矿大硬件课程教学设计抢答器.doc

《矿大硬件课程教学设计抢答器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿大硬件课程教学设计抢答器.doc（28页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、.-计算机科学与技术学院硬件课程设计报告姓 名： 学 号： 专 业：计算机科学与技术 班 级： 计科09-5班、计科09-6班 设计题目： 六路抢答器 指导教师： 2011年 10月 课程设计指导教师评阅书指导教师评语：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，有的制作复杂，有的可靠性低，减少实用性。电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。抢答器能保证比赛中抢答的公正性，

2、在很多场合得到了广泛的应用。要将抢答器系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节。因此，研究抢答器及扩大其应用，有着非常现实的意义。本课程设计是基于微机原理与接口技术的简单应用。通过硬件与软件的结合，用汇编语言编写程序模拟分析了竞赛中抢答系统的运用，结合竞赛的实际情况阐述了抢答系统的工作原理，给出了一种简单实用的多路抢答系统的硬件、软件电路设计方案。该抢答器由主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若无人抢答，当主持人按下复位按钮时，屏幕显示清零，等待

3、下一轮抢答。本课题设计了一种采用8255芯片和汇编语言制作的多功能抢答器，实验箱中的开关区和数码显示区共同完成。主要功能：1.倒计时 2.用LED数码管显示1-8号选手先按下键者的号码。它除了具有基本的抢答功能之外，和数显的功能，当抢答开始后，系统会自动倒计时，并且时间是可以预设的，期间有人抢答的话系统会停止计时，如果期间没人抢答，系统自动锁存直到主持人按下复位键。一、 设计任务1. 抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S0 S5表示。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上

4、显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清除为止。6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。二、 整体方案 用8255A作为并行接口芯片，A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键，B口工作在方式0，做为输出端口，连接LED灯，C口也工作在方式0，做输出口，连接LED显示屏。8253

5、A作为计时芯片，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2000。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1000。8279在本设计中的作用:在主持人按下开始键0后，8279以一个固定的频率扫描键盘，查看是否有键按下，若有则在LED灯和8段数码显示管上显示出来；若没有键按下，则按照8253的倒计时依次在8段数码显示管上显示2、1和0。三、 硬件方案1、可编程计数器/定时器82538253内部结构和引脚 从图可见，8253内部包含数据总线缓冲器、读/写控制逻辑、控制

6、字寄存器和3个结构完全相同的计数器，这3个计数器分别称为计数器0、计数器1和计数器2。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。CLK0-2：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。GATE0-3：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。OUT0-2：计

7、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。8253方式控制字格式本设计中8253的功能 使用8253的通道0和通道1级联，通过送给通道0计数初值2000，把1000送给通道1，进行计数实现倒计时的功能。通道0先写入低字节，后写入高字节，方式2，BCD码计数，通道1先写入低字节，后写入高字节，方式0，BCD码计数。在主持人按下0键后开始计时，如果没有人按键，则倒计时依次显示2、1和0，如果有人按键，则停止倒计时。2、可编程外围接口芯片82558255的内部结构和引脚内部结构如图所示,由以下4个部分组成： （1）输入/输出端口A、B、C 。这三个端口均可看作是I/O端口，

8、但它们的结构和功能也稍有不同。A口和B口是一个独立的8位I/O口。C口：可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。 （2）A组和B组控制电路。这是两组根据CPU命令控制8255A工作方式的电路，这些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255A的工作方式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置/复位的操作。A组控制电路用来控制A口及C口的高4位；B组控制电路用来控制B口及C口的低4位(3)读/写控制逻辑 。（同上：它负责管理8255A的数据传输过程。它接收CS*及RD*、WR*、RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。

9、将这些信号组合后，得到对A组控制部件和B组控制部件的控制命令，并将命令发给这两个部件，以完成对数据、状态信息和控制信息的传输。）(4)数据总缓冲器 。（同上：它是8位的双向的三态缓冲器。作为8255A与系统总线连接的界面，输入/输出的数据，CPU的编程命令以及外设通过8255A传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。）如图所示8255A的芯片引脚信号。除了电源和地以外，其他信号可以分为两组：1.和外设一边相连的： PA7-PA0：A组数据信号 PB7-PB0：B组数据信号 PC7-PC0：C组数据信号 2.和CPU一边相连的： RESET:复位信号，低电平有效。 当RESET信号来到时，所有

10、内部寄存器就被清除，同时，3个数据端口被自动设为输入端口。D7-D0：它们是8255A的数据线，和系统数据总线相连。 CS*：芯片选择信号，低电平有效。在一个系统中，一般根据全部接口芯片来分配若干较低位地址（比如A5、A4、A3）来组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个代码时，译码器便往8255A的CS*端输出一个低电平，于是8255A被选中。只有当 CS*有效时，读信号RD*和写信号WR*才对8255A有效。 RD*：芯片读出信号低电平有效。 WR*：芯片写入信号低电平有效。 8255的方式控制字格式本设计中8255的功能 在本设计中，8255的PA0读入8253的OUT1的高电平输出，

11、使PA0为高电平启动8279扫描键盘。3、可编程键盘、显示器接口82798279的内部结构和引脚（1）8279与CPU之间的连线有：D0-D7数据线。IRQ中断申请信号，高电平有效。-RD、-WR 读写信号。RESET 复位信号，高电平有效。-CS片选信号。A0缓冲器地址，A0=0表示数据口，A0=1表示表示命令、状态口。CLK 外部时钟输入，用以产生内部100kHz的信号，输入信号频率低于 2MHz。（2）8279与外部的连线有：SL0-SL3 扫描信号，用于键盘与显示器的扫描。RL0-RL7健输入信号，由内部电阻拉成高电平。SHIFT， CNTLSTB 键控制线，由内部电阻拉成高电平。OU

12、TB0-3，OUTA0-3 输出显示数据，OUTA3为最高位，OUTB0为最低位。-BD消隐信号。8279的控制字格式在8279的内部有8个字节的先进先出的键输入缓冲器及16个字节的显示数据缓冲器。当外部有键闭合时，其键值存入键输入缓冲器，中断申请信号IRQ变为高电平，当CPU将键值读取后，IRQ信号变低。 CPU向8279的显示数据缓冲器写入数据后，8279即自动地将此数据用动态显示的方式显示出来。由缓冲器地址信号可以决定8279的两个端口，当A0=1时选中命令、状态口。8279的编程通过向其命令、状态口写入命令字来实现。8279的命令字包括：（1）键盘、显示器方式设置此命令用于设置键盘与显

13、示器的工作方式，其格式为D7 D0000DDKKK000为此命令的特征位，DD显示方式为00，表示8个8段字符显示，左边输入，KKK 显示方式为000，表示外部译码，双键互锁，即控制字为00000000。（2）程序时钟设置此命令用来设置分频系数，其格式为D7D0 001PPPPP001为此命令的特征位，PPPPP为分频系数，其数值为11000，用以产生一个38HkHz的内部时钟，即控制字为00111000。（3）读FIFO此命令用来设置读FIFO/传感器RAM，其格式为D7 D0010AIXAAA010为此命令的特征位，AI为地址自动加 1标志，AAA为FIFO传感器RAM的地址，设定该控制字

14、为01000000。（4）写显示器RAM此命令用来设置写显示器RAM，其格式为D7D0 100AIAAAA100为此命令的特征位，AI、AAAA分别为地址自动加1标记及显示器RAM的地址，即控制字的格式为10000000。（5）清除FIFO和RAM此命令用来清除显示器RAM和FIFO状态。其格式为D7D0 110CDCDCDCFCA110为此命令的特征位，CD CD CD 用来置清除方式，具体如下CDCDCD 0 0 X 显示器RAM清为全00 1 0显示器RAM置成16进制数20H 0 1 1显示器RAM置成全1 1 X X此位为1，不允许清除显示器RAM(或用CA=1)选择显示器RAM清为

15、全0或置成全1与显示器的硬件连接有关。CF 1时，清除FIFO状态，并将中断复位，对于传感器RAM的指示器也置为0。CA =1为CD 与CF 的结合，此时清除显示器RAM以及FIFO状态。清除FIFO的控制字为11010010，清除RAM的控制字为1000000。本设计中8279的功能 在本设计中，在主持人按下开始键0后，8279以一个固定的频率扫描键盘，查看是否有键按下，若有则在LED灯和8段数码显示管上显示出来；若没有键按下，则按照8253的倒计时依次在8段数码显示管上显示2、1和0。4、硬件连接图与说明说明：我们的实验用到了8255、8253和8279三个芯片。200H-207H作为82

16、55的片选地址，208H-20FH作为8279的片选地址，210H-217H作为8255的片选地址。8255用来控制LED灯的显示，由于仪器问题，我们用PC7、PC6、PC4、PC3、PC2、PC1和PC0分别连接到从左向右数第1、2、4、5、6、7、8号LED灯，编号为1、2、3、4、5、6、7号。8253用来定时，CLK0连接到2MHZ，OUT1连接到PA0，控制扫描键盘，GATE0、GATE1连接到高电平。四、 软件流程图五、程序清单及注释CODE SEGMENT MAIN PROC FARASSUME CS:CODESTART:MOV AL,00H ;设定8279工作方式MOV DX,

17、20AHOUT DX,ALMOV AL,38H ;扫描频率OUT DX,ALMOV AL,0C2H ;清除FIFOOUT DX,AL MOV AL,01000000B ;读FIFOOUT DX,ALMOV CL,00HMOV AL,10010000B ;启动8255，设定工作方式，A口输入B口输出MOV DX,213HOUT DX,ALMOV AL,0FFHMOV DX,211HOUT DX,ALWAITE: ;主持人按下开始键0MOV DX,208HIN AL,DXCMP AL,03HJNZ WAITEMOV DX,20AHMOV AL,11000010B ;清除FIFOOUT DX,ALB

18、EGIN:BEGINTIME: ;开始计时，定时30SMOV AL,00110101B ;8253通道0初始化，先写入低字节，后写入高字节，方式2，BCD码计数 MOV DX,203H OUT DX,ALMOV AL,00H ;向通道0中写入7500MOV DX,200HOUT DX,ALMOV AL,75HOUT DX,ALMOV AL,01110001B ;8253通道1初始化，先写入低字节，后写入高字节，方式0，BCD码计数 MOV DX,203HOUT DX,AL MOV AL,00H ;向通道1中写入8000MOV DX,201HOUT DX,ALMOV AL,80HOUT DX,A

19、LTIME: MOV AL,01000000B ;读FIFOMOV DX,20AHOUT DX,ALMOV DX,208HIN AL,DXCMP AL,02H ;查看按下的第一个键是否是1JZ SHOW1 CMP AL,0AH ;查看按下的第一个键是否是2JZ SHOW2CMP AL,01H ;查看按下的第一个键是否是3JZ SHOW3 CMP AL,09H ;查看按下的第一个键是否是4JZ SHOW4CMP AL,00H ;查看按下的第一个键是否是5JZ SHOW5CMP AL,08H ;查看按下的第一个键是否是6JZ SHOW6MOV DX,210H ;从8255输入端读入8253的高电平

20、输出IN AL,DX AND AL,00000001B ;判断30s到了没有CMP AL,0JZ TIME ;若为0，则没有到时间，继续扫描键盘SHOW1: MOV BL,01111111BMOV BH,06HJMP SHOWSHOW2: MOV BL,10111111BMOV BH,4FHJMP SHOWSHOW3: MOV BL,11101111BMOV BH,66HJMP SHOWSHOW4: MOV BL,11110111BMOV BH,6DHJMP SHOWSHOW5: MOV BL,11111011BMOV BH,7DHJMP SHOWSHOW6: MOV BL,11111101B

21、MOV BH,7CHJMP SHOWSHOW: MOV DX,211H ;点亮LED灯MOV AL,BLOUT DX,ALMOV DX,20AHMOV AL,11010001B ;清除显示RAMOUT DX,ALMOV AL,10000000B ;写显示RAM命令OUT DX,ALMOV DX,208H ;指向8279一个数码管MOV AL,BHOUT DX,ALJMP STARTSHOW7: MOV DX,211H ;点亮7号灯MOV AL,11111011BOUT DX,ALJMP STARTMAIN ENDPCODE ENDSEND STARTEND START六、 实验结果和体会1、

22、3号抢答时的结果显示图6-1 3号抢答时的结果显示说明：本次所用实验箱PC5口出现故障，因此3号灯为左起第4个。2、小组成员分工小组成员有汪皓浩，赵璐林， 我们一起负责8279的初始化编程和连线，掌握8279的工作原理和工作方式，明确8279在本设计中的功能及如何实现它的作用。一起负责8253和8255的初始化编程和连线，掌握8253和8255的工作原理和工作方式，明确8253和8255在本设计中如何实现计时及启动扫描，知道如何将它们与8279连接实现抢答器的功能。3、 试验体会（1.）通过本次实验掌握了8253、8255、8279芯片的使用，锻炼了自己的编程水平，提高了分析问题解决问题的能力。（2.）做实验就是一个学习的过程，做实验使自己复习了旧知识和学习到新知识，并且经常遇到需要解决的问题，锻炼了自己独立解决问题的能力，也提高了自己和别人合作完成工作的能力。（3.）虽然最后完成了实验，但感觉自己设计的系统并不是很完善，和市场上的产品器件差得很远。要达到学以致用的标准仍有许多要学的东西。