双机数据采集系统设计-计算机微机原理课程设计.doc

1、大连海事大学课程设计报告课程名称：计算机微机原理课程设计成 员：成 员 1：2220133293 范凯锋成 员 2：2220132642 唐绍波成 员 3：2220130079 曹晓露设计时间：2016 年 3 月 7 日至 3 月 18 日微机原理课程设计报告考核记录及成绩评定题目 双机数据采集系统设计完成的主要工作基本功能：实现数据采集，双机通信和基本形式的数据显示。其中下位机用数码管显示（或液晶屏）显示。具体实现要求：(1) 上位机发送一个启动命令（自己定义命令的格式和内容）给下位机；(2) 下位机接收到启动命令后开始采集 1 路模拟量数据（用电位器模拟实现）和 1 路开关量数据，并将模

2、拟量转换成数字量在数码管（或液晶屏）上实时显示，然后把模拟量数据和开关量数据发送给上位机；(3) 上位机接收到数据后在显示器上显示。成员分工成员曹晓露进行资料的搜集，下位机的连线和程序的调试,成员范凯锋负责实验代码的编写以及相应流程图，成员唐绍波进行实验报告的撰写及相关画图。综合评语（设计方案、实践环节、问题解答、设计报告）成绩2220133293 范凯锋2220132642 唐绍波2220130079 曹晓露微机原理课程设计报告目录1设计任务与要求11.1 课程设计题目 11.2 课程设计的背景 11.3课程设计的目的 11.4 课程设计的意义 11.5 设计任务 12设计方案22.1 参数

3、采集和传输设计 22.2 参数显示设计 22.3 模拟信号采样设计22.4 硬件研制过程 23详细设计33.1 硬件系统框图与说明33.2 硬件设计 4微机原理课程设计报告3.3 软件主要模块流程图与说明74设计结果及分析85成员分工及工作情况95.1 成员分工 95.2 工作情况 9 5.3 实验总结 96参考文献 97. 附录 10微机原理课程设计报告1一、设计任务与要求1.1 课程设计题目双机数据采集系统设计1.2 课程设计的背景二十一世纪是信息化高速发展的世纪，产业的信息化离不开微型计算机的支持。微型计算机的进步是推动全球信息化的动力。因此在二十一世纪掌握微型计算机接口技术是十分有必要

4、的。本次课题是双机参数采集系统设计，这次课题旨在通过自己对所需功能芯片的设计与实现来巩固以前所学的微机原理课程知识，同时也提高动手实践的能力，还有为将来进行更大规模更复杂的开发积累经验。随着软件规模的增长，以及随之而来的对软件开发进度和效率的要求，高级语言逐渐取代了汇编语言。但即便如此，高级语言也不可能完全替代汇编语言的作用。1.3课程设计的目的微机原理与汇编语言是一门实践性和实用性都很强的课程，本次课程设计是在课程学习结束后，为使学生进一步巩固课堂和书本上所学知识，加强综合能力，充分理解和运用所学到的知识，通过简单的应用系统的设计，提高系统设计水平，启发创新思想。通过本课程设计希望达到以下目

5、地： 培养资料搜集和汇总的能力； 培养总体设计和方案论证的意识； 提高硬件，软件设计与开发的综合能力； 提高软件和硬件联合调试的能力； 熟练掌握相关测量仪器的使用方法； 掌握相关开发软件，仿真软件的使用方法。1.4 课程设计的意义通过课程设计加深理解课堂教学内容， 培养了我们资料搜集和汇总的在能力以及总体设计和方案论证的意识，锻炼了我们硬件、软件设计与开发的综合能力，提高了我们软件和硬件联合调试的能力，使我们掌握了相关测量仪器和相关开发软件以及仿真软件的使用方法，掌握计算机接口技术的基本应用方法。也掌握了常用接口电路的设计，掌握8255A、8253、8259A、8250A、ADC0809、DA

6、C0832 等接口芯片的应用和编程方法，进一步熟悉汇编语言的语法和编程技巧，以及双机通讯所用到的理论基础。1.5 设计任务双机数据采集系统设计，制定适当的通信协议包括命令编码，数据编码格式，通信速率、采样周期、校验方式等； 模拟信号输入：可用实验箱上的电位器模拟。每路模拟量/开关量信号的采样时间为 0.5s，即每秒采样 2 次。微机原理课程设计报告2通信接口：自选（推荐串口）二、设计方案2.1 参数采集和传输设计下位机通过 74LS244 采集 1 路开关量，模拟量由电位器产生，从 ADIN0 输入，通过串口 8250 发送给上位机2.2 参数显示设计模拟信号通过 A/D 转换器转换成数字信号

7、下位机的数码管上显示，发送到 PC 机的数据通过串口工具显示 2.3 模拟信号采样设计通过 8253 定时触发 8259 中断，以达到定时采样的目的，0.5 秒采样一次。2.4 硬件研制过程（1）整个硬件系统划分为 7 个功能单元电路，包括：定时采样（8253） ，查询功能（244） ，模数转换（0809） ，数据传输（8255，8250） ，数字显示(数码管)，模拟量显示（示波器）（2）系统所选用各芯片的工作方式如下： 8255 的工作方式：B 口方式 0，输入8253 的工作方式：计数器 1，方式 3（方波发生器） ， 计数初值 3750，其时钟接 clk3；计数器 2，方式 3，计数初值

8、 100,其时钟接 out18250 的工作方式：无奇偶校验，8 个数据位，一个停止位8259 的工作方式：上升沿触发，一般嵌套，自动结束中断（3）系统逻辑电路图如下：图 2-1 系统逻辑电路图微机原理课程设计报告3三、详细设计3.1 硬件系统框图与说明图 3-1 硬件系统框下位机：8255：PB 口，都选用方式 0。下位机的采集转换的数据通过 8250 传到上位机，上位机接收到数据经过处理后通过 8250 回送到下位机。8253：完成定时采样的功能，采样周期为 0.5s。微机原理课程设计报告48259A：用于 0.5s 触发中断。0809：完成模数转换的功能。8255B 口：查询 EOC 状

9、态，判断是否转换完毕。3.2 硬件设计3.2.1 A/D 转换的基本原理A/D 转换就是模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。A/D 转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在 A/D 转换前，输入到 A/D 转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/D 转换后，输出的数字信号可以有 8 位、10 位、12 位和 16 位等。A/D 转换器的工作原理主要有以下三种方法：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法。A/D 转具有如下几个技术指标：1）分辩率指数字量变化一个最小量时

10、模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n 的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。2）转换速率是指完成一次从模拟转换到数字的 AD 转换所需的时间的倒数。积分型 AD 的转换时间是毫秒级属低速 AD，逐次比 较型 AD 是微秒级属中速AD，全并行/串并行型 AD 可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是 ksps 和 Msps，表 示每秒采样千/百万次。3）量化误差由于 AD 的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率 AD 的阶梯状转移特性曲

11、线与无限分辩率 AD（理想 AD）的转移特 性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是 1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。4）偏移误差输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。5）满刻度误差满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。6）线性度实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。3.2.28253 定时器/计数器电路（1）电路原理该电路由片 8253 组成，8253 的片选输入端插孔 CS8253，数据口，地址，读写线均已接好，T0、T1、T2 时钟输入分别为微机原理课程设计报告58253CLK0、8253CLK1、8253C

12、LK2。定时器输出,GATE 控制孔对应如下：OUT0、 GATE0、OUT1、 GATE1、OUT2、GATE2、CLK2。原理图如下：注：GATE 信号无输入时为高电平图 3-2 8253 定时器/计数器电路原理图3.2.38250 串口接口电路 （1）电路原理该电路由一片 8250，一片 MAX232 组成，该电路所有信号线均已接好。原理图如下： 图 3-3 8250 串行接口电路原理图3.2.4 8259A 中断控制电路（1）电路原理CS8259 是 8259 芯片的片选插孔， IR0IR7 是 8259 的中断申请输入插孔。DDBUS 是系统 8 位数据总线。INT 插孔是 8259 向 8086CPU 的中断申请线，INTA 是 8086 的中断应答信号。微机原理课程设计报告6图 3-4 8259 中断控制器电路原理图3.2.5 硬件系统地址分配说明下位机：CS0: 0809 CS1：CS244 CS2：CS273 CS4：8253 CS5：8259