微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)（30頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) ——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院： 專(zhuān)業(yè)： 電子信息工程 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(shū) 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容（論文闡述的問(wèn)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0——500mV 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

2、 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(shuō)明書(shū)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(guò)程，相應(yīng)的系統(tǒng)就稱(chēng)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

3、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(chēng)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(guò)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(lái)。 （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

4、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。 三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 序號(hào) 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng) 日期 1 獲得設(shè)計(jì)題目及要求，查閱資料 7月10日 2 形成初步設(shè)計(jì)思路及有針對(duì)性檢索資料 7月11日 3 設(shè)計(jì)方案論證及選用相應(yīng)器件 7月12日 4 設(shè)計(jì)硬件連接圖及軟件編程 7月13日 5 形成整體設(shè)計(jì)報(bào)告并上交

5、 7月14日 四、主要參考資料 1、《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》 裘雪紅、顧新 西安電子科技大學(xué)出版社 2、《高性能模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器件》 劉書(shū)明、劉斌 西安電子科技大學(xué)出版社 3、《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用》 劉樂(lè)善 華中理工大學(xué)出版社 4、《IBM-PC 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》 沈美明、溫冬嬋 清華大學(xué)出版社 5、《單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實(shí)例》 是實(shí)科技編著 人民郵電出版社 6、《智能儀器原理及應(yīng)用》 趙茂泰 電子工業(yè)出版社 7、《微型計(jì)算機(jī)接口原理與技術(shù)》 鄒逢興

6、國(guó)防科技大學(xué)出版社 8、《匯編語(yǔ)言教程》 朱慧真 國(guó)防工業(yè)出版社 9、《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)》 吳延海 重慶大學(xué)出版社 10、《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 閻石 高等教育出版社 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：要求具有8路模擬輸入 輸入信號(hào)為0——500mV 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% 第一章 系統(tǒng)概述 一、總體的工作過(guò)程與原理 壓力，流量，溫度，位移等非

7、電信號(hào)送入傳感器，經(jīng)傳感器中轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娦盘?hào)輸出且輸出為模擬信號(hào)。由于輸出的電信號(hào)太微弱，所以在送入采樣保持電路前要經(jīng)過(guò)一級(jí)放大器進(jìn)行放大，本系統(tǒng)采用ICL7150放大10倍，可將0~500mv的電壓信號(hào)放大到0~5V。此電壓信號(hào)為模擬量，故需要送入型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此芯片可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，而且同時(shí)可處理8位信號(hào)，將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)即數(shù)字信號(hào)送入8259中斷控制器進(jìn)行中斷請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)8255并行口與8086CPU對(duì)中斷請(qǐng)求的響應(yīng)進(jìn)行中斷處理，將處理的中斷的子程序的信號(hào)送入鎖存器保存，再將鎖存器中的信號(hào)送入有驅(qū)動(dòng)功能的LED顯示器進(jìn)行顯示。 傳感器，放大器

8、，采樣電路，采樣保持電路，A\D轉(zhuǎn)換器，并行接口電路，8086CPU，8253定時(shí)器，中斷控制，鎖存器，LED顯示器以及比較器全部采用集成的成品件。 二、設(shè)計(jì)方案論證 （一）AD轉(zhuǎn)換器的選擇 1、根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器基本原理及特點(diǎn)，可以分為以下類(lèi)型：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ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(lài)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

9、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(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開(kāi)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)格便宜，但高精度（>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(chēng)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

10、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(chēng)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(chēng)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(lèi)AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)調(diào)制型（如AD7705） Σ-Δ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

11、。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(chēng)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(guò)間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)

12、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(wú)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。 考慮到設(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(kāi)關(guān)，考慮節(jié)省硬件開(kāi)支故采用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 2、ADC0809的技術(shù)指標(biāo)如下 ： （1）主要特性 　　1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 　

13、　2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 　　3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs 　　4）單個(gè)＋5V電源供電 　　5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 　　6）工作溫度范圍為-40～＋85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A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8路開(kāi)關(guān)樹(shù)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 　A

14、DC0809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(shuō)明各引腳功能。 　　◆IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 　　◆2-1～2-8：8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： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 　　◆EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平

15、（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)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，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(guò)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) A／D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A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變

16、為高電平，指示A／D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(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 三、傳感器 在此僅對(duì)壓力做出詳細(xì)介紹。溫度，流量，位移等只需用相應(yīng)的傳感器來(lái)對(duì)其做出相對(duì)應(yīng)的變化。 3.1.1 應(yīng)變式傳感器的測(cè)量原理 應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理：當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致阻值變化。導(dǎo)體與半導(dǎo)體的電阻與電阻率及其幾何尺寸有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)體受外力作用時(shí)，電阻率及幾何尺寸的變化會(huì)引起電阻的變化。因此，通過(guò)測(cè)量電阻值的大小，就可以反映外界力的大小。 3.1.2 傳感器的分類(lèi) 應(yīng)變片式電阻傳感器按其

17、測(cè)量電路（橋式）可分為單臂式、半橋式、全橋式三種。 所謂半橋，即將電橋的四臂接入四應(yīng)變片。其中：一片受拉，一片受壓，另外兩應(yīng)變片不受力。全橋是兩片受拉，兩片受壓，故靈敏度比半橋式的大一倍。 本方案采用全橋式傳感。 3.1.3 傳感器的選擇 電阻型應(yīng)變片傳感器的測(cè)量電路可采用橋式測(cè)量電路。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)電阻均可以是應(yīng)變片。如能恰當(dāng)?shù)倪x擇個(gè)橋臂的電阻，可以消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應(yīng)變片的電阻有關(guān)。 3.1.4 傳感器的電路圖 3.2 放大器 3.2.1 放大器的原理 運(yùn)算放大器的核心是一個(gè)差動(dòng)放大器，由兩個(gè)三極管背靠背連著，共同

18、分擔(dān)一個(gè)恒流源的電流，三極管一個(gè)是運(yùn)放的正向輸入，一個(gè)是反向輸入正向輸入的三極管放大后送到一個(gè)功放電路放大輸出 3.2.2 放大器的分類(lèi) 放大器可分為；分立元件放大器和集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)算放大器可分為：1通用性運(yùn)放 2低失調(diào)低溫漂運(yùn)放 3高輸入阻抗運(yùn)放 4斬波穩(wěn)零運(yùn)放 3.2.3 放大器的的設(shè)計(jì) 放大器的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，確定電路方案、選擇電子器件、計(jì)算電路各元件參數(shù)。一般根據(jù)電信號(hào)的頻帶而對(duì)放大器的設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮。由于電子器件的離散型以及環(huán)境、溫度和其他條件的隨機(jī)性，使理論與實(shí)際結(jié)果不符，需要在實(shí)驗(yàn)中反復(fù)調(diào)試、修正，直到滿足指標(biāo)要求。在通常情況下，采用集

19、成運(yùn)放設(shè)計(jì)放大器會(huì)使電路既簡(jiǎn)單又易于調(diào)試，而且穩(wěn)定性高。 集成運(yùn)算放大器是一種高輸入阻抗、低輸出阻抗、高放大倍數(shù)且便于調(diào)試的優(yōu)質(zhì)放大器。集成運(yùn)放內(nèi)部電路由偏置電路、中間放大器、輸出及過(guò)載保護(hù)電路組成。運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)可達(dá)106；；；當(dāng)它構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋放大電路時(shí)，其電壓放大倍數(shù)只取決于外加電阻值的大小，與運(yùn)放本身無(wú)關(guān)，安裝調(diào)試十分簡(jiǎn)單。 2.2.4 集成運(yùn)放的選用原則 【1】 如果沒(méi)有特殊的要求，一般選用通用型運(yùn)放，因?yàn)檫@類(lèi)器件直流性能較好，種類(lèi)也較多，且價(jià)格較低。在通用運(yùn)放系列中，又有單運(yùn)放、雙運(yùn)放、四運(yùn)放等多種，對(duì)于多運(yùn)放器件，其最大的特點(diǎn)是內(nèi)部對(duì)稱(chēng)性好，這樣也可以減少器件、簡(jiǎn)化線

20、路、縮小面積和降低成本。 【2】 如果被放大信號(hào)源的輸出阻抗很大，則可選用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器，另外像采樣|保持電路、峰值檢波、優(yōu)質(zhì)對(duì)數(shù)放大器和積分以及生物信號(hào)放大、提取、測(cè)量放大器電路等也需使用高輸入阻抗集成運(yùn)放。 【3】 如果系統(tǒng)對(duì)放大電路要求低噪聲、低溫漂、高精度，則可以選用高精度、 低漂移的低噪聲集成運(yùn)放，適用于再毫伏級(jí)或更微弱的信號(hào)檢測(cè)、精密模擬運(yùn)算、高精度穩(wěn)壓源、高增益直流放大、自控儀表等場(chǎng)合。 【4】 對(duì)于視頻信號(hào)放大、高速采樣|保持、高頻振蕩及波形發(fā)生器、鎖相環(huán)等場(chǎng)合，則應(yīng)選用高速寬帶集成運(yùn)放。 【5】 對(duì)于要求低功耗場(chǎng)合，如便攜式儀表、遙感遙測(cè)等場(chǎng)合，可選用低功耗運(yùn)

21、放；對(duì)于需要高壓輸入|輸出場(chǎng)合，可選用高壓運(yùn)放；對(duì)于需增益控制場(chǎng)合，可選用程控運(yùn)放；其他如寬范圍電壓振蕩、伺服放大和驅(qū)動(dòng)、DC-DC變換等場(chǎng)合，可選用跨導(dǎo)型、電流型等相應(yīng)的集成運(yùn)放。 一般來(lái)講，選擇器件的原則是在滿足所需電氣特性的前提下，盡可能選擇價(jià)格低廉、市場(chǎng)供貨充足的器件，即選用性能價(jià)格比高、通用性強(qiáng)的器件。在本實(shí)驗(yàn)中，選用AD620型放大器即可滿足電路所需。 3.2.5 放大器的參數(shù) 在分析運(yùn)放時(shí)，一般將它看成理想運(yùn)放。理想運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為無(wú)窮大，輸入偏置電流為零，輸入電阻為無(wú)窮大，輸出電阻為零，失調(diào)電壓和失調(diào)電流及溫漂為零。 A\D620的參數(shù)：最大輸入失調(diào)電壓1

22、25uv(最大電流50uA) 最大輸入失調(diào)漂移1uv/℃ 最大輸入偏置電流20nA 最小共模抑制比（G=10）為93dB 帶寬120KHz（G=100） 建立時(shí)間15us（0.01%） 工作溫度范圍：-55℃～+125℃ 電源電壓極限范圍18V 差分輸入電壓極限范圍25V 3.2.6 放大器

23、的電路圖 3.3 采樣/保持電路 采樣/保持電路在下列情況被使用： ●逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器前端 ●同時(shí)數(shù)據(jù)采集 3.3.1 采樣/保持電路的原理 采樣/保持電路可用圖2 - 1來(lái)體現(xiàn)其原理 采樣/保持電路通常用保持電容、輸入輸出緩沖放大器、邏輯輸入控制的開(kāi)關(guān)電路等組成。采樣期間，邏輯輸入控制的模擬開(kāi)關(guān)是閉合的，A1是高增益放大器，它的輸出通過(guò)開(kāi)關(guān)給電容器快速充電；保持期間，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于運(yùn)算放大器A2輸出阻抗很高，在理想情況下，電容器將保持充電時(shí)的最終值。 圖2 – 1 在采樣期間，期望電容上的

24、電壓和輸入信號(hào)一致，并跟隨輸入信號(hào)的變化；而在保持期間能使電容上的電壓不變并和輸出保持一致。但實(shí)際上由于受到運(yùn)算放大器性能的限制，實(shí)際采樣/保持電路的輸入輸出曲線如圖2 – 2 圖2 - 2 3.3.2 采樣/保持電路的參數(shù) 在保持方式時(shí)，采樣/保持電路的兩個(gè)重要參數(shù)是：電壓跌落率和保持方式的前饋。影響電壓跌落率的因素有電容的泄露電流，開(kāi)關(guān)的泄露電流和輸出放大器泄露電流，及其它雜散泄露電流，電容的電壓變化率為： 3.3．3 采樣/保持電路的采樣頻率 采樣頻率必須滿足采樣定理Fs》=2fmax，fma為被采樣信號(hào)的最高頻率。

25、 3.4 A\D轉(zhuǎn)換器 3.4.1 AD0809的工作原理 AD0809為8位逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器以及與微控制器兼容的控制邏輯。8個(gè)單獨(dú)模擬信號(hào)可從8通道多路轉(zhuǎn)換器直接輸入。 1. AD0809主要性能 ● COMS工藝制造 ● 單電源供電 ● 逐次比較型 ● 無(wú)需外部進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整 ● 并行輸出 ● 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容 ● 易與各種微控制器接口 ● 具有鎖存控制的8路模擬開(kāi)關(guān) ● 分辨率為8位 ● 功耗為15mW轉(zhuǎn)換時(shí)間（）為128 ● 轉(zhuǎn)換精度為% （二）DA轉(zhuǎn)換器的選擇 數(shù)字量的值是由每一位的數(shù)位權(quán)疊

26、加而得的。例如，8位二進(jìn)制數(shù)10000001，只有最高位和最低位上的代碼為l，其他數(shù)位均為0，最高位的位權(quán)為2的7次方＝128，最低位的位權(quán)為2的0次方＝1，所以，該二進(jìn)制數(shù)10000001就是十進(jìn)制數(shù)129。把一個(gè)數(shù)字量變?yōu)槟M量，必須是把每一位上的代碼按照位權(quán)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量，再把各模擬量相加，這樣，求和得到的便是與數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。 在D／A轉(zhuǎn)換電路中，通常采用電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬電流的轉(zhuǎn)換，再利用運(yùn)算放大器完成模擬電流到模擬電壓的轉(zhuǎn)換。所以，要把一個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓，實(shí)際上需要兩個(gè)環(huán)節(jié)，即先由D／A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字量變?yōu)槟M電流，再由運(yùn)算放大器將模擬電流變換為模擬電壓。目前，

27、D／A轉(zhuǎn)換集成電路芯片大多數(shù)都包含了這兩個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。對(duì)只包含第一個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的D／A轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，需要外接運(yùn)算放大器才能得到模擬電壓。 D／A轉(zhuǎn)換器品種繁多，有權(quán)電阻DAC、變形權(quán)電阻DAC、T型電阻DAC、電容型DAC和權(quán)電流DAC等。各種勘DAC在電路結(jié)構(gòu)上，通常都由基準(zhǔn)電源、解碼網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器和緩沖寄存器等部件組成。不同的DAC主要差別在不同的解碼網(wǎng)絡(luò)形式。其中，T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)的DAC，由于網(wǎng)絡(luò)電阻阻值少(只有只和2R兩種)、簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換速度快、轉(zhuǎn)換誤差小等優(yōu)點(diǎn)特別受到青睞。 表2給出了常用的各類(lèi)D／A轉(zhuǎn)換器及其性能。其中，既有分辨率較低、價(jià)格也較低的通用8位芯片，也有速度和分辨率較高

28、、價(jià)格也較高的12／16位芯片；既有電流輸出的芯片，也有電壓輸出的芯片；服有內(nèi)部沒(méi)有數(shù)據(jù)輸入寄存器，不能直接和系統(tǒng)總線相連的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的芯片，如DAC0808，DAC0800等，也有內(nèi)部有數(shù)據(jù)輸入寄存器，可以直接和系統(tǒng)總線相連的芯片，如DAC0832，DACl210等。 通過(guò)比較各個(gè)芯片的功能并結(jié)合設(shè)計(jì)的要求綜合考慮后決定用DAC0832來(lái)完成DA轉(zhuǎn)換功能，因?yàn)?832的接口簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換容易并且價(jià)格低廉。 DAC0832是美國(guó)數(shù)據(jù)公司研制的8位雙緩沖器D／A轉(zhuǎn)換器。芯片內(nèi)帶有數(shù)據(jù)鎖存器，可與數(shù)據(jù)總線直接相連。電路有極好的溫度跟隨性，使用了COMS電流開(kāi)關(guān)和控制邏輯而獲得低功耗、低輸出

29、的泄漏電流誤差。芯片采用R—2R T型電阻網(wǎng)絡(luò)，對(duì)參考電流進(jìn)行分流完成D／A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果以一組差動(dòng)電流人輸出。 1、DAC0832主要性能參數(shù)： 分辨率8位； 轉(zhuǎn)換時(shí)間1s； 參考電壓10V 電源+5V一+15V 功耗20mW。 2、DAC0832的結(jié)構(gòu) DAC0832中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱(chēng)為輸入寄存器，它的鎖存信號(hào)為ILE;第二級(jí)鎖存器稱(chēng)為DAC寄存器，它的鎖存信號(hào)為傳輸控制信號(hào)XFER。因?yàn)橛袃杉?jí)鎖存器，DAC0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號(hào)的同時(shí)采集下一個(gè)數(shù)字量，這樣能有效地提高轉(zhuǎn)換速度。此外，兩級(jí)鎖存器還可以在多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，利用第

30、二級(jí)鎖存信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)換器同步輸出。 圖4 0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖 圖4中，當(dāng)ILE為高電平、CS和WR1為低電平時(shí)，LEl為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化；此后，當(dāng)WRl由低變高時(shí)，LEl為低電平，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這時(shí)的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化。對(duì)第二級(jí)鎖存器來(lái)說(shuō)，XFER和WR2同時(shí)為低電平時(shí)，LE2為高電平，DAC密存器的輸出跟隨其輸入而變化：此后，當(dāng)WR2由低變高時(shí)，LE2變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的?shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器中。 3、DAC0832的引腳特性 DAC0832是20引腳的雙列直插式芯片。各引腳的特性如下:

31、CS——片選信號(hào)和允許鎖存信號(hào)ILE組合來(lái)決定WRl是否起作用。 ILE——允許鎖存信號(hào)。 WR1——寫(xiě)信號(hào)1，作為第一級(jí)鎖存信號(hào)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器(此時(shí) 必須和CS、ILE同時(shí)有效)。 WR2——寫(xiě)信號(hào)2，將鎖存在輸入寄存器今的數(shù)據(jù)送到DAC竊行器今進(jìn)行鎖存 傳輸控制信號(hào)XFER必須有效)。 XFER——傳輸控制信號(hào)，用來(lái)控制WRl。 DI7—DI0——8位數(shù)據(jù)輸入端。 IOUT1——模擬電流輸出端1。當(dāng)DAC寄存器中全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng)DAC寄存器中全為0時(shí)，輸出電流為0。 IOUT2——模擬電流輸出端20 .IOUT1+IOUT2＝常數(shù)。

32、 RFB——反饋電阻引出端。DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以，RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，相當(dāng)于將反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。 VREF——參考電壓輸入端。可接電壓范圍為10V。外部標(biāo)準(zhǔn)電壓通過(guò)VREG與T型電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 VCC——芯片供電電壓端.范圍為+5v一+15v AGND———模擬地，即模擬電路接地端。 DGND———數(shù)字地，即數(shù)字電路接地端。 4、DAC0832的工作方式 DAC0832進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，可以來(lái)用兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存： 第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而DAC寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地說(shuō)，就是使WR2和X

33、FER都為低電平，DAC寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號(hào)ILE處于高電平、CS處于低電平，這樣，當(dāng)WR1端來(lái)一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)．就可以完成1次轉(zhuǎn)換。 第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使WR1和CS為低電乎，ILE為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號(hào)處于無(wú)效狀態(tài)而直通;當(dāng)WR2和XFER端輸入1個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，使得DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài),提供鎖存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 根據(jù)上述對(duì)DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法，DAC0832有如下3種工作方式： (1)單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄

34、存器同時(shí)接收數(shù)據(jù)，或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用于只有一路模擬星輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。 (2)雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收數(shù)據(jù)，再控制輸入寄存器的輸出數(shù)據(jù)到DAC寄存器，即分兩次鎖存輸入數(shù)據(jù)。此方式適用于多個(gè)D／A轉(zhuǎn)換同步輸出的情形。 (3)直通方式。直通方式是數(shù)據(jù)不經(jīng)兩級(jí)鎖存器鋇存，即WR1,WR2,XFER,CS均接地，ILE接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路，不過(guò)在使用時(shí)，必須通過(guò)另加I/O接口與CPU連接，以匹配CPU與D／A的轉(zhuǎn)換。 5、DAC0832的外部連接 DAC0832的外部連接線路如圖5所示。由于在DAC08

35、32內(nèi)部已有數(shù)據(jù)鎖存器，所以在控制信號(hào)作用下，可以對(duì)總線上的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行鎖存。當(dāng)CPU執(zhí)行對(duì)DAC0832的輸出指令時(shí)，WR1和CS信號(hào)處于有效電平。 DAC0832的輸出是電流型的，直接得到的轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)是模擬電流IOUT1和IOUT2(IOUT1+IOUT2=常數(shù))。為得到電壓輸出，應(yīng)加接—個(gè)運(yùn)算放大器，這時(shí)得到的輸出電壓VOUT是單極性，極性與VREF相反。如果要輸出雙極性電壓，應(yīng)于輸出端再接一個(gè)運(yùn)算放大器，作為偏移電路。 圖5 DAC0832的外部連接 6、集成運(yùn)放NE5534 由于 DAC0832 輸出級(jí)沒(méi)有加集成運(yùn)放，所以需外加 NE5534 相配適用。NE5534

36、封裝如下圖8所示。 圖6 NE5534的管腳圖 IN-：反相輸入端； IN+：同相輸入端； OUT：輸出端； Balance：平衡輸入端,主要作用是,使內(nèi)部電路的差動(dòng)放大電路處于平衡狀態(tài)； COMP/Bal：調(diào)節(jié)外接電阻,以達(dá)到改善放大器的性能和輸出電壓； VCC-、 VCC+：正負(fù)電源； （三）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。

37、 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(xiě)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8259 1）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。

38、 ◆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7 8259內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （2） 8259的外部引腳信號(hào) 圖8 8259外部引腳圖 8259的主要引腳信號(hào)說(shuō)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

39、/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(lèi)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),I

40、R0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=00001100，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。

41、 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(wú)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

42、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(lái)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(xiě)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

43、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(lèi)型碼設(shè)定 ICW2用來(lái)指定8259的8個(gè)中斷請(qǐng)求IR7-IR0的中斷類(lèi)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(lèi)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、

44、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(lái)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(guò)程中，將自己的中斷類(lèi)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

45、。 AEOI=1中斷自動(dòng)結(jié)束、AEOI=0一般中斷結(jié)束。 BUF=0，DB無(wú)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。 μPM=1，8086系統(tǒng)； μPM=0，8085系統(tǒng)。 （四） 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9 圖9 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。

46、（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10 圖10 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(xiě)邏輯：對(duì)A口、B口、C口讀/寫(xiě)控制，對(duì)控制口寫(xiě)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 ① 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。 ◆D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線

47、，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(guò)它實(shí)現(xiàn)８位數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作，控制字和狀態(tài)信息也通過(guò)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(guò)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(xiě)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(xiě)入8255。 A0、A1：內(nèi)部寄存器尋址。 A1 A0 0 0 讀寫(xiě)A口 0 1 讀寫(xiě)B(tài)口

48、 1 0 讀寫(xiě)C口 1 1 寫(xiě)控制寄存器 ② 與I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)引腳 ◆PA0~PA7：A口的8位輸入/輸出線。 ◆PB0~PB7：B口的8位輸入/輸出線。 ◆PC0~PC7：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：◆PC0~PC3、PC4~PC7;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(zhuān)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

49、選擇控制字的格式如圖11所示 圖11 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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)。 　　PC口控制字格式如圖12 所示。 圖12 PC口控制字 （五） LED顯示 5.4.1抗干擾 5 .4.2 電源干擾采用IBM-PC/XT機(jī)內(nèi)電源，種類(lèi)有正負(fù)5V,正負(fù)12V，由于直流電源供電電壓隨著交流電壓。負(fù)載電流，環(huán)境溫度，元器件老化等因素變化而變化，產(chǎn)生干擾，因此，在本系統(tǒng)的擴(kuò)展擦卡接口電源入口處設(shè)置了低頻和高頻濾波電路。以消除電源

50、的干擾。 5．5.3 采樣保持電容的選擇S/H LF398的采樣保持電容Ch對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大，要選用高質(zhì)量的電容以減少損耗，提高測(cè)試精度。 5．5.4 地線干擾當(dāng)一根導(dǎo)線的兩端在不同的接點(diǎn)接地時(shí)，由于導(dǎo)線內(nèi)阻導(dǎo)致這兩點(diǎn)電位差并不為0。若將此電位差看作信號(hào)源，便會(huì)影響輸入和輸出，為了克服影響，本系統(tǒng)采樣一下2條措施：（1）數(shù)字地和模擬地分開(kāi)接，最后在一點(diǎn)接地，以免互相串?dāng)_。（2）地線盡量短而粗，印制板上地線設(shè)計(jì)接成閉合環(huán)路，并設(shè)計(jì)出網(wǎng)格狀，以減小接地電位差。 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

51、連接圖如圖13。 圖13 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)原理電路圖 四、軟件編程 MOV BL 04H MVLBL MOV BX , AX MOV AX , SIV SIV為中斷服務(wù)程序首地址 NOP MOV 【BX】, AX PUSH CS POP AX INC BX INC BX MOV 【BX】, AX MOV SI , 2000H 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址 MOV CX , 200; AUC轉(zhuǎn)換點(diǎn)數(shù)，CX為次數(shù)計(jì)數(shù)器 MOV OX OF802H. F802H為首地址寄存器地址 MOV BX , 0103 ADC轉(zhuǎn)換通道存放

52、地址 MOV AL , [BX] OUT DX , AL MOV DX , OFFEFH FFEFH為定時(shí)器8253控制寄存器地址、 MOV AL 054H 選定一號(hào)通道，16位二進(jìn)制計(jì)數(shù)碼 工作方式2只讀寫(xiě)低字節(jié) MOV DX OFFEBH FFFEBH為8253計(jì)數(shù)到首地址 MOV BX 0102H; 0102H為計(jì)數(shù)性存放地址 MOV AL , [BX]; 00T DX ALSTI 允許中斷AL:HLT; 程序MPAN OP SIV MOV DX OF800H 中端服務(wù)程序： INAX , DX ; 從ADC轉(zhuǎn)換器讀出程序 M

53、OV [SI] AXINCSI 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址操作 INC SIDECCX 采樣次數(shù)計(jì)數(shù)器減一 JC XZ MIRET 中斷返回M 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(guò)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(lái)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(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻 Ron 的誤差 2、 多路模擬開(kāi)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

54、、 采樣頻率引起的誤差 2、 系統(tǒng)的通過(guò)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，它的性能指標(biāo)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，也是系統(tǒng)中的重要誤差源。選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須從精度和速度兩方面考慮，選用 A/D 轉(zhuǎn)換器要考慮它的位數(shù)、速度及輸出接口。 1、A/D 轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)誤差 1） 量化誤差 2） 失調(diào)誤差 3） 增益誤差 4) 非線性誤差 2、 A/D 轉(zhuǎn)換器的速度對(duì)誤差的影響 A/D 轉(zhuǎn)換器速度用轉(zhuǎn)換時(shí)間來(lái)表示。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通過(guò)速率（吞吐時(shí)間）中， A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間占有相當(dāng)大的比重。選

55、用 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)必須考慮到轉(zhuǎn)換時(shí)間滿足系統(tǒng)通過(guò)率的要求，否則會(huì)產(chǎn)生較大的采樣誤差。 A/D 轉(zhuǎn)換器接轉(zhuǎn)換速度可分為高速、快速和低速三類(lèi)。高速 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 1us ，快速的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1－100us ，低速的在 100us 以上 （四）D/A轉(zhuǎn)換器的誤差 同A/D轉(zhuǎn)換器一樣D/A轉(zhuǎn)換器誤差控制要從精度和轉(zhuǎn)換速率兩方面考慮。 1、 轉(zhuǎn)換精度： DAC的轉(zhuǎn)換精度與D／A轉(zhuǎn)換芯片的結(jié)構(gòu)、外部電路器件配置和電源誤差 有關(guān)。當(dāng)這些因素造成較大的D／A轉(zhuǎn)換誤差，并超過(guò)一定程度時(shí)，D／A轉(zhuǎn)換就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。如果不考慮D／A轉(zhuǎn)換的誤差，DAC轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小，因此，要獲得高

56、精度的D／A轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要選擇有足夠高分辨率的DAC。 D／A轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。DAC的轉(zhuǎn)換誤差包括零點(diǎn)誤差、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差。 絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度是指滿劍度數(shù)字量輸入BJ，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標(biāo)準(zhǔn)電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度指在滿刻度已經(jīng)校準(zhǔn)的前提下，整個(gè)刻度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了DAC的線性度。通常，相對(duì)轉(zhuǎn)換精度比絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度更有實(shí)用性。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，有時(shí)也用最低位(LSB)的幾分之幾來(lái)表示。 2、非

57、線性誤差： D／A轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)度量。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)一殷要求非線性誤差不大于1／2LSD。 3、轉(zhuǎn)換速率/建立時(shí)間： 轉(zhuǎn)換速率實(shí)際是由建立時(shí)問(wèn)來(lái)反映的。建立時(shí)間是指數(shù)字量為滿刻度值(各位全為1)時(shí)，DAC的模擬輸出電壓達(dá)到某個(gè)規(guī)定值(比如，90％滿量程或1／2LsB滿量程)時(shí)所需要的時(shí)間。建立時(shí)間是D／A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。很顯然，建立時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。不同型號(hào)DAC的建立時(shí)間一般從幾個(gè)毫微秒到幾個(gè)微秒不等。若輸出形式是電流，DAC的建立時(shí)間是很短的；若輸出形式是電壓，DAC的建立時(shí)間主要

58、是輸出運(yùn)算放大器所需要的響應(yīng)時(shí)間。 （五）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差的計(jì)算 在分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得誤差來(lái)源后，要計(jì)算誤差，誤差的計(jì)算公式有以下兩個(gè)：按均方根形式綜合誤差的表達(dá)式為 按絕對(duì)值和方式綜合誤差的表達(dá)式為： 式中：——多路模擬開(kāi)關(guān)的誤差； ——放大器的誤差； ——采樣保持器的誤差； —— A ／ D 轉(zhuǎn)換器的誤差 六、設(shè)計(jì)體會(huì)總結(jié) 《微機(jī)原理與接口技術(shù)》作為電子信息類(lèi)本科生教學(xué)的主要基礎(chǔ)課之一,課程緊密結(jié)合電子信息類(lèi)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn),圍繞微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用主題,以Intel80x86CPU為主線,系統(tǒng)介紹微型計(jì)算機(jī)的基本知識(shí),基本組成,體系結(jié)構(gòu)和工作模式,從而使學(xué)生

59、能較清楚地了解微機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作流程,建立起系統(tǒng)的概念。 這次微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期，在整整一星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。以前我接觸的那些程序都是很短、很基礎(chǔ)的，但是在課程設(shè)計(jì)中碰到的那些需要很多代碼才能完成的任務(wù)，畫(huà)程序方框圖是很有必要的。因?yàn)橥ㄟ^(guò)程序方框圖，在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們每一步要做什么，每一步要完成什么任務(wù)都有一個(gè)很清楚的思路，而且在程序測(cè)試的過(guò)程中也有利于查錯(cuò)。 其次，以前對(duì)于編程工具的使用還處于一知半解的狀態(tài)上，但是經(jīng)過(guò)一段上機(jī)的實(shí)踐，對(duì)于怎么去排錯(cuò)、查錯(cuò)，

60、怎么去看每一步的運(yùn)行結(jié)果，怎么去了解每個(gè)寄存器的內(nèi)容以確保程序的正確性上都有了很大程度的提高。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問(wèn)題，最后在同學(xué)們的幫助下并且查閱了很多相關(guān)的資料才得以解決。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步溫習(xí)和鞏固了課本的理論知識(shí)，增強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力。同時(shí)也增強(qiáng)了我通過(guò)檢索資料來(lái)獲取相關(guān)專(zhuān)業(yè)信息以及利用檢索到的信息來(lái)解決面臨問(wèn)題的能力。本次設(shè)計(jì)使我深刻認(rèn)識(shí)到自己軟件編程方面的知識(shí)薄弱，同時(shí)也使我體會(huì)到軟件編程在實(shí)際硬件電路連接中的重要作用，軟件編程的使用是硬件開(kāi)銷(xiāo)大大減少，同時(shí)也使設(shè)計(jì)更加的簡(jiǎn)潔易于控制。在今后的學(xué)習(xí)我要加強(qiáng)軟件編程方面知識(shí)的積累和運(yùn)用。 七、主要參考資料