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1、计算机科学与技术系微机原理与接口技术课程设计20132014学年第1学期课程设计题目家用电风扇课程设计院系名称合肥学院-计算机科学与技术系专业计算机科学与技术班级11计本1班姓名（学号）指导教师2014年1月目 录1 功能分析及解决方案21.1功能需求分析21.2解决问题方法及思路22硬件设计32.1可编程并行接口82555 2.2步进电机52.3开关52.4 LED灯52.5硬件总逻辑图及其说明53 控制程序设计63.1控制流程设计及其思路说明63.2程序流程图63.3 控制程序64上机调试过程74.1 硬件调试74.2 软件调试84.3 联机调试84.4 调试结果及问题的提出85设计结果分
2、析及问题讨论95.1 课程设计及结果分析105.2 问题讨论105.3 收获、体会和意见10附录1 系统原理图111.功能分析及解决方案1.1功能需求分析本次课程设计任务主要模拟家用风扇的各种功能，设计一种控制器能实现对各种功能的控制，在风扇任意时刻运行时都对其实现各种功能的切换，充分体现其的可控制性。在基本的弱电环境下的各种芯片实现对强电的控制的一种典型实例。利用汇编语言与硬件结合，在各种基本的接口芯片实时通信，接收对应的按键信号，再基于硬件的基础用汇编语言实现各种逻辑关系转换而输出相应的控制信号从而实现各种功能的控制与转换。1.2解决问题方法及思路设计一个家用风扇控制器。控制器面板为：按钮
3、三个，分别为风速、类型和停止，LED指示灯六个，指示风速强、中、弱，类型为睡眠、自然和正常。电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮，只有按下“风速”键时，才会响应，进入起始工作状态；电扇在任何状态，只要按停止键，则进入停转状态。电扇处于工作状态时，有：(1) 初始状态为：风速-“弱”，类型-“正常”；(2) 按“风速”键，其状态由“弱”“中”“强” “弱” 往复循环改变，每按一下按键改变一次；(3) 按“类型”键，其状态由“正常”“睡眠”“自然”“正常” 往复循环改变；风扇风速的弱、中、强对应于电扇的转动由慢到快。风扇类型的不同选择，分别为：(1) 正常电扇连续运转；(2) 自然电扇模拟自然风，即
4、转4s，停8s；(3) 睡眠电扇慢转，产生轻柔的微风，运转 8s，停转8s；按照风速与类型的设置输出相应的控制信号。本次课程设计任务主要基于8086以及各种接口芯片结合汇编语言实现对家用风扇的控制器的模拟。我主要运用8086CPU结合汇编语言编写的软件来实现各种信号的处理与变换，以得到想要的控制信号，并用接口芯片8255A实现信号的输出与接收。2硬件设计2.1可编程并行接口82551. 8255特性一个并行输入/输出的LSI芯片，多功能的I/O器件，可作为CPU总线与外围的接口。具有24个可编程设置的I/O口，即使3组8位的I/O口为PA口，PB口和PC口。它们又可分为两组12位的I/O口，A
5、组包括A口及C口(高4位,PC4PC7)，B组包括B口及C口(低4位,PC0PC3)。A组可设置为基本的I/O口，闪控(STROBE)的I/O闪控式，双向I/O3种模式；B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式，而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。A0,A1为地址选择线，用来选择8255的PA口、PB口、PC口和控制寄存器。当A0=0,A1=0时，PA口被选择；当A0=0,A1=1时，PB口被选择；当A0=1,A1=0时，PC口被选择；当A0=1,A1=1时，控制寄存器被选择。2. 8255A的控制字8255A 有两类控制字：一类控制字用于定义个端口的工作方式，称为方式选择控制字
6、；另一类控制子用于C端口的任意一位进行置位或复位操作，称为置位复位控制字。(1) 方式选择控制字8255A具有三种基本工作方式，在对8255A进行初始化编程时，应向控制字寄存器写入方式悬着控制字，用来规定8255A各端口的工作方式。方式0基本输入输出方式方式1选通输入输出方式方式2双向总线I/O方式 A口：可工作于方式0，1，2任何一种B口：只能工作于方式0,1(不能为方式2)C口：分成双4位，可基本I/O，还可输出A，B口控制信号，输入A，B的状态。 (2) 置位复位控制字C口的数位常用来产生控制信号（如应答式数据传送中断请求信号）或其他应答信号，可通过置位复位控制字来使端口C的任一位引脚的
7、输出单独置“1”或置“0”。3.8255A的部分技术参数表1标识符最小最大测试条件输入低电平（VIL）-0.5V0.8V输入高电平（VIH）2.0V5V输出低电平（VOL）DB0.45VIOL=2.5mA输出低电平（VOL）PER0.45VIOL=1.7mA输出高电平（VOH）DB24VIOH=-400A输出高电平（VOH）PER24VIOH=-200A驱动电流-1.0mA-4.0mAREXT=750VEXT=1.5V供应电流120 mA2.2步进电机1.步进电机的速度控制及运动规划步进电机区别于其他控制用途电机的最大特点是，它可接受数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位
8、移，因而本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。而且它能进行开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。这样的增量位置控制系统与传统的直流伺服系统相比，其成本明显降低，几乎不必进行系统调整。因此，步进电机广泛应用于数控机床、机器人、遥控、航天等领域，特别是微型计算机和微电子技术的发展，使步进电机获得更为广泛的应用。2. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图3-1是该四相反应式步进电机工作原理【图1】图1四相反应式步进电机工作原理图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相
9、磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿 之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类 推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既
10、可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。3.步进电机的速度特性步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失步，启动频率是不高的。特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差10倍之多。为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从
11、最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度（等于或稍大于启动速度）。因此，步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动加速高速运行（匀速）减速停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，【图3】图32.3开关1.功能开关对步进电机的各种模式进行控制2.功能分析对步进电机进行控制，当开关打开时程序会扫描开关获得信息然后进入相应的模式中。2.4LED灯1)LED在本设计中的作用本设计利用二极管能发光的特性，用于显示开关闭合。2)LED功能分析当开关打开时，其对应的LED灯就会发光，给出提示。3)LED技术参数LED的压降一般为1.52.0V，其工
12、作电流一般取1020mA为宜。3 控制程序设计 3.1控制流程设计及其思路说明8255内部包含3个8位的输入输出端口A、B和C，端口A和端口B都可以用作一个8位的输入口或8位的输出口，端口C既可以作为一个8位的输入口或8位的输出口，又可以作为两个4位的输入输出口（C口上半部分和C口下半部分）使用，还可以配合A口和B口工作，分别用来产生A口和B口的输出控制信号和输入A口和B口的端口状态信号3.2程序流程图开始初始化8255A是否有风速键按下N初始化风速-“弱”，类型-“正常”风扇运行控制模块是否有键按下N是风速键按下风速控制模块序是类型键按下类型控制模块序是定时键按下定时控制模块序YYYYN是停
13、止键按下停止控制模块序YNNNY3.3 控制程序MY8255_A EQU 0FF00H ;8255A MY8255_B EQU 0FF01H ;8255B MY8255_C EQU 0FF02H ;8255C MY8255_MODE EQU 0FF03H ;8255 STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?) STACK1 ENDS DATA SEGMENT DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV DX,MY8255_MODE MOV AL,90H OUT DX,AL MOVDX,MY8255_C MOVAL,00H OUTDX,AL MOVDX,MY8255_B MOVAL,0FFH OUTDX,ALSTART1: MOVDX,MY8255_A/对8255A口进行扫描 INAL,DX ANDAL,00001000B CMPAL,08H/对按键进行判断 JNZT1 CALLZIRAN /调用自然模式T1: MOVDX,MY8255_A INAL,DX
