微机原理与接口技术课程设计---模拟计算器设计.docx

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微机原理与接口技术

课程设计

题目：

模拟计算器设计

学 院：

电气工程学院

专 业：

测控技术及仪器

班 级：

09表2

-30-

成绩评定表

答辩成绩：

（占总成绩70%）平时成绩：

（占总成绩30%）

目 录

一、背景 4

二、硬件电路 4

2.1、CPU控制模块 4

2.2、键盘输入模块 7

2.4、可编程计数器/定时器 10

2.5、总原理图 11

2.3、可编程并行通信接口芯片8255A 7

三、软件设计框图 12

四、源程序 13

五、调试过程 28

六、课程设计体会 28

七、参考文献 29

摘要：

学了微型计算机原理与应用课程之后，为了巩固和检测所学知识，我

选择基于8088CPU的模拟计算器设计。

要完成设计首先需要构建简单的微型计算机应用系统，其次是确定组成各部件的芯片，然后画原理图并且用仿真软件仿真。

仿真正确后再连接硬件电路，电路连接完成后进行调试。

设计过程中我们用到了8088CPU、可编程计时器8253、可编程并行输入/输出芯片

8255A、74LS138、2*8矩阵式键盘、六位七段LED数码管。

原理图设计完成之后用PROTUES仿真软件对原理图进行了仿真得到了预期的结果。

我们的模拟计算器能实现5位十进制数以内的及减法运算和2位十进制数以内的乘除法运算。

关键词：

模拟计算器，8088CPU，PROTUES，8255A,74LS138，8253

一、背景：

随着电子技术的发展，微型计算机的应用的日益广泛和深入，接口技术有了迅速的发展，已成为直接影响微机系统功能和推广应用的关键。

微机接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳连接，以实现CPU与“外部世界”进行高效可靠的信息交换的一门技术。

而如今接口技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣，接口技术与计算的结合不断加深。

二、硬件电路：

硬件电路 键盘输入及LED数码管通过8255A接口与系统总线连接，键盘的16个按键组成8*2矩阵，其中8根矩阵线作为8255A的输出线与PB7～PB0连接，2根矩阵线作为8255A的输入线与PC7、PC6连接。

键盘采用逐次扫描原理，16个按键中0～9座位数字健，+、-、*、/、=作为加、减、乘、除和等号功能键，C为清零键。

1、 CPU控制模块

16位微处理器，内含29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz，地址总线为20位，可使用1MB内存。

8088内部数据总线都是16位，外部数据总线是8位。

图1-1.8284时钟发生器

图1-2.8088CPU

公用信号引脚

名称

功能

引脚号

类型

AD15~AD0

地址/数据总线（分时复用）

2~16，39

双向,三态

A19/S6~A16/S3

地址/状态总线（分时复用）

35~38

输出，三态

BHE/S7（SSO）

数据总线高8位允许/状态

34

输出

MN/MX

最小/最大方式控制

33

输入

RD

读控制

32

输出

TEST

测试信号

23

输入

READY

存储器或I/O准备好信号

22

输入

RESET

系统复位

21

输入

NMI

不可屏蔽中断请求

17

输入

（上升沿触发）

INTR

可屏蔽中断请求

18

输入

CLK

系统时钟

19

输入

VCC

+5V电源

40

输入

GND

接地

1，20

输入

最小工作方式信号引脚

名称

功能

引脚号

类型

HOLD

总线保持请求信号

31

输入

HLDA

总线保持响应信号

30

输出

WR

写信号

29

输出，三态

M/IO（M/IO）

存储器/IO控制

28

输出，三态

DT/R

数据发送/接受

27

输出，三态

DEN

数据允许

26

输出，三态

ALE

地址锁存允许

25

输出

INTA

中断响应

24

输出

2、 键盘输入模块

键盘是常用信息输入元件，其实键盘也是由一个个按钮组成，如果是独立按钮的话必须要需要一个I/O口对它进行检测，而键盘往往这需要键盘按钮数一半的I/O口数对它进行检测，也许对一个比较简单的系统I/O口数一般不是问题，但对于一个大型、复杂的系统来说I/O资源就显得非常珍贵了，尽量减少I/O使用是非常利于降低成本，另外一方面键盘比用独立按键要美观。

我们设计时使用的是8*2行列式键盘，如图2-1所示。

图中有8行2列，8根行线与PA口相连，2根列线与PC口的

PC6、PC7相连。

PA、PB口要么全部输入或输出。

PC口可以进行输入和输出。

按键设置在行、类交点处（数字或字符为其键号），行、列线分别连接到按键开关的两端。

当列线通过上拉电阻接+5V时，就被钳位在高电平状态。

键盘中有无按键按下是由行线送入全扫描字、列线读入行线状态来判断。

这就是：

给航线所有I/O线均置成低电平，然后读入列线电平状态。

如国有按键盘下，总会有一根列线电平被拉至低电平，从而使列线输入不全为1。

图2-1键盘电路 图2-2数码管电路

3、 可编程并行通信接口芯片8255A

（1）并行输入/输出端口A，B，C

8255A内部包括三个8位的输入输出端口，分别是端口A、端口B、端口C，相应信号线是PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0。

端口都是8位，都

可以作为输入或输出。

通常将端口A和端口B定义为输入/输出的数据端口，而端口C则既可以作数据端口，又可以作为端口A和端口B的状态和控制

信息的传送端口。

（2）A组和B组控制部件

端口A和端口C的高4位（PC7～PC4）构成A组；由A组控制部件实现控制功能。

端口

B和端口C的低4位（PC3～PC0）构成B组；由

B组控制部件实现控制功能。

A组和B组利用各自的控制单元来接收读写控制部件的命令和

CPU通过数据总线（D0～D7）送来的控制字，并根据他们来定义各个端口的操作方式。

（3）数据总线缓冲存储器

三态双向8位缓冲器，是8255A与8086CPU

之间的数据接口。

与I/O操作有关的数据、控制字和状态信息都是通过该缓冲器进行传送。

（4）读/写控制部件



图2-3.8255A芯片图

8255A完成读/写控制功能的部件。

能接收CPU的控制命令，并根据控制命令向各个功能部件发出操作指令。

CS片选信号：

由CPU输入，有效时表示该8255A被选中。

RD,WR读、写控制信号：

由CPU输入。

RD有效表示CPU读8255A，WR有效表示CPU写

8255A。

RESET 复位信号：

由CPU输入。

RESET信号有效，清除8255A中所有控制字寄存器内容，并将各个端口置成输入方式。

定义工作方式控制字：

图2-4.8255A内部结构

工作方式0：

8255A中各端口的基本输入/输出方式。

图2-5.8255A工作方式控制

4、 可编程计数器/定时器

8253具有3个独立的计数通道，采用减1计数方式。

在门控信号有效

时，每输入1个计数脉冲，通道作1次计数操作。

当计数脉冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为定时。

（1）、8253内部结构

8253芯片有24条引脚，封装在双列直插式陶瓷管壳内。

1.数据总线缓冲器

数据总线缓冲器与系统总线连接，8位双

向，与CPU交换信息的通

道。

这是8253与CPU之间的数据接口，它由8位双向三态缓冲寄存器构成，

是CPU与8253之间交换信息的必经之路。

2.读／写控制

读／写控制分别连接系统的IOR和IOW，由CPU控制着访问8253的内部通道。

接收

CPU送入的读／写控制信号， 并完成对芯片内部各功能部件的控制功能，因此，它实际上是8253芯片内部的控制器。

A1A0：

端口选择信号，由CPU输入。

8253内部有3个独立的通道和一个控制字寄存器， 它们构成8253芯片的4个端口，CPU可对3个通道进行读／写操作3对控制字寄存器进行写操作。

这4个端口地址由最低2位地址码A1、A0来选择。



D7D6D5D4D3D2D1D0CLK0OUT0GET0GND



24

23

22

21

20

1

2

3

4

5

+5v

WR

RD

CSA1

19

18

17

16

15

14

13

8253

6

7

8

9

10

11

12

A0CKL2GATE2OUT2CLK1GATE10UT1

图2-6、8253芯片图

5、总原理图

图2-7、PROTUES画出的总原理图

有无压键？

N

Y

Y

是数字键？

N

有标志？

N

加号？

Y

Y

N

Y

减号？

N

Y

乘号？

N

Y

放键？

除号？

Y

N

N

等号？

Y

N

Y

清零？

N

进行加、减、乘、除运算，存结果

清零显示器

显示扫描

设除标志

设乘标志

设减标志

设加标志

保存数据

清零显示器，清标志

显示扫描

8255A初始化

三、软件设计框图：

开始

四、源程序：

一、源程序

STACKSEGMENTSTCAK

DB64DUP（?

）STACKENDS

DATA SEGMENT

ORG3000H

VAR1DB00H,01H,02H,03H,04H

VAR2DB3FH,3FH,3FH,3FH,3FH,3FH,3FH,3FH,3FH,3FHVAR3DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00HVAR4DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H

TABLEDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H

DATA ENDSCODE SEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA,SS:

STACKSTART:

MOVAX,DATA

MOVDS,AXMOVAL,88H

OUT63H,AL ；82255A初始化

MOVBX,0000H