计算机硬件技术大作业报告

1计算机硬件技术实践报告题目温度测量系统设计姓名专业测控技术与仪器班级学号上海电力学院自动化工程学院2目录:(1)设计题目（2）开发目的（3）小组成员分工及成果（4）设计方案以及论证（5）硬件原理图（包括芯片的选型介绍）（6）程序流程图（包括各个子系统和子过程的程序流程）（7）程序清单，要有适当的注释（8）程序运行结果分析与预测（9）结果评述或总结（对实验结果进行分析，对实验过程进行总结，系统改进升级建议或者提出新的方案等。）一、设计题目：温度测量系统的设计；二、开发目的：利用8086微机设计出符合下面要求的系统：1）利用热敏电阻和电桥电路测量温度变化信号；2）经过放大后送到ADC0809转换成数字信号；3）计算后在LED数码管显示其温度值；4）采用红绿灯指示温度范围，温度在给定范围内绿灯亮，温度超过指定范围时红灯显示警告。扩展功能：实现上位机显示。三、小组分工及成果：小组成员：何睿钦20112559叶序20112554刘卿材201125563成员：何睿钦主要负责：报警电路设计，温度测量电路设计叶序主要负责：ADC0809与8255的连接以及8086与8255的连接。刘卿材主要负责：查阅资料，8086内置程序设计，协助完成实验运行三、设计方案：（1）因为温度传感器在仿真中无法使用，故用一滑动变阻器代替。四、硬件原理图系统器件选择1系统扩展接口的选择本次设计采用的是8086微处理器，选择8255A可编程并行接口作为系统的扩展接口，8255A的通用性强，适应灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。2温度传感器与A\D转换器的选择系统选用温度传感器AD590构成测温系统。AD590是一种电压输入、电流输出型集成温度传感器，测温范围为-55℃~150℃，非线性误差在±0。30℃，其输出电流与温度成正比，温度没升高1K（K为开尔文温度），输出电流就增加1uA。其输出电流I=(273+T)uA。设计中串联电阻的阻值选用2KΩ，所以输出电压V+=(2730+10T)MV.另外，为满足系统输入模拟量进行处理的功能，对其再扩展一片ADC0809，以进行模拟—数字量转化。但是在proteus中AD590无法选取，所以通过使用滑动变阻器来实现。3显示接口芯片为满足本次设计温度显示的需要，我们选择了8279芯片，INTEL8279芯温度传感器A/D转换器微处理器译码红绿灯报警显示4片是一种通用的可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘键入和LED显示控制两种功能。备注：系统硬件接线应尽量以插接形式连接，这样便于多用途使用和故障的检查和排除。8086微处理器及其体系结构8086CPU的编程结构编程结构：是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构。从功能上来看，8086CPU可分为两部分，即总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和执行部件EU（ExecutionUnit）。8086CPU的内部功能结构如图2－1所示:图2-18086/8088CPU内部功能结构图执行部件（EU）功能：负责指令的执行。组成：包括①ALU(算术逻辑单元)、②通用寄存器组和③标志寄存器等，主要进行8位及16位的各种运算。总线接口部件（BIU）功能：负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。具体来看，完成取指令送指令队列，配合执行部件的动作，从内存单元或I/O端口取操作数，或者将操作结果送内存单元或者I/O端口。组成：它由①段寄存器（DS、CS、ES、SS）、②16位指令指针寄存器IP（指向下一条要取出的指令代码）、③20位地址加法器（用来产生20位地址）5和④6字节（8088为4字节）指令队列缓冲器组成。系统各部分功能模块介绍温度测量电路设计温度测量电路要实现的目标是：将0～120度通过传感器测量，运算放大器放大的0～5V的电压信号。温度传感器选用Pa-t传感器，放大器采用OP07E放大器，温度信号输入采用差动放大形式，放大器输出为：iiiUUURRU10020020000130即放大倍数为100倍。在Proteus中实测放大器输出数据为：温度0102030405060708090100110120电压0.000.430.831.241.662.072.492.913.333.754.174.585.006从测试数据来看，本设计符合0～120C0对应输出0～5V电压要求。图3-1输出电流的基本温度敏感电路ADC0809与8255的连接模拟输入通道地址A,B,C直接接地，因此ADC0809只对通道IN0输入的电压进行模数转换。为了减少输入噪声其他通道直接接地。ADC0809的数据线D0-D7与8255的PB0-PB7相连接。其片选CS与8086的地址/数据总线AD14相连接。7图3-3ADC0809与8255的连接图8086的可编程外设接口电路8255的数据口D0-D7与CPU的6根控制线相连接，控制8255A内部的各种操作。控制线RESET用来使8255A复位。CS和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。图3-48086的可编程外设接口电路图A/D转换电路8由于设计误差要求为1C0，1C0对应的输入电压为（1/120）×5=0.04167V，8位A/D转换芯片的分辨率为821×5=0.019531V，从而说明选用8位的A/D转换器测量误差要小于1C0。另外，之所以选择串行的，理由是串行的电路设计简单，在性能上符合要求。LED显示电路设计LED显示电路报警电路设计当温度低于80度时，绿灯亮；当温度高于80度时，红灯亮。9报警电路系统整体硬件电路设计模数转换器的选择ADC080910ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。（1）ADC0809的内部逻辑结构由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。（2）．ADC0809引脚结构ADC0809各脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.11EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。四位一体LED发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。12发光二极管的核心部分是由P型半导体和由N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。本次设计选用的是四位一体共阳极数码管。这类数码管可以分为共阳极和共阴极，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同节点com，而每个LED的阴极非别为a、b、c、d、e、f、g及dp；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp，如下图所示，图中的8个LED分别图中a～dp各段对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段，小数点，根据发光颜色决定c、使用电压:静态：80mA动态：平均电流4—5mA峰值电流：100Ma软件部分设计Proteus软件介绍Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单13片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus与其他单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。因此在仿真和程序调用时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和储存器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作过程和结果。Proteus主要由ISIS和ARES两部分组成，ISIS的主要功能是原理图设计及与电路原理图的交互仿真，ARES主要用于印制电路板的设计[8]。本次设计主要用的是ISIS部分。ProteusISIS是一种操作简便而又功能强大的原理图编译工具，它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点有：·实现了单片机仿真和SPICE电路仿真结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等功能；有各种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。·支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有68000系列、8051系列、ARM系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、14PIC24系列、BSTAMP系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。·提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各种变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境。如KeiluVision3等软件。·具有强大的原理图绘制功能。Proteus的工作过程运行Proteus的ISIS程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置VIEW菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工作栏中的P（从库中选择元件命令）命令。在pickdevices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的Definecodegeneratio