西电微机原理课程设计

一总体设计
一、设计要求
本系统完成的功能如下：
（1）用8088构成最小系统
（2）用0809组成8位温度AD变换接口电路
（3）用0832组成8位DA变换接口电路驱动直流电机
（4）用8255和8253组成步进电机控制电路
二、系统的总体组成
1处理器芯片选用8088，当8088的MN/MX引脚接+5V电压时，8088工作在最小方式下。

①时钟发生器采用8284A芯片
②主微处理器CPU选用8088芯片
③总线锁存器采用74LS373，用ALE的下降沿锁存。

由于8088中地址线
有20条，所以地址锁存要三个8282。

④数据收发器用来对数据进行缓冲和驱动，并控制数据发送和接收方
向，向CPU传送IO的数据或向IO传送CPU提供的数据。

同样由于8088中数据线只有8条，所以数据收发器只要一个8286就可以了。

⑤地址译码器采用74LS138，用地址线的高三位（即A19、A18、A17三
位）。

译码输出Y0-Y7，共可以控制8个I/O芯片
在最小方式下，8088CPU会直接产生全部总线控制信号。

2）只读存储器采用ROM芯片2764（或27128），随机存储器6264（或62128）3）A/D转换采用0809芯片
4）用0832 D/A转换芯片的模拟信号去驱动直流电机
5）8253+8255去控制步进电机
6）时钟电路、加电复位和复位电路。

7）地址分配
ROM: 0000H—3FFFH
RAM: 8000H--BFFFH
AD: 00H—07H
DA: 40H—41H
键盘相关：100H—103H
显示相关：140H—141H
步进电机相关：200H—207H
功能描述：
在最小方式下，8088CPU产生全部总线控制信号，由2764和6264构成了16KB 的ROM和16KB的RAM，在此基础上，分别实现接口逻辑。

本系统采用8088位处理器工作在最小方式系统下，采用8282、8286、8284构成了最小系统，形成总线逻辑。

采用2764和6264构成了16KB的ROM和16KB 的RAM。

在此基础之上，分别实现了一系列接口逻辑，包括采用0809实现8位的温度采集接口，采用0832实现直流电机的控制，采用8255和8253实现步进电机的控制，并设计了键盘和显示逻辑。

最后，运用Protel 99SE的自动布线功能，完成了最小系统的PCB版图设计。

二电路各部分原理图设计
8088最小方式系统
8088芯片介绍引脚如下图:
AD016A88AD115A97AD214A106AD313A115AD412A124AD511A133AD610A142AD7
9
A1539A16/S338NMI 17A17/S437INTR
18
A18/S536A19/S635RD
32S0/DEN 26WR/LOC 29S1DT/R 27HOLD 31S2IO/M 28HLDA 30ALEQS025MN/MX 33INAQS124SSO 34TEST 23CLK 19READY 22
RESET
21
U?
8088
INTA：中断响应信号输出，低电平有效。

用与对外设的中断请求作出响应。

8088的INTA信号实际上是CPU响应外设中断申请时，发出两个连续的负脉冲，其第一个负脉冲是通知外设端口，它发出的中断请求已获允许；外设接口收到第二个负脉冲后，往数据总线上放中断类型码，从而使CPU得到该中断请求的详细信息。

ALE：地址锁存允许信号，输出，高电平有效。

该信号是8088提供给地址锁存器的控制信号。

DEN：数据允许信号，输出，低电平有效。

给信号为收发器提供一个控制信号，DEN有效时，表示CPU当前准备发送或接受一个数据。

在DMA方式时，被置为高阻状态。

DT/R：数据发送/接收信号，输出。

该信号用来控制数据总线收发器的传送方向。

当DT/R高电平时，CPU向内存或I/O端口发送数据；当DT/R为低电平时，CPU从内存或I/O端口接收数据。

在DMA方式时，DT/R被置为高阻状态。

IO/M：存储器输入/输出控制信号，输出。

该信号作为区分CPU进行存储器访问还是输入/输出访问的控制信号。

当IO/M为高电平时，表示CPU正与存储器之间进行数据传送；当IO/M为低电平时，表示CPU正与输入/输出设备之间进行数据传送。

在DMA方式时，IO/M被置为高阻状态。

SSO：系统状态信号，输出，低电平有效。

该信号对8088的34脚。

SSO 与IO/M、DT/R的组合及对应的操作见下表。

M/IO DT/R SSO操作
1 0 0 中断响应
1 0 1 读I/O端口
1 1 0 写I/O端口
1 1 1 暂停（Halt）
0 0 0 取指令操作码
0 0 1 读存储器
0 1 0 写存储器
0 1 1 无源
WR：写信号，输出，低电平有效。

当该信号有效时，表示CPU当前正在进行存储器或I/O端口写操作。

到底为哪种写操作，则由WR信号决定。

在DMA方式时，该信号被置为高阻状态。

HOLD：总线保持请求信号，输入。

当8088系统中CPU之外的另一个主模块要求选用总线时，通过该信号向CPU发出一个高电平的总线保持请求信号。

HLDA：总线保持响应信号，输出。

当CPU接收到HOLD信号后，便发出高电平有效的HLDA信号给以响应，此时，CPU让出总线控制板，发出HOLD请求总线主设备获得总线的控制权。

8088工作于最小模式，如前所述，由于8088地址线和数据线有一部分是复用的，
A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120
CS226WE 27OE 22D011D112D213D315D416D517D618D7
19
U?6264
A010
A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE 20OE 22PGM 27VPP 1
D011D112D213D315D416D517D618D7
19
U?2764
的输入操作数据。

/WR为写读信号，低电平有效，/WR有效时表明cpu正在执行从存储器或IO口的输出操作数据。

在该设计中选用的ROM模块芯片为EPROM2764，容量为8K*8。

RAM模块芯片为SRAM6264，容量为8K*8。

系统要求由16KB的ROM和16K的RAM 组成。

16KB的ROM需要两片2764芯片，16K的RAM需要两片6264芯片。

下图给出了8088最小系统组成的16K的ROM和16K的RAM存储器逻辑图。

图中U1和U2两片2764构成16K的ROM模块；U3和U4两片6264组成16K的RAM模块。

地址总线A0~A12作为片内地址分别连接到U1，U2，U3和U4的相应地址线引脚上。

数据线D0~D7作为分别连接到U1，U2，U3和U4的相应数据线引脚上。

读信号/RD连接到U1，U2，U3和U4的/OE引脚
ADDA，ADDB，ADDC：路地址输入；
ADDA：最低位；
ADDC：最高位；
START：启动信号输入端
ALE：路地址锁存信号，用来锁存ADDA~ADDC路地址，上升沿有效；
EOC：变换结束状态信情号，高电平表示—次变换结束；
OE：读允许信号，高电平有效；
CLK：时钟输入端；
Vref（+），Vref（-）：参考电压输入端；
Vcc：5V电源输人；
GND：地。

ADC0809的时钟为10KHz~1.2MHz。

在时钟频率为640KHz时，其变换时间为100us。

ADC0809的工作时序如下图所示。

由图可以看到，在进行A/D变换时，路地址应先送到ADDA~ADDC输入端。

然后在ALE上输入端加一个正跳变脉冲，将路地址锁存到ADC0809内部的路地址寄存器中。

这样，对应路的模拟电压输入就和内部变换电路接通。

为了启动变换工作序列，必须在START端加一个负跳变信号。

此后变换工作就开始进行，标志ADC0809正在工作的状态信号EOC由高电平(闲状态)变成为低电平(工作状态)。

一旦变换结束，EOC信号就又由低电平变成高电平。

此时只要在OE
端加一个高电平，即可打开数据线的三态缓冲器，从D0~D7端数据线读得一次变换后的数据。

2 原理图设计
电路图：
8 1
Vref：基准电压端，是外加的高精度电压源，它与芯片内的电阻网络相连接，该电压范围为：-10V～+10V。

VCC和GND：芯片的电源端和地端。

DAC0832内部有两个寄存器，而这两个寄存器的控制信号有五个，输入寄存器由ILE、CS、WR1控制，DAC寄存器由WR2、Xref控制，用软件指令控制这五个控制端可实现三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。

三种工作方式区别是：直通方式不需要选通，直接D/A转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通。

2）直流伺服电机
直流伺服电机的工作原理与一般直流电动机的工作原理市完全相同。

他激直流电机转子上的载流导体（即电枢绕组）在定子磁场中受到电磁转矩的作用，使电机转子旋转。

由直流电机的基本原理分析得到：
n=(u-IaRa)/Ke
式中：
n——电枢的转速，r/min
u——电枢电压
Ia——电机电枢电流
Ra——电枢电阻
Ke——电势系数
由上式可知，调节电机的转速有三种方法：
①改变电枢电压u。

调速范围较大，直流伺服电机常用此方法调速。

②变磁通量＆（即改变Ke的值）。

改变激磁回路的电阻Rf以改变激磁电流If。

可以打到改变磁通量的目的；调磁调速因其调速范围较小常常作为调速的辅助方法，而主要的调速方法是调压调速。

若采用调压与调磁两种方法互相配合，可以获得很宽的调速范围，又可充分利用电机的容量。

③在电枢回路中串联调节电阻Rt，此时有
n=［u-Ia(Ra+Rt)］/Ke
由上式可知，在电枢回路中串联电阻的办法，转速只能调低，而且电阻上的铜耗较大，这种办法并不经济。

最常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）.
3）电路原理图设计
0832的DI0~DI7接到数据总线D0~D7上，WR1接到控制总线的WR上，片选端接到译码器上进行片选控制。

Iout1 和Iout2 经LM324AD和复合晶体管放大后驱动直流电机的运转。

由上图可以看出，只要加上-12V参考电压，LM324AD运放采用+12V电源，则可以输出0~12V电压。

利用程序可以控制电机的启动和转速，显然，电机只能一个方向转动。

由于D/A变换器的输入可以从00H到FFH，从而使运放的输出线性变化从0V到+12V，从而可以根据要求，利用该输出，控制电机工作在相应速度上。

电路图：
步进电机控制电路
1）器件介绍
步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广泛应用于需要精确定位、同步、行程控制等场合。

本设计所采用的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。

电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图和各线圈通电顺序如图1和表4.1所示：
图 1 步进电机原理图
表1
相顺序 A B C D
0 1 1 0 0
1 0 1 1 0
2 0 0 1 1
3 1 0 0 1
相顺序从0到1称为一步，电机轴将转过18度，0→1→2→3→4则称为通电一周，转轴将转过72度，若循环进行这种通电一周的操作，电机便连续的转动起来，而进行相反的通电顺序如4→3→2→1将使电机同速反转。

通电一周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为它每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原步颤动。

2）电路原理图设计
因采用了PC机和PC总线接口应用平台，硬件电路相对简单，除利用了PC 机本身资源外（如中断资源），还利用了平台上的8253计数/定时器、8255并行接口单元，再加上外围驱动电路，便构成可步进电机控制电路，电路图：。