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1、武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书1摘要工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。本次设计所采用的主体芯片有 8086CPU 和可编程并行接口芯片 8255A，其中，8086CPU 曾是使用广泛的 16 位微处理器，具有 40 个管脚的双列直插式封装芯片，内外数据线都为 16 位，地址线为 20 位，直接寻址为 1MB。而 8255A是一种通用的可编程并行 I/O 接口芯片，广泛用于几乎所有系列的微机系统中，它的各端口内具有中断控制逻辑，在外
2、设于 CPU 之间可以用中断方式进行信息交换，使用条件传输方式时可用“联络”线进行控制。数字 P ID 控制系统是时间的离散系统,计算机对生产过程的控制是断续的过程. 即在每一个采样周期内,传感器将所测数据转换成统一的标准信号后输入给调节器,在调节器中与设定值进行比较得出偏差值,经 PID 运算得出本次的控制量,输出到执行器后才完成了本次的调节任务。关键字：计算机控制 8086CPU 8255A 数字 PID武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书2目录摘要 .11 直流电机及主要芯片介绍 .31.1 直流电机的工作原理 .31.2 直流电机的调速方法 .31.3 8086CPU 介绍 .41
3、.4 8255A 芯片 .61.5 74LS48 芯片 .71.6 74LS373 芯片 .81.7 L298 芯片介绍 .82 系统硬件设计 .92.1 各部分电路详细原理图 .102.1.1 显示驱动电路 .102.1.2 电机驱动电路 .112.1.3 8086 控制电路 .122.1.4 8255 控制电路 .133 系统的软件设计 .143.1 总体设计思路 .143.2 按键检测子程序流程图 .164 运行结果与分析 .18课程设计感想及体会 .21参考文献 .22附录：源程序 .23武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书3直流电机微型计算机速度控制系统的设计1 直流电机及主要芯
4、片介绍1.1 直流电机的工作原理直流励磁的磁路在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流电动机的工作原理很直观，给两个电刷加上直流电源，有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体 ab和 cd 收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判
5、定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动；如果转子转到一定位置，电刷 A 和换向片 2接触，电刷 B 和换向片 1 接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是 dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体 ab 和 cd 受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由线圈边 ab 和 cd 流入，使线圈边只要处于 N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷 A 流入的方向，而在 S 极下时，总是从电刷 B 流出的方向，这就保证了每个磁极下线圈边中的电流始终是一个方向，这样的结构，
6、就可使电动机连续旋转。1.2 直流电机的调速方法根据直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直流电动机的调速方法有三种：（1）调节电枢供电电压 U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书4内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。（2）改变电动机主磁通 。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速） ，从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。变化时间遇到的时间常数同 变化遇
7、到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。（3）改变电枢回路电阻 。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，必要时把调压调速和弱磁调速两种方法配合起来使用。1.3 8086CPU 介绍Intel 8086 是一个由 Intel
8、 于 1978 年所设计的 16 位微处理器芯片，是 x86架构的鼻祖。不久，Intel 8088 就推出了，拥有一个外部的 8 位数据总线，允许便宜的芯片用途。它是以 8080 和 8085(它与 8080 有组合语言上的原始码兼容性)的设计为基础，拥有类似的寄存器组，但是数据总线扩充为 16 位。总线界面单元(Bus Interface Unit)透过 6 字节预存(prefecth) 的队列(queue)喂指令给执行单元(Execution Unit)，所以取指令和执行是同步的，8086 CPU 有 20 条地址线，可直接寻址 1MB 的存储空间，每一个存储单元可以存放一个字节（8位）二
9、进制信息。为了便于对存储器进行存取操作，每一个存储单元都有一个惟一的地址与之对应，其地址范围用十进制表示为 01048575，用十六进制表示为 00000HFFFFFH。Intel 8086 拥有四个 16 位的通用寄存器，也能够当作八个 8 位寄存器来存取，以及四个 16 位索引寄存器(包含了堆栈指标)。资料寄存器通常由指令隐含地使用，针对暂存值需要复杂的寄存器配置。它提供 64K 8 位元的输出输入(或 32K 16 位元)，以及固定的向量中断。大部分的指令只能够存取一个内武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书5存位址，所以其中一个操作数必须是一个寄存器。运算结果会储存在操作数中的一个。
10、 Intel 8086 有四个 内存区段 (segment) 寄存器，可以从索引寄存器来设定。区段寄存器可以让 CPU 利用特殊的方式存取 1 MB 内存。8086 把段地址左移 4 位然后把它加上偏移地址。大部分的人都认为这是一个很不好的设计，因为这样的结果是会让各分段有重叠。尽管这样对组合语言而言大部分被接受(也甚至有用)，可以完全地控制分段， ，使在编程中使用指针 (如 C 编程语言) 变得困难。它导致指针的高效率表示变得困难，且有可能产生两个指向同一个地方的指针拥有不同的地址。更坏的是，这种方式产生要让内存扩充到大于 1 MB 的困难。而 8086 的寻址方式改变让内存扩充较有效率。在
11、这个系统中，8086 作为整个系统的主控芯片，用来控制协调整个系统的工作如图所示就是仿真中的 8086 芯片的模型，这里隐藏了 8086 的 VCC 和GND 两个引脚。如图 1-1武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书6图 1-1 8086 引脚图1.4 8255A 芯片武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书7图 1-2 8255A 引脚图8255A 在使用前要写入一个方式控制字，选择 A、B、C 三个端口各自的工作方式，共有三种; 方式 0 ：基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O 方式。其中 A、B 、C 口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。 方式 1 ：选通
12、I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有 A 口和B 口可以工作在方式 1，此时 C 口的某些线被规定为 A 口或 B 口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的 I/O 功能，即只工作在方式 0. 方式 2： 双向 I/O 方式，只有 A 口可以工作在这种方式，该 I/O 线即可输入又可输出，此时 C 口有 5 条线被规定为 A 口和外围设备的双向联络线， C 口武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书8剩下的三条线可作为 B 口方式 1 的联络线，也可以和 B 口一起方式 0 的 I/O 线。8255A 是一个并行输入、输出器件，具有 24 个可编程设置的 I/O 口，包括3 组
13、 8 位的 I/O 为 PA 口、PB 口、PC 口，又可分为 2 组 12 位的 I/O 口：A 组包括 A 口及 C 口高 4 位，B 组包括 B 口及 C 组的低 4 位。 A 口可以设置为方式 0、方式 1、方式 2，B 口与 C 口只能设置为方式 0 或方式 1.RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0 时,表示芯片被选中，允许 8255 与 CPU 进行通讯;/CS=1 时,8255 无法与 CPU 做数据传输.RD:读信号线，当这个输入引脚为低
