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1、合肥学院计算机科学与技术系微机原理与接口技术课程设计20092010学年第一学期课程设计科目基于AD的流量控制器的设计学生姓名沈宏亮学号0704011018班级 07计本（1）班指导教师 高玲玲2010年1月一、题义分析与解决方案1. 题义需求分析用STAR ES598PCI 单板机开发机设计一个模拟探流器。用电压信号模拟流量信号，采用A/D转换的对模拟点信号进行数字量转换，转换结果通过LED显示，并和预设的阀值相比较，当流量达到预设阀值1后，探测器发出低频率声音报警，当流量达到预设阀值2后，探测流发出高频声音报警。根据题目要求进行以下几点分析：1) 输入的电压值是模拟信号，而检测的值只能为数
2、字信号。因此对05V的模拟电压信号进行检测前，要利用A/D转换器（ADC0809）将模拟量转换为数字量。2) 选用8255A作为微处理器的输入输出接口芯片,最后将3位数字信号量显示到LED显示器上。3) 因为要对信号进行阀值检测，因此自行设定阀值大小：通过开关来设置阈值。4) 当流量达到预设阀值1后，探测器发出低频率声音报警，当流量达到预设阀值2后，探测流发出高频声音报警。声音可用蜂鸣器。2. 解决问题方法及思路1）硬件部分ADC0809模数转换器一片（用于将采集的模拟信号转换成数字信号）可编程并行接口芯片8255一片蜂鸣器一个（用于报警声音提示）七段LED显示器（用于显示电压值以及阀值）80
3、86通过8255同ADC0809相连，由电位器将模拟量送入ADC0809，并由8255采用查询工作方式控制ADC0809工作。8086通过8255向报警系统蜂鸣器以及七段LED显示器发送控制信号。2）软件部分首先对8255进行初始化设置，设置8255的工作方式和端口地址，然后启动ADC0809的程序进行模/数转换，通过ADC0809信道0将输入的05V的模拟电压信号转换成数字信号并将其保存在AH寄存器中，比较AH的值与事先定义的阈值进行比较，若小于则继续采集信号并通过七段LED显示器显示转换后的值，当流量达到预设阀值1后，探测器发出低频率声音报警，当流量达到预设阀值2后，探测流发出高频声音报警
4、，蜂鸣器相连的PC1端口置位（置低电平有效），进行报警，再经过延时后再进行复位重新进行模拟信号的转换。二、硬件设计1 ADC0809模数转换器11 ADC0809的作用众所周知，CPU能应用的只能是数字量。而本设计中的输入电压为模拟信号，因此需要ADC0809进行模数转换，将采样电压转换为数字信号。12 ADC0809的功能分析图1-1 ADC0809原理图模/数转换是指通过一定的电路将模拟量转变为数字量，由于模拟量是连续的，而数字量是离散的，所以，一般在某个范围中的模拟量对应于某一数字量，这就是说，在A/D转换时，模拟量和数字量之间并不是一一对应的关系。即从理论上，有一个转换精度的问题，转换
5、精度反映了A/D 转换器的实际输出接近理想输出的精确程度，A/D转换的精度通常是用数字量的最低有效位（LSB）来表示的，设数字量的最低度有效位于对应于模拟量，这时，我们称为数字量的最低有效位的当量，ADC0809采用的是逐位逼近A/D转换，逐位逼近A/D转换时，也用D/A转换器的输出电压来驱动运算放大器的反相端，不同的是用逐位式进行转换时，要用一个逐位逼近寄存器存放转换好的数字量，转换结束时，将数字量送到缓冲寄存器中，当启动信号由高电平变为低电平时，逐位逼近寄存清零，这时D/A转换器输出电压V0也为0，当启动信号变为高电平时，转换开始。同时，逐位逼近寄存进行计数。逐位逼近寄存器工作是从最高位开
6、始，通过设置试探值来计数，在第一个时钟脉冲时，控制电路板最高位送到逐位逼近寄存器，使它输出为1000 0000，则D/A转换器输出电压V0为满量程值128/255，若V0大于Vi，则作为比较器的运算放大器的输出成为低电平，控制电路据此清除逐位逼近寄存器中的最高位；若V0小于Vi,则比较器输出高电平，控制电路使最高位的1保留下来，如果最高位被保留，则值1000 0000下一个时钟脉冲使次高位D6为1，于是逐位逼近寄存器值为1100 0000，V0为满量程值192/255。此后，若V0大于Vi，则比较器输出低电平，从而使次高位D6复位，如果V0小于Vi,则比较器输出高电平，从而保留高位D6为1，再
7、下一个时钟脉冲D5置1，比较直到D0为1，再与输入电压比较，经N次比较，寄存器中得到的值就是转换后的数据，转换以后，控制电路送出一个低电平作为结束信号，这个信号的下降沿将逐位逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，从而得到数字量输出。13 ADC0809的技术参数 1） 分辨率表示转换器对微小输入量变化的敏感程度，通常用转换器输出数字量的位数来表示。例如，对8位A/D转换器，其数字输出量的变化范围0-255，当输入电压满刻度为5V时，转换电路对输入模拟电压的分辨率能力为5V/25519.6mV。目前常用的A/D转换集成芯片的转换位数有8位、10位、12位和14位等。2） 绝对精度是指与数字输出量所
8、对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。通常以数字量最低位所代表的模拟输入值VLSB来衡量。3） 转换时间是完成一次转换所需要的时间。目前，常用的A/D转换集成芯片的转换时间约为几个us到200us。在选用A/D转换集成芯片时，应综合考虑分辨率、精度、转换时间、使用环境温度以及经济性等因素。12位A/D转换器常用于高分辨率系统，陶瓷封装A/D转换芯片适用于-25+85或-55+125工作环境，塑料封装芯片适用于070工作环境。4） 温度系数和增益系数都是表示A/D转换器受环境温度影响的程度。一般用每摄氏度变化所产生的相对误差作为指标，以ppm/为单位表示。5）A/D转化器对电源电压变化的抑
9、制比（PSRR），用改变电源电压使数据发生1LSB变化时所对应的电源电压变化范围来表示。2 选择芯片8255A图2-1 8255的内部结构21 8255A的作用本实验利用8255A将模拟量转换后的数字量传送到 CPU。此外，8255采用查询工作方式控制ADC0809工作。8086通过8255向报警系统（蜂鸣器）以及七段LED显示器发送控制信号。22 8255A的功能分析8255A是可编程并行接口，可以根据外界条件（I/O设备需要的信号线和它能提供的状态线）来使其构成多种接口电路。它是一种通用的可编程的并行I/O接口芯片，可用与连接PCI卡与外设，实现数据的的输入输出功能，可以对输入/输出的数据
10、进行数据锁存和数据缓冲，有中断请求信号，可以向CPU发出中断请求，能进行单向和双向通信。8255A的数据总线缓冲器是一个三态8位双向缓冲器，用作8255A同系统数据总线相连时的缓冲部件，CPU通过执行输入/输出指令来实现对缓冲器发送或接收数据。8255A的控制字或状态字也是通过该缓冲器传送的。PA、PB、PC三口均工作在方式0状态。(1) 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。(2) 方式0的功能为：a.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；b.任何一个通道可以作输入/输出；c.输出是锁存的；d.输入
11、是不锁存的；e.在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合；8255A的操作功能表 A1 A0操 作数 据 传 送 方 式0 0 1 0 0读 A 口A口数据 数据总线0 0 1 0 1读 B 口B口数据 数据总线0 0 1 1 0读 C 口C口数据 数据总线0 1 0 0 0写 A 口数据总线数据 A口0 1 0 0 1写 B 口数据总线数据 B口0 1 0 1 0写 C 口数据总线数据 C口表2-2 8255A的操作功能表23 8255A的技术参数 8255A的引脚信号1）与外设相连的PA7PA0：A口数据信号线。PB7PB0：B口数据信号线。PC7PC0：C口数据信号线。2）与C
12、PU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。D7D0：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：A1、A0为00时，选中A端口；
13、A1、A0为01时，选中B端口；A1、A0为10时，选中C端口；A1、A0为11时，选中控制口；参数名称符号测试条件规范值最大最小输入低电平电压VIL0.8v-0.5v输入高电平电压VIHVcc2.0v输入低电平电压VOLIOL=2.5mA0.45v输入低电平电压VOLIOL=1.7mA0.45v输入高电平电压VOHIOH=-400A2.4v输入高电平电压VOHIOH=-200A2.4v达林顿驱动电流IDARREXT=750VEXT=1.5v-0.4mA1.0mA电源电流ICC120mA输入负载电流IILI=VCC0v+10mA-10mA输出浮动电流IOFLVOUT=VCco0v+10mA-1
14、0mA表2-3 8255A基本参数表24 8255A的方式控制字8255A的控制字有两种:一种是方式选择控制字,另一种是C口按位置位/复位控制字 方式选择控制字 C口按位置位/复位控制字3 七段LED显示器31 LED在本设计中的作用 LED为发光二极管（Light-Emitting Diode），在本设计中采用7段数字发光二级管，做为终端显示，主要是作为显示采样电压值以及界限值。32 LED功能分析物理构造：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。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。如果发光二极管共阳极，则输入为0，则发光；当为1时，不发光。反之，如果发光共阴极，则输入1为发光，0时为不发光。数字成像：将七个发光管进行组合，排列成数字图形8，再根据需要控制七个管的亮与灭，便可显示某一数码或字符。7段代码的个位（bit0-bit7）用作a-g和DP的输入。LED数码管及其框图如下：图3-1 LED数码管及
