竞赛抢答器课程设计文档格式.docx
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3.总体设计
3.1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。
3.2硬件总体设计
3.2.1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。
3.2.2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、43H
3.2.3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。
3.3软件总体设计
3.3.1存储单元的分配、标志位的含义
表1定义一个TAB变量用来存储1~9的字形码信息
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、a
00000110
01011011
01001111
01100110
01101101
01111100
00000111
01111111
01101111
1
2
3
4
5
6
7
8
9
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7CH
07H
7FH
6FH
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。
3.3.2主程序流程图及清单(带有注释)
(1)、主程序流程图如下:
图1主程序流程图
(2)主程序清单(带详细注释)
DATASEGMENT
TABDB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H;
1~9的段码;
(字形码)
BZDB00H
DATAENDS
STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’
DB100HDUP(?
)
STACKENDS
CODESEGMENT
ASSUMEDS:
DATA,CS:
CODE
START:
MOVAX,,DATA
MOVDS,AX;
8259A初始化
MOVAL,13H;
初始化8259A的ICW1
OUT20H,AL
MOVAL,08H;
送中断类型码基值,8259A的ICW2
OUT21H,AL
MOVAL,0DH;
一般中断结束方式,8259A的ICW4
OUT21H,AL
;
8255A初始化
MOVAL,98H;
置8255A工作方式
OUT83H,AL
XORAL,AL;
B口、C口初始化
OUT81H,AL
OUT82H,AL;
8253初始化
MOVAL,37H;
置8253通道0控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;
置8253通道0计数初值为4000
OUT40H,AL
MOVAL,40H
OUT40H,AL
MOVAL,73H;
置8253通道1控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;
置8253通道1计数初值为3000
OUT41H,AL
MOVAL,30H
OUT41H,AL
MOVAL,B7H;
置8253通道2控制字
OUT42H,AL
置8253通道2计数初值为0
MOVAL,00H
OUT42H,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,SEGKEYINT;
DS:
DX指向4字节地址
MOVDS,BX
MOVDX,OFFSETKEYINT
INT21H
STI;
使IF置1,开放可屏蔽中断;
主循环
LOPM:
INAL,82H;
检测开始键
TESTAL,20H;
检测C口的PC5端
JZLOP2;
开始键未按下即PC5=0,则跳转检测;
复位键
LOP1:
检测开始键是否已经弹起,即PC5=0
TESTAL,20H
JNZLOP1;
开始键没有弹起再重新检测
关LED显示器
OUT81H,AL;
送到B口
绿灯亮
OUT82H,AL;
送到C口
MOVBZ,0FFH;
置标志
STI
LOP2:
检测复位键
TESTAL,10H;
检测C口的PC4端
JZLOPM;
复位键未按下即PC4=0,则跳转再检;
测开始键
LOP3:
检测复位键是否弹起,即PC4=0
TESTAL,10H
JNZLOP3;
位键没有弹起,则重新检测
关LED显示器、指标灯
OUT81H,AL
OUT82H,AL
MOVBZ,00H;
清标志
JMPLOPM;
中断服务子程序……
CODEENDS
ENDSTART
4.硬件设计
4.1系统所选用各芯片的介绍
4.1.1中断优先级管理器8259A
4.1.1.18259A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。
4.1.1.28259A主要的外部引脚
D0~D7:
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
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。
IR0~IR7:
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。
4.1.1.38259A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。
4.1.2可编程并行接口接口芯片8255A
4.1.2.18255A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。
4.1.2.28255A主要的外部引脚
PA7~PA0:
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口允许这样做。
PB7~PB0:
B口的8条I/O线。
不可以设置成双向口,其它和A口一样。
PC7~PC0:
C口的8条I/O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I/O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。
4.1.2.38255A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。
4.1.3可编程定时器/计数器8253
4.1.3.18253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。
4.1.3.28253的外部引脚
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。
4.1.3.38253的工作方式
减1计数到0,产生中断请求信号。
减1计数到0,产生可重复触发的单稳态负脉冲信号。
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1/2,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。
4.2系统所选用各芯片的工作方式
4.2.1中断优先级管理器8259A的工作方式
(1)芯片控制ICW1:
(2)中断类型码ICW2:
(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。
4.2.2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(PA7~PA0依次对应按键1~8);
(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(PB7~PB0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(PC3~PC0,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)。
4.2.3可编程定时器/计数器8253的工作方式
(1)、通道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:
4.3系统所选用各芯片的连接
4.3.1各芯片与CPU的连接
8259A、8255A、8253的数据总线D7~D0端、
端、
端、INT端分别与CPU的D7~D0数据总线、片选端、
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;
4.3.2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PA7~PA0依次接“按键1”~“按键8”,B口的PB7~PB0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。
5.软件设计
5.1子程序流程图
图2子程序流程图
5.2子程序的框图和程序清单(带注释)
KEYINTPROCFAR
PUSHAX;
保护现场
PUSHBX
PUSHDX
PUSHDS
CLI;
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
LOOPNZLOP4
MOVAX,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
OUT81H,AL
TESTBZ,OFFH;
判断标志位是否为FFH
JZLOP5
置8253通道2计数值
MOVAL,10H
MOVAL,03H;
黄灯亮,抢答成功
OUT82H,AL
JMPKKK
LOP5:
MOVAL,20H
OUT42H,AL
MOVAL,05H;
红灯亮,抢答违规
OUT82H,AL
KKK:
MOVAL,20H;
给8259发中断结束命令,写OCW2
OUT20H,AL
POPAX;
恢复现场
POPBX
POPDX
POPDS
IRET
KEYINTENDP
6.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。
7.心得体会
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。
图3系统原理图
8.参考文献
[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,2008.6:
70-93
[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,2009.7:
90-100
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006.8:
235-240
[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,2010.12:
153-156
[5]唐祎玲,毛月东.32位微机原理与接口技术实验教程[J].西安
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