微机原理课程设计说明书

《微机原理及接口技术》课程设计说明书题目：基于PC机ISA或PCI总线的I/O卡设计院系：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机设09？姓名：学号：指导教师：宋志峰日期：2012-12-91目录一中文摘要……………………………………………………2二英文摘要……………………………………………………2三设计任务书……………………………………………………3四设计正文……………………………………………………41硬件设计……………………………………………………41.1PCI总线…………………………………………………41.1.1PCI总线特点………………………………………41.1.2PCI总线简介………………………………………41.274LS138译码器…………………………………………81.3比较译码器74LS688…………………………………………91.4地址锁存器74ALS373………………………………………91.5总线缓冲器74LS245…………………………………………101.6功率放大器ULN2803A………………………………………101.7光电耦合器…………………………………………………111.8发光二级管…………………………………………………122软件设计………………………………………………………123总结与体会……………………………………………………14五参考文献………………………………………………………152摘要随着计算机软硬件技术和控制、测量技术的不断发展，许多工程技术人员都将PC机作为控制、测量开发的首选平台。而PCI(PeripheralComponentInterconnect，即外围部件互连)总线作为一种高性能、通用的局部总线，是目前计算机插卡式外设总线的事实标准。PCI总线具有32/64位总线宽度。地址线和数据线复用，支持猝发传输，传输速率高达132MB/s;系统占用率低，具有较好的兼容性;有完备的即插即用(PnP)管理体制，可同时支持多组外围设备。虽然PCI总线也经历了从PCI、PCI-X到PCIExpress的发展，但PCI总线由于存在时间长，开发工具、开发资料众多，在对数据吞吐量要求不是很高的工业控制、测量领域仍有着顽强的生命力。在此处设计了基于PCI总线的数据采集卡，可以完成8路数字量I/O采集功能。关键词：微机原理；控制系统；单片机；汇编语言；接口设计AbstractAlongwiththecomputerhardwareandsoftwaretechnology,measurementandcontroltechnologycontinuestodevelop,manyengineeringandtechnicalpersonnelwillbePCasthecontrol,measurementanddevelopmentplatformofchoice.PCI(PeripheralComponentInterconnect,i.e.peripheralcomponentinterconnect)busisahighperformance,genericlocalbus,isthecomputerplug-inperipheralbusstandardinfact.PCIbuswith32/64buswidth.Addresslineanddatalinemultiplexing,supportingbursttransmission,hightransmissionrateupto132MB/s;thesystemoccupancyrateislow,whichhasgoodcompatibility;completeplug-and-play(PnP)managementsystem,cansimultaneouslysupportmultiplegroupsofperipheraldevices.AlthoughthePCIbusalsoexperiencedfromPCI,PCI-XtoPCIExpressdevelopment,butPCIbusduetothepresenceofalongtime,developmenttools,developmentofinformationmany,inthedatathroughputrequirementsisnotveryhighinindustrialcontrol,measurementfieldstillhasastrongvitality.InthisdesignbasedonthePCIbusdataacquisitioncard,cancompletethe8digitalI/Ocollectionfunction.Keywords：PrincipleofMicrocomputercontrolsystemchipmicrocomputerassemblerlanguageFramework3设计任务书一、设计题目：基于PC机ISA或PCI总线的I/O卡设计二、设计目的：1．通过PC机ISAI/O卡的设计巩固8086微机的接口知识，强化微机总线概念；2．学会利用电子CAD软件设计电路板，熟悉电路板的制作；3、建立基于PC机的测控概念，学会对ISAI/O卡实现简单的测控任务．三、设计要求：基本要求：1、设计一款具有8位可编程数字量输入和8位可编程数字量输出.2、利用Protel软件绘制电路板原理用，并生成PCB图；3、编写读入8位可编程数字量输入，然后从8位可编程数字量输出的程序。四、设计步骤：1、熟悉PC机ISA总线概念及ISA或PCII/O卡的设计要点；2、熟悉Protel99软件的使用；3、I/O卡原理设计：按照设计要求设计出I/O卡的电路原理图；4、I/O卡电路板布线：利用Protel软件生成'I/O卡的PCB板布线图；5、在设计出的I/O卡的基础上，编写读入8位可编程数字量输入，然后从8位可编程数字量输出，3个16位定时/计数器计数的程序，高级设计增加将1模拟量输入转到1模拟量输出；6、编写设计说明书；7、答辩；五、查询资料：1、ISA总线资料，pc104总线资料，PCI总线资料；2、芯片资料：CH365、74LS688、74LSl38、8255、8253、DAC0832、ADC0809等；4设计正文1硬件设计先在具体甄选设计过程中可能要设计的芯片，分析它们的功能特点，确定它们的工作模式；按照各芯片的使用特点以及本系统的设计要求逐步连接，画出系统硬件连接图，并生成PCB板。正如A3图纸系统硬件连接图所示，CPU我选用PC104，它足以完成8路数字量I/O采集功能；由于PCI104有32根地址与数据共用线，故有必要将地址码与数据码分开，PCI104采用了分时传送的方法，即先传送地址码，再传送数据码，故必须用锁存器将地址码锁存起来。我选用74系列的74LS373作为地址锁存器；由于外设、内存存取数据速度不匹配，故有必要使用缓冲器来暂时记忆存储数据，我选用74系列的74LS245作为数据缓冲器；存储器译码我采用全译码方式，用74LS688比较译码器可减少逻辑组合电路；可编程芯片的片选信号译码，我采用线译码方式，这样可以保证其端口地址只有8位，易于程序编写，因而74LS138译码器是最好的选择。在具体设计该系统时，我选用光电耦合器模拟数字量的输入输出，最后以发光二极管为负载的系统。1.1PCI总线1.1.1PCI总线特点PCI是先进的高性能局部总线，可同时支持多组外围设备。其特点是：总线操作与处理器一存储器子系统操作并行；线性突发传输；极小的存取延误；不受处理器限制；基于PCI卡设备信息，实现即插即用。PCI的地址空间有3类：存储器、I／O和配置地址空间。存储器空间和I／O空间同以前的ISA总线规范相同，而配置空间是PCI所特有的。配置空间使系统处理器能够枚举PCI总线上的各种设备，并根据设备要求自动配置存储器和I／O的地址空间。操作系统在自检的过程中检测所有PCI设备，读取设备的配置信息，并给每一设备分配系统资源，如中断、I／O空间、存储器空间等。在PCI系统结构中，为每个PCI都提供了256个字节(至少是前64个字节)的配置空间，这256个字节的配置空间中前64个字节称为头区域，是每一个PCI设备都应该实现的，他的主要功能是识别PCI接口设备，以及PC访问板卡的方式等。其余的192个字节根据不同的PCI设备有所不同。1.1.2PCI总线简介PC/104总线是嵌入式PC机所用的总线标准.有两个总线插头.其中Ｐ１有６４个引脚,Ｐ２有４０个引脚共有104个引脚,这也是PC/104名称5的由来.PC104有两个版本，8位和16位，分别与PC和PC/AT相对应。PC104PLUS则与PCI总线相对应.。PC/104模块本质上就是尺寸缩小为3.８英寸3.９英寸的ＩＳＡ总线板卡。它的总线与ISA在ＩＥＥＥ-Ｐ９９６中定义基本相同。具有１６位数据宽度，最高工作频率为８ＭＨｚ数据传输速率达到８ＭＢ／ｓ，地址线２４条，可寻访16M字节地址单元。所有PC/104总线信号定义和功能与它们在ISA总线相应部分是完全相同的。104根线分为5类：地址线、数据线、控制线、时钟线、电源线。简要介绍如下：（１）地址线ＳＡ０~ＳＡ１９和ＬＡ１７~ＬＡ２３ＳＡ０~ＳＡ１９是可锁存的地址信号,ＬＡ１７~ＬＡ２３是非锁存信号由于没有锁存延迟因而给外设插板提供了一条快捷途径。ＳＡ０~ＳＡ１９加上ＬＡ１７~ＬＡ２３可实现16MB空间寻址（其中ＳＡ１７~ＳＡ１９和ＬＡ１７~ＬＡ１９是重复的）（２）数据线数据线ＳＤ０~ＳＤ７和ＳＤ８~ＳＤ１５其中ＳＤ０~ＳＤ７位为低8位数据，ＳＤ８~ＳＤ１５为高8位数据6（３）控制线ＡEN：地址允许信号，输出线，高电平有效。ＡEN＝１，表明处于ＤＭＡ控制周期；ＡEN＝０，表示非ＤＭＡ周期。此信号用来在ＤＭＡ期间禁止Ｉ／Ｏ端口的地址译码。BALE：允许地址锁存，输出线。这信号由总线控制器８２８８提供，作为ＣＰＵ地址的有效标志。当ＢＡＬＥ为高电平时将ＳＡ０~ＳＡ１９接到系统总线。其下降沿用来锁存ＳＡ０~ＳＡ１９IOR：Ｉ／Ｏ读命令，输出线，低电平有效。用来把选中的Ｉ／Ｏ设备的数据读到数据总线上，在ＣＰＵ启动的周期通过地址线选择Ｉ／Ｏ。在ＤＭＡ周期，Ｉ／Ｏ设备由ＤＡＣＫ选择IOW：Ｉ／Ｏ写命令，输出线，低电平有效，用来把数据总线上的数据写入被选中的Ｉ／Ｏ端口SMEMR和SMEMW：存储器读／写命令，低电平有效，用于对ＳＡ０~ＳＡ１９这２０位地址寻址的１ＭＢ内存的读／写操作MEMR和MEMW：低电平有效，存储器读／写命令，用于对２４位地址线全部存储空间读／写操作MEMCS16和I/OCS16：它们是存储器１６位片选信号和Ｉ／Ｏ１６位片选信号，分别指明当前数据传送是１６位存储器周期和１６位Ｉ／Ｏ周期SBHE：总线高字节允许信号，该信号有效时表示数据总线上传，送的是高位字节数据ＩＲＱ３~ＩＲＱ７,ＩＲＱ９,ＩＲＱ１０~ＩＲＱ１５用于作为来自外部设备的中断请求输入线分别连在主片８２５９Ａ和从片８２５９Ａ中断控制器的输入端。其中ＩＲＱ１３留给数据协处理器使用，不在总线上出现。这些中断请求线都是边沿（上跳边）触发，三态门驱动器驱动。优先级排队是：ＩＲＱ０最高，依次为ＩＲＱ１，ＩＲＱ８~ＩＲＱ１５，然后是ＩＲＱ３~ＩＲＱ７ＤＲＱ０~ＤＲＱ３和ＤＲＱ５~ＤＲＱ７来自外部设备的ＤＭＡ请求输入线高电平有效，分别连在主片８２３７Ａ和从片８２３７Ａ。ＤＭＡ控制器输入端ＤＲＱ０优先级最高，ＤＲＱ７最低，ＤＲＱ４用于级联，在总线上不出现DACK0~DACK3和DACK5~DACK7：ＤＭＡ回答信号，低电平有效。有效时表示ＤＭＡ请求，被接受ＤＭＡ控制器占用总线，进入ＤＭＡ周期Ｔ／Ｃ：ＤＭＡ终末／记数结束输出线该信号是一个正脉冲表明ＤＭＡ传送的数据已达到其程序预置的字节数，用来结束一次ＤＭＡ数据块传7送MASTER：输出信号，低电平有效，它由要求