上位機(jī)下位機(jī)串口通信課案

1、大連海事大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱：計(jì)算機(jī)微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)成 員： 成 員1：2220133293 范凱鋒成 員2：2220132642 唐紹波成 員3：2220130079 曹曉露設(shè)計(jì)時(shí)間：2016年3月7日至3月18日考核記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定題目雙機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成的主要工作基本功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，雙機(jī)通信和基本形式的數(shù)據(jù)顯示。其中下位機(jī)用數(shù)碼管顯示（或液晶屏）顯示。具體實(shí)現(xiàn)要求：(1) 上位機(jī)發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)命令（自己定義命令的格式和內(nèi)容）給下位機(jī)；(2) 下位機(jī)接收到啟動(dòng)命令后開始采集1路模擬量數(shù)據(jù)（用電位器模擬實(shí)現(xiàn)）和1路開關(guān)量數(shù)據(jù)，并將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管（或液晶屏）上實(shí)時(shí)顯示，然

2、后把模擬量數(shù)據(jù)和開關(guān)量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)；(3) 上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后在顯示器上顯示。成員分工成員曹曉露進(jìn)行資料的搜集，下位機(jī)的連線和程序的調(diào)試,成員范凱鋒負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)代碼的編寫以及相應(yīng)流程圖，成員唐紹波進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫及相關(guān)畫圖。綜合評(píng)語（設(shè)計(jì)方案、實(shí)踐環(huán)節(jié)、問題解答、設(shè)計(jì)報(bào)告）成績(jī)2220133293范凱鋒2220132642唐紹波2220130079曹曉露目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 1.1課程設(shè)計(jì)題目 11.2課程設(shè)計(jì)的背景 11.3課程設(shè)計(jì)的目的 11.4課程設(shè)計(jì)的意義 11.5設(shè)計(jì)任務(wù) 12設(shè)計(jì)方案2 2.1參數(shù)采集和傳輸設(shè)計(jì) 2 2.2參數(shù)顯示設(shè)計(jì) 2 2.3模擬信號(hào)采樣設(shè)計(jì)2 2.4硬件研

3、制過程 23詳細(xì)設(shè)計(jì)3 3.1硬件系統(tǒng)框圖與說明33.2硬件設(shè)計(jì) 43.3軟件主要模塊流程圖與說明74設(shè)計(jì)結(jié)果及分析85成員分工及工作情況9 5.1成員分工 9 5.2工作情況 9 5.3實(shí)驗(yàn)總結(jié) 96參考文獻(xiàn) 97. 附錄 10一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1課程設(shè)計(jì)題目雙機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 課程設(shè)計(jì)的背景二十一世紀(jì)是信息化高速發(fā)展的世紀(jì)，產(chǎn)業(yè)的信息化離不開微型計(jì)算機(jī)的支持。微型計(jì)算機(jī)的進(jìn)步是推動(dòng)全球信息化的動(dòng)力。因此在二十一世紀(jì)掌握微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)是十分有必要的。本次課題是雙機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這次課題旨在通過自己對(duì)所需功能芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)來鞏固以前所學(xué)的微機(jī)原理課程知識(shí)，同時(shí)也提高動(dòng)手實(shí)

4、踐的能力，還有為將來進(jìn)行更大規(guī)模更復(fù)雜的開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)。隨著軟件規(guī)模的增長(zhǎng)，以及隨之而來的對(duì)軟件開發(fā)進(jìn)度和效率的要求，高級(jí)語言逐漸取代了匯編語言。但即便如此，高級(jí)語言也不可能完全替代匯編語言的作用。1.3課程設(shè)計(jì)的目的微機(jī)原理與匯編語言是一門實(shí)踐性和實(shí)用性都很強(qiáng)的課程，本次課程設(shè)計(jì)是在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，為使學(xué)生進(jìn)一步鞏固課堂和書本上所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)綜合能力，充分理解和運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí)，通過簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，啟發(fā)創(chuàng)新思想。通過本課程設(shè)計(jì)希望達(dá)到以下目地：² 培養(yǎng)資料搜集和匯總的能力；² 培養(yǎng)總體設(shè)計(jì)和方案論證的意識(shí)；² 提高硬件，軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)的綜合

5、能力；² 提高軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試的能力；² 熟練掌握相關(guān)測(cè)量?jī)x器的使用方法；² 掌握相關(guān)開發(fā)軟件，仿真軟件的使用方法。1.4課程設(shè)計(jì)的意義 通過課程設(shè)計(jì)加深理解課堂教學(xué)內(nèi)容， 培養(yǎng)了我們資料搜集和匯總的在能力以及總體設(shè)計(jì)和方案論證的意識(shí)，鍛煉了我們硬件、軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)的綜合能力，提高了我們軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試的能力，使我們掌握了相關(guān)測(cè)量?jī)x器和相關(guān)開發(fā)軟件以及仿真軟件的使用方法，掌握計(jì)算機(jī)接口技術(shù)的基本應(yīng)用方法。也掌握了常用接口電路的設(shè)計(jì)，掌握8255A、8253、8259A、8250A、ADC0809、DAC0832等接口芯片的應(yīng)用和編程方法，進(jìn)一步熟悉匯編語言的語

6、法和編程技巧，以及雙機(jī)通訊所用到的理論基礎(chǔ)。1.5設(shè)計(jì)任務(wù)雙機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，制定適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議包括命令編碼，數(shù)據(jù)編碼格式，通信速率、采樣周期、校驗(yàn)方式等； 模擬信號(hào)輸入：可用實(shí)驗(yàn)箱上的電位器模擬。每路模擬量/開關(guān)量信號(hào)的采樣時(shí)間為0.5s，即每秒采樣2次。通信接口：自選（推薦串口）二、設(shè)計(jì)方案2.1參數(shù)采集和傳輸設(shè)計(jì)下位機(jī)通過74LS244采集1路開關(guān)量，模擬量由電位器產(chǎn)生，從ADIN0輸入，通過串口8250發(fā)送給上位機(jī)2.2參數(shù)顯示設(shè)計(jì) 模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)下位機(jī)的數(shù)碼管上顯示，發(fā)送到PC機(jī)的數(shù)據(jù)通過串口工具顯示 2.3模擬信號(hào)采樣設(shè)計(jì)通過8253定時(shí)觸發(fā)8259中斷，

7、以達(dá)到定時(shí)采樣的目的，0.5秒采樣一次。2.4硬件研制過程（1）整個(gè)硬件系統(tǒng)劃分為7個(gè)功能單元電路，包括：定時(shí)采樣（8253），查詢功能（244），模數(shù)轉(zhuǎn)換（0809），數(shù)據(jù)傳輸（8255，8250），數(shù)字顯示(數(shù)碼管)，模擬量顯示（示波器）（2）系統(tǒng)所選用各芯片的工作方式如下： 8255的工作方式：B口方式0，輸入8253的工作方式：計(jì)數(shù)器1，方式3（方波發(fā)生器）， 計(jì)數(shù)初值3750，其時(shí)鐘接clk3；計(jì)數(shù)器2，方式3，計(jì)數(shù)初值100,其時(shí)鐘接out18250的工作方式：無奇偶校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)停止位8259的工作方式：上升沿觸發(fā)，一般嵌套，自動(dòng)結(jié)束中斷（3）系統(tǒng)邏輯電路圖如下： 圖 2

8、-1 系統(tǒng)邏輯電路圖三、詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)框圖與說明圖 3-1 硬件系統(tǒng)框下位機(jī)：8255：PB口，都選用方式0。下位機(jī)的采集轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過8250傳到上位機(jī)，上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過8250回送到下位機(jī)。8253：完成定時(shí)采樣的功能，采樣周期為0.5s。8259A：用于0.5s觸發(fā)中斷。0809：完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能。8255B口：查詢EOC狀態(tài)，判斷是否轉(zhuǎn)換完畢。3.2硬件設(shè)計(jì)3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理A/D轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、

9、位移、聲音等非電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、10位、12位和16位等。A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理主要有以下三種方法：逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。A/D轉(zhuǎn)具有如下幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)：1）分辯率指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。2）轉(zhuǎn)換速率是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比 較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是

10、另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表 示每秒采樣千/百萬次。3）量化誤差由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特 性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。4）偏移誤差輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。5）滿刻度誤差滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。6）線性度實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的

11、最大偏移，不包括以上三種誤差。8253定時(shí)器/計(jì)數(shù)器電路（1） 電路原理該電路由片8253組成，8253的片選輸入端插孔CS8253，數(shù)據(jù)口，地址，讀寫線均已接好，T0、T1、T2時(shí)鐘輸入分別為8253CLK0、8253CLK1、8253CLK2。定時(shí)器輸出,GATE控制孔對(duì)應(yīng)如下：OUT0、GATE0、OUT1、GATE1、OUT2、GATE2、CLK2。原理圖如下：注：GATE信號(hào)無輸入時(shí)為高電平圖3-2 8253定時(shí)器/計(jì)數(shù)器電路原理圖8250串口接口電路 （1）電路原理該電路由一片8250，一片MAX232組成，該電路所有信號(hào)線均已接好。原理圖如下： 圖3-3 8250串行接口電路原理

12、圖 8259A中斷控制電路（1）電路原理CS8259是8259芯片的片選插孔，IR0IR7是8259的中斷申請(qǐng)輸入插孔。DDBUS是系統(tǒng)8位數(shù)據(jù)總線。INT插孔是8259向8086CPU的中斷申請(qǐng)線，INTA是8086的中斷應(yīng)答信號(hào)。圖3-4 8259中斷控制器電路原理圖硬件系統(tǒng)地址分配說明下位機(jī)：CS0: 0809 CS1：CS244 CS2：CS273 CS4：8253 CS5：82593.3軟件主要模塊流程圖與說明下位機(jī)工作流程圖： 四、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析五、成員分工及工作情況5.1成員分工 1人進(jìn)行資料的搜集，下位機(jī)的連線和程序的調(diào)試,1人負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)代碼的編寫以及相應(yīng)流程圖，1人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告

13、的撰寫及相關(guān)畫圖。5.2工作情況（1）模擬信號(hào)輸入：1路模擬信號(hào)（2）每路模擬信號(hào)的采樣時(shí)間為0.5s，每秒采樣2次。（3）通信接口：上位機(jī)與下位機(jī)間用串行通信接口（4）編程語言：匯編語言（5）遇到的問題和解決的方法；問題1：對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)各部件之間的關(guān)系以及各部件的功能和編程不熟悉解決方法：查看以前做過的實(shí)驗(yàn)和教科書，熟悉各部件的功能及編程問題2： 發(fā)送一次啟動(dòng)命令，顯示一次數(shù)據(jù)解決方法：通過畫流程圖，把接受啟動(dòng)命令的程序放到開中斷之前5.3實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)給我們了充分的時(shí)間再一次鞏固微機(jī)原理及接口技術(shù)的相關(guān)知識(shí)。設(shè)計(jì)的過程即使將書本理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，讓我們對(duì)各個(gè)芯片如8259A、

14、8255A、8253，ADC0809，DAC0832，cs244等有了更全面的認(rèn)識(shí)。我們首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大致的分析，畫出程序流程圖，依照思路將試驗(yàn)臺(tái)的硬件連接完畢后，對(duì)軟件部分進(jìn)行了詳細(xì)的編寫及調(diào)試，最終達(dá)到理想的效果。在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的過程中，逐步消解了我們學(xué)習(xí)上的盲點(diǎn)，受益匪淺，收獲頗多，從中也發(fā)現(xiàn)了自己許多的不足和需要改進(jìn)的地方。通過近兩周的努力，我們完成了本學(xué)期微機(jī)原理的課程設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中遇到了不少的困難，通過相互討論、查看書籍、搜索網(wǎng)絡(luò)、請(qǐng)教同學(xué)和老師，最終所遇到的問題都得到了圓滿的解決方案。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)提高了我們發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。理論與實(shí)踐之間永遠(yuǎn)是存在著一定差距的，要

15、把理論知識(shí)充分靈活地運(yùn)用于實(shí)踐是需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和牢固的理論基礎(chǔ)的。六、參考文獻(xiàn)1.錢曉捷,陳濤.16/32位微機(jī)原理,匯編語言及接口技術(shù)(第2版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20052.微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)3.EL-MUT-III 單片機(jī)/微機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) Techshine 使用說明及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 北京精儀達(dá)盛科技有限公司 2015七、附錄附錄一：下位機(jī)程序 con8279 equ 0492h dat8279 equ 0490h assume cs:code code segment public org 100h start: jmp start1 segcod db 3fh,06h,5bh,4fh,66

16、h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h start1: cli ;中斷系統(tǒng)未初始化，先關(guān)中斷 mov dx,04f0h mov al,00010011B ;邊沿觸發(fā)，單片，寫ICW4 out dx,al mov dx,04f2h mov al,80h ;中斷類型號(hào)80h-87h out dx,al mov al,00000011B; 一般嵌套，自動(dòng)結(jié)束中斷，無緩沖 out dx,al mov al,0 out dx,al ;OCW1,開放中斷 mov ax,0 mov ds,ax;中斷向量表位于內(nèi)存最開始的1KB，段地址為0 mov si,2

17、00h ;初始化中斷向量表，80H*4=200H mov ax,offset int0 mov ds:si,ax add si,2 mov ds:si,100h ;代碼段短地址100h mov bx,0480h ;初始化8250 mov dx,bx add dx,06h mov al,80h out dx,al mov dx,bx mov ax,0ch ;000ch-9600 ,clk=4.77MHZ/4 out dx,ax ; AL=4770000/16/9600/4=8 add dx,2 mov ax,0h out dx,ax add dx,4 ;LCR again mov ax,03h

18、;no pe,8 bit, 1 stop out dx,ax mov dx,bx add dx,2 ;Interrupt Enable register mov ax,0 out dx,ax mov dx,04d6h ;初始化8353,CS3 mov al,01110110B;寫控制字，計(jì)數(shù)器1，先寫低字節(jié)再寫高字節(jié)，二進(jìn)制，方式3 out dx,al mov ax,3750 mov dx,04d2h out dx,al mov al,ah out dx,al mov dx,04d6h mov al,10010110B out dx,al mov dx,04d4h mov al,100 out

19、 dx,al mov dx,04b6h ;初始化8255，CS1 mov al,10000010B;B口方式0，輸入 out dx,al one: call recv cmp al,'s' jnz one mov al,0 four: sti waiting: cmp al,1 ;destsrc jnz waiting mov dx,04e0h;74LS244,CS4 in al,dx and al,01h mov ah,0 call send mov dx,04a0hout dx,alwait1: mov dx,04b2h ;8255B口 in ax,dx;讀 EOC and ax,1 cmp ax,1 jne wait1;如果EOC=0,waiting. mov dx,04a0h in ax,dx;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 and ax,0ffh mov bx,ax nop call disp call send mov al,0 jmp four int0: mov al,1 ;中斷服務(wù)子程序 iret disp: push ax movdi,offset segcodmovax,08h;工作方式，16位，左入movd