华中科技大学微机接口课程设计实验报告

《微机接口技术》课程设计报告

设计题：人工降雨系统

指导老师：谭支鹏、熊自立、陈永平

设计时间：2013.10.28 至2013.11.1

人工降雨系统设计

一、课程设计目的

1、掌握接口硬件开发平台的使用方法，利用现有的实验平台和PC机，组成一个微机模拟应用系统。

2、掌握基本接口电路的综合应用。

3、掌握接口电路的驱动程序和界面软件的设计与编制，学会调试与测试接口软件的一般方法。

4、微机接口技术及接口芯片的综合应用。

5、在干旱了一段时间后，进行人工降雨。不同的季节，大自然不降雨对生活生产的影响不同，要控制好等待多久才进行人工降雨，以及降雨的量。

二、课程设计要求

设计一个模拟的微机应用系统。要求该系统综合应用实验台上的多种资源（并行接口、串行接口及其它接口和传感器）设计满足选题要求的符合实际应用的硬件系统，编制主控程序；执行元件驱动程序；通信程序等相应的软件，实现主控中心微机与终端机的远距离传送以及远程控制或监测功能。

由一个主控机(上位机)和若干个下位机组成，上位机与下位机利用串行通讯接口进行连接，构成一个完整系统。主控机负责数据处理，下位机负责接口访问，接口所需的芯片功能需要通过FPGA自己设计实现。基于FPGA设计的芯片功能可以是一个完整的功能芯片，也可以只是你在应用需要的芯片某项功能即可。验收的时候会根据实现的情况作出评价。

（1）主控机：在屏幕上用数字、图形、表格、曲线等方式直观地显示数据/状态处理的结果和过程。

（2）下位机：用实验台的声光部件描述当前监控/操作的工作状态，按主控机的命令驱动执行元件并返回状态和结果。

题目要求：

1．用实验台上的信号电源模拟湿度计的信号电压。

2．用实验台上的LED和扬声器模拟加湿动作及报警信号。

3．用实验台上的步进电机模拟水泵动作。

4．上位机实现图形监控。（模拟）

三、课程设计内容及过程

1.系统总体结构图

1) 系统硬件由主控机（其中一台微机）、终端机（另一台位微机）和执行部件组成。主控机与终端机通过串行通信线连接。

2) 执行部件：由接口电路等组成，将接收的数据送入到终端机或将终端机输出的数据送到执行部件。

3) 主控机：与所有终端机进行数据交换，必要时需建数据库，进行数据处理等。

4) 下位机：与主控机通信，控制执行部件。

5) 主控机程序：串行（RS232）通信程序，数据处理程序等。

6) 下位机程序：串行（RS232）通信程序，执行部件控制程序。

2.上位机与下位机原理介绍

下位机原理介绍：

下位机通过电阻调节得到当前降雨量，并将该数据传送至上位机。

下位机接受上位机传送来的应该降雨的天数，决定是否执行人工降雨。

LED 灯显示剩余的降雨天数，电动机显示是否在执行人工降雨。

上位机原理介绍：

上位机主要作用是决定人工降雨的天数。

它通过接受下位机反馈的当前降雨量，结合降雨天数算法，确定实际应该降雨的天数，并将主控机

下位机1 下位机n 下位机2 执行部件1 执行部件n 执行部件2

该结果传送至下位机。

3.人工降雨算法

累计降雨量降雨天数

>40% 0

40%~35% 1

35%~30% 2

30%~25% 3

25%~20% 4

20%~15% 5

15%~10% 6

10%~5% 7

5%~0% 8

4.总体设计图

上位机

8251串口通讯8253频率发生器

8251串口通讯8253频率发生器

我完成的部分即总体设计，并分模块将功能实现，以及调试

FPGA 部分的设计由组长完成，使用PFGA 代替8255芯片。

5.引脚连线

上位机连线： 8251控制：

8253_CS —— 280~287H

CLK0 —— 1MHZ

OUT0 —— TXCLK

OUT0 —— RXCLK

GATE0 —— +5V

8251CS —— 2B8~2BFH

INCLK —— 1MHZ

TXD8251 —— 下位机RXD8251

RXD8251 —— 下位机TXD8251

下位机连线：

8251控制：

8253_CS —— 280~287H

CLK0 —— 1MHZ

OUT0 —— TXCLK

OUT0 —— RXCLK

GATE0 —— +5V 下位机

0809数模转换 电阻 0832

8255 电动机

LED

8251CS ——2B8~2BFH

INCLK ——1MHZ

TXD8251 ——上位机RXD8251

RXD8251 ——上位机TXD8251 直流电机：

0832_CS ——290~297H

UB ——DCIN

电位器：

0809_CS ——298~29FH

IN0 ——SW1

LED灯：

8255_CS ——288~28FH

PA0~PA7 ——L0~L7

6.图形界面

上位机界面：

下位机界面：

四、主要分工

孙聆彬（组长）：FPGA部分的设计以及连线

冯朋：MFC界面与代码链接、上位机完成

邹若兰：MFC界面设计、下位机完成

王捷玲：系统整体设计、方案规划、连线

五、系统调试

第一天：了解课程设计要求，选题，并搜集资料

第二天：系统整体功能设计，设备检查

第三天：MFC界面设计，上位机下位机设计

第四天：整体功能调试

第五天：检查验收

六、设计心得与体会

通过本次课程设计，掌握了接口硬件开发平台的使用方法。掌握了基本接口电路的综合应

用。掌握了接口电路的驱动程序和界面软件的设计与编制，学会了调试与测试接口软件的一般方法，微机接口技术及接口芯片的综合应用。

但是实验进行的并不顺利，虽然我们很早就把整体设计完成，并且完成了不使用FPGA

的设计，后来加入FPGA后实验就总是出现各种问题，过程中我们的8251芯片烧坏了好几个，所以又要找出解决方案，直到最后我们多跟同学交流，多尝试不同的方法才把问题解决。

实验的软件设计部分较为容易，因为电动机的转动实现、LED灯、串口通讯等都有实例代码，我们只需要将它修改嵌入到整体代码中即可，而较为核心的部分：降雨天数的算法也很容易实现。

七、附源程序代码

上位机：

3DLG.H

// 3Dlg.h : header file

//

#if !defined(AFX_3DLG_H__83A8EF20_2E24_4240_9700_0AEEF48707E0__INCLUDED_)

#define AFX_3DLG_H__83A8EF20_2E24_4240_9700_0AEEF48707E0__INCLUDED_

#if _MSC_VER > 1000

#pragma once

#endif // _MSC_VER > 1000

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CMy3Dlg dialog

class CMy3Dlg : public CDialog

{

// Construction

public:

CMy3Dlg(CWnd* pParent = NULL); // standard constructor

// Dialog Data

//{{AFX_DA TA(CMy3Dlg)

enum { IDD = IDD_MY3_DIALOG };

// NOTE: the ClassWizard will add data members here

//}}AFX_DA TA

// ClassWizard generated virtual function overrides

//{{AFX_VIRTUAL(CMy3Dlg)

protected:

virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support

//}}AFX_VIRTUAL

// Implementation

protected:

HICON m_hIcon;

// Generated message map functions

//{{AFX_MSG(CMy3Dlg)

virtual BOOL OnInitDialog();

afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam);

afx_msg void OnPaint();

afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();

afx_msg void OnTimer(UINT nIDEvent);

virtual void OnOK();

virtual void OnCancel();

afx_msg void OnButton();

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP()

};

//{{AFX_INSERT_LOCA TION}}

// Microsoft Visual C++ will insert additional declarations immediately before the previous line.

#endif // !defined(AFX_3DLG_H__83A8EF20_2E24_4240_9700_0AEEF48707E0__INCLUDED_) 3DLG.CPP

// 3Dlg.cpp : implementation file

//

#include "stdafx.h"

#include "3.h"

#include "3Dlg.h"

#include

#include "..\\ApiEx.h"

#pragma comment(lib,"..\\ApiEx.lib")

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE[] = __FILE__;

#endif

int dayCount=0;

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CAboutDlg dialog used for App About

class CAboutDlg : public CDialog

{

public:

CAboutDlg();

// Dialog Data

//{{AFX_DA TA(CAboutDlg)

enum { IDD = IDD_ABOUTBOX };

//}}AFX_DA TA

// ClassWizard generated virtual function overrides

//{{AFX_VIRTUAL(CAboutDlg)

protected:

virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support //}}AFX_VIRTUAL

// Implementation

protected:

//{{AFX_MSG(CAboutDlg)

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP()

};

CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialog(CAboutDlg::IDD)

{

//{{AFX_DA TA_INIT(CAboutDlg)

//}}AFX_DA TA_INIT

}

void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{

CDialog::DoDataExchange(pDX);

//{{AFX_DA TA_MAP(CAboutDlg)

//}}AFX_DA TA_MAP

}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialog)

//{{AFX_MSG_MAP(CAboutDlg)

// No message handlers

//}}AFX_MSG_MAP

END_MESSAGE_MAP()

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CMy3Dlg dialog

CMy3Dlg::CMy3Dlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)

: CDialog(CMy3Dlg::IDD, pParent)

{

//{{AFX_DA TA_INIT(CMy3Dlg)

// NOTE: the ClassWizard will add member initialization here //}}AFX_DA TA_INIT

// Note that LoadIcon does not require a subsequent DestroyIcon in Win32 m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);

}

void CMy3Dlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{

CDialog::DoDataExchange(pDX);

//{{AFX_DA TA_MAP(CMy3Dlg)

// NOTE: the ClassWizard will add DDX and DDV calls here //}}AFX_DA TA_MAP

}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CMy3Dlg, CDialog)

//{{AFX_MSG_MAP(CMy3Dlg)

ON_WM_SYSCOMMAND()

ON_WM_PAINT()

ON_WM_QUERYDRAGICON()

ON_WM_TIMER()

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON, OnButton)

//}}AFX_MSG_MAP

END_MESSAGE_MAP()

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CMy3Dlg message handlers

BOOL CMy3Dlg::OnInitDialog()

{

CDialog::OnInitDialog();

// Add "About..." menu item to system menu.

// IDM_ABOUTBOX must be in the system command range.

ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);

ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);

CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);

if (pSysMenu != NULL)

{

CString strAboutMenu;

strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);

if (!strAboutMenu.IsEmpty())

{

pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARA TOR);

pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);

}

}

// Set the icon for this dialog. The framework does this automatically

// when the application's main window is not a dialog

SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big icon

SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon

// TODO: Add extra initialization here

CProgressCtrl *pProgCtrl=(CProgressCtrl*)GetDlgItem(IDC_PROG);

CProgressCtrl *pProgCtrl0=(CProgressCtrl*)GetDlgItem(IDC_PROG0);

pProgCtrl->SetRange(0,100);//设置进度条范围

pProgCtrl0->SetRange(0,8);

//SetTimer(1,1000,NULL);//设置进度条更新时钟

//SetTimer(2,50,NULL);//发送数据时钟

return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control

}

void CMy3Dlg::OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam)

{

if ((nID & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX)

{

CAboutDlg dlgAbout;

dlgAbout.DoModal();

}

else

{

CDialog::OnSysCommand(nID, lParam);

}

}

// If you add a minimize button to your dialog, you will need the code below

// to draw the icon. For MFC applications using the document/view model,

// this is automatically done for you by the framework.

void CMy3Dlg::OnPaint()

{

if (IsIconic())

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, (WPARAM) dc.GetSafeHdc(), 0);

// Center icon in client rectangle

int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);

int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);

CRect rect;

GetClientRect(&rect);

int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;

int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2;

// Draw the icon

dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);

}

else

{

CDialog::OnPaint();

}

}

// The system calls this to obtain the cursor to display while the user drags

// the minimized window.

HCURSOR CMy3Dlg::OnQueryDragIcon()

{

return (HCURSOR) m_hIcon;

}

void CMy3Dlg::OnTimer(UINT nIDEvent)

{

// TODO: Add your message handler code here and/or call default

CString a,b;

CProgressCtrl *pProgCtrl=(CProgressCtrl*)GetDlgItem(IDC_PROG);

CProgressCtrl *pProgCtrl0=(CProgressCtrl*)GetDlgItem(IDC_PROG0);

byte data;

int i,receivedData;

switch(nIDEvent)

{

case 1:

//初始化

if(!Startup())

{

return;

}

//读取下位机传来的数据

PortWriteByte(0x283,0x16);

PortWriteByte(0x280,52);

for(i=0;i<3;i++)

{

PortWriteByte(0x2b9,0);

}

PortWriteByte(0x2b9,0x40);

PortWriteByte(0x2b9,0x4e);

PortWriteByte(0x2b9,0x27);

PortReadByte(0x2b9,&data);

PortReadByte(0x2b8,&data);

receivedData=data;

//显示数据

pProgCtrl->SetPos(receivedData);//进度条随降雨量改变而改变

a.Format("%d",receivedData);

GetDlgItem(IDC_EDIT)->SetWindowText(a+"%");

/*

if(dayCount>0)

{

dayCount--;

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->SetCheck(true);//正在人工降雨

}

else ((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->SetCheck(false);

//进行判断

if(receivedData<=40&&dayCount==0)

{

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->SetCheck(true);//干旱

dayCount=(40-receivedData)/5;

pProgCtrl0->SetPos(dayCount);

//b.Format("%d",dayCount);

//GetDlgItem(IDC_EDIT0)->SetWindowText(b+"天");

}

else if(receivedData>40&&dayCount==0)

{

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->SetCheck(false);

pProgCtrl0->SetPos(dayCount);

//GetDlgItem(IDC_EDIT0)->SetWindowText(dayCount+"天");

}

*/

//进行判断

if(dayCount>0)

{

dayCount--;

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->SetCheck(true);//正在人工降雨}

else if(receivedData<=40)

{

if(receivedData<=40&&receivedData>=35) dayCount=1;

else dayCount=(40-receivedData)/5;

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->SetCheck(true);//干旱

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->SetCheck(false);//没有人工降雨}

else if(receivedData>40)

{

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->SetCheck(false);//不干旱

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->SetCheck(false);//没有人工降雨}

pProgCtrl0->SetPos(dayCount);

b.Format("%d",dayCount);

GetDlgItem(IDC_EDIT0)->SetWindowText(b+"天");

//结束

Cleanup();

break;

case 2://发送数据到下位机

if(!Startup())

{

printf("ERROR: Open Device Error!\n");

return;

}

PortWriteByte(0x283,0x16);

PortWriteByte(0x280,52);

for(i=0;i<3;i++)

{

PortWriteByte(0x2b9,0);

}

PortWriteByte(0x2b9,0x40);

PortWriteByte(0x2b9,0x4e);

PortWriteByte(0x2b9,0x27);

PortWriteByte(0x2b8,dayCount);

//PortReadByte(0x2b9,&data);

//PortReadByte(0x2b8,&data);

//printf("the received char is %c\n",data);

Cleanup();

break;

}

CDialog::OnTimer(nIDEvent);

}

void CMy3Dlg::OnOK()

{

// TODO: Add extra validation here

SetTimer(1,1000,NULL);//设置进度条更新时钟

SetTimer(2,50,NULL);//发送数据时钟

//CDialog::OnOK();

}

void CMy3Dlg::OnCancel()

{

// TODO: Add extra cleanup here

CDialog::OnCancel();

}

void CMy3Dlg::OnButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

KillTimer(1);

KillTimer(2);

((CProgressCtrl*)GetDlgItem(IDC_PROG))->SetPos(0);

((CProgressCtrl*)GetDlgItem(IDC_PROG0))->SetPos(0);

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->SetCheck(false);

((CButton *)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->SetCheck(false);

GetDlgItem(IDC_EDIT)->SetWindowText("已停止");

GetDlgItem(IDC_EDIT0)->SetWindowText("已停止");

}

下位机：

3DLG.H

// 3Dlg.h : header file

//

#if !defined(AFX_3DLG_H__83A8EF20_2E24_4240_9700_0AEEF48707E0__INCLUDED_) #define AFX_3DLG_H__83A8EF20_2E24_4240_9700_0AEEF48707E0__INCLUDED_

#if _MSC_VER > 1000

#pragma once

#endif // _MSC_VER > 1000

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CMy3Dlg dialog

class CMy3Dlg : public CDialog

{

// Construction

public:

CMy3Dlg(CWnd* pParent = NULL); // standard constructor

// Dialog Data

//{{AFX_DA TA(CMy3Dlg)

enum { IDD = IDD_MY3_DIALOG };

// NOTE: the ClassWizard will add data members here

//}}AFX_DA TA

// ClassWizard generated virtual function overrides

//{{AFX_VIRTUAL(CMy3Dlg)

protected:

virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support

//}}AFX_VIRTUAL

// Implementation

protected:

HICON m_hIcon;

// Generated message map functions

//{{AFX_MSG(CMy3Dlg)

virtual BOOL OnInitDialog();

afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam);

afx_msg void OnPaint();

afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();

afx_msg void OnTimer(UINT nIDEvent);

virtual void OnOK();

virtual void OnCancel();

afx_msg void OnButton1();

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP()

};

//{{AFX_INSERT_LOCA TION}}

// Microsoft Visual C++ will insert additional declarations immediately before the previous line.

#endif // !defined(AFX_3DLG_H__83A8EF20_2E24_4240_9700_0AEEF48707E0__INCLUDED_)

3DLG.CPP

// 3Dlg.cpp : implementation file

#include "stdafx.h"

#include "3.h"

#include "3Dlg.h"

#include

#include "..\\ApiEx.h"

#pragma comment(lib,"..\\ApiEx.lib")

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE[] = __FILE__;

#endif

#define SET_FREQ 1000

int dayCount=0;

int rainData=0;

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CAboutDlg dialog used for App About

class CAboutDlg : public CDialog

{

public:

CAboutDlg();

// Dialog Data

//{{AFX_DA TA(CAboutDlg)

enum { IDD = IDD_ABOUTBOX };

//}}AFX_DA TA

// ClassWizard generated virtual function overrides

//{{AFX_VIRTUAL(CAboutDlg)

protected:

virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support //}}AFX_VIRTUAL

// Implementation

protected: