数字秒表设计报告.docx
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数字秒表设计报告
吉林建筑工程学院
电气与电子信息工程学院
微机原理课程设计报告
设计题目:
数字秒表的设计
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
设计时间:
教师评语:
成绩评阅教师日期
数字秒表设计报告
一、课程设计目的
通过该设计,掌握8255并行接口芯片、8253定时计数芯片的使用和数码管的使用,并掌握相应的程序设计和电路设计的技能。
是对8255并行接口芯片章节理论学习的总结和补充,为后续的硬件课程的学习打下基础。
二、课程设计的内容及要求
利用8253计数器2和计数器1,实现1Hz信号的产生,然后计数器采用硬件触发选通方式计数,CPU读取计数结果,并转换为读秒计数,并把读秒计数的结果用数码管显示出来(2位)。
三、总体设计方案
设计一个利用微机原理与接口技术完成秒表的设计方案,该方案主要是选择8253A的计数器2与计数器1产生一个1Hz的中断脉冲,其输出端与不可屏蔽中断请求信号端相连接。
利用1.19318MHz脉冲方波输入CLK2,设置CLK2的初值为59659,将CLK2的输出端连接到CLK1,设置CLK1的初值为20,将OUT1连接到8086CPU的NMI端。
将NMI端有一个低电平信号输入时,8086CPU将产生中断进行秒计数。
8086通过8255A将PA口作为段选信号输出端,将PB口作为片选信号输出端。
图3.1 方案设计框图
此方案的核心内容是利用微机原理与接口技术完成秒表的设计方案,该方案主要是选择8253A的计数器2和计数器1进行1s的定时,其输出于OUT1与8086的NMI相连,当定时到1s的时候产生一个中断信号,在中断服务程序进行秒的计数,并送入相应的存储单元;8255的A口接七段数码管的段选信号,B口接七段数码管的位选信号,秒的数值通过对8255的编程可以显示在七段数码管上面。
该方案是利用微机接口技术的典范案例,就可行性而言,也是行之有效的。
四、硬件系统设计
8086简介
Intel8086拥有四个16位的通用寄存器,也能够当作八个8位寄存器来存取,以及四个16位索引寄存器(包含了堆栈指标)。
资料寄存器通常由指令隐含地使用,针对暂存值需要复杂的寄存器配置。
它提供64K,8位元的输出输入(或32K,16位元),以及固定的向量中断。
大部分的指令只能够存取一个内存位址,所以其中一个操作数必须是一个寄存器。
运算结果会储存在操作数中的一个。
Intel8086有四个内存区段(segment)寄存器,可以从索引寄存器来设定。
区段寄存器可以让CPU利用特殊的方式存取1MB内存。
8086把段地址左移4位然后把它加上偏移地址。
而8086的寻址方式改变让内存扩充较有效率。
8086处理器的时钟频率介于4.77MHz(在原先的IBMPC)和10MHz之间。
8086没有包含浮点指令部分(FPU),但是可以通过外接数学辅助处理器来增强浮点计算能力。
其I/O分配如下图所示:
图4.1 CPU8086及I/O接口电路图4.2 8086实物图
8255简介
Intel8086/8088系列的可编程外设接口电路(ProgrammablePeripheralInterface)简称PPI,型号为8255(改进型为8255A及8255A-5),具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。
它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。
8255A的通用性强,使用灵活,通过它CPU可直接与外设相连接。
8255A在使用前要写入一个方式控制字,选择A、B、C三个端口各自的工作方式,共有三种;方式0:
基本的输入输出方式,即无须联络就可以直接进行的I/O方式。
其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。
方式1:
选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调,只有A口和B口可以工作在方式1,此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号,余下的线只有基本的I/O功能,即只工作在方式0。
方式2:
双向I/O方式,只有A口可以工作在这种方式,该I/O线即可输入又可输出,此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线,C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线,也可以和B口一起方式0的I/O线。
8255A是一个并行输入、输出器件,具有24个可编程设置的I/O口,包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口,又可分为2组12位的I/O口:
A组包括A口及C口高4位,B组包括B口及C组的低4位。
图4.3 8255A接口电路图 图4.4 8255内部结构图
图4.5 8086与8255连接图
8253简介
Intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器,有几种芯片型号,外形引脚及功能都是兼容的,只是工作的最高计数速率有所差异,例如8253(2.6MHz),8253-5(5MHz),8253内部有三个计数器,分别成为计数器0、计数器1和计数器2,他们的机构完全相同。
每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字,互相之间工作完全独立。
每个计数器通过三个引脚和外部联系,一个为时钟输入端CLK,一个为门控信号输入端GATE,另一个为输出端OUT。
每个计数器内部有一个8位的控制寄存器,还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。
执行部件实际上是一个16位的减法计数器,它的起始值就是初值寄存器的值,而初始值寄存器的值是通过程序设置的。
输出锁存器的值是通过程序设置的。
输出锁存器OL用来锁存计数执行部件CE的内容,从而使CPU可以对此进行读操作。
顺便提一下,CR、CE和OL都是16位寄存器,但是也可以作8位寄存器来用:
图4.6 8253引脚图 图4.7 8086与8253连接图
一段程序写完成后不能急于上机调试,而是先进行逻辑分析、可行性分析。
用EMU8086软件进行调试,不能出现错误,警告可以有,只要不影响生成HEX文件即可。
理解其实现的功能,预想程序应该出现的结果。
先进行软件仿真,出现错误马上修改,不断进行。
先一个模块一个模块的仿真,准确后再连线总体仿真。
仿真完后出现预期的效果后再下载程序到硬件进行验证,往往还有问题,还得反复修改,编译,调试,下载,验证。
可以一个模块一个模块的下载调试这样就可以知道问题的所在。
采用Proteus和EMU8086结合仿真的可以大大简化软、硬件电路的设计过程。
Proteus是英国Labeenterelectronics公司研发的EDA工具软件。
Proteus不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台,更是目前世界最先进、最完整的多种型号微控制器系统的设计与仿真平台。
它真正实现了在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整电子设计与研发过程。
Proteus产品系列也包含了革命性的VSM技术,可以对基于微控制器的设计连同所有的外围电子器件一起仿真。
由于我们的设计外围电路比较简单实现的功能叶不是很复杂,所以在Proteus仿真时我们是将主程序直接下载到芯片中仿真,主要是验证是否采集到温度还有温度是否显示正确。
仿真可以在实物没有出来前进行先期的验证。
最后
图4.8 8255与7SEG连接图
加上我们的扩展功能一起仿真调试。
由于没有做硬件,我们采用Proteus仿真调试,通过将软件编译通过的程序下载到画好的仿真图中,这样便于检查软、硬件设计的不足。
但是Proteus仿真也存在不足的情况,仿真模拟的是理想的环境,不会差生误差但是实际的测试会出现一定的误差。
由于程序设计的是,当系统运行后,数码管开始显示计数时间,根据仿真结果。
说明此设计工作正常。
五、软件系统设计
软件设计要求及介绍
这是一个利用微机原理与接口技术完成秒表的设计方案,该方案主要是选择8253A的计数器2与计数器1进行1s的定时,其输出于OU1与8086的NMI相连,当定时到1s的时候产生一个中断信号,在中断服务程序进行秒的计数,并送入相应的存储单元;8255的A口接七段数码管的段选信号,B口接七段数码管的位选信号。
我的数值通过对8255的编程可以显示在七段数码管上面。
因此可以利用8086等器件的功能来完成设计。
EMU8086是学习汇编必不可少的工具,它结合了一个先进的原始编辑器、组译器、反组译器、具除错功能的软件模拟工具(虚拟PC),还有一个循序渐进的指导工具。
该软件包含了学习汇编语言的全部内容。
Emu8086集源代码编辑器,汇编/反汇编工具以及可以运行debug的模拟器(虚拟机器)于一身,此外,还有循序渐进的教程。
这里是软件设计的流程,首先对所要用到的逻辑元器件的控制端口,I/O口进行初始化,接着通过按下按键“1”来调用赋值子程序,这中间必须要应用一个延时程序来防抖,完成后就开始中断,接着判断按键“2”按下去的次数,如果是奇数次的话就继续进行秒表计时,如果按下去的是偶数次的话,那么暂停,显示当前秒表的计数值。
图5.1 程序设计流程图
六、总结
微机原理与接口技术的设计主要是要完成一个数字秒表,经过一周的时间的软件设计和仿真,基本完成了本次智能设计的任务和要求1.用于日常生活中各种场所的秒表计时。
使用方便,操作简单。
电路简单,制作成本低。
功耗低,便于长时间持续使用。
我感觉到到对知识真正的掌握制在于应用,这次设计用到了数字电路基础的知识,微机原理知识,电路基础等,当这些知识深深地结合在一起的时候,我感觉到了基础知识是如此的重要,把这些零散的知识组合在一起居然能够实现如此现代化的需求,设计出如此有价值的数字秒表。
还有就是8253这个器件对于微机接口的计数计时的设计有着至关重要的,那要做的就是熟悉这一器件的相关性能和用途,以便对设计来说方便些。
设计的完成要感谢老师的细心指导和尊尊教诲,相信这些经历对我以后的工作乃至于生活都会有着有用的指导意义。
七、参考文献
1.冯博琴·微型计算机原理与接口技术(第二版)·清华大学出版社·2007年8月第二版
附录1 硬件系统原理图
附录2 软件系统系统设计程序
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE
START:
LEASI,BUF
LEABX,TAB
MOVAL,89H
OUT63H,AL
MOVAL,0B6H
OUT43H,AL
MOVAX,5000
OUT42H,AL
MOVAL,AH
MOVAX,OFFSETIRQ7
MOVSI,003CH
MOV[SI],AX
MOVAX,0000H
MOVSI,003EH
MOV[SI],AX
MOVAL,13H
OUT20H,AL
MOVAL,08
OUT21H,AL
MOVAL,09H
OUT21H,AL
MOVAL,7F
OUT21H,AL
STI
DIS:
CALLDELAY
CALLDISPLAY
JMPDIS
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;时钟循环显示;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
IRQ7:
PUSHAX
PUSHBX
PUSHCX
PUSHSI
PUSHDX
DECICOUNT
JNZRETURN
MOVICOUNT,20
LEASI,BUF
MOVAX,[SI]
CALLJIN
MOV[SI],AL
MOV[SI+1],AH
CMPDL,1
JZMIN
JMPRETURN
MIN:
MOVAX,[SI+2]
CALLJIN
MOV[SI+2],AL
MOV[SI+3],AH
CMPDL,1
JZHOUR
JMPRETURN
HOUR:
MOVAX,[SI+4]
CALLJIN3
CMPAX,0204H
JNZHOUR0
MOVAX,0
HOUR0:
MOV[SI+4],AL
MOV[SI+5],AH
JMPRETURN
RETURN:
MOVAL,20H
OUT20H,AL
POPDX
POPSI
POPCX
POPBX
POPAX
IRET
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;时钟技术处理
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
JIN:
MOVDL,0
CMPAL,09H
JZJIN1
INCAL
JMPEXIT
JIN1:
CMPAH,05H
JZJIN2
INCAH
MOVAL,0
JMPEXIT
JIN2:
ADDDL,1
MOVAX,0
EXIT:
RET
JIN3:
MOVDL,0
CMPAL,03H
JZJIN4
INCAL
JMPEXIT1
JIN4:
CMPAH,02H
JZJIN5
INCAH
MOVAL,0
JMPEXIT1
JIN5:
ADDDL,1
MOVAX,0
EXIT1:
RET
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;时钟进位处理
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
DISPLAY:
PUSHAX
PUSHBX
PUSHCX
PUSHDX
PUSHSI
MOVAH,0FEH
MOVSI,0FFSETBUF
DISP:
MOVAL,[SI]
LEABX,TAB
XLAT
OUT61,AL
MOVAL,AH
OUT60,AL
CALLDELAY
CMPAH,07FH
JZQUIT
INCSI
ROLAH,1
JMPDISP
QUIT:
POPSI
POPDX
POPCX
POPBX
POPAX
RET
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;延时模块
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
DELAY:
PUSHCX
MOVCX,00FE
A1:
LOOPA1
POPCX
RET
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;数据段里的数据
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
TABDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH
BUFDB6DUP(0)
ICOUNTDB20
CODEENDS
ENDSTART
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