1、常熟理工學院課程設計報告 微機原理與接口技術 課程設計報告 題目 競賽搶答器 系 別 專 業 班 級 學 號 姓 名 指導教師 設計時間 2016 3 目 錄第一章 關于搶答器的概述及設計要求1.1數字搶答器的簡介1.2課程設計要求1.3實現功能第二章 總體設計2.1功能需求分析2.2可行性分析2.3硬件總體設計2.3.1硬件器材2.3.2內存單元地址2.4軟件流程圖第三章 硬件設計3.1所選芯片介紹3.1.1可編程并行接口接口芯片8255A3.1.2可編程定時器計數器82533.2系統所選用各芯片的連接3.2.1各芯片與CPU的連接3.2.2各芯片之間的連接和與外設的連接第四章 軟件設計4.

2、1程序流程4.2子程序清單4.2.1 芯片8255初始化：4.2.2芯片8253初始化：4.2.3獲取選手號碼子程序：4.2.4數碼管顯示子程序：4.2.5揚聲器鳴叫時間：第五章 結果分析結束語附錄參考文獻主程序清單 第一章 關于搶答器的概述及設計要求 1.1數字搶答器的簡介 搶答器是在競賽、文體娛樂活動（搶答活動）中，能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的機器。通過搶答者的指示燈顯示、數碼顯示和警示顯示等手段指示出第一搶答者。隨著科學技術的不斷發展，促使人們學科學，學技術，學知識的手段多種多樣，搶答器作為一種強大工具，已經廣泛應用于各種知識能力競賽場合，例如選拔人才、評選優勝及各種智力競賽等。目

3、前知識競賽之類的活動愈加頻繁，凡是有知識競賽類的活動那么也就必然離不開搶答器。針對主持人提出的問題，各組一般要進行必答和搶答，對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。這種數字搶答器杜絕了人為因素的影響，實現了搶答公平公正的原則。所以操作簡單、經濟實用的小型數字搶答器將流行于各類競賽中，成為小規模知識競賽的首選。1.2課程設計要求內容：用微機原理實驗箱，在外接8個按鍵的搶按下，讓8段LED數碼管顯示搶答者編號，并使喇叭響一下。具體要求：（1） 通過實驗箱上8255芯片接收來自實驗箱按鍵的信息，將該信息送入8088CPU，由CPU判斷是哪個按鍵按下；（2） 80

4、88CPU將判斷出的按鍵信息轉換為8段顯示碼，并通過8255芯片發送到8段顯示模塊顯示；（3） 在顯示按鍵信息的同時通過實驗箱上8253芯片產生一定頻率的方波信號發送到音頻功放模塊，發出聲音；（4） 提高要求： 能對幾乎同時發生的按鍵進行判別，找到先按的鍵。 1.3實現功能 當沒有選手按下按鍵時，LED數碼管顯示“-”符號，表示此時可以進行搶答，當搶答開始，選手按下8路搶答器中的任何一路開關時，8段LED數碼管上顯示最先按開關的選手的號碼，同時蜂鳴器鳴叫一段時間以示已經有人搶答成功。 當一位選手搶答成功時，數碼管上顯示這位選手的號碼，此時其他選手再按下按鍵不會產生任何作用，系統進入鎖死狀態，當

5、搶答成功的選手退下按鍵時，LED數碼管顯示“-”符號，表示系統已經初始化，可以進行下一輪搶答。 第二章 總體設計2.1功能需求分析系統必須準確判斷搶答者的信息，根據按鍵信息判斷被按下的按鍵的序號，在LED數碼管上顯示相應的數字反映搶答信息，同時蜂鳴器響一聲以示有選手搶答成功。2.2可行性分析將8個搶答器按鍵連接到8255芯片的PA0PA7，當8組均未按下搶答按鈕時，送入到并行接口的8位搶答狀態都是0，當檢測到按鍵發生變化時，即微機采樣到這8位數據不為0時，微機通過該并行輸入口循環對8路搶答信號進行采樣。當采樣到哪一組的搶答信號已經發出，則記錄下該組的組號，從PB口輸出組號所對應的LED數碼管段

6、碼，同時PC7端口連接至定時器的門控信號端口，使定時器工作，輸出端連接到蜂鳴器，蜂鳴器鳴叫一段時間后關閉，若系統檢測到按鍵信息全為0時，表明選手已經把按鍵退下，則系統重新開始檢測按鍵狀態，進入下一個搶答環節。2.3硬件總體設計2.3.1硬件器材所需器件：可編程并行接口芯片8255、可編程定時器計數器8253，揚聲器，一個LED顯示器，8個按鍵。2.3.2內存單元地址可編程并行接口接口芯片8255A的端口地址為0ff28H、0ff29H、0ff2AH、0ff2BH。可編程定時器計數器8253的端口地址為0040H、0041H、0042H、0043H。2.4軟件流程圖開始8255初始化8253初始

7、化顯示“-”符號從8255A口讀取按鍵狀態YY無按鍵按下YNLED顯示1按鍵1按下LED顯示3LED顯示4LED顯示5LED顯示6LED顯示7LED顯示2YN按鍵2按下N按鍵3按下YYN按鍵4按下NY按鍵5按下YN按鍵6按下N按鍵7按下NLED顯示8Y按鍵8按下蜂鳴器響一聲檢測PA口是否全為0N按鍵全為0Y圖1 系統軟件流程圖第三章 硬件設計3.1所選芯片介紹3.1.1可編程并行接口接口芯片8255A8255A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

8、B組控制；讀寫控制邏輯；數據總路線緩沖器。8255A主要的外部引腳圖2 8255A引腳圖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；

9、為10，選擇端口C；為11時，選擇控制口。8255A工作方式方式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。8255A方式控制字格式表1 8255方式控制字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3.1.2可編程定時器計數器82538253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

10、路線緩沖器、讀寫邏輯以及控制寄存器等4個部分。8253的外部引腳圖3 8253引腳圖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

11、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。 8253的工作方式方式0：減1計數到0，產生中斷請求信號。方式3：減1計數到初值的12，方波發生器。8253方式控制字格式表2 8253方式控制字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連接3.2.1各芯片與CP

12、U的連接8255A、8253的數據總線D7D0端、端、端、端、端、INT端分別與CPU的數據總線D7D0端、片選端0040H、端、端、端、INTR端相連。8255A、8253的A1、A0端分別與CPU地址線的A1、A0端相連。3.2.2各芯片之間的連接和與外設的連接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，8253的GATE0端接PC7端口，CLK0接1MHz，OUT0的輸出接入接揚聲器。第四章 軟件設計4.1程序流程設定好8255、8253的方式控制字后，根據讀取8255PA端口的狀態值，獲取選手的具體號碼，從而轉到相應程序，將

13、號碼所對應的段碼輸出到PB端口進行數碼管顯示。同時將PC7置1，使相連的GATE0門控信號為1，通道0進行計數，輸出到揚聲器進行鳴叫。4.2子程序清單4.2.1 芯片8255初始化：PORT_A EQU 0FF28HPORT_B EQU 0FF29HPORT_C EQU 0FF2AHPORT_CTL EQU 0FF2BH MOV AL,90H ;8255控制字 A組方式0輸入 MOV DX,PORT_CTL ;B組方式0輸出 C口輸出 OUT DX,AL4.2.2芯片8253初始化： MOV AL,00110110B ;8253控制字 計數器0 讀寫字 MOV DX,43H ;工作方式方式3

14、OUT DX,AL MOV AX,1000 ;計數器初值 MOV DX,40H OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL4.2.3獲取選手號碼子程序：在硬件電路中，8255的PA端口連接開關按鍵，根據讀取PA的狀態可以判斷出按下的是哪個鍵（按下為高電平），根據進行移位操作，可得出選手的具體號碼。MOV DX,PORT_A ;讀取A口狀態(按鍵狀態) IN AL,DX CMP AL,00000000B ;無按鍵按下 返回LED1 JE LED1 CMP AL,00000001B ;按鍵1 JE LP1 CMP AL,00000010B ;按鍵2 JE LP2 CMP AL,00

15、000100B ;按鍵3 JE LP3 CMP AL,00001000B ;按鍵4 JE LP4 CMP AL,00010000B ;按鍵5 JE LP5 CMP AL,00100000B ;按鍵6 JE LP6 CMP AL,01000000B ;按鍵7 JE LP7 CMP AL,10000000B ;按鍵8 JE LP8 JMP LED1 ;返回4.2.4數碼管顯示子程序：根據獲取得到選手的號碼，跳轉相應程序，將段碼輸出給PB端口。LP1: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示1 MOV AL,11111001B OUT DX,ALLP2: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示2

16、 MOV AL,10100100B OUT DX,ALLP3: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示3 MOV AL,10100100B OUT DX,AL.LP8：.LED的管腳對應的字形dp、g、f、e 、d、c、b、a 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 84.2.5揚聲器鳴叫時間： MOV AL,00001111B ;8255 PC7口置

17、1，使蜂鳴器工作 MOV DX,PORT_CTL OUT DX,AL MOV BL,00000000B MOV CX,0FFFFH ;延時一段時間 LOOP1:LOOP LOOP1 LOOP2:LOOP LOOP2 LOOP3:LOOP LOOP3 LOOP4:LOOP LOOP4 LOOP5:LOOP LOOP5 LOOP6:LOOP LOOP6 LOOP7:LOOP LOOP7 MOV AL,00001110B ;8255 PC7口置0，蜂鳴器停止工作 MOV DX,PORT_CTL OUT DX,AL 第五章 結果分析 連接硬件電路后，控制程序輸出得到相應結果： 圖5 硬件顯示結果由上結

18、果可看出，當按鍵3按下的時候，數碼管顯示數字3，揚聲器進行鳴叫，在無按鍵按下時，LED數碼管顯示符號“-”，可得程序設計及硬件連接能達到題目要求。 小結 轉眼間微機課程設計就結束了，回想過去的幾周，這里面的辛苦只有親自做的人才知道。我們經歷了階段性的狂喜，測試失敗后的失望，陷入困境后的不知所措，重新投入時的齊心協力。最終我們完成了8人競賽搶答器的設計，基本實現了競賽搶答器的所有功能。這次課程設計主要運用到了8088CPU，可編程并行接口芯片8255和可編程定時器8253芯片，揚聲器。所以，在開始設計之前，我們需要熟悉LED顯示器的結構及譯碼方式，熟悉掌握匯編語言，熟悉8255和8253的內部結

19、構、外部引腳及其對應功能，揚聲器的工作原理。在進行軟件編程的過程中，我們去圖書館查詢了許多相關資料，著重看了一下不同書籍中完成同一功能的子程序，通過比較再選擇最合適的程序。我們還結合了大量微機原理課程學過的知識，比如8255、8253初始化，數碼管顯示。在硬件連接的時候要認真對待，根據引腳功能及設計需求進行連線。我們了解了各芯片功能以后，進行了硬件連線，然后結合程序進行編譯。剛開始編程部分出現了問題，8個數碼管不能全都顯示。經過幾次修改后，八個數字都能顯示，只是蜂鳴器發聲部分出現了問題，后來在老師的幫助下解決了這個問題。在這次課程設計中，我既運用了很多之前學到的專業知識，又學會了許多課本上學不

20、到的東西，所以這次課程設計，我覺得是對課本知識的鞏固和加強，整個設計使我加深了對課本知識的理解，同時熟練掌握了匯編語言的編輯、調試。在設計過程中，我發現帶著問題去設計效率很高，另外要想做好一個課程設計，就必須在設計程序之前有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖。當然，整個課程設計也充分鍛煉了我的匯編能力，設計方案制定能力，同時也加強了我的動手、思考和解決問題的能力，使我受益匪淺。雖然由于匯編水平有限，對芯片的理解不夠到位，搶答器還有需要改進的地方，但我們還是很滿意的。這次的課程實際給我留下了寶貴的財富，不光是簡簡單單的理論知識，它讓我開始嘗試我以前所未曾接觸過的一些東西，相信這些經驗會對我即將

21、面臨的畢業設計有所幫助。最后，我要感謝在整個課程設計過程中曾經給予我們幫助的同學以及給予我們精心輔導的老師，因為有你們的幫助和支持，這次的課程設計才得以圓滿完成。附錄參考文獻1.朱金鈞 麻新旗，微型計算機原理及應用技術，機械工業出版社2.李順增，微機原理及接口技術，機械工程出版社主程序清單 PORT_A EQU 0FF28HPORT_B EQU 0FF29HPORT_C EQU 0FF2AHPORT_CTL EQU 0FF2BHCODE SEGMENTASSUME CS:CODE ORG 11B0H START: MOV AL,90H ;8255控制字 A組方式0輸入 MOV DX,PORT_

22、CTL ;B組方式0輸出 C口輸出 OUT DX,AL MOV AL,00110110B ;8253控制字 計數器0 讀寫字 MOV DX,43H ;工作方式方式3 OUT DX,AL MOV AX,1000 ;計數器初值 MOV DX,40H OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL LED1: MOV BL,00000001B ;設置全局變量 BL MOV AL,00001110B ;PC7端口置0 MOV DX,PORT_CTL OUT DX,AL MOV DX,PORT_B ;在數碼管顯示符號"-" MOV AL,10111111B OUT DX,

23、AL MOV DX,PORT_A ;讀取A口狀態(按鍵狀態) IN AL,DX CMP AL,00000000B ;無按鍵按下 返回LED1 JE LED1 CMP AL,00000001B ;按鍵1 JE LP1 CMP AL,00000010B ;按鍵2 JE LP2 CMP AL,00000100B ;按鍵3 JE LP3 CMP AL,00001000B ;按鍵4 JE LP4 CMP AL,00010000B ;按鍵5 JE LP5 CMP AL,00100000B ;按鍵6 JE LP6 CMP AL,01000000B ;按鍵7 JE LP7 CMP AL,10000000B ;

24、按鍵8 JE LP8 JMP LED1 ;返回 LP1: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示1 跳轉LP9 MOV AL,11111001B OUT DX,AL JMP LP9 LP2: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示2 跳轉LP9 MOV AL,10100100B OUT DX,AL JMP LP9 LP3: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示3 跳轉LP9 MOV AL,10110000B OUT DX,AL JMP LP9 LP4: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示4 跳轉LP9 MOV AL,10011001B OUT DX,AL JMP LP9 LP5: MOV DX,PORT_B ;數碼管顯示5 跳轉LP9 MOV AL,10010010B OUT DX,A