微型計算機原理及接口技術課程設計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

《微型計算機原理及接口技術課程設計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《微型計算機原理及接口技術課程設計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、微型計算機原理及接口技術課程設計 微型計算機原理及接口技術課程設計 ——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 學院： 專業(yè)： 電子信息工程 班級： 學號： 姓名： 指導教師： 第一部分 課程設計任務書 一、設計內(nèi)容（論文闡述的問題） 設計一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 基本要求：要求具有8路模擬輸入 輸入信號為0——500mV 采用數(shù)碼管8位，顯示十進制結果 輸入量與顯示誤差<1% 發(fā)揮部分：1、速度上實現(xiàn)高精度采集 2、提高系統(tǒng)精度

2、 3、設計抗干擾性 二、設計完成后提交的文件和圖表 1. 計算說明書部分： 數(shù)據(jù)采集是指將壓力、流量、溫度、位移等模擬量轉換成數(shù)字量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示、或打印的過程，相應的系統(tǒng)就稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集的任務，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉換成計算機能識別的數(shù)字信號，然后送入計算機進行相應的計算和處理，取得所需的數(shù)據(jù)。同時，將計算機得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)控。 數(shù)據(jù)采集性能的好壞，主要取決于他的精度和速度。在保證精度的條件下，應有盡可能高的采樣速度。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應具有功能： （1）數(shù)據(jù)采集 計算機按照

3、選定的采樣周期，對輸入到系統(tǒng)的模擬信號進行采樣，稱為數(shù)據(jù)采集。 （2）模擬信號處理 模擬信號是指隨時間連續(xù)變化的信號，模擬信號處理是指模擬信號經(jīng)過采樣和A/D轉換輸入計算機后，要進行數(shù)據(jù)的正確性判斷、標度變換、線性化等處理。 （3）數(shù)字信號處理 數(shù)字信號處理是指數(shù)字信號輸入計算機后，需要進行碼制的轉換處理，如BCD碼轉換成ASCII碼，以便顯示數(shù)字信號。 （4）屏幕顯示 就是用各種顯示裝置如CRT、LED把各種數(shù)據(jù)以方便于操作者觀察的方式顯示出來。 （5）數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)存儲是就是將某些重要數(shù)據(jù)存儲在外部存儲器上。 在本次設計中，我們采用8259作為中斷控制器，8255作

4、為并行接口，ADC0809作為模數(shù)轉換器。 2、圖紙部分： 含有總體設計的功能框圖、所用各種器件的引腳圖、內(nèi)部邏輯結構框圖以及相應器件的真值表，還包括總設計的硬件連接圖及軟件設計流程圖等。 三、課程設計進程安排 序號 設計（論文）各階段名稱 日期 1 獲得設計題目及要求，查閱資料 7月10日 2 形成初步設計思路及有針對性檢索資料 7月11日 3 設計方案論證及選用相應器件 7月12日 4 設計硬件連接圖及軟件編程 7月13日 5 形成整體設計報告并上交

5、 7月14日 四、主要參考資料 1、《微型計算機原理及接口技術》 裘雪紅、顧新 西安電子科技大學出版社 2、《高性能模數(shù)與數(shù)模轉換器件》 劉書明、劉斌 西安電子科技大學出版社 3、《微型計算機接口技術及應用》 劉樂善 華中理工大學出版社 4、《IBM-PC 匯編語言程序設計》 沈美明、溫冬嬋 清華大學出版社 5、《單片機典型外圍器件及應用實例》 是實科技編著 人民郵電出版社 6、《智能儀器原理及應用》 趙茂泰 電子工業(yè)出版社 7、《微型計算機接口原理與技術》 鄒逢興

6、國防科技大學出版社 8、《匯編語言教程》 朱慧真 國防工業(yè)出版社 9、《微型計算機接口技術》 吳延海 重慶大學出版社 10、《數(shù)字電子技術基礎》 閻石 高等教育出版社 第二部分 一、 設計指標 設計一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 基本要求：要求具有8路模擬輸入 輸入信號為0——500mV 采用數(shù)碼管8位，顯示十進制結果 輸入量與顯示誤差<1% 第一章 系統(tǒng)概述 一、總體的工作過程與原理 壓力，流量，溫度，位移等非

7、電信號送入傳感器，經(jīng)傳感器中轉換元件轉換后變?yōu)殡娦盘栞敵銮逸敵鰹槟M信號。由于輸出的電信號太微弱，所以在送入采樣保持電路前要經(jīng)過一級放大器進行放大，本系統(tǒng)采用ICL7150放大10倍，可將0~500mv的電壓信號放大到0~5V。此電壓信號為模擬量，故需要送入型號為ADC0809的A/D轉換器進行轉換，此芯片可以將模擬信號轉為數(shù)字信號，而且同時可處理8位信號，將轉換后的信號即數(shù)字信號送入8259中斷控制器進行中斷請求，經(jīng)過8255并行口與8086CPU對中斷請求的響應進行中斷處理，將處理的中斷的子程序的信號送入鎖存器保存，再將鎖存器中的信號送入有驅動功能的LED顯示器進行顯示。 傳感器，放大器

8、，采樣電路，采樣保持電路，A\D轉換器，并行接口電路，8086CPU，8253定時器，中斷控制，鎖存器，LED顯示器以及比較器全部采用集成的成品件。 二、設計方案論證 （一）AD轉換器的選擇 1、根據(jù)AD轉換器基本原理及特點，可以分為以下類型：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。 1）積分型（如TLC7135） 積分型AD工作原理是將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，因此轉換速率極低。初期的單片AD轉換器

9、大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。 2）逐次比較型（如ADC0809） 逐次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率（<12位）時價格便宜，但高精度（>12位）時價格很高。 3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510） 并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱FLash(快速)型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉換器等速度特別

10、高的領域。 串行比較型AD結構上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實行轉換，所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數(shù)字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)調制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數(shù)字濾波器等組成

11、。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。 5）電容陣列逐次比較型 電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉換器。最近的逐次比較型AD轉換器大多為電容陣列式的。 6）壓頻變換型（如AD650） 壓頻變換型（Voltage-Frequency Converter）是通過間接轉換方式實

12、現(xiàn)模數(shù)轉換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然后用計數(shù)器將頻率轉換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉換。 考慮到設計指標要求8路模擬輸入，可采用的A/D轉換器有多種如：AD574、ADC0809、ADC0804等，但是ADC0809本身具有8路模擬輸入端，不需要多路開關，考慮節(jié)省硬件開支故采用ADC0809作為模數(shù)轉換器。 2、ADC0809的技術指標如下 ： （1）主要特性 　　1）8路8位A／D轉換器，即分辨率8位。 　

13、　2）具有轉換起?？刂贫?。 　　3）轉換時間為100μs 　　4）單個＋5V電源供電 　　5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。 　　6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 　　7）低功耗，約15mW。 （2）內(nèi)部結構 　　 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉換器，內(nèi)部結構如圖2所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8路開關樹型D/A轉換、逐次逼近型寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。 圖2 　A

14、DC0809內(nèi)部結構框圖 圖3 ADC0809管腳圖 （3）外部引腳功能 　 ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3所示。下面說明各引腳功能。 　　◆IN0～IN7：8路模擬量輸入端。 　　◆2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。 ◆ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線用于選擇8路模擬輸入中的一路，如表1 表1 　ADDA、ADDB、ADDC真值表 ◆ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 　　◆START： A／D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。 　　◆EOC： A／D轉換結束信號，輸出，當A／D轉換結束時，此端輸出一個高電平

15、（轉換期間一直為低電平）。 　　◆OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A／D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 　　◆CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 　　◆REF（+）、REF（-）：基準電壓。 　　◆Vcc：電源，單一＋5V。 　　◆GND：地。 　　ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A／D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A／D轉換完成，EOC變

16、為高電平，指示A／D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 三、傳感器 在此僅對壓力做出詳細介紹。溫度，流量，位移等只需用相應的傳感器來對其做出相對應的變化。 3.1.1 應變式傳感器的測量原理 應變式電阻傳感器的工作原理：當導體或半導體受到外力作用時，會產(chǎn)生機械變形，從而導致阻值變化。導體與半導體的電阻與電阻率及其幾何尺寸有關。當導體受外力作用時，電阻率及幾何尺寸的變化會引起電阻的變化。因此，通過測量電阻值的大小，就可以反映外界力的大小。 3.1.2 傳感器的分類 應變片式電阻傳感器按其

17、測量電路（橋式）可分為單臂式、半橋式、全橋式三種。 所謂半橋，即將電橋的四臂接入四應變片。其中：一片受拉，一片受壓，另外兩應變片不受力。全橋是兩片受拉，兩片受壓，故靈敏度比半橋式的大一倍。 本方案采用全橋式傳感。 3.1.3 傳感器的選擇 電阻型應變片傳感器的測量電路可采用橋式測量電路。橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個電阻均可以是應變片。如能恰當?shù)倪x擇個橋臂的電阻，可以消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應變片的電阻有關。 3.1.4 傳感器的電路圖 3.2 放大器 3.2.1 放大器的原理 運算放大器的核心是一個差動放大器，由兩個三極管背靠背連著，共同

18、分擔一個恒流源的電流，三極管一個是運放的正向輸入，一個是反向輸入正向輸入的三極管放大后送到一個功放電路放大輸出 3.2.2 放大器的分類 放大器可分為；分立元件放大器和集成運算放大器 集成運算放大器可分為：1通用性運放 2低失調低溫漂運放 3高輸入阻抗運放 4斬波穩(wěn)零運放 3.2.3 放大器的的設計 放大器的設計，就是根據(jù)給定的技術指標，確定電路方案、選擇電子器件、計算電路各元件參數(shù)。一般根據(jù)電信號的頻帶而對放大器的設計進行考慮。由于電子器件的離散型以及環(huán)境、溫度和其他條件的隨機性，使理論與實際結果不符，需要在實驗中反復調試、修正，直到滿足指標要求。在通常情況下，采用集

19、成運放設計放大器會使電路既簡單又易于調試，而且穩(wěn)定性高。 集成運算放大器是一種高輸入阻抗、低輸出阻抗、高放大倍數(shù)且便于調試的優(yōu)質放大器。集成運放內(nèi)部電路由偏置電路、中間放大器、輸出及過載保護電路組成。運放的開環(huán)放大倍數(shù)可達106；；；當它構成閉環(huán)負反饋放大電路時，其電壓放大倍數(shù)只取決于外加電阻值的大小，與運放本身無關，安裝調試十分簡單。 2.2.4 集成運放的選用原則 【1】 如果沒有特殊的要求，一般選用通用型運放，因為這類器件直流性能較好，種類也較多，且價格較低。在通用運放系列中，又有單運放、雙運放、四運放等多種，對于多運放器件，其最大的特點是內(nèi)部對稱性好，這樣也可以減少器件、簡化線

20、路、縮小面積和降低成本。 【2】 如果被放大信號源的輸出阻抗很大，則可選用高輸入阻抗的運算放大器，另外像采樣|保持電路、峰值檢波、優(yōu)質對數(shù)放大器和積分以及生物信號放大、提取、測量放大器電路等也需使用高輸入阻抗集成運放。 【3】 如果系統(tǒng)對放大電路要求低噪聲、低溫漂、高精度，則可以選用高精度、 低漂移的低噪聲集成運放，適用于再毫伏級或更微弱的信號檢測、精密模擬運算、高精度穩(wěn)壓源、高增益直流放大、自控儀表等場合。 【4】 對于視頻信號放大、高速采樣|保持、高頻振蕩及波形發(fā)生器、鎖相環(huán)等場合，則應選用高速寬帶集成運放。 【5】 對于要求低功耗場合，如便攜式儀表、遙感遙測等場合，可選用低功耗運

21、放；對于需要高壓輸入|輸出場合，可選用高壓運放；對于需增益控制場合，可選用程控運放；其他如寬范圍電壓振蕩、伺服放大和驅動、DC-DC變換等場合，可選用跨導型、電流型等相應的集成運放。 一般來講，選擇器件的原則是在滿足所需電氣特性的前提下，盡可能選擇價格低廉、市場供貨充足的器件，即選用性能價格比高、通用性強的器件。在本實驗中，選用AD620型放大器即可滿足電路所需。 3.2.5 放大器的參數(shù) 在分析運放時，一般將它看成理想運放。理想運放的開環(huán)放大倍數(shù)為無窮大，輸入偏置電流為零，輸入電阻為無窮大，輸出電阻為零，失調電壓和失調電流及溫漂為零。 A\D620的參數(shù)：最大輸入失調電壓1

22、25uv(最大電流50uA) 最大輸入失調漂移1uv/℃ 最大輸入偏置電流20nA 最小共模抑制比（G=10）為93dB 帶寬120KHz（G=100） 建立時間15us（0.01%） 工作溫度范圍：-55℃～+125℃ 電源電壓極限范圍18V 差分輸入電壓極限范圍25V 3.2.6 放大器

23、的電路圖 3.3 采樣/保持電路 采樣/保持電路在下列情況被使用： ●逐次比較A/D轉換器前端 ●同時數(shù)據(jù)采集 3.3.1 采樣/保持電路的原理 采樣/保持電路可用圖2 - 1來體現(xiàn)其原理 采樣/保持電路通常用保持電容、輸入輸出緩沖放大器、邏輯輸入控制的開關電路等組成。采樣期間，邏輯輸入控制的模擬開關是閉合的，A1是高增益放大器，它的輸出通過開關給電容器快速充電；保持期間，開關斷開，由于運算放大器A2輸出阻抗很高，在理想情況下，電容器將保持充電時的最終值。 圖2 – 1 在采樣期間，期望電容上的

24、電壓和輸入信號一致，并跟隨輸入信號的變化；而在保持期間能使電容上的電壓不變并和輸出保持一致。但實際上由于受到運算放大器性能的限制，實際采樣/保持電路的輸入輸出曲線如圖2 – 2 圖2 - 2 3.3.2 采樣/保持電路的參數(shù) 在保持方式時，采樣/保持電路的兩個重要參數(shù)是：電壓跌落率和保持方式的前饋。影響電壓跌落率的因素有電容的泄露電流，開關的泄露電流和輸出放大器泄露電流，及其它雜散泄露電流，電容的電壓變化率為： 3.3．3 采樣/保持電路的采樣頻率 采樣頻率必須滿足采樣定理Fs》=2fmax，fma為被采樣信號的最高頻率。

25、 3.4 A\D轉換器 3.4.1 AD0809的工作原理 AD0809為8位逐次比較型模數(shù)轉換器，包含模數(shù)轉換器、8通道多路轉換器以及與微控制器兼容的控制邏輯。8個單獨模擬信號可從8通道多路轉換器直接輸入。 1. AD0809主要性能 ● COMS工藝制造 ● 單電源供電 ● 逐次比較型 ● 無需外部進行零點和滿度調整 ● 并行輸出 ● 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容 ● 易與各種微控制器接口 ● 具有鎖存控制的8路模擬開關 ● 分辨率為8位 ● 功耗為15mW轉換時間（）為128 ● 轉換精度為% （二）DA轉換器的選擇 數(shù)字量的值是由每一位的數(shù)位權疊

26、加而得的。例如，8位二進制數(shù)10000001，只有最高位和最低位上的代碼為l，其他數(shù)位均為0，最高位的位權為2的7次方＝128，最低位的位權為2的0次方＝1，所以，該二進制數(shù)10000001就是十進制數(shù)129。把一個數(shù)字量變?yōu)槟M量，必須是把每一位上的代碼按照位權轉換為對應的模擬量，再把各模擬量相加，這樣，求和得到的便是與數(shù)字量對應的模擬量。 在D／A轉換電路中，通常采用電阻網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)字量到模擬電流的轉換，再利用運算放大器完成模擬電流到模擬電壓的轉換。所以，要把一個數(shù)字量轉換為模擬電壓，實際上需要兩個環(huán)節(jié)，即先由D／A轉換器把數(shù)字量變?yōu)槟M電流，再由運算放大器將模擬電流變換為模擬電壓。目前，

27、D／A轉換集成電路芯片大多數(shù)都包含了這兩個轉換環(huán)節(jié)。對只包含第一個轉換環(huán)節(jié)的D／A轉換芯片時，需要外接運算放大器才能得到模擬電壓。 D／A轉換器品種繁多，有權電阻DAC、變形權電阻DAC、T型電阻DAC、電容型DAC和權電流DAC等。各種勘DAC在電路結構上，通常都由基準電源、解碼網(wǎng)絡、運算放大器和緩沖寄存器等部件組成。不同的DAC主要差別在不同的解碼網(wǎng)絡形式。其中，T型電阻解碼網(wǎng)絡的DAC，由于網(wǎng)絡電阻阻值少(只有只和2R兩種)、簡單、轉換速度快、轉換誤差小等優(yōu)點特別受到青睞。 表2給出了常用的各類D／A轉換器及其性能。其中，既有分辨率較低、價格也較低的通用8位芯片，也有速度和分辨率較高

28、、價格也較高的12／16位芯片；既有電流輸出的芯片，也有電壓輸出的芯片；服有內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)輸入寄存器，不能直接和系統(tǒng)總線相連的、結構簡單的芯片，如DAC0808，DAC0800等，也有內(nèi)部有數(shù)據(jù)輸入寄存器，可以直接和系統(tǒng)總線相連的芯片，如DAC0832，DACl210等。 通過比較各個芯片的功能并結合設計的要求綜合考慮后決定用DAC0832來完成DA轉換功能，因為0832的接口簡單，轉換容易并且價格低廉。 DAC0832是美國數(shù)據(jù)公司研制的8位雙緩沖器D／A轉換器。芯片內(nèi)帶有數(shù)據(jù)鎖存器，可與數(shù)據(jù)總線直接相連。電路有極好的溫度跟隨性，使用了COMS電流開關和控制邏輯而獲得低功耗、低輸出

29、的泄漏電流誤差。芯片采用R—2R T型電阻網(wǎng)絡，對參考電流進行分流完成D／A轉換。轉換結果以一組差動電流人輸出。 1、DAC0832主要性能參數(shù)： 分辨率8位； 轉換時間1s； 參考電壓10V 電源+5V一+15V 功耗20mW。 2、DAC0832的結構 DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號為ILE;第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號為傳輸控制信號XFER。因為有兩級鎖存器，DAC0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號的同時采集下一個數(shù)字量，這樣能有效地提高轉換速度。此外，兩級鎖存器還可以在多個D/A轉換器同時工作時，利用第

30、二級鎖存信號來實現(xiàn)多個轉換器同步輸出。 圖4 0832的內(nèi)部結構及管腳圖 圖4中，當ILE為高電平、CS和WR1為低電平時，LEl為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化；此后，當WRl由低變高時，LEl為低電平，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這時的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化。對第二級鎖存器來說，XFER和WR2同時為低電平時，LE2為高電平，DAC密存器的輸出跟隨其輸入而變化：此后，當WR2由低變高時，LE2變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的?shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器中。 3、DAC0832的引腳特性 DAC0832是20引腳的雙列直插式芯片。各引腳的特性如下:

31、CS——片選信號和允許鎖存信號ILE組合來決定WRl是否起作用。 ILE——允許鎖存信號。 WR1——寫信號1，作為第一級鎖存信號，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器(此時 必須和CS、ILE同時有效)。 WR2——寫信號2，將鎖存在輸入寄存器今的數(shù)據(jù)送到DAC竊行器今進行鎖存 傳輸控制信號XFER必須有效)。 XFER——傳輸控制信號，用來控制WRl。 DI7—DI0——8位數(shù)據(jù)輸入端。 IOUT1——模擬電流輸出端1。當DAC寄存器中全為1時，輸出電流最大，當DAC寄存器中全為0時，輸出電流為0。 IOUT2——模擬電流輸出端20 .IOUT1+IOUT2＝常數(shù)。

32、 RFB——反饋電阻引出端。DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以，RFB端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，相當于將反饋電阻接在運算放大器的輸入端和輸出端之間。 VREF——參考電壓輸入端?？山与妷悍秶鸀?0V。外部標準電壓通過VREG與T型電阻網(wǎng)絡相連。 VCC——芯片供電電壓端.范圍為+5v一+15v AGND———模擬地，即模擬電路接地端。 DGND———數(shù)字地，即數(shù)字電路接地端。 4、DAC0832的工作方式 DAC0832進行D／A轉換，可以來用兩種方法對數(shù)據(jù)進行鎖存： 第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而DAC寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地說，就是使WR2和X

33、FER都為低電平，DAC寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號ILE處于高電平、CS處于低電平，這樣，當WR1端來一個負脈沖時．就可以完成1次轉換。 第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使WR1和CS為低電乎，ILE為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號處于無效狀態(tài)而直通;當WR2和XFER端輸入1個負脈沖時，使得DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài),提供鎖存數(shù)據(jù)進行轉換。 根據(jù)上述對DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法，DAC0832有如下3種工作方式： (1)單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄

34、存器同時接收數(shù)據(jù)，或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用于只有一路模擬星輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。 (2)雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收數(shù)據(jù)，再控制輸入寄存器的輸出數(shù)據(jù)到DAC寄存器，即分兩次鎖存輸入數(shù)據(jù)。此方式適用于多個D／A轉換同步輸出的情形。 (3)直通方式。直通方式是數(shù)據(jù)不經(jīng)兩級鎖存器鋇存，即WR1,WR2,XFER,CS均接地，ILE接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路，不過在使用時，必須通過另加I/O接口與CPU連接，以匹配CPU與D／A的轉換。 5、DAC0832的外部連接 DAC0832的外部連接線路如圖5所示。由于在DAC08

35、32內(nèi)部已有數(shù)據(jù)鎖存器，所以在控制信號作用下，可以對總線上的數(shù)據(jù)直接進行鎖存。當CPU執(zhí)行對DAC0832的輸出指令時，WR1和CS信號處于有效電平。 DAC0832的輸出是電流型的，直接得到的轉換輸出信號是模擬電流IOUT1和IOUT2(IOUT1+IOUT2=常數(shù))。為得到電壓輸出，應加接—個運算放大器，這時得到的輸出電壓VOUT是單極性，極性與VREF相反。如果要輸出雙極性電壓，應于輸出端再接一個運算放大器，作為偏移電路。 圖5 DAC0832的外部連接 6、集成運放NE5534 由于 DAC0832 輸出級沒有加集成運放，所以需外加 NE5534 相配適用。NE5534

36、封裝如下圖8所示。 圖6 NE5534的管腳圖 IN-：反相輸入端； IN+：同相輸入端； OUT：輸出端； Balance：平衡輸入端,主要作用是,使內(nèi)部電路的差動放大電路處于平衡狀態(tài)； COMP/Bal：調節(jié)外接電阻,以達到改善放大器的性能和輸出電壓； VCC-、 VCC+：正負電源； （三）中斷控制器的選擇 1、中斷系統(tǒng)功能與組成 1）中斷系統(tǒng)應具有的功能 多中斷源請求，軟件可禁止與允許每個請求。 中斷優(yōu)先級判別功能，響應優(yōu)先級別最高的請求。 中斷嵌套功能，高級別中斷可中斷較低級別的中斷。 響應中斷后，能自動轉向中斷處理程序，處理結束后自動返回主程序。

37、 2）中斷系統(tǒng)的組成 微處理器應有處理中斷請求的機制與相關硬件電路：接收請求，響應請求，保護現(xiàn)場，轉向中斷服務程序，處理完返回。 外圍應有一個與處理器匹配的中斷控制器：管理多個中斷源，優(yōu)先級裁決，中斷源屏蔽等功能。 依處理器的結構編寫中斷處理程序，安排相關的系統(tǒng)初始化。 2、本次設計中斷控制器選用8259 1）可編程中斷控制器8259功能、內(nèi)部結構及外部引腳定義 （1）可編程中斷控制器8259功能和內(nèi)部結構 ◆中斷請求寄存器（IRR）：8位寄存器，可寄存儲 8 個請求輸入（IR0-IR7）的狀態(tài)。 ◆優(yōu)先權裁決器：對請求源與正在被服務的中斷級進行比較，裁決出優(yōu)先級最高者。

38、 ◆中斷服務寄存器（ISR）：8位，與IRR對應，記錄正被處理的請求。IRn被響應，ISRn被置1；IRn處理結束， ISRn置0。 ◆中斷屏蔽寄存器（IMR）：8位，某位置1對應IRR位的請求被屏蔽。 ◆控制邏輯：寄存8259的命令字，多種工作方式的控制，向處理器發(fā)INT，接收。 ◆級聯(lián)緩沖器/比較器：多片8259級聯(lián)時，對從片的標識碼進行寄存與比較。 圖7 8259內(nèi)部結構圖 （2） 8259的外部引腳信號 圖8 8259外部引腳圖 8259的主要引腳信號說明 ◆D7-D0：雙向數(shù)據(jù)總線, 與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接。 ◆:片選信號,低電平有效，確定芯片在系統(tǒng)I

39、/O空間位置。 ◆A0: 地址線,8259占相鄰的2個I/O地址,與CS信號配合,A0=0選偶端口,A0=1選奇端口。 ◆CAS2-CAS0: 雙向級聯(lián)線。在主從級聯(lián)結構中，主片輸出，從片輸入。主片發(fā)從片標識碼，從片比較，符合時輸出中斷類型碼。 ◆：雙向信號，低電平有效。輸入時為SP，硬接線確定主從（主片SP接高電平）；輸出時為EN，作為DB緩沖允許。 ◆INT：中斷請求，輸出，與CPU的INTR腳相連，向CPU發(fā)出中斷請求。 ◆：中斷響應，低電平有效，輸入，與8086/88相連。 2) 8259A的工作方式 (1) 優(yōu)先級方式選擇 a)全嵌套方式：固定優(yōu)先級,I

40、R0最高,IR7最低。 b)特殊全嵌套:與a)基本相同,響應同級中斷請求 c)優(yōu)先級自動循環(huán)：某級被響應后，降為最低。如IR4被響應后，優(yōu)先級順序變?yōu)椋?IR5,IR6,IR7,IR0,IR1,IR2,IR3,IR4。 d)優(yōu)先級特殊循環(huán)方式：編程指定最低優(yōu)先級，其它同c)。 (2)屏蔽中斷方式選擇 a)普通屏蔽方式選擇：對應IMR為1的位中斷請求將被屏蔽。 例如：IMR=00001100，則IR2、IR3的中斷請求被禁止。 b）特殊屏蔽方式: 執(zhí)行中斷程序時,動態(tài)改變優(yōu)先級結構,屏蔽本級,允許較低級請求被服務。 (3)中斷結束方式：ISRn被清0，中斷結束。

41、 a)自動結束方式：8259收到后自動把中斷在服務寄存器ISRn位清0（適用于單片8259和中斷無嵌套的情況）。 b)一般結束方式：8086發(fā)命令清除中斷在服務寄存器ISR中的最高的置1位清0，結束中斷（在全嵌套方式下使用）。 c)特殊結束方式：編程向8259發(fā)出一條特殊中斷結束命令，將中斷在服務寄存器ISR中指定位清0（在非全嵌套方式下使用）。 (4)中斷請求信號觸發(fā)方式選擇 a）邊沿觸發(fā)方式。8259的IR0-IR7輸入端出現(xiàn)低電平到高電平的正跳變信號，表示有中斷請求。出現(xiàn)正跳變信號后，允許高電平保持。 b）電平觸發(fā)信號。 8259的IR0-IR7輸入端出現(xiàn)高電平信

42、號時，表示有中斷請求。該請求信號必須在中斷服務程序中的中斷結束命令執(zhí)行前予以撤消，否則會引起不應有的第二次中斷。 3） 8259的命令字 8259工作方式設定及運行中的控制，均由8086發(fā)來的命令字(1字節(jié)代碼)決定。命令字分初始化命令字和操作命令字兩種，系統(tǒng)向8259兩個端口之一寫入。8259根據(jù)接收命令字的端口號，特征位及順序決定命令字的屬性。 (1)初始化命令字(Word,ICW) ICW1-ICW4四個初始化命令字,有接收順序要求。 8259初始化流程如下 ： （a）ICW1的格式與定義：芯片控制 LTIM=1中斷請求電平觸發(fā), LTIM=0中斷請求

43、邊沿觸發(fā)。 SNGL=1單片8259系統(tǒng)，SNGL=0多片8259系統(tǒng)。 AD1在8088/8086系統(tǒng)中不起作用。 IC4在8088/8086系統(tǒng)中恒為1。 （b）ICW2的格式和定義：中斷類型碼設定 ICW2用來指定8259的8個中斷請求IR7-IR0的中斷類型碼。其中T7-T3由程序寫入，最低3位（D2-D0）根據(jù)當前正在響應的中斷請求IRn的n值自動填入。 例如：若ICW2為40H，則IR0-IR7所對應的中斷類型碼為40H。41H，42H，43H，44H，45H，46H，47H。 （c）ICW3的格式和定義：在多片8259系統(tǒng)中，其格式和含義依主片、

44、從片而定。 主片的格式： 若主片的IR0-IR7的某個引腳上連接從片8259，則ICW3的該位為1。 從片的格式： ID2-ID0的值取決于本從式的INT輸出端連接到主片IR哪個輸入端。例如，連接到IR7，則 ID2ID1ID0=111 從片的CAS2-CAS0接收從主片8259發(fā)來的編碼，并與本身的ICW3中的ID2-ID0比較，若相等，則在中斷響應過程中，將自己的中斷類型碼送CPU。 （d）ICW4的格式和定義：工作方式設定 SFNM=1特殊全嵌套、SFNM=0非特殊全嵌套

45、。 AEOI=1中斷自動結束、AEOI=0一般中斷結束。 BUF=0，DB無緩沖，用作；BUF=1，DB有緩沖，主從片軟件定。 （當BUF=1時），M/S=1為主片、M/B=0為從片。 μPM=1，8086系統(tǒng)； μPM=0，8085系統(tǒng)。 （四） 并行接口選擇 本次設計采用8255作為并行接口，8255外部引腳如圖9 圖9 8255外部引腳 1、8255的主要性能參數(shù)為 （1）共有4個端口： A口連 8位并行PA口線 B口連 8位并行PB口線 C口連 8位并行PC口線 控制端口 （2） 三種工作方式。 （3）可提供中斷和查詢數(shù)據(jù)傳輸方式。

46、（4）可直接與系統(tǒng)總線相連。 2、內(nèi)部組成及引腳功能如圖10 圖10 8255內(nèi)部組成 （1）與CPU接口部分 緩沖器：8位雙向三態(tài)緩沖器。 讀寫邏輯：對A口、B口、C口讀/寫控制，對控制口寫控制字。 （2）與外設接口部分 A口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。 B口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。 C口：8位輸出鎖存、8位輸入緩沖。 （3）引腳功能 ① CPU與8255交換數(shù)據(jù)引腳 ◆RESET:復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 ◆D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線

47、，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)８位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 ◆CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊。 ◆RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 ◆WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 A0、A1：內(nèi)部寄存器尋址。 A1 A0 0 0 讀寫A口 0 1 讀寫B(tài)口

48、 1 0 讀寫C口 1 1 寫控制寄存器 ② 與I/O設備交換數(shù)據(jù)引腳 ◆PA0~PA7：A口的8位輸入/輸出線。 ◆PB0~PB7：B口的8位輸入/輸出線。 ◆PC0~PC7：有如下用途：作為8位輸入/輸出線；作為兩個4位輸入/輸出線：◆PC0~PC3、PC4~PC7;可對每一位實現(xiàn)按位“置位”或“復位”控制;作為8255的狀態(tài)口;專用聯(lián)絡信號線。 3、工作方式控制字 　 8255有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。兩組端口可分別指定不同的工作方式。每組端口在某種工作方式下，并不要求各信號同為輸入或同為輸出，而是可以分別指定。方式

49、選擇控制字的格式如圖11所示 圖11 8255方式選擇控制字 4、PC口控制字 　　PC口的各信號線常作為控制線來使用，因此，經(jīng)常需要單獨對每根信號線置1或置0。這種操作用向PC口控制字寄存器送出PC口控制字來實現(xiàn)。 　　PC口控制字格式如圖12 所示。 圖12 PC口控制字 （五） LED顯示 5.4.1抗干擾 5 .4.2 電源干擾采用IBM-PC/XT機內(nèi)電源，種類有正負5V,正負12V，由于直流電源供電電壓隨著交流電壓。負載電流，環(huán)境溫度，元器件老化等因素變化而變化，產(chǎn)生干擾，因此，在本系統(tǒng)的擴展擦卡接口電源入口處設置了低頻和高頻濾波電路。以消除電源

50、的干擾。 5．5.3 采樣保持電容的選擇S/H LF398的采樣保持電容Ch對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大，要選用高質量的電容以減少損耗，提高測試精度。 5．5.4 地線干擾當一根導線的兩端在不同的接點接地時，由于導線內(nèi)阻導致這兩點電位差并不為0。若將此電位差看作信號源，便會影響輸入和輸出，為了克服影響，本系統(tǒng)采樣一下2條措施：（1）數(shù)字地和模擬地分開接，最后在一點接地，以免互相串擾。（2）地線盡量短而粗，印制板上地線設計接成閉合環(huán)路，并設計出網(wǎng)格狀，以減小接地電位差。 三、硬件電路連接 根據(jù)以上各功能部件的選擇，按照各自的硬件連接要求及相互之間在本次設計中的關系，做出本次設計的硬件

51、連接圖如圖13。 圖13 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)原理電路圖 四、軟件編程 MOV BL 04H MVLBL MOV BX , AX MOV AX , SIV SIV為中斷服務程序首地址 NOP MOV 【BX】, AX PUSH CS POP AX INC BX INC BX MOV 【BX】, AX MOV SI , 2000H 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址 MOV CX , 200; AUC轉換點數(shù)，CX為次數(shù)計數(shù)器 MOV OX OF802H. F802H為首地址寄存器地址 MOV BX , 0103 ADC轉換通道存放

52、地址 MOV AL , [BX] OUT DX , AL MOV DX , OFFEFH FFEFH為定時器8253控制寄存器地址、 MOV AL 054H 選定一號通道，16位二進制計數(shù)碼 工作方式2只讀寫低字節(jié) MOV DX OFFEBH FFFEBH為8253計數(shù)到首地址 MOV BX 0102H; 0102H為計數(shù)性存放地址 MOV AL , [BX]; 00T DX ALSTI 允許中斷AL:HLT; 程序MPAN OP SIV MOV DX OF800H 中端服務程序： INAX , DX ; 從ADC轉換器讀出程序 M

53、OV [SI] AXINCSI 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址操作 INC SIDECCX 采樣次數(shù)計數(shù)器減一 JC XZ MIRET 中斷返回M 五、誤差分析 由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的中的元器件很多，從數(shù)據(jù)采集，信號處理，模數(shù)轉換，直至信號輸出，經(jīng)過許多環(huán)節(jié)，其中既有模擬電路，又有數(shù)字電路，各種誤差源很復雜，歸納起來數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差主要包括模擬電路誤差、采樣誤差和轉換誤差。 （一）模擬電路誤差 1、 模擬開關導通電阻 Ron 的誤差 2、 多路模擬開關泄漏電流 Is 引起的誤差 3、 采樣保持器衰減率引起的誤差 4、 放大器的誤差 （二）采樣誤差 1

54、、 采樣頻率引起的誤差 2、 系統(tǒng)的通過速率與采樣誤差 （三） A/D 轉換器的誤差 A/D 轉換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要部件，它的性能指標對整個系統(tǒng)起著至關重要的作用，也是系統(tǒng)中的重要誤差源。選擇 A/D 轉換器時，必須從精度和速度兩方面考慮，選用 A/D 轉換器要考慮它的位數(shù)、速度及輸出接口。 1、A/D 轉換器的靜態(tài)誤差 1） 量化誤差 2） 失調誤差 3） 增益誤差 4) 非線性誤差 2、 A/D 轉換器的速度對誤差的影響 A/D 轉換器速度用轉換時間來表示。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通過速率（吞吐時間）中， A/D 轉換器的轉換時間占有相當大的比重。選

55、用 A/D 轉換器時必須考慮到轉換時間滿足系統(tǒng)通過率的要求，否則會產(chǎn)生較大的采樣誤差。 A/D 轉換器接轉換速度可分為高速、快速和低速三類。高速 A/D 轉換器的轉換時間小于 1us ，快速的轉換時間為 1－100us ，低速的在 100us 以上 （四）D/A轉換器的誤差 同A/D轉換器一樣D/A轉換器誤差控制要從精度和轉換速率兩方面考慮。 1、 轉換精度： DAC的轉換精度與D／A轉換芯片的結構、外部電路器件配置和電源誤差 有關。當這些因素造成較大的D／A轉換誤差，并超過一定程度時，D／A轉換就會產(chǎn)生錯誤。如果不考慮D／A轉換的誤差，DAC轉換精度就是分辨率的大小，因此，要獲得高

56、精度的D／A轉換結果，首先要選擇有足夠高分辨率的DAC。 D／A轉換精度分為絕對和相對轉換精度，一般是用誤差大小表示。DAC的轉換誤差包括零點誤差、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差。 絕對轉換精度是指滿劍度數(shù)字量輸入BJ，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標準電源的精度、權電阻的精度有關。相對轉換精度指在滿刻度已經(jīng)校準的前提下，整個刻度范圍內(nèi)，對應任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了DAC的線性度。通常，相對轉換精度比絕對轉換精度更有實用性。相對轉換精度一般用絕對轉換精度相對于滿量程輸出的百分數(shù)來表示，有時也用最低位(LSB)的幾分之幾來表示。 2、非

57、線性誤差： D／A轉換器的非線性誤差定義為實際轉換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對于滿量程的百分數(shù)度量。轉換器電路設計一殷要求非線性誤差不大于1／2LSD。 3、轉換速率/建立時間： 轉換速率實際是由建立時問來反映的。建立時間是指數(shù)字量為滿刻度值(各位全為1)時，DAC的模擬輸出電壓達到某個規(guī)定值(比如，90％滿量程或1／2LsB滿量程)時所需要的時間。建立時間是D／A轉換速率快慢的一個重要參數(shù)。很顯然，建立時間越大，轉換速率越低。不同型號DAC的建立時間一般從幾個毫微秒到幾個微秒不等。若輸出形式是電流，DAC的建立時間是很短的；若輸出形式是電壓，DAC的建立時間主要

58、是輸出運算放大器所需要的響應時間。 （五）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差的計算 在分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得誤差來源后，要計算誤差，誤差的計算公式有以下兩個：按均方根形式綜合誤差的表達式為 按絕對值和方式綜合誤差的表達式為： 式中：——多路模擬開關的誤差； ——放大器的誤差； ——采樣保持器的誤差； —— A ／ D 轉換器的誤差 六、設計體會總結 《微機原理與接口技術》作為電子信息類本科生教學的主要基礎課之一,課程緊密結合電子信息類的專業(yè)特點,圍繞微型計算機原理和應用主題,以Intel80x86CPU為主線,系統(tǒng)介紹微型計算機的基本知識,基本組成,體系結構和工作模式,從而使學生

59、能較清楚地了解微機的結構與工作流程,建立起系統(tǒng)的概念。 這次微機原理課程設計歷時一個星期，在整整一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。以前我接觸的那些程序都是很短、很基礎的，但是在課程設計中碰到的那些需要很多代碼才能完成的任務，畫程序方框圖是很有必要的。因為通過程序方框圖，在做設計的過程中，我們每一步要做什么，每一步要完成什么任務都有一個很清楚的思路，而且在程序測試的過程中也有利于查錯。 其次，以前對于編程工具的使用還處于一知半解的狀態(tài)上，但是經(jīng)過一段上機的實踐，對于怎么去排錯、查錯，

60、怎么去看每一步的運行結果，怎么去了解每個寄存器的內(nèi)容以確保程序的正確性上都有了很大程度的提高。 這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多編程問題，最后在同學們的幫助下并且查閱了很多相關的資料才得以解決。 通過本次課程設計，我進一步溫習和鞏固了課本的理論知識，增強了理論聯(lián)系實際的能力。同時也增強了我通過檢索資料來獲取相關專業(yè)信息以及利用檢索到的信息來解決面臨問題的能力。本次設計使我深刻認識到自己軟件編程方面的知識薄弱，同時也使我體會到軟件編程在實際硬件電路連接中的重要作用，軟件編程的使用是硬件開銷大大減少，同時也使設計更加的簡潔易于控制。在今后的學習我要加強軟件編程方面知識的積累和運用。 七、主要參考資料