光强计微机设计报告

1《微机原理与接口技术》课程设计报告题目环境光强测量仪学院电子信息工程学院专业2015年12月22日电子学院通信工程目录1.题义分析及解决方案……………………………………………321.1题义需求分析……………………………………………………………31.2解决问题方法及思路……………………………………………………31.3课题要求及分工``………………………………………………………32.硬件设计…………………………………………………………42.1选择芯片8255A…………………………………………………………42.2选择LED七段数码管……………………………………………………72.3选择光敏电阻……………………………………………………………82.4选择芯片ADC0809………………………………………………………92.5硬件总逻辑图及其说明………………………………………………103.控制程序设计……………………………………………………123.1控制程序设计思路说明………………………………………………123.2程序流程图……………………………………………………………143.3控制程序………………………………………………………………154.上机调试过程……………………………………………………284.1硬件调试………………………………………………………………284.2软件调试………………………………………………………………284.3联机调试…………………………………………………………………284.4调试结果及问题的提出…………………………………………………285.设计结果分析及问题讨论………………………………………296.参考文献…………………………………………………………291.题义分析及解决方案设计一个简易的光照强度测量仪，由光照强度产生的模拟电压信号转换为数字信号，然后转换为照度（单位是勒克斯）显示在LED上；校准照度测量器：在一定的光强度下，产生200数字量的电压，以此对应关系（照度—电压）将其它光强度转换为勒克斯值，显示在LED上。31.1题义需求分析光照强度测量仪主要根据光敏电阻的特性制作的。光敏电阻值随受到的光照强度的变化而变化（光照强度越大，电阻值越小）。将光敏电阻接入电路中，不同光照强度导致光敏电阻值变化，于是光敏电阻上的电压发生变化，导致电路的输出电压也相应变化。根据电压-光照度函数关系，由电压计算得到光照强度值，然后以可视化界面形式输出（即PC机和LED数码管显示），以供用户查看结果。其中光敏电阻的特性是光敏电阻随受到的光照强度的变化电阻值发生变化，光照强度越强电阻越小，在分压电路中获得电压越低。根据这一特性，结合光照强度和输出的模拟电压之间的关系，可以得到某一光强度下的对应的模拟电压。将模拟电压通过AD转化器转换为数字电压，以便于计算机处理。然后再将数字电压转换成光照度。1.2.解决问题方法及思路1.2.1硬件部分程序设计中用到的硬件是光敏电阻、ADC0809、8255A和七段LED数码管。提出问题：（1）为什么接口使用8255A而不是8279?（2）为什么显示装置使用LED七段数码管而不是LCD?（3）为什么选用光敏电阻?解决问题：1.2.1.1接口芯片选用8255A而不是8279是由于8255A在本程序中使用软件控制很容易实现且不需要用到小键盘，具体如表1—1所示。器件名称特点8255A芯片8255芯片是可编程的并行接口芯片，不需要附加外部电路便可和大多数并行传输数据的外部设备相连，数据的各位同时传送，使用十分方便。8279A芯片8279芯片可以实现对键盘/显示器的自动扫描，以减轻CPU负担，具有显示稳定，程序简单，不会出现误动作等。表1—18255A与8279A性能比较表1.2.1.2本实验选择的显示设备是七段LED数码管，没有选择LCD的原因如表1—2所示。表1—2LCD与LED性能比较表1.2.1.3本实验选用的是光敏电阻，因为光敏电阻上的光照强度与输出电压成线性关系，得到的模拟电压也成线性关系。1.2.2软件部分根据硬件需求采用8255A芯片，采用汇编语言，8255A芯片的PA、PB、PC三口的工作方式为方式0，将8255的PA口接发光二极管，PB口作为段选码，PC口作位选码，用软件编程实现从C口读入信息，通过8个LED数码管循环显示光照强度。2.硬件设计LED与LCD相比，LED在亮度，功耗可视角度和刷新速率等方面更具有优势，其最显著的特点是使用寿命长光电转换效能高，绿色环保。LCDLCD占用空间小，功耗低，低辐射，能降低视觉疲劳，但会出现闪烁现象。42.1.选择芯片8255A2.1.1芯片8255A在本设计中的作用芯片8255A通过数据口从CPU接受转换得到的光照度数据，通过B口输出作为位选，实现LED数码管的动态显示，通过A口将数值输出到LED数码管。2.1.2芯片8255A的功能分析2.1.2.18255引脚图8255是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、B口和C口。三个端口都可以作为输入端口或输出端口。A口有三种工作方式：即方式0、方式1和方式2，而B口只能工作在方式0或方式1下，而C口通常作为联络信号使用。8255的工作只有当片选CS有效时才能进行,而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。2.1.2.2CPU接口（数据总线缓冲器和读/写控制逻辑）数据总线缓冲器:这是一个8位双向三态缓冲器，三态是由读/写控制逻辑控制的。这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口。所有数据的输入/输出，以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息，都是通过这个缓冲器传递的。读/写控制逻辑:它与CPU的6根控制线相连，控制8255A内部的各种操作。控制线RESET用来使8255A复位。和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。控制线和用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向，即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道，或把状态信息或输入数据送到CPU。8255A的读/写控制逻辑的作用，是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号，转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。2.1.2.38255A的引脚信号与外设相连的PA7~PA0：A口数据信号线。PB7~PB0：B口数据信号线。PC7~PC0：C口数据信号线。与CPU相连的RESET：复位信号。当此信号来时，所有寄存器都被清除。同时三个数据端口被自动置为输入端口。D7~D0：它们是8255A的数据线和系统总线相连。CS:片选信号。在系统中，一般根据全部接口芯片来分配若于低位地址（比如A5、A4、A3）组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，于8255A被选中。只有当有效时，读信号写才对8255进行读写。RD：读信号。当此信号有效时，CPU可从8255A中读取数据。WR：写信号。当此信号有效时，CPU可向8255A中写入数据。A1、A0：端口选择信号。8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端口。规定当A1、A0：为00时，选中A端口；为01时，选中B端口；为10时，选中C端口；为11时，选中控制口。8255的基本操作如下表2-1所示。5表2—18255的基本操作2.1.2.4芯片8255A的技术参数，如下表2—2所示：参数说明：输入最低电压：min＝-0.5V，max＝0.8V输入最高电压：2.0V输出最低电压：0.45V输出最高电压：2.4V6表2—28255A的技术参数2.1.2.58255A工作方式控制字A口、B口为输出模式，工作于方式0。CPU中的数据经由数据线路到达8255A，再由A口、B口分别段选、位选后输出到LED。详细控制字见表2—3。表2—38255A的工作方式控制字方式0的工作特点这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。其功能为：①两个8位通道：通道A、B。两个四位通道：通道C高4位和低四位；②任何一个通道可以作输入/输出；③输出是锁存的；④输入是不锁存的；7⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。2.2选择LED七段数码管2.2.1LED七段数码管在实验中的作用LED发光二级管（Light-EmittingDiode），在本设计中采用7段发光二级管作为终端显示。物理构造：LED发光二级管，采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。2.2.2LED七段数码管的功能分析工作原理：当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。数字成像：七段LED显示器可以控制在哪几个数位上，哪几个发光二极管亮，从而显示数字。如果发光二极管共阳极，则输入为0时亮，为1时不亮，反之如果发光共阴极，则输入1时亮，0时不亮。在本实验中选用了共阴极。所谓共阴极是指将各LED二极管的阴极连接在一起（一般相连接地）各阳极接到相应器件引脚上。发光二极管是一种外加电压超过额定电压时发生击穿，并因此能产生可发光的器件，数码显示器通常由多个发光二极管来组成七段或八段笔画显示器，当段组合发光时，便会显示某一个数码管或字符，七段代码的各位用作a—g和DP的输入。COM为8个发光二极管的公共引线，实验中COM引线接内部8个二极管的阴极，abcdefg(dp)则为8个发光二极管的阳极的引线。实验中LED管采用动态显示：3个LED显示器按固定的时间间隔显示一段时间（1.25ms），利用人眼视觉滞后，感觉3个LED显示器同时点亮且无闪烁感。2.2.3LED七段数码管的技术参数表2—4LED显示的技术参数主要参数:此时的驱动电流为25mA。发光二极管的压降一般为1.5~2.0V，其工作电流一般取10~20mA为宜。发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。由于8255A的最大驱动电流为4.0mA，而LED的工作电流一般为10~20mA，所以需要加一个驱动器74LS244。2.2.4LED七段显示器的功能分析8表2—5LED真值表LED数字显示原理：如下图2—6为LED数码管及其框图图2—6LED显示器上面两图分别为外形图和原理图，当七段数码管点亮其中几段可显示数字和简单的西文字符，将七段数码管负极连接到一起称为公共端，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪个发光二极管点亮，在右图中如果在COM端接低电平，而在其他引出线上施加不同的电平，则对高电平的发光二极管就会点亮，由于将8个发光二极管负极全部连接在一起，称为共阴极数码管，还有将8个发光二极管的正极连接在一起，故称之为共阳极数码管。本次实验用的数码管需动态扫描显示，其接口电路将所有数码管的笔画控制段与a~h同名端连在一起，接到一个并行端口，每个公共极COM端由独立的I/O线控制，CPU向字模输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，究竟哪个数码管显示，取决于每个LED的COM端，所谓动态扫描，就是显示一位信息时，其他位不能显示，必须采用分时方法，轮流控制COM端。2.3选择光敏电阻92.3.1光敏电阻在本设计中的作用光敏电阻在实验中是用来提供模拟电压的，通过光照度的变化改变电阻值，提供变化的模拟电压。2.3.2光敏电阻的功能分析物理构造：光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。光敏电阻的原理结构：它