微机原理与接口技术课程设计(竞赛抢答器)(共20页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上目录一、课程设计的目的和要求 31.1、课程设计的目的 31.2、课程设计的要求 3二、总体设计 4 2.1、基本工作原理 4 2.2、 硬件总体设计4 1 、系统总成方案4 2 、内存单元编址4 3 、键盘及显示功能的定义4 2.3、 软件总体设计4 1、 存储单元的分配、标志位的含义4 2 、主程序框图）5三、硬件设计 63.1、系统所选用各芯片的介绍 61、中断优先级管理器8259A62、可编程并行接口接口芯片8255A73、可编程定时器计数器8253 83.2、系统所选用各芯片的工作方式 81、中断优先级管理器8259A的工作方式 82、可编程并行接口接口芯片8255A的工作方式 93、可编程定时器计数器8253的工作方式103.3、系统所选用各芯片的连接101、各芯片与CPU的连接102、各芯片之间的连接和与外设的连接10四、软件设计134.1、子程序的流程图13五、系统操作说明14六、结束语14七、系统原理图15八、参考文献16 九、附录 16题目：竞赛抢答器一、课程设计的目的和要求1.1、课程设计的目的1、掌握微机系统的开发步骤2、掌握8259A、8255A、8253数码管的用法3、掌握汇编程序的设计1.2、课程设计的要求设计一个具有8路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键。逻辑开关K0-K7代表抢答按钮，当某个逻辑开关闭合时，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（或者以发光二极管代替）。1、中断优先级管理器8259A控制字要求芯片控制字：采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字中断类型码控制字：设置IR0IR7的中断类型码依次为08H、09H、0FH方式控制字：优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，主片工作在缓冲方式下,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。2、可编程并行接口接口芯片8255A控制字要求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口也必须工作在方式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始键），低4位做输出端口（PC3PC0，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，以控制通道1的计数）。3、可编程定时器计数器8253控制字要求通道0：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为4000。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1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为3000。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3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。二、总体设计2.1、基本工作原理主持人按开始键，绿灯这后，选手才可抢答，否则违规。若抢答成功，LED显示器显示选手号码，黄灯亮，扬声器鸣叫；若抢答违规（主持人示按开始键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警。2.2、硬件总体设计1、系统总成方案该竞赛抢答器所要器件：中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片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。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、43H3、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。2.3、软件总体设计1、存储单元的分配、标志位的含义（1）、定义一个TAB变量用来存储19的字形码信息，如下表LED的管脚对应的字形对应存放在内存单元的字形码dp、g、f、e 、d、c、b、a0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 00 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 112345678906H5BH4FH66H6DH7CH07H7FH6FH（2）、定义一个BZ变量作为标志位，用来选手抢答是否违规，BZ=0FFH时表示主持人已经按下开始键选手可以抢答，BZ=00H表示主持人未按下开始按键，选手不可以抢答。2、主程序流程图及清单（带有注释）（1）、主程序流程图如下：开始设置LED字形码初值、标志位初值对8259A、8255A、8253进行初始化设置抢答按键中断向量并使IF置1开放中断关闭LED显示器检测开始键是否按下检测开始键是否弹起点亮绿灯置标志位值为FFH使IF=1开放中断检测复位键是否按下检测复位键是否弹起关闭LED显示器、指标灯将标志位清零，使IF=1开入中断结束YYYYNNNN主程序流程图先从82H 口中读一个字先从82H 口中读一个字先从82H 口中读一个字先从82H 口中读一个字三、硬件设计3.1、系统所选用各芯片的介绍中断优先级管理器8259A1、8259A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。2、8259A主要的外部引脚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。：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，同控制总路线上的信号相连。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。：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。IR0IR7：8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。3、8259A工作方式（1）、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。（2）、中断源屏蔽方式：普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。（3）、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）。（4）、系统总路线连接方式：缓冲方式、非缓冲方式。（5）、中断请求信号触发方式：边沿触发方式、电平触发方式。4、8259A初始化控制字格式ICW1(芯片控制字)D7 D6 D5D4D3D2D1D00 0 0特征位1触发方式0 边沿触发1 电平触发0单片选择信号0 多片8259级联1 单片8259是不要ICW40 不要(8080/8085)1 要(80X86)ICW2（中断类型码控制字,D7D3设置中断类型码）D7D6D5D4D3D2D1D0×××××000ICW3（主片，级联时才用设置，各位为1则表示接有从片）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0ICW3（从片，级联时才用设置）D7D6D5D4D3D2 D1 D000000ID2 ID1 ID0 从片INT接于主片的引脚0 0 0 IR00 0 1 IR1 1 1 1 IR7ICW4（方式控制字）D7 D6 D5D4D3D2D1D00 0 0嵌套方式0 全嵌套方式1特殊全嵌套方式缓冲方式0非缓冲方式1缓冲方式缓冲方式下0本片为从片1本片为主片中断结束方式0中断非自动结束1中断自动结束系统类型0 8080/80851 80X865、8259A操作命令字格式OCW0（中断屏蔽字,各位为1则被屏蔽）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0OCW1（轮转优先级和中断结束字）D7D6D5D4 D3D2 D1 D0轮转位0 非轮转1 轮转选择标志位0 L2L0无效1 L2L0有效中断结束位0 非中断结束 1 中断结束特征位00标志位000 IR0 优先级最低001 IR1 优先级最低OCW2（特殊屏蔽、查询和状态读取字）D7D6D5D4 D3D2D1D00特殊屏蔽方式允许位0 禁止特殊屏蔽方式1 允许特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式位0 非特殊屏蔽方式1 特殊屏蔽方式特征位01中断查询位0非中断查询1中断查询读寄存器0 禁止读1 允许读0读IRR1读ISR可编程并行接口接口芯片8255A1、8255A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。2、8255A主要的外部引脚PA7PA0：A口的8条IO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。PB7PB0：B口的8条IO线。不可以设置成双向口，其它和A口一样。PC7PC0：C口的8条IO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IO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。3、8255A工作方式（1）、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。（2）、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。（3）、方式2：双向传输方式。只有A口可以工作在此方式下。4、8255A方式控制字格式D7D6、D5D4D3D2D1D01A口A口C口高4位B口B口C口低4位00 方式001 方式11x 方式20 输出1 输入0 输出1 输入0方式01方式10 输出1 输入0 输出1 输入可编程定时器计数器82531、8253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。2、8253的外部引脚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个控制字寄存器与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。3、8253的工作方式（1）、方式0：减1计数到0，产生中断请求信号。（2）、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。（3）、方式2：减1计数到1，分频器（速率信号发生器）。（4）、方式3：减1计数到初值的12，方波发生器。（5）、方式4：减1计数到0，软件触发产生选通负脉冲信号。（6）、方式5：减1计数到0，硬件触发产生选通负脉冲信号。4、8253方式控制字格式D7 D6D5 D4D3 D2 D1D000 选计数器001 选计数器110 选计数器200 计数器锁存01 只读写低8位10 先读写高8位11 先读写低8位 再读写高8位000 方式0001 方式1X10 方式2X11 方式3100 方式4101 方式50 二进制计数1 BCD计数3.2、系统所选用各芯片的工作方式1、中断优先级管理器8259A的工作方式（1）、芯片控制ICW1：采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字（2）、中断类型码ICW2：设置IR0IR7的中断类型码依次为08H、09H、0FH（3）、方式控制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,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。2、可编程并行接口接口芯片8255A的工作方式（1）、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）；（2）、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）；（3）、C口也必须工作在方式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始键），低4位做输出端口（PC3PC0，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，以控制通道1的计数）。3、可编程定时器计数器8253的工作方式（1）、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3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。（2）、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1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为0。（3）、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3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。3.3、系统所选用各芯片的连接1、各芯片与CPU的连接8259A、8255A、8253的数据总线D7D0端、端、端、端、端、INT端分别与CPU的D7D0数据总线、片选端、端、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；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。四、软件设计开始保护现场，将各寄存器值压入堆栈将本次中断压入堆栈中，并置IF=0关闭中断设置循环次数为8次将AL中的值逻辑右移1位从8255的A端口获取选手按键信息，并将其值取反判断CX是否为0或ZF是否为1获取选手号码，并将值传给AX通过XLAT指令将选手号转换成LED显示相应的字形码将转换好的字形码值传给8255的B端口判断标志位是否为FFH置8253 通道2计数值将黄灯点亮，抢答成功，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发中断结束命令中断返回NYYN1、子程序流程图五、系统操作说明启动计算机，计算机自动为系统各芯片进行初始化，抢答器开始工作。比赛开始，在主持人按下开始键，绿灯亮后，选手才可开始抢答，否则违规。若选手抢答成功，LED显示器显示选手号码，扬声器鸣叫。若选手抢答违规（主持人未按开妈键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警，并根据比赛规则进行对该选手进行扣分。若系统提示某号选手抢答违规，主持人仍未按开始键，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，若主持人既未按复位键又未按开始键，此时有选手按下抢答键，系统提示红灯亮，并报警。注： 1、抢答成功，置8253通道2计数值为1000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/1000=1KHz。2、抢答失败，置8253通道2计数值为2000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/2000=0.5KHz。3、扬声器鸣叫或报警的时间为12s。六、结束语通过本次实验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，掌握了汇编程序的设计。本次设计需要熟练掌握汇编语言，熟悉中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器计数器8253的内部结构、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。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。希望学校以后能够提供一些硬件或软件上的支持，让我们能够更好的掌握接口芯片的设计。本人在本本次课程设计中获得了许多收益，通过本次课程设计让我更好的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。 七、系统原理图IORIOWPC4PC5D7D08255 PB7PC0CSA0A1 PC3PC0GATE0D7d0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 8253CSA0 GATE2A1 CLK0 CLK1 CLK2驱动器1驱动器2D7D08259CSA0驱动器3与非门按键1按键2按键8按键3按键7按键6按键5按键4+5VD7D0D7D0D7D0(80H83H)(80H83H)A0A1A0A11MHz(20H21H)A0PC0PB0PB7PC1PC2PC3红灯绿灯黄灯8段LED显示器INTIR0IR1IR3IR4IR5IR6IR7IR2+5V+5V开始键复位键扬声器PA7PA0八、参考文献1、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2、江正战、沈志鸿·三级偏硬考试教程M·江苏：东南大学出版社3、阎石·数字电子技术基础M·北京：高等教育出版社4、张雪兰、谭毓安·汇编语言程序设计M·北京：清华大学出版社九、附录（1）、主程序清单（带详细注释）DATASEGMENTTAB DB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H ； BZ DB 00HDATAENDSSTACKSEGMENTPARASTACKSTACKDB100HDUP(?)STACKENDSCODE SEGMENTASSUMEDS:DATA,CS:CODESTART:MOVAX,DATAMOVDS,AX;8259A初始化MOV AL,13H;初始化8259A的ICW1OUT 20H,ALMOVAL,08H;送中断类型码基值,8259A的ICW2OUT21H,ALMOVAL,0DH;一般中断结束方式,8259A的ICW4 OUT21H,AL ;8255A初始化MOV AL,98H;置8255A工作方式 OUT 83H,ALXORAL,AL;B口、C口初始化OUT 81H,ALOUT82H,AL;8253初始化MOV AL,37H;置8253通道0控制字OUT 43H,ALMOV AL,00H;置8253通道0计数初值为4000OUT40H,ALMOVAL,40HOUT40H,ALMOV AL,73H;置8253 通道1控制字OUT43H,ALMOVAL,00H;置8253通道1计数初值为3000OUT41H,ALMOVAL,30HOUT41H,ALMOV AL,B7H;置8253通道2控制字OUT43H,ALMOVAL,00H;置8253通道2控制字OUT42H,ALMOVAL,00H;置8253通道2计数初值为0OUT42H,ALMOVAL,00HOUT42H,AL;中断设置MOVAH,25H;设置抢答按键中断向量MOV AL,0AH;中断类型号为入口参数MOV BX,SEG KEYINT;DS：DX指向4字节地址MOV DS,BXMOV DX,OFFSET KEYINTINT 21HSTI;使IF置1,开放可屏蔽中断LOPM:INAL,82H;检测开始键TESTAL,20H JZ LOP2LOP1:INAL,82HTESTAL,20HJNZ LOP1;开始键没有弹起再重新检测MOVAL,00H;关LED显示器OUT 81H,AL;送到B口MOVAL,08H;绿灯亮OUT82H,AL;送到C口MOVBZ,0FFH;置标志STILOP2:INAL,82H;检测复位键TESTAL,10H;检测C口的PC4端JZLOPM LOP3:INAL,82H;检测复位键是否弹起,即PC4=0TEST AL,10HJNZ LOP3;位键没有弹起,则重新检测MOVAL,00H;关LED显示器、指标灯OUT 81H,ALOUT 82H,ALMOVBZ,00H;清标志STIJMPLOPM ;中断服务子程序CODEENDSENDSTART（2）、子程序的框图和程序清单（带注释）;中断服务子程序KEYINTPROCFARPUSHAX;保护现场PUSHBXPUSH DXPUSHDSCLI;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LOOPNZ LOP4MOVAX,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,OFFH;判断标志位是否为FFHJZLOP5MOVAL,00H;置8253通道2计数值OUT42H,ALMOVAL,10HOUT42H,ALMOVAL,03H;黄灯亮，抢答成功OUT 82H,ALJMPKKKLOP5:MOV AL,00H;置8253通道2计数值OUT42H,ALMOV AL,20HOUT 42H,ALMOVAL,05H;红灯亮，抢答违规OUT82H,ALKKK:MOVAL,20H;给8259发中断结束命令,写OCW2OUT20H,ALPOPAX;恢复现场POPBXPOPDXPOPDSIRETKEYINTENDP专心-专注-专业