獻(xiàn)資料，了解DAC0832 雙極性電壓輸出控制原理，并在報(bào)告書中綜述之。（ 2） 、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件連接原理圖，對(duì)原理圖加以說(shuō)明。（ 3） 、畫出程序框圖，并說(shuō)明。（ 4） 、編寫應(yīng)用程序，并注解程序。（ 5） 、提交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。四、設(shè)計(jì)資料與參數(shù)1、電機(jī)轉(zhuǎn)速由 8 個(gè)按鈕開關(guān)以補(bǔ)碼形式給定輸入，并以發(fā)光二極管形式顯示出來(lái)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍為反向500 rpm正向500rpm；2、 DAC0832 雙極性電壓輸出控制原理，控制小直流電機(jī)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行。3、小直流電機(jī)額定電壓為5V 。電源：5V 由外部提供。五、設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備DAC0832 雙極性電壓

3、輸出控制原理自學(xué)DAC0832 是電流形式輸出， 當(dāng)需要電壓形式輸出時(shí)， 必須外接運(yùn)算放大器。根據(jù)輸出電壓的極性不同， DAC0832 又可分為單極性輸出和雙極性輸出兩種輸出方式。(1)單極性輸出。DAC0832的單極性輸出電路如圖一所示。VREF可以接i5V 或±0V參考電壓，當(dāng)接+ 5V時(shí)，輸出電壓范圍是0V一5V;當(dāng)接一5V時(shí)， 輸出電壓范圍是0V+5V;當(dāng)接+10V時(shí)，輸出電壓范圍是0V一10V ;當(dāng) 接一10V時(shí)，輸出電壓范圍是0V+10V。若輸入數(shù)字為0255 ,則輸出為： Uout = VREF< D/256。式中D為輸入DAC0832的十進(jìn)制數(shù)，因?yàn)檗D(zhuǎn)換結(jié)果 l

4、outl接運(yùn)算放大器的反相端，所以，式中有一個(gè)負(fù)號(hào)。若 VREF = + 5V,輸入 數(shù)字為：0255 時(shí)，Vout = (0 4.98)V。(a)(b1圖一 DAC0832的單極性輸出(2)雙極性輸出。即在單極性電壓輸出的基礎(chǔ)上，在輸出端再加一級(jí)運(yùn)算放大器,就構(gòu)成了雙極性電壓輸出。通過(guò)運(yùn)放 A2將單向輸出轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向輸出。由 VREF為A2運(yùn)放提供一個(gè)偏移電流，該電流方向應(yīng)與 A1輸出電流方向相反，且選擇 R1=R3=2R2。使得由VREF引入的偏移電流恰為 A1輸出電流的1/2。因而A2 的運(yùn)放輸出將在 A1運(yùn)放輸出的基礎(chǔ)上產(chǎn)生位移。雙極性輸出電壓與VREF及A1運(yùn)放輸出V1的關(guān)系是：Uou

5、t = (2U1+ VREF)。DAC0832的雙極性輸出 電路如圖二所示。根據(jù)前面單極性輸出表達(dá)式 U1 = VREF< D/256,故Uout 二(2U1+ VREF) = VREFX D/128-VREF圖二 DAC0832的雙極性輸出在本次設(shè)計(jì)中，VREF取+5V,采用DAC0832的雙極性輸出六、總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)總體上可分為硬件設(shè)計(jì)部分與軟件的編寫部分，其中硬件部分又可 細(xì)分為CPU組態(tài)的選擇與連接；儲(chǔ)存單元的地址分配，譯碼與線路連接；控制 信號(hào)的產(chǎn)生；數(shù)據(jù)輸入輸出的接口設(shè)計(jì)；DAC0832的連接等。軟件編寫時(shí)又可分為數(shù)據(jù)的讀取，數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)輸出三大部分。設(shè)計(jì)的整體框架如圖

6、三所示：CPU組態(tài)的選擇與連接控制信號(hào)的產(chǎn)生硬件設(shè)計(jì)儲(chǔ)存單元的地址分配，譯碼數(shù)據(jù)輸入輸出的接口設(shè)計(jì)DAC0832的連接軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)輸出圖三 設(shè)計(jì)的整體框架圖七、詳細(xì)設(shè)計(jì)硬件部分1.8086最小組態(tài)的連接本次設(shè)計(jì)中， 8086CPU 采用最小組態(tài)的連接，由一片 8086CPU 芯片，一片時(shí)鐘發(fā)生器芯片 8284， 3 片地址鎖存器芯片74LS373， 一片雙向總線驅(qū)動(dòng)器芯片74LS245組成。如圖四所示：其中，8284是專門為8086CPU提供時(shí)鐘的，具頻率由外接的石英晶體來(lái)決定，同時(shí) 8284 還提供給 8086CPU 復(fù)位的功能，其復(fù)位開關(guān)由 RC 放電電路連接8086CPU

7、 的低八位地址線與數(shù)據(jù)線公用，故在工作時(shí)必先將地址信號(hào)鎖存，否則地址信號(hào)必然丟失。在74LS373 中，將其 /OE 端接地，表示輸出允許； LE端接 8086CPU 的 ALE 控制信號(hào)，配合完成地址鎖存。 3 片 74LS373 的 20 個(gè)輸 出管腳組成了地址總線，與其他設(shè)備連接。74LS245 為雙向總線驅(qū)動(dòng)芯片，其類似于在 8086CPU 數(shù)據(jù)端與數(shù)據(jù)總線加了一道單向通行的門，其開通與否及方向有8086CPU的/DEN及DT/R信號(hào)控制。該芯片一端連接CPU,另一端連接數(shù)據(jù)總線。除了數(shù)據(jù)總線及地址總線外， 8086CPU 最小組態(tài)還應(yīng)引出控制總線，不過(guò)在本次設(shè)計(jì)中所實(shí)現(xiàn)的功能很簡(jiǎn)單，

8、故只用引出 /RD， /WR ， IO/M 三根控制線。2 .控制信號(hào)的相應(yīng)處理在實(shí)際的運(yùn)用中， 我們一般會(huì)較形象的運(yùn)用 /MEMR ， /MEMW ， /IOR ， /IOW 這四種控制信號(hào)， 故需要一定的物理電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯變換， 將從 CPU 引出的 /RD ， /WR， IO/M 三個(gè)控制信號(hào)變?yōu)?/MEMR ， /MEMW ， /IOR， /IOW ，相應(yīng)電路圖如 圖五所示：RDIO/MIO/MWR24303229138086RDAD0LOC/WRAD1QS0ALEAD2QS1INA-AD3AD4S0,DENAD5STDT/RAD6S2M/IOAD7AD8RQ/GT0AD9RQ/GI1

9、AD10AD11AD12NMIAD13INTRAD14AD15MN/MX-TESTA16/S3READYA17/S4A18/S5A19/S6RESETBHE/S717722627281921VCC 3323U173 7 K36-!4-n 3831478U474LS373D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE1215 .161974LS24519125A0B0A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5A6B6A7B7EDIR56789數(shù)據(jù)總線卿堀繡3U674LS3732、T1ZD0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE11八口 19T

10、-U574LS37311+ 10uFF/CREADY尸CLKCSYNCPCLKASYNCOSCRESETX1X2RDY1RDY2AEN1RESAEN210_，4 ,6358212，f士 一17J-U7 1匚口5MHz 16U23-4一1-81314181 TTD0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE192561215地址總線圖四8086最小組態(tài)連接圖U1 A圖五四個(gè)控制信號(hào)的產(chǎn)生圖3 .儲(chǔ)存單元的地址分配，譯碼存儲(chǔ)單元連接圖如圖六所示，/MEMR, /MEMW信號(hào)作用于2K RAM完成 對(duì)其的讀寫操作，/MEMR作用于4K ROM完成對(duì)其的讀操作。2K RAM有

11、11 根地址線，4K ROM有12根地址線。通過(guò)138譯碼器來(lái)產(chǎn)生片選信號(hào)，同時(shí)留 出兩個(gè)地址空間/PS0和/PS1用作I/O設(shè)備的地址，/PS0用作寫I/O設(shè)備的地址， /PS1用作讀/O設(shè)備的地址。地址分配的詳情如下表所示：A15 A14A13 A12 A11A10 A0一個(gè)可用地址2K RAMPS0PS14K ROM1 11 11 11 100000101011 X全0全1全0全1全0全1全0全1C000H C7FFHC800H CFFFHD000H D7FFHF000HFFFFH其中需要注意的是，A19到A16四根地址線未參與譯碼，故給出的地址都 只是物理地址的后16位（本應(yīng)有20位物

12、理地址），同時(shí)CPU重啟后是從FFFF0H這個(gè)地址開始讀程序的，故儲(chǔ)存程序的 4K ROM的地址范圍一定要包含這一地 址即低16位地址應(yīng)有FFF0H。在該儲(chǔ)存單元中應(yīng)為一跳轉(zhuǎn)指令，跳到程序首部 地址圖六存儲(chǔ)單元連接圖4 . DAC0832的連接DAC0832的連接圖如圖七所示，其采用單緩沖雙極性輸出，其 I/O端口地 址為/PS0,參照前面的地址分配表，/PS0的地址空間為C800HCFFFH,為了 方便后面編程，可令/PS0地址為C800H本次設(shè)計(jì)中DAC0832的單緩沖工作方式是使輸入寄存器和 DAS寄存器同 時(shí)處于受控的鎖存器狀態(tài)，分別受到地址選中信號(hào) /PS0和外設(shè)寫信號(hào)/IOW的控

13、制。DAC0832的輸入數(shù)據(jù)線直接與數(shù)據(jù)總線相連，DAC0832的雙極性輸出可參 看前面所述1VCC數(shù)據(jù)總線 I數(shù)據(jù)總線I 413lsb DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6 msbDI72_c 17-a7654Iout1Iout2RfbVrefIOWPS0PS0CSXferILEWR2WR1U1 DAC083298+5V411 12519182 一圖七DAC0832單緩沖雙極性輸出圖5 .數(shù)據(jù)輸入接口設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)讀取8個(gè)開關(guān)的狀態(tài)從而讀取數(shù)據(jù)，為防止直接接入數(shù)據(jù)總線給 DAC0832工作帶來(lái)影響，在開關(guān)與數(shù)據(jù)總線之間加入了數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖器 74LS244,如圖八所示：其輸出端直接與數(shù)

14、據(jù)總線相連，輸入端連接在帶有開關(guān)的電路中。開關(guān)閉合 時(shí)，244的輸入端接收到得是低電平信號(hào)，即代表二進(jìn)制數(shù) 0,同時(shí)發(fā)光二極管 有電流流過(guò)發(fā)光。故在數(shù)據(jù)輸入端，發(fā)光二極管亮代表輸入數(shù)據(jù) 0,暗代表輸入 數(shù)據(jù)為1。其中，外設(shè)讀型號(hào)/IOR與外設(shè)地址選中信號(hào)/PS1相與產(chǎn)生一控制信號(hào)作用 于244的數(shù)據(jù)輸出允許端，用以打開或關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通道。同/PS0一樣，可令/PS1 的地址為D000H,用以后面編程。數(shù)據(jù)總線181614129-7一5J3IORIOR > 1PS1_2PS11Y11A11Y21A2,1Y31A31Y41A4,2Y12A1,2Y22A22Y32A32Y42A41G2G3U1

15、 74LS244246811131517119VCCI*衛(wèi)4八亞八八亞>，王：王：2 A 1aA81圖八 通過(guò)244芯片讀取用戶輸入的數(shù)值八、詳細(xì)設(shè)計(jì)一軟件件部分從前面可知雙極性輸出時(shí) Uout = VREF< D/128 VREF,式中D表示要輸 出給0832的數(shù)字，假設(shè)從244中我們讀到用戶設(shè)定的速度為 Di（用補(bǔ)碼表示）， 我們可知電機(jī)速度與Uout得對(duì)應(yīng)關(guān)系為Uout= VREF時(shí)速度為500, Uout= VREF時(shí)速度為-500, Uout與轉(zhuǎn)速成線形關(guān)系，故可得到 Uout/VREF=Di/500 , 所以給0832輸入的數(shù)字D可由Di表示，既：D=DiX128/50

16、0+128其中500為最大轉(zhuǎn)速絕對(duì)值，Di為用戶輸入轉(zhuǎn)速，D為輸出到0832的數(shù)值, 據(jù)此關(guān)系可編寫程序如下：DATA SEGMENTOUTPORTEQU 0C800HINPORTEQU 0D000HDATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART:MOV DX,INPORTIN AL,DXMOV DL,80HIMUL DLCWDMOV DX,500IDIV DXADD AX,80HMOV DX,OUTPORTOUT DX,ALDELAY:MOV CX,5000LOOP $JMP STARTCODE ENDSEND START注：所有運(yùn)算在計(jì)算機(jī)

17、中都是通過(guò)補(bǔ)碼進(jìn)行的，最后的結(jié)果數(shù)，補(bǔ)碼與原碼相同，故可直接輸出給0832 的端口地址，輸出數(shù)據(jù)244 的端口地址，讀入數(shù)據(jù)；從 244 讀入用戶設(shè)定轉(zhuǎn)速； Di 乘以128（帶符號(hào)的乘）； Di 乘以128 除以500；得到最后的 D 放入 AX 中；輸出給 0832；延時(shí)一段時(shí)間后再循環(huán)；循環(huán)采集給定速度并輸出D 一定為一正所有運(yùn)算在計(jì)算機(jī)中都是通過(guò)補(bǔ)碼進(jìn)行的，最后的結(jié)果0832九、小結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì) 8086 微機(jī)的在整體上有了一個(gè)重新的認(rèn)識(shí)，是我知道了一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是如何在一起協(xié)調(diào)而又高效的工作的。在課堂上， 我們學(xué)習(xí)的都是零散的知識(shí)， 很少有時(shí)間能將整個(gè)所學(xué)的東西串起來(lái)好好體會(huì)， 故自己對(duì)