2022年八路抢答器设计方案报告.docx

目 录题 目：抢答器设计1 课程设计任务书 11.1 课程设计内容 11.2 进度支配错误！未定义书签；2 总体设计 22.1 总体设计思路 22.2 硬件总体设计 4 2.2.1系统方案 42.2.2 内存单元编址 42.2.3 键盘、扬声器及显示功能的定义42.3 软件总体设计 5学 院：信息电子技术学院年 级：专 业：姓 名：学 号： 指导老师：2.3.1 储备单元的安排、标志位的含义52.3.2 主程序流程图 63 硬件设计 73.1 系统所选用芯片介绍 73.1.1 中断优先级治理器 8259A73.1.2 可编程并行接口芯片 8255A93.1.3 可编程定时器 /计数器 8253113.2 芯片工作方式 123.2.1 中断优先级治理器 8259A 的工作方式 123.2.2 可编程并行接口芯片 8255A 的工作方式 123.2.3 可编程定时器 /计数器 8253的工作方式 133.3 各芯片的连接 133.3.1 各芯片与 CPU的连接 133.3.2 各芯片之间的连接和与外设的连接 134 软件设计 144.1 子程序流程图 144.2 子程序清单 15小结 16参考文献 17课程设计图纸 18程序清单 181 课程设计任务书1.1 课程设计内容设计一个具有 8 路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键；规律开关K0 K7代表抢答按钮，当某个规律开关闭合时，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将其号码显示出来，并使喇叭响一声；启动运算机，运算机自动为系统各芯片进行初始化，抢答器开头工作；竞赛开头，在主持人按下开头键，绿灯亮后，选手才可开头抢答，否就违规；如选手抢答胜利， LED显示器显示选手号码，扬声器鸣叫；如选手抢答违规（主持人未按开头键）， LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警，并依据竞赛规章进行对该选手进行扣分；如系统提示某号选手抢答违规，主持人仍未按开头键，此时该号选手又按下抢答键， LED显示器显示该选手的号码；本系统开机后，如主持人既未按复位键又未按开头键，此时有选手按下抢答键，系统提示红灯亮，并报警；注：1） 抢答胜利，扬声器的鸣叫声音频率为 1KHz（1.5KHz）；2） 抢答失败，扬声器的鸣叫声音频率为 0.5KHz（1KHz）；3） 扬声器鸣叫或报警的时间为 12s（10s）；2 总体设计2.1 总体设计思路抢答器设计可以分为以下几个部分：数码显示，中断掌握等功能，故初步分析需要用 8255,8259,8253 等芯片；经过分析, 试验关键在于精确判定出最先抢答者的序号并锁存，而同时不理会其他抢答者的信号；因此，我们选用可编程并行接口芯片8255A，采纳方式 0，PA 接口做输入，接收抢答信号，并用PB接口做输出通过编程将抢答组号输出到数码 管显示；PC接口用 PC0接扬声器通过芯片掌握其发声， PC7接口接收开头的脉冲信号，当接收到高电平常开头一轮抢答；可将8 个按钮通过一个 8 位并行输入口 接至微机中；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，就马上停止采样，并记录下该组的组号；抢答按钮可以参照下图进行设计：+1图 2.1 抢答按钮电路由图可知，当 8 组都没按下按钮，送至并行接口的8 位抢答状态都是 0，而当微机采样到其中一位数据不为 0 时，就表示有一组获得了抢答机会，然后通过逐位查询个位状态就可判定出哪一组抢答胜利，并利用并行输出接口将其组号显示出来，在这试验中，可仅用一位 7 段数码管显示抢答胜利的组号；由于本系统要求对犯规的组号亮红灯警示，所以需要一个启动按钮，在主持人按下启动按键之前，假如有抢答钮被按下，就该抢答选手犯规，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亮以示犯规；为了对抢答后的时间进行掌握，可利用可编程定时 / 计数器 8254，采纳方式 0， 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；综上所述，硬件设计电路如下图：启动按钮及电路并微并七段码显示器微机扩行接犯规指示 LED译展总AB码口电8 路抢答按钮电路路线插电定时器时钟电路孔驱动器图 2.2 硬件结构示意图其中 8255 与 8986 连接图 2.3 如下：图 2.3 8086 与 8255 连接图2.2 硬件总体设计2.2.1 系统方案抢答器所要器件 ：中断优先级治理器 8259A，可编程并行接口芯片 8255，可编程定时器 / 计数器 8254，三个一样的驱动器，黄、红、绿三个发光二级管， 13 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；2.2.2 内存单元编址8259A的端口为 20H，21H；8255A的端口地址为 80H，81H，82H,83H；8254 的端口地址为 40H，41H,42H，43H；2.2.3 键盘、扬声器及显示功能的定义10 个按键中，一个开头键一个复位键，另外 8 个用做 8 位选手的抢答按键；扬声器用与黄、红、绿三个发光二极管协作使用，黄灯亮扬声器鸣叫表示抢答胜利，红灯亮扬声报警表示抢答违规报警，绿灯亮扬声器不鸣就表示主持人已按下开头键；LED显示器显示的内容与选手号对应，抢答胜利或违规都要显示；2.3 软件总体设计2.3.1 储备单元的安排、标志位的含义定义一个 TAB变量用来储备 19 的字形码信息，如下表：表 2.1定义一个 BZ变量作为标志位，用来显示选手抢答是否违规， BZ=0FFH时表示主持人已经按下开头键选手可以作答， BZ=00H时，表示主持人未按开头键，选手不行以作答；2.3.2 主程序流程图开头设置 LED 字型码初值，标志位初值对 8259A、8255A、8253 进行初始化设置抢答按钮中断向量并使 IF 置开放中断先从 82H 口中读一个字先从 82H 口中读一个字检测开头键是否按下检测开头键是否弹起关闭 LED显示器点亮绿灯先从 82H 口中读一置标志位值为 FFH使 IF=1 开放中断检测复位键是否按下先从 82H 口中读一个字检测复位将是否弹起关闭 LED显示器、指标灯将标志位清零，使 IF=1 开入中终止图 2.4主程序流程图3 硬件设计3.1 系统所选用芯片介绍3.1.1 中断优先级治理器 8259A 8259A内部结构：8259A采纳 NMOS工艺制成，有 28 根引脚，全部输入、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（中断恳求寄存器 IRR、优先级鉴别器 PR及现行服务寄存器 ISR）、掌握部件（掌握规律及中断屏蔽寄存器 IMR）、数据总路线缓冲器、读写规律以及级联缓冲器比较器等5 个部分；8259A主要的外部引脚：图 3.1 8259A 引脚图D0D7：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；WR ：写掌握输入信号，同掌握总路线上的 IOW 信号相连；RD ：读掌握输入信号，同掌握总路线上的 IOR 信号相连；A0：地址挑选信号，用来对 8259A内部的两个可编程寄存器进行挑选；CS ：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发出的中断恳求信号；INTA ：输入信号，接收 CPU送来的中断响应信号 INTA；IR0IR7：8 个中断恳求输入信号，高电平或上升沿有效；用于接收外设接口来的中断恳求；8259A工作方式：a) 优先级设置方式：全嵌套方式，特别嵌套方式，轮转优先级方式，特别轮转优先级方式b) 中断源屏蔽方式：一般屏蔽方式、特别屏蔽方式c) 中断终止方式：中断自动终止方式、中断非自动终止方式d) 系统总路线连接方式：缓冲方式、非缓冲方式e) 中断恳求信号触发方式：边沿触发方式、电平触发方式8259A命令字设置格式：表 3.1 主片初始化命令字设置表 3.2 从片初始化命令字设置表 3.38259A 操作命令字格式3.1.2 可编程并行接口芯片 8255A 8255A 内部结构：8255A芯片是一个采纳 NMO工S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组掌握与 B组掌握；读写掌握规律；数据总路线缓冲器；8255A主要的外部引脚：PA7PA：0图 3.2 8255A引脚图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口答应这样做；PB7PB：0 B口的 8 条 I O线；不行以设置成双向口，其它和 A口一样；PC7PC：0 C口的 8 条 I O线；不行以设置成双向口，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口仍常常为 A口、B口服务，协作 A 口、B口作联络线使用；A1、A0：端口地址挑选信号；用于挑选 8255A的 3 个数据端口和一个掌握口；当 A1A0=00时，挑选端口 A；为 01 时，挑选端口 B；为 10，挑选端口 C；为11 时，挑选掌握口；8255A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；表 3.4 8255A方式掌握字格式3.1.3 可编程定时器 / 计数器 82538253内部结构：8253采纳 NMOS工艺制成，有 24 个引脚，全部输入、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、读写规律以及掌握寄存器等分；8253外部引脚：4 个部图 3.3 8253外部引脚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 个掌握字寄存器与 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供应；当用于定时时，这个脉冲必需是匀称的、连续的、周期精确的，而用于计数时，这个脉冲可以是不匀称的、断续的、周期不定的；GATE、0GATE、1GATE：3 门控输入端，用于外部掌握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；OUT、0OUT、1OUT2：计数输出，当计数器从初值开头完成计数操作进， OUT引脚输出相应的信号；8253 工作方式：方式 0：减 1 计数到 0，产生中断恳求信号；方式 1：减 1 计数到 0，产生可重复触发的单稳态负脉冲信号；方式 2：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 12，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；表 3.5 8253方式掌握字格式3.2 芯片工作方式3.2.1 中断优先级治理器 8259A的工作方式芯片掌握 ICW1：采纳边沿触发，单片 8259，要写入 ICW4掌握字中断类型码 ICW2:设置 IR0IR7 的中断类型码依次为 08H、09H、0FH方式掌握 ICW4：优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，系统总线连接方式为主片工作在缓冲方式下 , 中断终止方式采纳中断非自动终止方式 ,8259 工作在80X86系统上；3.2.2 可编程并行接口芯片 8255A的工作方式A口工作在方式 0，做为输入端口用于连接选手按键（ PA7PA0依次对应按键 18）；B口工作在方式 0，做为输出端口，经驱动器 1 连接 LED显示器（ PB7PB0依次对应连接 LED显示器的 dp、g、f 、e、d、c、b、a 七段数码管管脚）；C口也必需工作在方式 0，高 4 位做输入端口（本次设计中只用 PC4、PC5,分别用于连接复位键和开头键），低4 位做输出端口（ PC3PC，0 经驱动器 2 后 PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到 8253 的 GATE1端，以掌握通道 1 的计数）；3.2.3 可编程定时器 / 计数器 8253 的工作方式通道 0 操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式计数格式为 BCD码，计数初值为 0；通道 1：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式的单稳态触发器，计数格式为 BCD码, 计数初值为 0；通道 2：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式器，计数格式为 BCD码，计数初值为 0；3.3 各芯片的连接3.3.1 各芯片与 CPU的连接3 即方波发生器，1 即可重触发3 即方波发生8259A、8255A、8253的数据总线 D7D0端、 CS 端、 RD 端、 WR 端、 INTA端、INT 端分别与 CPU的 D7D0数据总线、片选端、 IOR 端、 IOW 端、 INTA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；3.3.2 各芯片之间的连接和与外设的连接8259A的 IR2 端接选手按键信息输出端； 8255A的 A口的 PA7PA0依次接“按键 1”“按键 8”，B 口的 PB7PB0通过驱动器 1 接到 LED显示器， C口的 PC4、 PC5分别接复位键和开头键， 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的输出接入 CLK1端， OUT1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；4 软件设计4.1 子程序流程图开头爱护现场，将各寄存器值压入堆栈将本次中断压入堆栈中，并置IF=0 关闭中从 8255 的 A 端口猎取选手按键信息，并将其值取反设置循环次数为 8 次将 AL中的值规律右移 1 位判定 CX是否为 0 或 ZF 是否为 1Y猎取选手号码，并将值传给AX通过 XLAT指令将选手号转换成 LED显示相应的字型码将转换好的字形码值传给8255 的 B 端口判定标志位是否为 FFHY置 8253 通道 2 计数值将黄灯点亮，抢答胜利，扬声器鸣叫置 8253 通道 2 计数值将红灯点亮，抢答违规，扬声器报警给 8259 发中断终止命令中断返回图 4.1 子程序流程图4.2 子程序清单；中断服务子程序PUSHAX；爱护现场PUSHBXPUSHDXPUSHDSCLI；并使本次中断压INAL,80H；从 8255的NOTAL；将按键字节信息KEYINTPROC FAR入堆栈中的 IF=0；（关中断）A 口猎取选手按键信息取反MOVCX,8；计数 8 次LOP4:SHRAL , 1；猎取选手号码LOOPNZLOP4MOVAX,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FFH计数值OUT81H,ALTEST BZ,OFFH；判定标志位是否为JZLOP5MOVAL,00H；置 8253通道 2OUT42H,ALMOVAL,10H OUT42H,ALMOVAL,03H；黄灯亮，抢答胜利OUT82H,ALJMPKKKLOP5:MOVAL,00H；置 8253通道 2 计数值OUT42H,AL MOVAL,20HOUT42H,ALMOVAL,05H；红灯亮，抢答违规OUT82H,ALKKK:MOVAL,20H；给 8259发中断终止命令,写 OCW2OUT20H,ALPOPAX；复原现场POPBXPOPDXPOPDSKEYINTIRETENDP小结通过这次为期两周的微机原理与接口技术课程设计，扎实了我们的理论，培 养了我们的实际动手才能；两周的设计，让我们更深化的懂得了选用可编程并行 接口芯片 8255A，中断优先级治理器 8259A和可编程计时 / 定时器 8253 的工作原理和工作方式，知道了数码管的显示方法，明白了运算机主板构成、接口技术及 其应用编程方法，把握了汇编语言的设计；这次设计也培育了我们做事仔细细致有耐心的品质，锤炼了我们分析问题、解决问题的综合才能，为我们今后的学习和工作奠定了基础，让我们受益匪浅；本次设计需要娴熟把握汇编语言，熟识中断优先级治理器8259A、可编行接口接口芯片 8255A、可编程定时器计数器 8253 的内部结构、外部引脚和功能，熟识 LED显示器的结构及译码方式；中断优先级治理器 8259A在本系统中用来治理选手按键中断信息；可编程并行接口接口芯片 8255A在本系统中用来连接选手的按键，主持人的开头键和复位键，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显示器掌握显示器的输出，仍连接到 8253 的 GATE1端，掌握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；本次设计既没有硬件环境，也没模拟的软件环境，设计起来比较的困难，只能通过查找一些资料和大脑抽象来设计该课程设计；期望学校以后能够供应一些硬件或软件上的支持，让我们能够更好的把握接口芯片的设计；本人在本本次课程设计中获得了很多收益，通过本次课程设计让我更好的把握了中断优先级治理器 8259A、可编程并行接口接口芯片 8255A、可编程定时器计数器 8253 的工作原理、方式及其应用；通过本次课程设计也学会了如何设计一个简洁的微机系统，以及设计一个简洁微机系统所需要的步骤和设计中需要留意的地方；本人在设计中遇到很多困难，大都是对和芯片的应用仍不是很熟 练，仍需更加努力更加深化的明白微机系统和芯片功能；参 考 文 献1 仁向民·微机接口技术有用教程 M ·北京：清华高校出版社2 刘红玲、邵晓根·微机原理与接口技术 M·北京：中国电力出版社3 江正战、沈志鸿·三级偏硬考试教程 M·江苏：东南高校出版社4 阎石·数字电子技术基础 M ·北京：高等训练出版社5 张雪兰、谭毓安·汇编语言程序设计 M·北京：清华高校出版社课程设计图纸开5V复5V始位键键PC4与PCAP57AP 0非门D7D0键键 键 键键键 键 键12345678D82557D0PB7PC08CS动器B7段LA0ED80H83HA1PC3PC0B0显黄灯0C1红1动器2灯IC2ORI绿OW5VC0灯DGATE0D7d07D0OUT0C3ICLK1NTGATE1DD7D07D0II80H83H0OUT18253CS A08259CS A0R0R1I120H21H1GATE2MHzA10CLK0驱动器 3扬R3 R4 R5 R6R7R2I I II声器程序清单DATA SEGMENTTAB DB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H；19的段码；（字形码） BZ DB00H DATA ENDSSTACK1 SEGMENTPARASTACK'STACK' DB100HDUP.STACK1 ENDS CODE SEGMENTASSUMEDS:DATA,CS:CODE START: MOVAX,DATA MOVDS,AX；8259A初始化MOVAL,13H；初始化 8259A 的 ICW1 OUT20H,ALMOVAL,08H ；送中断类型码基值 ,8259A的 ICW2 OUT21H,ALMOVAL,0DH ；一般中断终止方式 ,8259A的 ICW4OUT21H,AL；8255A初始化MOVAL,98H；置 8255A 工作方式OUT83H,ALXORAL,AL；B 口、C 口初始化OUT81H,ALOUT82H,AL；8253初始化MOVAL,37H；置 8253通道 0 掌握字OUT43H,ALMOVAL,00H；置 8253通道 0 计数初值为 4000 OUT40H,ALMOVAL,40HOUT40H,ALMOVAL,73H；置 8253通道 1 掌握字OUT43H,ALMOVAL,00H；置 8253通道 1 计数初值为 3000OUT41H,ALMOVAL,30HOUT41H,ALMOVAL,0B7H；置 8253通道 2 掌握字OUT43H,ALMOVAL,00H；置 8253通道 2 掌握字OUT42H,ALMOVAL,00H；置 8253通道 2 计数初值为 0 OUT42H,ALMOVAL,00HOUT42H,AL；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,SEG KEYINT；DS：DX 指向 4 字节地址MOVDS,BXMOVDX,OFFSET KEYINT INT21HSTI；使 IF 置 1,开放可屏蔽中断；主循环LOPM: INAL,82H；检测开头键TESTAL,20H；检测 C 口的 PC5端JZLOP2 ；开头键未按下即 PC5=0,就跳转检测；复位键LOP1: INAL,82H ；检测开头键是否已经弹起 ,即 PC5=0 TESTAL,20HJNZLOP1；开头键没有弹起再重新检测MOVAL,00H；关 LED 显示器OUT81H,AL；送到 B 口MOVAL,08H；绿灯亮OUT82H,AL；送到 C 口MOVSTIBZ,0FFH；置标志LOP2: INAL,82H；检测复位键TESTAL,10H；检测 C 口的 PC4端JZLOPM ；复位键未按下即 PC4=0就,；测开头键跳转再检LOP3: INAL,82H；检测复位键是否弹起 ,即 PC4=0 TESTAL,10HJNZ LOP3 ；位键没有弹起 ,就重新检测MOV AL,00H ；关 LED 显示器、指标灯OUT 81H,ALOUT 82H,ALMOV BZ,00H ；清标志STIJMPLOPM；中断服务子程序KEYINT PROCFARPUSHAX；爱护现场PUSHBXPUSHDXPUSHDSCLI；并使本次中断压入堆栈中的 IF=0；（关中断）INAL,80H ；从 8255的 A 口猎取选手按键信息NOTAL；将按键字节信息取反MOVCX,8；计数 8 次LOP4: SHRAL , 1；猎取选手号码LOOPNZLOP4MOVAX,CX；把选手号传给 AXMOVBX,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,ALTESTBZ,0FFH；判定标志位是否为 FFHJZLOP5MOVAL,00H；置 8253通道 2 计数值OUT42H,ALMOVAL,10HOUT42H,ALMOVAL,03H；黄灯亮，抢答胜利OUT82H,ALJMPKKKLOP5: MOVAL,00H；置 8253通道 2 计数值OUT42H,ALMOVAL,20HOUT42H,ALMOVAL,05H；红灯亮，抢答违规OUT82H,ALKKK: MOVAL,20H ；给 8259发中断终止命令 ,写 OCW2 OUT20H,ALPOPAX；复原现场POPBXPOPDXPOPDS IRETKEYINT ENDP CODE ENDSENDSTART