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1、微机原理及接口技术课程设计2010/2011 学年第 2 学期学 院 ： 中北大学 专 业 ： 测控技术与仪器起 迄 日 期 : 5 月 16 日 5 月 27 日课 程 设 计 地 点 :指 导 教 师 :姓 名 .学 号 :一课程设计目的通过课程设计，掌握 8253 的控制字的设置、工作方式、编程原理和微机接口方法，熟悉 8088 的功能几个管脚的作用；提高理论联系实际的解决实际问题的能力，提高对接口技术等相关硬件知识的深入理解，进而提高动手能力和学习兴趣为顺利进入毕业环节做必要的准备。二课程设计内容以 8088CPU 为核心设计一个数字频率计，要求能测量 1HZ1MHZ 频率范围的矩形和
2、正弦波的频率或周期。三课程设计要求用 8253 芯片设计电路图，画出电路原理图，说明工作原理，编写程序。四数字频率计基本原理1数字频率计的原理1）数字频率计是用于测量信号(方波、正弦波或其它脉冲信号)的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量迅速，读数方便等优点。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为 1 秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是
3、用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为 fNT，其中，f 为被测信号的频率，N 为计数器所累计的脉冲个数。 T 为产生 N 个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在 1S 内记录 1000 个脉冲，则被测信号的频率为 1000Hz。晶振产生较高的标准频率，经分频器后可获得各种时基脉冲(1mS，10mS，0.1S，1S等)，时基信号的选择由开关 k 控制。用单稳态触发器产生指
4、令和清零信号，对置零信号而言，当达到所调节的延时时间时，延时电路输出一个复位信号，使计数器和所有的触发器量 0，为后续新的一次取样作好准备，即能锁住一次显示的时间，使保留到接受新的一次取样为止。2）系统框图从数字频率计的基本原理出发，根基设计要求，得到如图 1 所示的电路框图图 1. 电路系统框图28088CPU 的原理8088 CPU 是一块具有 40 条引出线的集成电路芯片，如图 2 所示。为了减少芯片的引线，有许多引线具有双重定义和功能，采用分时复用方式工作，即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。同时，8088CPU 上的 MN/MX=1 时，8088CPU 工作在最小模式之下。此时
5、，构成的微型机中只包括一个 8088CPU，且系统总线由 CPU 的引线形成，微型机所用的芯片最少。当 MN/MX=0 时，8088CPU 工作在最大模式之下。在此模式下，构成的微型计算机中除了有 8088CPU 之外，还可以接另外的 CPU（如 8087），构成多微处理器系统。 图 2. 8088CPU 管脚图数据总线 D0D 15：双向传输， 可分别使用其低 8 位或高 8 位，该总线与地址总线A0A 15共用 CPU 引脚形成复用总线 AD0AD 15， 地址、数据分时传送。地址总线 A0A 19：20 位，单向，地址由 CPU 产生，用于寻址访问存储器单元或 IO端口。A 0A 15与
6、 D0D 15复用，A 16A 19与状态信号 S3S 6复用(A 16/S3 A 19/S6)。其中AD15AD 0地址数据复用信号（标号 216、39） ，双向，三态。状态信号 S3S 6：S 6：指示 8088 当前是否与总线相连。S 60 表示 8088 连在总线上。S5：表示中断允许标志状态。S 51 表示中断允许标志 IF1（对可屏蔽中断请求起作用）。S 50 表示 IF0，禁止可屏蔽中断。S 4和 S3用来指出当前使用的段寄存器。 S4、S 3代码组合对应的含义如下表所示。S4 S3 当前正使用的段寄存器0 0 ES0 1 SS1 0 CS 或未使用任何段寄存器1 1 DSRD(
7、Read)：读信号（标号 32） ，输出，三态。RD 信号有效，表示 CPU 执行一个对存储器或 I/O 端口的读操作，在一个读操作的总线周期中，RD 在 T2T 3状态中有效，为低电平。为 0 时，CPU 作读操作。WR(Write)：写信号（标号 29） ，输出，三态。WR 信号有效，表示 CPU 执行一个对存储器或 I/O 端口写操作，在写操作总线周期中，WR 在 T2T 3状态中有效，为低电平。为 0 时，CPU 作写操作；M/IO，RD，WR 组合成系统的存储器和端口的读写信号：MEMR，MEMW，IOR，IOW。高电平有效时，将地址存入外部地址锁存器。通常用 RD#以及WR#信号控
8、制存储器或 I/O 的读出和写入端。RD 和 WR 指出 CPU 当前进行的是读还是写操作， 它和 M/IO 信号一起，指出当前进行的是存储器读、I/O 读、存储器写、I/O 写四种操作中的哪一种。RD 和 WR 信号除了在 T2T 3状态中有效外，还在 TW（等待）状态有效。下表为对存储器或 I/O 的读写操作选择。RD WR M/IO 对应的操作0 1 0 I/O 写操作0 1 1 存储器写操作1 0 0 I/O 读操作1 0 1 存储器读操作38253 的原理8253 是一种可编程的计数器/定时器芯片，如图 3 所示。 8253 内部具有 3 个独立的 16 位计数器通道，通过对它进行编
9、程，每个计数器通道均有 6 种工作方式，并且都可以按 2 进制或 10 进制 2 种格式进行计数，最高计数频率能达到 2MHz。 8253 还可用作可编程方波频率产生器、分频器、程控单脉冲发生器等。图 3. 8253 管脚图D0D7：8 位双向数据线，用来传送数据、控制字和计数器的计数初值。CS：选片信号，输入。低电平有效，由系统高位 I/O 地址译码产生。RD：读控制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示 CPU 要对此定时器芯片进行读操作。WR：写控制信号，输入，低电平有效，当它有效时表示 CPU 要对此定时器芯片进行写操作。A 0，A1：地址信号线。CLK0CLK2：每个计数器的时钟信号
10、输入端。GATE0GATE2：门控信号，用于控制计数的启动和停止，GATE=1 时计数允许，GATE=0 时停止计数。OUT0OUT2：计数器输出信号。474LS48 七段译码器BCD-七段显示译码器（74LS48）因为计算机输出的是 BCD 码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把 BCD 码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的 BCD 码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”。 1）输入：8421BCD 码，用 A3 A2 A1 A0 表示（4 位）。 2）输出：七段显示，用 Ya Yg 表示（7 位） 3）逻辑符号：七段显示
11、译码器在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动 器和显示器等部分组成，如图 4 所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。 图 4 数字显示电路方框图数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉
12、光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。 数字显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示 015 等阿拉伯数字。在实际应用中，1015 并不采用，而是用 2 位数字显示器进行显示。 图 5 七段数字显示器发光段组合图按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类： 7448 七段显示译码器 7448 七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制
13、端，以增强器件的功能。 7448 的功能表如下表所示，它有 3 个辅助控制端 LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下： 灭灯输入 BI/RBO BI/RBO 是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当 BI/RBO 作输入使用且 BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入 ag 均为 0，所以字形熄灭。 试灯输入 LT 当 LT0 时，BI/RBO 是输出端，且 RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出 ag 均为 1,显示字形 8。该输入端常用于检查 7488 本身及显示器的好坏。 7488 功能表 动态灭零输入 RBI当 LT1，RBI0 且输入代码 DCBA000
14、0 时，各段输出 ag 均为低电平，与 BCD 码相应的字形熄灭，故称“灭零”。利用 LT=1 与 RBI=0 可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO 是输出端，且 RBO=0。动态灭零输出 RBOBI/RBO 作为输出使用时，受控于 LT 和 RBI。当 LT1 且 RBI0，输入代码 DCBA=0000时，RBO=0；若 LT=0 或者 LT1 且 RBI1，则 RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 从功能表还可看出，对输入代码 0000，译码条件是：LT 和 RBI 同时等于 1，而对其它输入代码则仅要求 LT1，这时候，译码器各段 ag 输出的电平是由输入
15、 BCD 码决定的，并且满足显示字形的要求。5频率测量方法频率测量方法有 M 法，T 法，M/T 法，测量的基本要求是快速准确。（1）M 法：测量计数在一定时间 Tc 内的信号脉冲数 M。譬如，Tc1 秒，计数值M1200，则信号频率为 1200Hz； Tc0.1 秒，计数值 M=1200，则信号频率为12000Hz。显然，M 法适用于高频信号的测量。（2）T 法：测量一个完整脉冲的周期 T，则此周期 T 的倒数就是待测频率。譬如，测得 T0.1ms，则信号频率为 10000Hz。显然，T 适用于低频信号测量。五、编写程序(设 8253 端口地址为 40H43H)（1）8253 初始化（五微秒信号）-FOR8253: MOV DX,0FFFBHMOV AL,36H ;0111 0110 CT1，方式 3OUT DX,ALMOV AL,76H ;0011 0000 CT0，方式 0 OUT DX,ALMOV DX,0FFF9HMOV AX,18432 ;(6144) CT1 产生 10ms 方波OUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,ALMOV DX,0FFF8HMOV AX,2 ; ;5ms 脉冲OUT DX,AlMOV AL,AHOUT DX,ALRET-
