目錄一、課程設計的目的和要求 31.1、課程設計的目的 31.2、課程設計的要求 3二、總體設計 4 2.1、基本工作原理 4 2.2、 硬件總體設計4 1 、系統總成方案4 2 、內存單元編址4 3 、鍵盤及顯示功能的定義4 2.3、 軟件總體設計4 1、 存儲單元的分配、標志位的含義4 2 、主程序框圖）5三、硬件設計 63.1、系統所選用各芯片的介紹 61、中斷優先級管理器8259A62、可編程并行接口接口芯片8255A73、可編程定時器計數器8253 83.2、系統所選用各芯片的工作方式 81、中斷優先級管理器8259A的工作方式 82、可編程并行接口接口芯片8255A的工作方式 93、可編程定時器計數器8253的工作方式103.3、系統所選用各芯片的連接101、各芯片與CPU的連接102、各芯片之間的連接和與外設的連接10四、軟件設計134.1、子程序的流程圖13五、系統操作說明14六、結束語14七、系統原理圖15八、參考文獻16 九、附錄 16題目：競賽搶答器一、課程設計的目的和要求1.1、課程設計的目的1、掌握微機系統的開發步驟2、掌握8259A、8255A、8253數碼管的用法3、掌握匯編程序的設計1.2、課程設計的要求設計一個具有8路搶答的搶答器，利用并行接口和開關鍵。邏輯開關K0-K7代表搶答按鈕，當某個邏輯開關閉合時，相當于搶答按鈕按下，此時在七段數碼管上將其號碼顯示出來，并使喇叭響一聲（或者以發光二極管代替）。1、中斷優先級管理器8259A控制字要求芯片控制字：采用邊沿觸發，單片8259，要寫入ICW4控制字中斷類型碼控制字：設置IR0IR7的中斷類型碼依次為08H、09H、0FH方式控制字：優先級設置方式為全嵌套方式即固定優先級方式，主片工作在緩沖方式下,中斷結束方式采用中斷非自動結束方式,8259工作在80X86系統上。2、可編程并行接口接口芯片8255A控制字要求A口工作在方式0，做為輸入端口用于連接選手按鍵（PA7PA0依次對應按鍵18）；B口工作在方式0，做為輸出端口，經驅動器1連接LED顯示器（PB7PB0依次對應連接LED顯示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段數碼管管腳）；C口也必須工作在方式0，高4 位做輸入端口（本次設計中只用PC4、PC5,分別用于連接復位鍵和開始鍵），低4位做輸出端口（PC3PC0，經驅動器2后PC1、PC2、PC3分別用于連接黃、紅、綠三個發光二極管，PC0連接到8253的GATE1端，以控制通道1的計數）。3、可編程定時器計數器8253控制字要求通道0：操作類型為先讀寫低字節再讀寫高字節，工作在方式3即方波發生器，計數格式為BCD碼，計數初值為4000。通道1：操作類型為先讀寫低字節再讀寫高字節，工作在方式1即可重觸發的單穩態觸發器，計數格式為BCD碼,計數初值為3000。通道2：操作類型為先讀寫低字節再讀寫高字節，工作在方式3即方波發生器，計數格式為BCD碼，計數初值為0。二、總體設計2.1、基本工作原理主持人按開始鍵，綠燈這后，選手才可搶答，否則違規。若搶答成功，LED顯示器顯示選手號碼，黃燈亮，揚聲器鳴叫；若搶答違規（主持人示按開始鍵），LED顯示器顯示違規選手號碼，紅燈亮，揚聲器報警。2.2、硬件總體設計1、系統總成方案該競賽搶答器所要器件：中斷優先級管理器8259A、可編程并行接口接口芯片8255、可編程定時器計數器8253，三個一樣的驅動器，黃、紅、綠三個發光二極管，十三個電阻，一個8輸入與非門，一個非門，一個揚聲器，一個LED顯示器，10個按鍵。2、內存單元編址（1）、中斷優先級管理器8259A的端口地址為20H、21H（2）、可編程并行接口接口芯片8255A的端口地址為80H、81H、82H、83H（3）、可編程定時器計數器8253的端口地址為40H、41H、42H、43H3、鍵盤、揚聲器及顯示功能的定義10個按鍵中，一個開始鍵一個復位鍵，另外8個用做8位選手的搶答按鍵。揚聲器用與黃、紅、綠三個發光二極管配合使用，黃燈亮揚聲器鳴叫表示搶答成功，紅燈亮揚聲報警表示搶答違規報警，綠燈亮揚聲器不鳴則表示主持人已按下開始鍵。LED顯示器顯示的內容與選手號對應，搶答成功或違規都要顯示。2.3、軟件總體設計1、存儲單元的分配、標志位的含義（1）、定義一個TAB變量用來存儲19的字形碼信息，如下表LED的管腳對應的字形對應存放在內存單元的字形碼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）、定義一個BZ變量作為標志位，用來選手搶答是否違規，BZ=0FFH時表示主持人已經按下開始鍵選手可以搶答，BZ=00H表示主持人未按下開始按鍵，選手不可以搶答。2、主程序流程圖及清單（帶有注釋）（1）、主程序流程圖如下：開始設置LED字形碼初值、標志位初值對8259A、8255A、8253進行初始化設置搶答按鍵中斷向量并使IF置1開放中斷關閉LED顯示器檢測開始鍵是否按下檢測開始鍵是否彈起點亮綠燈置標志位值為FFH使IF=1開放中斷檢測復位鍵是否按下檢測復位鍵是否彈起關閉LED顯示器、指標燈將標志位清零，使IF=1開入中斷結束YYYYNNNN主程序流程圖先從82H 口中讀一個字先從82H 口中讀一個字先從82H 口中讀一個字先從82H 口中讀一個字三、硬件設計3.1、系統所選用各芯片的介紹中斷優先級管理器8259A1、8259A內部結構8259A采用NMOS工藝制成，有28根引腳，所有輸入、輸出端與TTL電平兼容，單一電源（Vcc=+5V）供電。8259的內部主要組成部分，包括處理部件（中斷請求寄存器IRR、優先級鑒別器PR及現行服務寄存器ISR）、控制部件（控制邏輯及中斷屏蔽寄存器IMR）、數據總路線緩沖器、讀寫邏輯以及級聯緩沖器比較器等5個部分。2、8259A主要的外部引腳D0D7：雙向數據線，CPU與8259間利用這個數據總路線傳送數據及命令。：寫控制輸入信號，同控制總路線上的 信號相連。：讀控制輸入信號，同控制總路線上的信號相連。A0：地址選擇信號，用來對8259A內部的兩個可編程寄存器進行選擇。：片選輸入信號，低電平有效。有郊時可通過數據總路線設置命令并對內部寄存器進行讀出。當進入中斷響應時序時，該引腳狀態與進行的處理無關。INT：由8259A向CPU發出的中斷請求信號。：輸入信號，接收CPU送來的中斷響應信號INTA。IR0IR7：8個中斷請求輸入信號，高電平或上升沿有效。用于接收外設接口來的中斷請求。3、8259A工作方式（1）、優先級設置方式：全嵌套方式（固定優先級方式）、特殊全嵌套方式（可響應同級中斷方式）、輪轉優先級方式、特殊輪轉優先級方式。（2）、中斷源屏蔽方式：普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。（3）、中斷結束方式：中斷自動結束方式、中斷非自動結束方式（包括一般中斷結束方式、特殊中斷結束方式）。（4）、系統總路線連接方式：緩沖方式、非緩沖方式。（5）、中斷請求信號觸發方式：邊沿觸發方式、電平觸發方式。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觸發方式0 邊沿觸發1 電平觸發0單片選擇信號0 多片8259級聯1 單片8259是不要ICW40 不要(8080/8085)1 要(80X86)ICW2（中斷類型碼控制字,D7D3設置中斷類型碼）D7D6D5D4D3D2D1D0000ICW3（主片，級聯時才用設置，各位為1則表示接有從片）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0ICW3（從片，級聯時才用設置）D7D6D5D4D3D2 D1 D000000ID2 ID1 ID0 從片INT接于主片的引腳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特殊全嵌套方式緩沖方式0非緩沖方式1緩沖方式緩沖方式下0本片為從片1本片為主片中斷結束方式0中斷非自動結束1中斷自動結束系統類型0 8080/80851 80X865、8259A操作命令字格式OCW0（中斷屏蔽字,各位為1則被屏蔽）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0OCW1（輪轉優先級和中斷結束字）D7D6D5D4 D3D2 D1 D0輪轉位0 非輪轉1 輪轉選擇標志位0 L2L0無效1 L2L0有效中斷結束位0 非中斷結束 1 中斷結束特征位00標志位000 IR0 優先級最低001 IR1 優先級最低OCW2（特殊屏蔽、查詢和狀態讀取字）D7D6D5D4 D3D2D1D00特殊屏蔽方式允許位0 禁止特殊屏蔽方式1 允許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中斷查詢位0非中斷查詢1中斷查詢讀寄存器0 禁止讀1 允許讀0讀IRR1讀ISR可編程并行接口接口芯片8255A1、8255A內部結構8255A芯片是一個采用NMOS工藝制造的40引腳雙列直插式（DIP）封裝組件。8255A有3個8位數據端口，即A口、B口及C口，它們都可以分別作為輸入口或輸出口使用；A組控制與B組控制；讀寫控制邏輯；數據總路線緩沖器。2、8255A主要的外部引腳PA7PA0：A口的8條IO線。8條線只能同時作為輸入或輸出，不能分開使用，可設置成雙向口，也只有A口允許這樣做。PB7PB0：B口的8條IO線。不可以設置成雙向口，其它和A口一樣。PC7PC0：C口的8條IO線。不可以設置成雙向口，但它可以分拆為兩組即高4位和低4位，這兩組可以任意設置為輸入或輸出。除了作為獨立的IO線外，C口還經常為A口、B口服務，配合A口、B口作聯絡線使用。A1、A0：端口地址選擇信號。用于選擇8255A的3個數據端口和一個控制口。當A1A0=00時，選擇端口A；為01時，選擇端口B；為10，選擇端口C；為11時，選擇控制口。3、8255A工作方式（1）、方式0：基本的輸入輸出方式。A口、B口、C口都可以工作在些方式下。（2）、方式1：選通輸入輸出方式（應答方式）。A口、B口工作在此方式下。（3）、方式2：雙向傳輸方式。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 輸出1 輸入0 輸出1 輸入0方式01方式10 輸出1 輸入0 輸出1 輸入可編程定時器計數器82531、8253的內部結構8253采用NMOS工藝制成，有24個引腳，所有輸入、輸出端均TTL電平兼容，單一電源（Vcc=+5V）供電，最高計數速率為2.6MHz。它包括3個計數器（即計數器0、1、2）、數據總路線緩沖器、讀寫邏輯以及控制寄存器等4個部分。2、8253的外部引腳A1、A0：地址輸入線，用來址8253內部的4個端口，即3個計數器和1個控制字寄存器與CPU系統地址線相連。CLK0、CLK1、CLK2：時鐘脈沖輸入端，用于輸入定時脈沖或計數脈沖信號。CLK可以是系統的時鐘脈沖，也可以由系統時鐘分頻或者其他脈沖源提供。當用于定時時，這個脈沖必須是均勻的、連續的、周期精確的，而用于計數時，這個脈沖可以是不均勻的、斷續的、周期不定的。GATE0、GATE1、GATE3：門控輸入端，用于外部控制計數器的啟動計數和停止計數的操作。兩個或兩個以上計數器連用時，可用此信號同步，也可用于與外部某信號的同步。OUT0、OUT1、OUT2：計數輸出，當計數器從初值開始完成計數操作進，OUT引腳輸出相應的信號。3、8253的工作方式（1）、方式0：減1計數到0，產生中斷請求信號。（2）、方式1：減1計數到0，產生可重復觸發的單穩態負脈沖信號。（3）、方式2：減1計數到1，分頻器（速率信號發生器）。（4）、方式3：減1計數到初值的12，方波發生器。（5）、方式4：減1計數到0，軟件觸發產生選通負脈沖信號。（6）、方式5：減1計數到0，硬件觸發產生選通負脈沖信號。4、8253方式控制字格式D7 D6D5 D4D3 D2 D1D000 選計數器001 選計數器110 選計數器200 計數器鎖存01 只讀寫低8位10 先讀寫高8位11 先讀寫低8位 再讀寫高8位000 方式0001 方式1X10 方式2X11 方式3100 方式4101 方式50 二進制計數1 BCD計數3.2、系統所選用各芯片的工作方式1、中斷優先級管理器8259A的工作方式（1）、芯片控制ICW1：采用邊沿觸發，單片8259，要寫入ICW4控制字（2）、中斷類型碼ICW2：設置IR0IR7的中斷類型碼依次為08H、09H、0FH（3）、方式控制ICW4：優先級設置方式為全嵌套方式即固定優先級方式，系統總線連接方式為主片工作在緩沖方式下,中斷結束方式采用中斷非自動結束方式,8259工作在80X86系統上。2、可編程并行接口接口芯片8255A的工作方式（1）、A口工作在方式0，做為輸入端口用于連接選手按鍵（PA7PA0依次對應按鍵18）；（2）、B口工作在方式0，做為輸出端口，經驅動器1連接LED顯示器（PB7PB0依次對應連接LED顯示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段數碼管管腳）；（3）、C口也必須工作在方式0，高4 位做輸入端口（本次設計中只用PC4、PC5,分別用于連接復位鍵和開始鍵），低4位做輸出端口（PC3PC0，經驅動器2后PC1、PC2、PC3分別用于連接黃、紅、綠三個發光二極管，PC0連接到8253的GATE1端，以控制通道1的計數）。3、可編程定時器計數器8253的工作方式（1）、通道0：操作類型為先讀寫低字節再讀寫高字節，工作在方式3即方波發生器，計數格式為BCD碼，計數初值為0。（2）、通道1：操作類型為先讀寫低字節再讀寫高字節，工作在方式1即可重觸發的單穩態觸發器，計數格式為BCD碼,計數初值為0。（3）、通道2：操作類型為先讀寫低字節再讀寫高字節，工作在方式3即方波發生器，計數格式為BCD碼，計數初值為0。3.3、系統所選用各芯片的連接1、各芯片與CPU的連接8259A、8255A、8253的數據總線D7D0端、端、端、端、端、INT端分別與CPU的D7D0數據總線、片選端、端、端、端、INTR端。8255A、8253的A1、A0端分別接入CPU地址線的A1、A0端，8259的A0端接到CPU地址線的A0端；2、各芯片之間的連接和與外設的連接8259A的IR2端接選手按鍵信息輸出端；8255A的A口的PA7PA0依次接“按鍵1”“按鍵8”，B口的PB7PB0通過驅動器1接到LED顯示器，C口的PC4、PC5分別接復位鍵和開始鍵，PC3、PC2、PC1經驅動器2分別接綠燈發光二極管、紅燈發光二極管、黃燈發光二極管，PC0接到8253的GATE1端；8253的GATE0端接+5V電壓，OUT0的輸出接入CLK1端，OUT1的輸出經反相器后接入GATE2端，CLK0和CLK1接入1MHz的頻率發生器，CLK2經驅動器3接揚聲器。四、軟件設計開始保護現場，將各寄存器值壓入堆棧將本次中斷壓入堆棧中，并置IF=0關閉中斷設置循環次數為8次將AL中的值邏輯右移1位從8255的A端口獲取選手按鍵信息，并將其值取反判斷CX是否為0或ZF是否為1獲取選手號碼，并將值傳給AX通過XLAT指令將選手號轉換成LED顯示相應的字形碼將轉換好的字形碼值傳給8255的B端口判斷標志位是否為FFH置8253 通道2計數值將黃燈點亮，搶答成功，揚聲器鳴叫置8253 通道2計數值將紅燈點亮，搶答違規，揚聲器報警給8259發中斷結束命令中斷返回NYYN1、子程序流程圖五、系統操作說明啟動計算機，計算機自動為系統各芯片進行初始化，搶答器開始工作。比賽開始，在主持人按下開始鍵，綠燈亮后，選手才可開始搶答，否則違規。若選手搶答成功，LED顯示器顯示選手號碼，揚聲器鳴叫。若選手搶答違規（主持人未按開媽鍵），LED顯示器顯示違規選手號碼，紅燈亮，揚聲器報警，并根據比賽規則進行對該選手進行扣分。若系統提示某號選手搶答違規，主持人仍未按開始鍵，此時該號選手又按下搶答鍵，LED顯示器顯示該選手的號碼。本系統開機后，若主持人既未按復位鍵又未按開始鍵，此時有選手按下搶答鍵，系統提示紅燈亮，并報警。注： 1、搶答成功，置8253通道2計數值為1000，揚聲器的鳴叫聲音頻率為1MHz/1000=1KHz。2、搶答失敗，置8253通道2計數值為2000，揚聲器的鳴叫聲音頻率為1MHz/2000=0.5KHz。3、揚聲器鳴叫或報警的時間為12s。六、結束語通過本次實驗掌握了微機系統的開發步驟，掌握了中斷優先級管理器8259A、可編程并行接口接口芯片8255A、可編程定時器計數器8253和數碼管的用法，掌握了匯編程序的設計。本次設計需要熟練掌握匯編語言，熟悉中斷優先級管理器8259A、可編程并行接口接口芯片8255A、可編程定時器計數器8253的內部結構、外部引腳和功能，熟悉LED顯示器的結構及譯碼方式。中斷優先級管理器8259A在本系統中用來管理選手按鍵中斷信息。可編程并行接口接口芯片8255A在本系統中用來連接選手的按鍵，主持人的開始鍵和復位鍵，用來連接黃燈、紅燈、綠燈三個發光二極管，用來提示搶答信息，用來連接LED顯示器控制顯示器的輸出，還連接到8253的GATE1端，控制計數器的啟動計數和停止計數的操作。可編程定時器計數器8253用來設定揚聲器的發聲頻率和發聲時間。LED顯示器用來連接到8255A的B口，用來顯示選手號。本次設計既沒有硬件環境，也沒模擬的軟件環境，設計起來比較的困難，只能通過查找一些資料和大腦抽象來設計該課程設計。希望學校以后能夠提供一些硬件或軟件上的支持，讓我們能夠更好的掌握接口芯片的設計。本人在本本次課程設計中獲得了許多收益，通過本次課程設計讓我更好的掌握了中斷優先級管理器8259A、可編程并行接口接口芯片8255A、可編程定時器計數器8253的工作原理、方式及其應用。通過本次課程設計也學會了如何設計一個簡單的微機系統，以及設計一個簡單微機系統所需要的步驟和設計中需要注意的地方。本人在設計中遇到很多困難，大都是對和芯片的應用還不是很熟練，還需更加努力更加深入的了解微機系統和芯片功能。 七、系統原理圖IORIOWPC4PC5D7D08255 PB7PC0CSA0A1 PC3PC0GATE0D7d0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 8253CSA0 GATE2A1 CLK0 CLK1 CLK2驅動器1驅動器2D7D08259CSA0驅動器3與非門按鍵1按鍵2按鍵8按鍵3按鍵7按鍵6按鍵5按鍵4+5VD7D0D7D0D7D0(80H83H)(80H83H)A0A1A0A11MHz(20H21H)A0PC0PB0PB7PC1PC2PC3紅燈綠燈黃燈8段LED顯示器INTIR0IR1IR3IR4IR5IR6IR7IR2+5V+5V開始鍵復位鍵揚聲器PA7PA0八、參考文獻1、劉紅玲、邵曉根微機原理與接口技術M北京：中國電力出版社2、江正戰、沈志鴻三級偏硬考試教程M江蘇：東南大學出版社3、閻石數字電子技術基礎M北京：高等教育出版社4、張雪蘭、譚毓安匯編語言程序設計M北京：清華大學出版社九、附錄（1）、主程序清單（帶詳細注釋）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;送中斷類型碼基值,8259A的ICW2OUT21H,ALMOVAL,0DH;一般中斷結束方式,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計數初值為4000OUT40H,ALMOVAL,40HOUT40H,ALMOV AL,73H;置8253 通道1控制字OUT43H,ALMOVAL,00H;置8253通道1計數初值為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計數初值為0OUT42H,ALMOVAL,00HOUT42H,AL;中斷設置MOVAH,25H;設置搶答按鍵中斷向量MOV AL,0AH;