基于8086的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量儀的設(shè)計

基于8086的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量儀的設(shè)計一(概述1(1電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的歷史在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，例如在發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時或連續(xù)測量、顯示其轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速測量是電機(jī)測試中的一個重要測試項目，測量轉(zhuǎn)速的方法很多，傳統(tǒng)的測速方法一般用機(jī)械離心式轉(zhuǎn)速表，機(jī)械鐘表式轉(zhuǎn)速表，用測速發(fā)電機(jī)以及用日光燈頻閃法測電機(jī)轉(zhuǎn)速等，在工業(yè)應(yīng)用中，還有通過測量同步電機(jī)定子電壓頻率的方法來測量同步電機(jī)轉(zhuǎn)速。但這些方法無論是在使用方便程度還是在反應(yīng)時間以及測量精度等各個方面都滿足不了電機(jī)研究和應(yīng)用的要求。例如對電機(jī)過渡過程的研究，就需要測量電機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速，在微特電機(jī)的研究中還要研究轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度等。這些問題的存在為電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量提出了新的要求。1(2電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的發(fā)展現(xiàn)狀隨著微型計算機(jī)的廣泛使用，現(xiàn)在轉(zhuǎn)速測量普遍采用了以微控制器和微處理器為核心的數(shù)字法，智能化微電腦式代替了一般機(jī)械式或模擬量結(jié)構(gòu)。同時伴隨現(xiàn)代傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)速測量中一般通過各種傳感器將速度變換為電量，然后再用模擬或數(shù)字方式顯示出來。用于轉(zhuǎn)速測量的傳感器一般包括:光電傳感器(其中又可分為投射式和反射式)、振動式傳感器(其中又可分為磁電式和壓電式)、電容式傳感器、電渦流式傳感器、磁電式傳感器、光電編碼器等。當(dāng)前轉(zhuǎn)速測量應(yīng)用最為廣泛的方法是利用傳感器將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，再用數(shù)字測速方法測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。數(shù)字測速是發(fā)展十分迅速的一種測速方法，其測試結(jié)果直接以數(shù)字顯示。數(shù)字測速按其原理可分為兩大類:一類是在給定標(biāo)準(zhǔn)時間內(nèi)測得旋轉(zhuǎn)的角度來表示速度，稱為測頻法測速。另一類是在給定的角位移距離內(nèi)，測得轉(zhuǎn)過這一角位移的時間來表示速度，稱為測周法測速。當(dāng)前國內(nèi)外市場上銷售的數(shù)字轉(zhuǎn)速測量裝置一般是采用測頻法且功能比較單一的通用轉(zhuǎn)速表，其測速周期或者根據(jù)測量范圍手動切換或者為保證測量精度用較長的測速周期，轉(zhuǎn)速報警值一般有一個下限值和一個上限值，由于較少采用CPU所以通常沒有數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)處理的功能。1(3發(fā)展方向市場需求在不斷地復(fù)雜化，目前的通用轉(zhuǎn)速測量裝置經(jīng)常難以滿足某些特種電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的特殊要求。例如大型沖擊發(fā)電機(jī)，由于工作狀況的特殊性，所以對轉(zhuǎn)速測量裝置要求也很特殊，要求具有測量瞬時轉(zhuǎn)速、測量平均轉(zhuǎn)速、測量轉(zhuǎn)角、非常寬的測量范圍、有多個轉(zhuǎn)速控制伐值、測量結(jié)果自動存貯、打印輸出測量結(jié)果、能夠輸出速度一時間曲線及能夠與上位計算機(jī)進(jìn)行通訊等諸多功能。因此需要按照特殊的測量要求開發(fā)專用轉(zhuǎn)速測量裝置。1(4本文主要研究內(nèi)容隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和現(xiàn)代傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，用微型計算機(jī)系統(tǒng)研制一套高精度轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)己成為可能。本設(shè)計就是利用8086微型處理器以及轉(zhuǎn)速傳感器研制具有高測量精度的數(shù)字式轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)，設(shè)計內(nèi)容主要包括四個方面:一是測量電機(jī)轉(zhuǎn)速;二是顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速;三是越限報警;四是鍵盤調(diào)整轉(zhuǎn)速警戒值。二(系統(tǒng)原理2(1系統(tǒng)基本原理使用8086測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本原理如圖2,1所示:越限報警顯示電路存儲系統(tǒng)(512KSRAM計后霍電512KEEPROM)機(jī)數(shù)續(xù)爾測器電傳8086速路感部器分鍵盤控制定時器圖2,1基于8086測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本原理圖該系統(tǒng)的工作過程如下:測量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和機(jī)軸同軸連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。經(jīng)光電耦合器后，成為轉(zhuǎn)速計數(shù)器的計數(shù)脈沖。同時傳感器電路輸出幅度為12V的脈沖經(jīng)光電耦合后降為5V，保持同8086邏輯電平相一致。8086用定時器控制計數(shù)時間，即可實現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)值對應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。CPU將該值數(shù)據(jù)處理后，在LED數(shù)碼管上顯示出來。一旦超速，CPU通過喇叭和轉(zhuǎn)燈發(fā)出聲光報警信號。可以通過鍵盤的“，”“—”鍵調(diào)整新的警報限值。2(2系統(tǒng)的基本要求要求測量實時性，調(diào)電保護(hù)功能，數(shù)字式測速。2(3設(shè)計依據(jù)與方案利用微處理器實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量有多種方案可供選擇?；诒鞠到y(tǒng)要包括測速、控制、顯示等功能，現(xiàn)列舉出一些具體方案進(jìn)行比較，并選擇一個最優(yōu)方案。?嵌入式處理器的選擇:微處理器對于整個系統(tǒng)來說至關(guān)重要，目前電機(jī)轉(zhuǎn)速測量儀的微處理器一般采用的是8位MCS51單片機(jī)，此類單片機(jī)應(yīng)用廣泛，價格相對較低發(fā)展也較成熟，是測速儀一般方案的首選。這種方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，但是卻不能保證系統(tǒng)對實時性、擴(kuò)展接口等各方面的要求，故考慮采用16位8086微處理器。?數(shù)據(jù)存儲方案:本系統(tǒng)要求有調(diào)電保護(hù)功能，因而在存儲系統(tǒng)中要設(shè)置一種存儲器來保存數(shù)據(jù)，本設(shè)計利用EEPROM實現(xiàn);同時由于EEPROM的擦寫次數(shù)的限制，檢測的數(shù)據(jù)量不能實時寫入其中只能存儲在SRAM中，當(dāng)?shù)揭欢ǖ臅r間或檢測到掉電后再把數(shù)據(jù)寫入EEPROM中。這種方案的實現(xiàn)技術(shù)非常簡單。?測速原理:測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為主機(jī)可以識別的脈沖信號，從而進(jìn)行脈沖計數(shù)。具體測量方法分為模擬式和數(shù)字式兩種，模擬式采用測速發(fā)電機(jī)為檢測元件，得到的信號是電壓量，而數(shù)字式通常采用光電編碼器、園光柵、霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。本設(shè)計是數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量儀，所以使用數(shù)字式的傳感器，并且選用其中的霍爾器件。在實際工作中，卷揚(yáng)機(jī)這種旋轉(zhuǎn)設(shè)備經(jīng)常作業(yè)在野外、露天，工作環(huán)境條件較差?？紤]用霍爾集成元件作為傳感器，主要因為它不怕灰塵，適合露天場地，且體積小，可單電源供電，使用極其方便。?輸入方式選擇:本系統(tǒng)采用按鍵輸入。系統(tǒng)中共用到4個按鍵，分別用于系統(tǒng)復(fù)位，功能切換，設(shè)置警戒值時的加1、減1操作。?顯示電路設(shè)計:顯示電路可采用液晶LCD，也可采用數(shù)碼管LED，本系統(tǒng)僅有兩位顯示，故可采用兩位數(shù)碼管組成顯示電路。LED顯示方式分為靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示是主機(jī)輸出顯示結(jié)果后，不用軟件來維持顯示，而是由鎖存器將顯示數(shù)據(jù)保持住，一直驅(qū)動顯示模塊。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無需CPU維持顯示，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，顯示可靠且亮度較高。缺點(diǎn)是使用元件較多，因而增加了成本。動態(tài)顯示是主機(jī)在任一時刻只顯示一位數(shù)字，多位數(shù)字輪流分時顯示，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，好像所有數(shù)碼管全在顯示一樣。這種顯示方法雖然節(jié)省成本，但顯示要CPU干預(yù)，占用較多CPU時間，用于實時自動控制不合適。本系統(tǒng)顯示采用靜態(tài)顯示，因為這樣不僅顯示穩(wěn)定而且軟件編程比較簡單。三(硬件系統(tǒng)設(shè)計3(1嵌入式處理器選型及外圍電路設(shè)計根據(jù)前面設(shè)計方案的分析，處理器將選用INTEL1978年推出的16位處理器8086。?8086芯片介紹8086采用40腳雙列直排式封裝，除時鐘外，其他全部引腳信號與TTL電平兼容，為單一的，5V電源。內(nèi)部無存儲器，IO空間與存儲器空間獨(dú)立,采用獨(dú)立編址方式，數(shù)據(jù)線與地址線分時復(fù)用。其引腳信號示意圖如圖3,1所示:圖3,18086引腳信號示意圖?數(shù)據(jù)總線D0,D15:16位，雙向傳輸，可分別使用其低8位或高8位，該總線與地址總線A0,A15共用CPU引腳形成復(fù)用總線AD0,AD15，地址、數(shù)據(jù)分時傳送。?地址總線A0,A19:20位，單向，地址由CPU產(chǎn)生，用于尋址訪問存儲器單元或IO端口。A0,A15與D0,D15復(fù)用，A16,A19與狀態(tài)信號S3,S6復(fù)用(A16/S3,A19/S6)。其中AD15,AD0地址,數(shù)據(jù)復(fù)用信號，雙向，三態(tài)。在總線周期的T1狀態(tài)(地址周期)AD15,AD0上出現(xiàn)的是低16位的地址信號A15,A0;在T3狀態(tài)(數(shù)據(jù)周期)AD15,AD0上出現(xiàn)的是數(shù)據(jù)信號D15,D0。注:8086的20條地址線訪問存儲器時可尋址1M字節(jié)內(nèi)存單元;訪問外部設(shè)備時，只用16條地址線A15,A0可尋址64K個I/O端口。?狀態(tài)信號S3,S6:S6指示8086當(dāng)前是否與總線相連，S6,0表示8086連在總線上。S5表示中斷允許標(biāo)志狀態(tài)，S5,1表示中斷允許標(biāo)志IF,1(對可屏蔽中斷請求起作用)，S5,0表示IF,0，禁止可屏蔽中斷。S4和S3用來指出當(dāng)前使用的段寄存器。?控制信號:與CPU工作模式無關(guān)的信號有:BHE#、NMI、INTR、RD#、CLK、RESET、READY#、TEST#、MN/MX#、GND。?主機(jī)電路設(shè)計在8086最小工作模式下，系統(tǒng)需要獨(dú)立的地址總線和數(shù)據(jù)總線，并在整個總線周期維持地址有效或數(shù)據(jù)有效，需外加地址鎖存器和數(shù)據(jù)收發(fā)器，所以要設(shè)計外圍電路。地址總線的形成:20位地址要三片鎖存器。鎖存器由ALE信號來控制，即ALE作為鎖存器的輸入控制信號，控制地址的寫入。除地址外，BHE#信號也要存入外接的地址鎖存器。8282、74LS573等8位鎖存器均可作地址鎖存器。本系統(tǒng)中選用了8282。將8086的20位地址和BHE#信號分為3組，和3片8282的DI7,DI0連接，CPU的地址鎖存使能ALE與8286的STB端相連。在ALE的下降沿時，對地址信號進(jìn)行鎖存。地址A與數(shù)據(jù)D的復(fù)用(片)總線信號作為鎖存器的輸入，由ALE控制輸入，輸出為直通方式，鎖存器輸出為地址信號。數(shù)據(jù)總線的形成:當(dāng)數(shù)據(jù)線負(fù)載大于CPU數(shù)據(jù)線扇出能力時，需要在CPU數(shù)據(jù)線上連接數(shù)據(jù)驅(qū)動器。在Intel系列芯片中，數(shù)據(jù)收發(fā)器為8位的8286。本系統(tǒng)中需用2片8286用作數(shù)據(jù)緩存。整個主機(jī)設(shè)計中共需要芯片:CPU，8086(一片);地址鎖存器，8282(三片);數(shù)據(jù)緩沖器，8286(兩片);控制信號鎖存器，74LS244(一片)。詳細(xì)的8086及外圍電路連接見文檔第四部分的硬件原理圖。3(2存儲系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)實時性和斷電保護(hù)功能的要求，本設(shè)計選用SRAM和EEPROM存儲器。同時由于系統(tǒng)只需存儲測量的速度值和限速設(shè)定值，所需空間不大，所以選用的芯片為EEPROM型號為SST28SF040(512K*8bit兩片)，SRAM型號為HY628400A(512K*8bit兩片)。存儲系統(tǒng)的電路連接圖見文檔第四部分的硬件原理圖。3(3測速部分設(shè)計?數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換根據(jù)前面設(shè)計方案的分析，本系統(tǒng)選用型號為DN6837的開關(guān)集成霍爾傳感器將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為脈沖信號。此元件是OC(集電極開路)門，因此在輸出端與電源之間要接一個1.5千歐的電阻，為了提高其帶負(fù)載能力，接一個三級管放大電路。集成霍爾傳感器一般片內(nèi)設(shè)有穩(wěn)壓電路、施密特電路，通過晶體管的集電極輸出信號，并且輸出的脈沖信號不需進(jìn)行整形。這種傳感器具有時滯特性，此特性可以防止噪聲干擾。其電路圖如圖3,2所示:+5VRES21.5千歐1Q?1千歐DN68372N39043開關(guān)集成霍爾傳感器RES22SGN信號輸出RES2+5V圖3,2霍爾傳感器及后續(xù)電路圖?定時器控制計數(shù)器計算速度本系統(tǒng)中采用8253(I)作為定時器，控制計數(shù)器在一定時間內(nèi)對脈沖信號進(jìn)行計數(shù);采用8253(II)作為計數(shù)器，用于在規(guī)定時間內(nèi)計算霍爾傳感器傳來的脈沖信號。即定時器8253(I)確定1s時間，在1s內(nèi)，計數(shù)器8253(II)允許計數(shù)，并將值保存在計數(shù)器8253(II)的寄存器內(nèi)，當(dāng)1s結(jié)束時，計數(shù)器8253(II)的門控關(guān)閉，停止對脈沖的計數(shù)，同時向8259申請中斷，CPU讀取計數(shù)器8253(II)中的計數(shù)值計算轉(zhuǎn)速即可。?8253芯片介紹8253的引腳示意圖如圖3,3所示:圖3,38253引腳示意圖D0,D7:三態(tài)輸出/輸入線，用于與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。CS#:片選，為輸入信號，低電平有效。RD#:低電平有效，由CPU發(fā)出，用于對8253寄存器進(jìn)行讀操作。WR#:低電平有效，由CPU發(fā)出，用于對8253寄存器進(jìn)行寫操作。A1、A0:這兩根連到系統(tǒng)地址總線的A1、A0上，用于選擇8253內(nèi)部寄存器。CLK0,CLK2:三個計數(shù)器的時鐘輸入信號。GATE0,GATE2:三個計數(shù)器門控選通信號。OUT0,OUT2:三個計數(shù)器的輸出信號。?8259芯片介紹8259中斷控制芯片負(fù)責(zé)協(xié)助CPU進(jìn)行中斷處理。其外部引腳示意圖如圖3,4所示:圖3,48259引腳示意圖,D0,D7(數(shù)據(jù)總線):雙向總線，用于傳送數(shù)據(jù)、接受狀態(tài)和讀寫中斷向量。,CS(片選):輸入線，當(dāng)CS=0時8259被選中，允許CPU對其讀、寫，否則被禁止。,RD、WR(讀、寫信號):輸入線。低電平有效，來自CPU的控制信號，控制8259的讀、寫操作。,A0(地址線):輸入線。與CS、RD、WR聯(lián)合使用以控制CPU對8259的讀寫操作。,SP/EN(主從控制):輸入或輸出線。主從定義/緩沖器方向。,CAS0,CAS2(主從連接):輸入或輸出線。用來連接主從中斷芯片。,IR0,IR7(中斷線):輸入線。接收外設(shè)的中斷請求。,INT(中斷請求):輸出線。用于8259向CPU提出中斷申請。,INTA(中斷應(yīng)答):輸入線。通知8259中斷已被響應(yīng)并獲取中斷類型號。?定時器輸入時鐘頻率計算計數(shù)初值與輸入時鐘(CLK)頻率及輸出波形(OUT)周期之間的關(guān)系為:計數(shù)初值,輸入時鐘頻率×輸出波形周期定時器要確定1s的時間，也就是說輸出方波的周期為Tout0=1s，本系統(tǒng)設(shè)置計數(shù)初值為最大值65536，那么需要輸入的時鐘頻率CLK0,65536/Tout0=65536HZ。?與主機(jī)和光電耦合器的連接在本設(shè)計中，定時器8253(I)采用的工作方式是0，即信號的輸入通道是計數(shù)器0;計數(shù)器8253(II)采用的工作方式是0，信號的輸入通道是計數(shù)器0。8253(I)和8253(II)與主機(jī)和光電耦合器的連接如圖3,5所示:U?AU?A1218253(I)定時器(測速部分)32+5V74ALS0474ALS09D0-D78259IR1U?定時器8253(I)810D0OUT0711D1GATE069輸入時鐘頻率65536HZD2CLK05D34D431D5U?A213D6OUT174ALS04114D7GATE115CLK1218253(I)定時器(測速部分)CSRD222RDWR23WR17OUT28086A01916A0GATE28086A12018A1CLK28253D0-D7U?計數(shù)器8253(II)810D0OUT0711D1GATE069D2CLK05SNG信號輸入D34D43D5213D6OUT1114D7GATE115CLK1218253(II)計數(shù)器(測速部分)CSRD22RDWR23WR17OUT28086A01916A0GATE28086A12018A1CLK28253圖3,5計算脈沖數(shù)部分的原理圖,8086對定時器8253(I)的控制:8086通過1個引腳控制8253的定時。CS:由主機(jī)發(fā)出的片選信號，輸入低電平時，選中8253。,定時器8253(I)對計數(shù)器8253(II)的控制GATE0:經(jīng)非門后與定時器8253(I)的OUT0相連，也就是當(dāng)定時器開始定時時，計數(shù)器開始工作;定時結(jié)束，計數(shù)也結(jié)束。,計數(shù)器信號輸入光電耦合器的脈沖信號通過8253(II)的CLK0引腳讀入計數(shù)器，同時將OUT引腳接地，以避免干擾。,數(shù)據(jù)讀取讀取8253(II)計數(shù)器中的D0,D7與系統(tǒng)總線的D0,D7相連，用于傳輸計數(shù)值。,定時中斷接8259的IR1端。3(4顯示設(shè)計本系統(tǒng)中需顯示的是轉(zhuǎn)速值，其格式為××轉(zhuǎn)/秒，采用2位LED靜態(tài)顯示方法。系統(tǒng)選用了陰極BS201數(shù)碼管(兩片)、74LS48譯碼器(兩片)、74LS273數(shù)據(jù)鎖存器(一片)來完成。74LS273數(shù)據(jù)鎖存器，其輸入接數(shù)據(jù)線，CP端接到地址譯碼電路的輸出端，每片鎖存器接兩片譯碼器。74LS48為驅(qū)動共陰極顯示器的譯碼器，輸出高電平有效，每片譯碼器接一片數(shù)碼管。其電路連接圖見文檔第四部分的硬件原理圖。3(5鍵盤設(shè)計?按鍵功能定義本系統(tǒng)中共有4個按鍵，其功能定義如表3,1所示:表3,1按鍵功能說明按鍵鍵名功能reset復(fù)位鍵使系統(tǒng)復(fù)位control功能轉(zhuǎn)換鍵按鍵按下時，顯示轉(zhuǎn)速設(shè)定值，允許調(diào)整限速—減1鍵設(shè)定轉(zhuǎn)速逐次減1，加1鍵設(shè)定轉(zhuǎn)速逐次加1按鍵的工作過程為:按下reset系統(tǒng)復(fù)位，此時數(shù)碼管顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速值，即測速部分得到的速度實際值。按下control功能轉(zhuǎn)換，當(dāng)前數(shù)碼管顯示上次設(shè)定的轉(zhuǎn)速值，此時可以通過“，”、“—”來重新設(shè)定轉(zhuǎn)速，調(diào)整完畢后，再按下reset，所設(shè)定的值即被存入存儲器，電路恢復(fù)到工作狀態(tài)。?電路設(shè)計鍵盤采用8279作為輸入接口，用8259作為中斷接口。?8279芯片介紹Intel8279芯片是一種通用的可編程序的鍵盤顯示接口器件，芯片包括鍵盤輸入和顯示輸出兩個部分，本系統(tǒng)只使用它的鍵盤接口部分。輸入部分提供的掃描方式，最多可以和64個按鍵或傳感器的陣列相連，能自動消除開關(guān)抖動以及N個鍵同時按下的保護(hù)。8279的外部引腳示意圖如圖3,6所示:圖3,68279引腳示意圖D0-7:雙向數(shù)據(jù)線;CLK:系統(tǒng)時鐘，為8279芯片提供內(nèi)部時鐘;RESET:復(fù)位，高有效，復(fù)位后工作于16字符;CS:片選線，低電平有效;RD:讀信號，低電平有效;WR:讀信號，低電平有效;A0:地址線，進(jìn)行片內(nèi)端口選擇。為0時，選中數(shù)據(jù)寄存器;為1時選中命令/狀態(tài)寄存器;IRQ:中斷請求線;SL0-3:行掃描信號;RL0-7:列返回信號;?芯片連接框圖IR0IRQINTRINT8279鍵盤82598086圖3,7鍵盤部分連接框圖8279接8259的IR0端，表示鍵盤中斷優(yōu)先級最高。詳細(xì)的連接圖見文檔第四部分的硬件原理圖。3(6限速報警接口設(shè)計當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過警戒值時，CPU發(fā)出控制命令打開聲光警報器的開關(guān)，這里主機(jī)與開關(guān)量的連接是通過8255來實現(xiàn)的。?8255芯片介紹8255A的數(shù)據(jù)端口A、B、C:每個端口都是8位，可以用作輸入和輸出。都有鎖存器和緩沖器。8255有3種工作方式，方式0、方式1和方式2，能使用無條件、查詢和中斷等多種數(shù)據(jù)傳送方式完成CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。本設(shè)計中只用0方式。芯片的外部引腳示意圖如圖3,8所示:圖3,88255引腳示意圖8255A的數(shù)據(jù)端口A、B、C:每個端口都是8位，可以用作輸入和輸出。都有鎖存器和緩沖器。8255有3種工作方式，方式0、方式1和方式2，能使用無條件、查詢和中斷等多種數(shù)據(jù)傳送方式完成CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。本設(shè)計中只用0方式。?電路連接本設(shè)計中將8255A中的D0---D7與系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)線相連，使用A0、A1來控制端口的選擇。當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)速值超過警戒值時，CPU選中8255的CS端，通過PA口控制聲光警報器的開關(guān)。詳細(xì)的連接圖見文檔第四部分的硬件原理圖。3(7內(nèi)存和I/O地址分配?內(nèi)存地址分配表3,2內(nèi)存地址分配A19A18………..A0芯片地址0××……….××HY628400A(SRAM)00000H~7FFFFH1××……….××SST28SF040(EEPROM)80000H~FFFFFH?I/O地址分配系統(tǒng)所接入的芯片有8253、8259、8279、8255和一些數(shù)據(jù)鎖存器。I/O地址分配如表3,2所示:表3,3I/O地址分配A15A14A13A12……….A2A1A0芯片000××………×××0/18259(中斷)001××………××0/10/18253(I)(測速部分的定時器)010××………××0/10/18253(II)(測速部分的計數(shù)器)011××………×××0/18279(鍵盤)100××………××0/10/18255(開關(guān)量)10100…………000074LS273(顯示部分的端口)110111本設(shè)計中需要一片74LS138譯碼器，輸入端接系統(tǒng)地址線的A15、A14、A13，輸出端分別接相應(yīng)芯片的CS端。四(硬件系統(tǒng)電路原理圖見最后一頁。五(軟件系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)的軟件由主程序模塊、功能實現(xiàn)模塊及比較運(yùn)算控制模塊三大模塊組成。5(1主程序模塊設(shè)計在主程序中首先進(jìn)行初始化，然后調(diào)用顯示參數(shù)子程序，顯示當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速后，接著調(diào)用比較子程序。此時比較雙方分別是實際轉(zhuǎn)速值和上次設(shè)置轉(zhuǎn)速限值。進(jìn)入轉(zhuǎn)速設(shè)定更改子程序后，更改轉(zhuǎn)速設(shè)定值，然后返回到顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速值。此時比較雙方分別是實際轉(zhuǎn)速值和剛剛設(shè)定的轉(zhuǎn)速值。主程序流程圖如圖5,1所示:開始初始化調(diào)用顯示參數(shù)子程序調(diào)用比較子程序no進(jìn)入轉(zhuǎn)速設(shè)定,yes調(diào)用更改參數(shù)子程序圖5,1主程序流程圖初始化包括對8255的初始化，即將控制字80H寫入8255的命令地址，說明8255是0工作方式，PA口輸出;8259的初始化，即ICW1=12H(邊沿觸發(fā)，單片，不要ICW4),ICW2=08H(設(shè)置中斷號的前5位)，采用完全中斷方式，0級為最高優(yōu)先級，7級為最低優(yōu)先級，0級請求中斷號為8，1級請求中斷號為9;8257的初始化，設(shè)置命令字00H，說明鍵盤輸入方式為掃描鍵盤輸入，雙鍵鎖定。5.2顯示參數(shù)子程序顯示參數(shù)子程序主要由測速子程序、數(shù)值處理及顯示子程序組成。程序中主要變量說明如表5,1所示:表5,1顯示參數(shù)子程序中的主要變量及說明變量說明COM1定時器8253(I)的控制字寄存器COM2計數(shù)器8253(II)的控制字寄存器Num_0計數(shù)完畢后的值Num_m實際脈沖數(shù)目Value_velocity計算得到的轉(zhuǎn)速Value_show要在LED上進(jìn)行顯示的值Value_high顯示值的十位數(shù)字Value_low顯示值的個位數(shù)字COM1=00110000，COM2=00110000，表明定時器和計數(shù)器都是選擇0號計數(shù)器，讀寫兩個字節(jié)，先低后高，0工作方式，二進(jìn)制計數(shù)。其流程圖如圖5,2所示:顯示參數(shù)子程序測速子程序計算轉(zhuǎn)速值Value_show寄存器中裝入轉(zhuǎn)速值調(diào)用顯示子程序return圖5,2顯示參數(shù)子程序流程圖測速子程序完成的功能是，在定時器初始化定時器和計數(shù)器，在定時器1s的時間內(nèi)，計數(shù)器對來自霍爾傳感器的脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)，時間到，CPU讀取計數(shù)器寄存器中的值。注意，由于8253是減1計數(shù)，所以讀取的值是計數(shù)初值減脈沖數(shù)的值，要得到真正的脈沖數(shù)，還需CPU再進(jìn)行計算。測速子程序的流程圖如圖5,3所示:測速子程序中斷服務(wù)子程序計數(shù)器初始化讀8253(II)計數(shù)器的值定時器計時開始初始化8253(II)等待8259中斷returnreturn圖5,3測速子程序流程圖計算轉(zhuǎn)速值子程序中，首先需要從讀取的計數(shù)器中的值里計算出脈沖數(shù)，然后再計算轉(zhuǎn)速。計算轉(zhuǎn)速值子程序的流程圖如圖5,4所示:計算轉(zhuǎn)速值子程序脈沖數(shù)num_m,計數(shù)初值,讀