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由于要用到数码显示、中断控制、倒计时等功能,故初步分析,需要8255、8259、8253等芯片。
经过分析,关键是准确判断出最先抢答者的信号并锁存,而同时不理睬其他抢答者的信号。
为此,可将8个抢答按钮信号通过一个8位并行输入口接至微机中。
沈阳大学
课程设计说明书NO.3
当主持人启动抢答过程后,微机通过该并行输入口循环对8路抢答信号进行采样。
当采样到那一组的抢答信号已经发出,则立即停止采样,并记录下该组的组号,每路抢答按钮电路可以参考图1所示进行设计。
图1抢答按钮电路
由图可知,当8组均未按下抢答按钮时,送入到并行接口的8位抢答状态都是0,而当微机采样到这8位数据不为0时,则表示有一组获得了抢答机会,然后通过逐位查询个位状态,即可判断出哪一组抢答成功,最后利用并行输出接口将抢答成功的组号现实出来.可以仅用一位7段数码管来显示抢答选手的组号.
为了对抢答后的回答时间进行计时控制,可以利用一个可编程定时计时器,先置计数初值,再计时,当计时时间到后,由并行接口输出一个响铃信号提示抢答选手的回答时间已到。
由于本系统要求对犯规的组亮红灯警告,所以要设置一个启动按键,在主持人按下启动按键之前,如果有抢答钮被按下,则该抢答选手犯规,可以通过并行接口输出一个信号使该组的红色发光二级管点亮以示该组选手犯规。
综上所述,硬件电路设计如图2及所示。
图2硬件结构示意图
沈阳大学
课程设计说明书NO.4
其中8255与8086连接图如下图3及所示。
图38086与8255连接图
3.2硬件总体设计
3.2.1系统方案
该抢答器所要器件:
中断优先级管理器8259A、可编程并行接口芯片8255、可编程定时器/计数器8253,三个一样的驱动器,黄、红、绿三个发光二极管,十三个电阻,一个8输入与非门,一个非门,一个扬声器,一个LED显示器,10个按键。
3.2.2内存单元编址
①中断优先级管理器8259A的端口地址为20H、21H
②可编程并行接口接口芯片8255A的端口地址为80H、81H、82H、83H
③可编程定时器/计数器8253的端口地址为40H、41H、42H、43H
课程设计说明书NO.5
3.2.3键盘、扬声器及显示功能的定义
10个按键中,一个开始键一个复位键,另外8个用做8位选手的抢答按键。
扬声器用与黄、红、绿三个发光二极管配合使用,黄灯亮扬声器鸣叫表示抢答成功,红灯亮扬声报警表示抢答违规报警,绿灯亮扬声器不鸣则表示主持人已按下开始键。
LED显示器显示的内容与选手号对应,抢答成功或违规都要显示。
3.3软件总体设计
3.3.1主程序流程图
课程设计说明书NO.6
图4主程序流程图
课程设计说明书NO.7
3.4硬件设计
3.4.1芯片的介绍
1)中断优先级管理器8259A
①8259A内部结构
8259A采用NMOS工艺制成,有28根引脚,所有输入、输出端与TTL电平兼容,单一电源(Vcc=+5V)供电。
8259的内部主要组成部分,包括处理部件(中断请求寄存器IRR、优先级鉴别器PR及现行服务寄存器ISR)、控制部件(控制逻辑及中断屏蔽寄存器IMR)、数据总路线缓冲器、读/写逻辑以及级联缓冲器/比较器等5个部分。
②8259A主要的外部引脚
图58259A引脚图
D0~D7:
双向数据线,CPU与8259间利用这个数据总路线传送数据及命令。
:
写控制输入信号,同控制总路线上的
信号相连。
读控制输入信号,同控制总路线上的
A0:
地址选择信号,用来对8259A内部的两个可编程寄存器进行选择
课程设计说明书NO.8
片选输入信号,低电平有效。
有郊时可通过数据总路线设置命令并对内部寄存器进行读出。
当进入中断响应时序时,该引脚状态与进行的处理无关。
INT:
由8259A向CPU发出的中断请求信号。
输入信号,接收CPU送来的中断响应信号INTA。
IR0~IR7:
8个中断请求输入信号,高电平或上升沿有效。
用于接收外设接口来的中断请求。
③8259A工作方式
a.优先级设置方式:
全嵌套方式(固定优先级方式)、特殊全嵌套方式(可响应同级中断方式)、轮转优先级方式、特殊轮转优先级方式。
b.中断源屏蔽方式:
普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。
c.中断结束方式:
中断自动结束方式、中断非自动结束方式(包括一般中断结束方式、特殊中断结束方式)。
d.系统总路线连接方式:
缓冲方式、非缓冲方式。
e.中断请求信号触发方式:
边沿触发方式、电平触发方式。
2)可编程并行接口接口芯片8255A
①8255A内部结构
8255A芯片是一个采用NMOS工艺制造的40引脚双列直插式(DIP)封装组件。
8255A有3个8位数据端口,即A口、B口及C口,它们都可以分别作为输入口或输出口使用;
A组控制与B组控制;
读/写控制逻辑;
数据总路线缓冲器。
②8255A主要的外部引脚
课程设计说明书NO.9
图68255A引脚图
PA7~PA0:
A口的8条I/O线。
8条线只能同时作为输入或输出,不能分开使用,可设置成双向口,也只有A口允许这样做。
PB7~PB0:
B口的8条I/O线。
不可以设置成双向口,其它和A口一样。
PC7~PC0:
C口的8条I/O线。
不可以设置成双向口,但它可以分拆为两组即高4位和低4位,这两组可以任意设置为输入或输出。
除了作为独立的I/O线外,C口还经常为A口、B口服务,配合A口、B口作联络线使用。
A1、A0:
端口地址选择信号。
用于选择8255A的3个数据端口和一个控制口。
当A1A0=00时,选择端口A;
为01时,选择端口B;
为10,选择端口C;
为11时,选择控制口。
③8255A工作方式
方式0:
基本的输入/输出方式。
A口、B口、C口都可以工作在些方式下。
方式1:
选通输入/输出方式(应答方式)。
A口、B口工作在此方式下。
方式2:
双向传输方式。
只有A口可以工作在此方式下。
8255A内部结构
课程设计说明书NO.10
图78255A内部结构图
3)可编程定时器/计数器8253
①8253的内部结构
8253采用NMOS工艺制成,有24个引脚,所有输入、输出端均TTL电平兼容,单一电源(Vcc=+5V)供电,最高计数速率为2.6MHz。
它包括3个计数器(即计数器0、1、2)、数据总路线缓冲器、读/写逻辑以及控制寄存器等4个部分。
②8253的外部引脚
图88253引脚图
A1、A0:
地址输入线,用来址8253内部的4个端口,即3个计数器和1个控制
沈阳大学
课程设计说明书NO.11
字寄存器与CPU系统地址线相连。
CLK0、CLK1、CLK2:
时钟脉冲输入端,用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。
CLK可以是系统的时钟脉冲,也可以由系统时钟分频或者其他脉冲源提供。
当用于定时时,这个脉冲必须是均匀的、连续的、周期精确的,而用于计数时,这个脉冲可以是不均匀的、断续的、周期不定的。
GATE0、GATE1、GATE3:
门控输入端,用于外部控制计数器的启动计数和停止计数的操作。
两个或两个以上计数器连用时,可用此信号同步,也可用于与外部某信号的同步。
OUT0、OUT1、OUT2:
计数输出,当计数器从初值开始完成计数操作进,OUT引脚输出相应的信号。
③8253的工作方式
减1计数到0,产生中断请求信号。
减1计数到0,产生可重复触发的单稳态负脉冲信号。
减1计数到1,分频器(速率信号发生器)。
方式3:
减1计数到初值的1/2,方波发生器。
方式4:
减1计数到0,软件触发产生选通负脉冲信号。
方式5:
减1计数到0,硬件触发产生选通负脉冲信号。
3.4.2芯片的连接
各芯片与CPU的连接
8259A、8255A、8253的数据总线D7~D0端、
端、
端、INT端分别与CPU的D7~D0数据总线、片选端、
端、INTR端。
8255A、8253的A1、A0端分别接入CPU地址线的A1、A0端,8259的A0端接到CPU地址线的A0端;
1)各芯片之间的连接和与外设的连接
课程设计说明书NO.12
8259A的IR2端接选手按键信息输出端;
8255A的A口的PA7~PA0依次接“按键1”~“按键8”,B口的PB7~PB0通过驱动器1接到LED显示器,C口的PC4、PC5分别接复位键和开始键,PC3、PC2、PC1经驱动器2分别接绿灯发光二极管、红灯发光二极管、黄灯发光二极管,PC0接到8253的GATE1端;
8253的GATE0端接+5V电压,OUT0的输出经反相器后接入GATE2端,CLK0和CLK1接入1MHz的频率发生器,CLK2经驱动器3接扬声器。
3.5软件设计
3.5.1子程序流程图
课程设计说明书NO.13
图9子程序流程图
课程设计说明书NO.14
3.5.2子程序清单
中断服务子程序
KEYINTPROCFAR
PUSHAX;
保护现场
PUSHBX
PUSHDX
PUSHDS
CLI;
并使本次中断压入堆栈中的IF=0(关中断)
INAL,80H;
从8255的A口获取选手按键信息
NOTAL;
将按键字节信息取反
MOVCX,8;
计数8次
LOP4:
SHRAL,1;
获取选手号码
LOOPNZLOP4
MOVAX,CX;
把选手号传给AX
MOVBX,OFFSETTAB;
查段码(字形码)
XLAT;
将选手号转换成TAB中对应的LED字形码
OUT81H,AL
TESTBZ,OFFH;
判断标志位是否为FFH
JZLOP5
MOVAL,00H;
置8253通道2计数值
OUT42H,AL
MOVAL,10H
OUT42H,AL
MOVAL,03H;
黄灯亮,抢答成功
OUT82H,AL
JMPKKK
LOP5:
MOVAL,00H;
MOVAL,20H
OUT42H,AL
MOVAL,05H;
红灯亮,抢答违规
OUT82H,AL
KKK:
MOVAL,20H;
给8259发中断结束命令,写OCW2
OUT20H,AL
POPAX;
恢复现场POPBX
POPDX
POPDS
IRET
KEYINTENDP
课程设计说明书NO.15
主程序清单
DATASEGMENT
TABDB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H;
1~9的段码;
(字形码)
BZDB00H
AX;
恢复现场
POPBX
IRET
1~9的段码
;
DATAENDS
STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’
DB100HDUP(?
)
STACKENDS
CODESEGMENT
ASSUMEDS:
DATA,CS:
CODE
START:
MOVAX,,DATA
MOVDS,AX
8259A初始化
MOVAL,13H;
初始化8259A的ICW1
OUT20H,AL
MOVAL,08H;
送中断类型码基值,8259A的ICW2
OUT21H,AL
MOVAL,0DH;
一般中断结束方式,8259A的ICW4
课程设计说明书NO.16
OUT21H,AL
8255A初始化
MOVAL,98H;
置8255A工作方式
OUT83H,AL
XORAL,AL;
B口、C口初始化
OUT81H,AL
;
8253初始化
MOVAL,37H;
置8253通道0控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;
置8253通道0计数初值为4000
OUT40H,AL
MOVAL,40H
OUT40H,AL
MOVAL,73H;
置8253通道1控制字
OUT43H,AL
置8253通道1计数初值为3000OUT41H,AL
MOVAL,30H
OUT41H,AL
MOVAL,B7H;
置8253通道2控制字
置8253通道2计数初值为0
MOVAL,00H
中断设置
MOVAH,25H;
设置抢答按键中断向量
MOVAL,0AH;
中断类型号为入口参数
MOVBX,SEGKEYINT;
DS:
DX指向4字节地址
MOVDS,BX
MOVDX,OFFSETKEYINT
INT21H
STI;
使IF置1,开放可屏蔽中断
主循环
LOPM:
INAL,82H;
检测开始键
TESTAL,20H;
检测C口的PC5端
JZLOP2;
开始键未按下即PC5=0,则跳转检测
课程设计说明书NO.17
复位键
LOP1:
检测开始键是否已经弹起,即PC5=0
TESTAL,20H
JNZLOP1;
开始键没有弹起再重新检测
关LED显示器
OUT81H,AL;
送到B口
MOVAL,08H;
绿灯亮
OUT82H,AL;
送到C口
MOVBZ,0FFH;
置标志
STI
LOP2:
检测复位键
TESTAL,10H;
检测C口的PC4端
JZLOPM;
复位键未按下即PC4=0,则跳转再检;
测开始键
LOP3:
检测复位键是否弹起,即PC4=0
TESTAL,10H
JNZLOP3;
位键没有弹起,则重新检测
关LED显示器、指标灯
OUT81H,AL
OUT82H,AL
MOVBZ,00H;
清标志
JMPLOPM
倒计时源代码:
COUNTDOWNPROC;
倒计时子程序,倒计时30秒
PUSHAX
PUSHBX
PUSHCX
PUSHDX
PUSHSI
MOVAL,1FH;
首先输出30
MOVBX,OFFSETSTATE
ADDBX,2
MOV[BX],AL;
将2LED字母输出到state[2]
MOVAL,3FH
INCBX
将0的LED字母输出到state[3]
MOVCX,0E0H
B1:
CALLDISPLAY1;
显示30秒
LOOPB1
MOVBX,OFFSETTABLE2
课程设计说明书NO.18
MOVSI,OFFSETTABLE1
MOVCX,2;
十位的循环显示(1,0)
SHIWEI:
MOVSI,OFFSETSTATE
ADDSI,2
MOVAL,[BX];
得到十位的LED代码
MOV[SI],AL;
将其输出到state[2]
MOVCX,10;
个位的循环显示(9,8,…1,0)
MOVSI,OFFSETTABLE1
ADDBX,3
GEWEI:
MOVAL,[SI];
得到个位的LED字母
将其输出到state[3]
B2:
显示该数字一秒钟
LOOPB2
INCSI
POPCX
LOOPGEWEI
LOOPSHIWEI
POPSI
POPDX
POPBX
POPAX
RET
COUNTDOWNENDP
4.设计体会
通过本次设计掌握了微机系统的开发步骤,掌握了中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器/计数器8253和数码管的用法,掌握了汇编优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器/计数器8253的内部结构程序的设计。
本次设计需要熟练掌握汇编语言,熟悉中断、外部引脚和功能,熟悉LED显示器的结构及译码方式。
中断优先级管理器8259A在本系统中用来管理选手按键中断信息。
可编程并行接口
课程设计说明书NO.19
接口芯片8255A在本系统中用来连接选手的按键,主持人的开始键和复位键,用来连接黄灯、红灯、绿灯三个发光二极管,用来提示抢答信息,用来连接LED显示器控制显示器的输出,还连接到8253的GATE1端,控制计数器的启动计数和停止计数的操作。
可编程定时器/计数器8253用来设定扬声器的发声频率和发声时间。
LED显示器用来连接到8255A的B口,用来显示选手号。
通过本次课程设计我也获得了许多收益,首先,让我更好的掌握了8259A、8255A、8253芯片的工作原理、方式及其应用。
其次,让我学会了如何设计一个简单的微机系统,
以及设计一个简单微机系统所需要的步骤和设计中需要注意的地方。
本人在设计中遇到很多困难,大都是对和芯片的应用还不是很熟练,还需更加努力更加深入的了解微机系统和芯片功能。
由于我的能力和时间的限制,没能通过硬件的验证实验,只是通过查找一些资料和大脑抽象来设计本次课程设计,设计的抢答器还存在一些问题有待改进。
这次课程设计对我的设计、动手能力有了进一步的提升。
虽然整个过才头都是涨涨的,但是最终我还是成功了。
这次的喜悦也勾起我的兴趣,以后没有课程设计我也会主动去做电路,为以
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