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1、微型计算机原理及接口技术课程设计 学院： 信息工程学院专业： 电子信息工程班级： 24030802学号： 姓名： 指导教师：李伟 1月 4日至 1 月 9日 共 1 周 指导教师（签字） 一、 设计指标 设计一个数据采集系统 基本要求：微型计算机最小系统 具有8路模拟输入 输入信号为0500mV 采用数码管8位，显示十进制结果 输入量与显示误差小于1% 中断方式二、 设计方案与论证 考虑本数据采集系统要求，该系统的功能框图如下放大电路 ADC 0809CPU系统8088 PC总线 模拟输入 显示器 8255A8259A(一） AD转换器的选择1、根据AD转换器基本原理及特点，可以分为以下类型：
2、积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。2）逐次比较型（如ADC0809）逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较
3、高、功耗低，在低分辩率（12位）时价格很高。3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。串行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipe
4、lined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。4）-(Sigma?/FONTdelta)调制型（如AD7705） -型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的
5、电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。6）压频变换型（如AD650）压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换。考虑到设计指标要求8路模拟输入，可采用的A/D转换器有多种如：AD574、ADC0809、
6、ADC0804等，但是ADC0809本身具有8路模拟输入端，不需要多路开关，考虑节省硬件开支故采用ADC0809作为模数转换器。2、 ADC0809的技术指标如下 ：（1）主要特性l 具有8路模拟输入，8位AD转换器；l 转换时间为100us；模拟输入电压范围0V+5V,不需要零点和满刻度校准；l 低功耗，约15mW。（2）内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图2所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8路开关树型D/A转换、逐次逼近型寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微
7、处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。 图 图2ADC0809内部结构图 图3 ADC0809的引脚图3.外部引脚功能 1)与CPU相连的引脚 D0D7：8位数字量输出端。通常与CPU的数据线相连接。 START：AD转换启动信号，输入，高电平有效。 ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE：地址锁存允许信号，输入、高电平有效。 OE：输出允许信号，输出、高电平有效。 EOC：AD转换结束信号，输出、高电平有效。 2)与外设相连的引脚IN0 IN7：8路模拟信号输入端。 3)其它引脚 CLK：时钟脉冲输入端。 REF(+)、REF(-)：基准电
8、压。般与微机接口时，REF(-)为0或-5V，REF(+)为+5V或0。（二） 中断控制器的选择 1）中断系统功能组成l 实现中断响应和中断返回当CPU收到中断请求后，能根据具体情况决定是否响应中断，如果CPU没有更急、更重要的工作，则在执行完当前指令后响应这一中断请求。 l 实现优先权排队通常，系统中有多个中断源，当有多个中断源同时发出中断请求时，要求计算机能确定哪个中断更紧迫，以便首先响应。为此，计算机给每个中断源规定了优先级别，称为优先权。这样，当多个中断源同时发出中断请求时，优先权高的中断能先被响应，只有优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。计算机按中断源优先权高低逐次响应的
9、过程称优先权排队，这个过程可通过硬件电路来实现，亦可通过软件查询来实现。 l 实现中断嵌套当CPU响应某一中断时，若有优先权高的中断源发出中断请求，则CPU能中断正在进行的中断服务程序，并保留这个程序的断点（类似于子程序嵌套），响应高级中断，高级中断处理结束以后，再继续进行被中断的中断服务程序，这个过程称为中断嵌套。2） 中断系统的组成 微处理器应有处理中断请求的机制与相关硬件电路：接收请求，响应请求，保护现场，转向中断服务程序，处理完返回。 外围应有一个与处理器匹配的中断控制器：管理多个中断源，优先级裁决，中断源屏蔽等功能。 2、本次设计中断控制器选用82591）可编程中断控制器8259功能
10、、内部结构及外部引脚定义（1）可编程中断控制器8259功能和内部结构 l 中断请求寄存器（IRR）：8位寄存器，可寄存储 8 个请求输入（IR0-IR7）的状态。 l 优先权裁决器：对请求源与正在被服务的中断级进行比较，裁决出优先级最高者。 l 中断服务寄存器（ISR）：8位，与IRR对应，记录正被处理的请求。IRn被响应，ISRn被置1；IRn处理结束， ISRn置0。 l 中断屏蔽寄存器（IMR）：8位，某位置1对应IRR位的请求被屏蔽。 l 控制逻辑：寄存8259的命令字，多种工作方式的控制，向处理器发INT，接收。 l 级联缓冲器/比较器：多片8259级联时，对从片的标识码进行寄存与比
11、较。 图4 8259A内部结构（2） 8259的外部引脚信号 图5 8259外部引脚图8259的主要引脚信号说明 l D7-D0：双向数据总线, 与系统数据总线连接。 l :片选信号,低电平有效，确定芯片在系统I/O空间位置。 l A0: 地址线,8259占相邻的2个I/O地址,与CS信号配合,A0=0选偶端口,A0=1选奇端口。 l CAS2-CAS0: 双向级联线。在主从级联结构中，主片输出，从片输入。主片发从片标识码，从片比较，符合时输出中断类型码。 l ：双向信号，低电平有效。输入时为SP，硬接线确定主从（主片SP接高电平）；输出时为EN，作为DB缓冲允许。 l INT：中断请求，输出
12、，与CPU的INTR脚相连，向CPU发出中断请求。 l ：中断响应，低电平有效，输入，与8086/88相连。2) 8259A的工作方式 (1) 优先级方式选择 a)全嵌套方式：固定优先级,IR0最高,IR7最低。 b)特殊全嵌套:与a)基本相同,响应同级中断请求 c)优先级自动循环：某级被响应后，降为最低。如IR4被响应后，优先级顺序变为： IR5,IR6,IR7,IR0,IR1,IR2,IR3,IR4。 d)优先级特殊循环方式：编程指定最低优先级，其它同c)。 (2)屏蔽中断方式选择 a)普通屏蔽方式选择：对应IMR为1的位中断请求将被屏蔽。 例如：IMR=00001100，则IR2、IR3
13、的中断请求被禁止。 b）特殊屏蔽方式: 执行中断程序时,动态改变优先级结构,屏蔽本级,允许较低级请求被服务。 (3)中断结束方式：ISRn被清0，中断结束。 a)自动结束方式：8259收到后自动把中断在服务寄存器ISRn位清0（适用于单片8259和中断无嵌套的情况）。 b)一般结束方式：8086发命令清除中断在服务寄存器ISR中的最高的置1位清0，结束中断（在全嵌套方式下使用）。 c)特殊结束方式：编程向8259发出一条特殊中断结束命令，将中断在服务寄存器ISR中指定位清0（在非全嵌套方式下使用）。 (4)中断请求信号触发方式选择 a）边沿触发方式。8259的IR0-IR7输入端出现低电平到高
14、电平的正跳变信号，表示有中断请求。出现正跳变信号后，允许高电平保持。 b）电平触发信号。 8259的IR0-IR7输入端出现高电平信号时，表示有中断请求。该请求信号必须在中断服务程序中的中断结束命令执行前予以撤消，否则会引起不应有的第二次中断。 3） 8259的命令字 8259工作方式设定及运行中的控制，均由8086发来的命令字(1字节代码)决定。命令字分初始化命令字和操作命令字两种，系统向8259两个端口之一写入。8259根据接收命令字的端口号，特征位及顺序决定命令字的属性。 (1)初始化命令字(Word,ICW) ICW1-ICW4四个初始化命令字,有接收顺序要求。 8259初始化流程如下 ：（a）ICW1的格式与定义：芯片控制 LTIM=1中断请求电
