1、精選文檔學(xué) 號(hào)： 課 程 設(shè) 計(jì)題 目基于PROTEUS的跑馬燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師2012年1月12日任務(wù)書目 錄引 言11總體方案論證21.1功能分析21.2系統(tǒng)連接圖設(shè)計(jì)21.2.1鎖存控制電路51.2.2可編程并行通信接口芯片8255A62程序流程圖設(shè)計(jì)及其說明93關(guān)鍵程序段落說明113.1數(shù)據(jù)段定義113.2程序初始化113.3芯片初始化123.4初始LED亮滅狀態(tài)123.5檢測(cè)按鍵開關(guān)子程序123.6延時(shí)程序片段143.7燈光變換控制154程序調(diào)試說明165結(jié)果記錄及分析17心得體會(huì)19參考文獻(xiàn)20精選文檔引 言微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱微機(jī)，由于具備

2、人腦某些功能，所有又叫做微機(jī)。是由大規(guī)模集成電路組成的、體積較小的電子計(jì)算機(jī)。它是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器及輸入輸出接口電路和相應(yīng)的輔助電路構(gòu)成的裸機(jī)。把微型計(jì)算機(jī)集成在一個(gè)芯片上即構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)。學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)，主要內(nèi)容包括微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、8086微處理器和指令系統(tǒng)、匯編語言、設(shè)計(jì)以及微型計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部分，而其中很大一塊就是匯編語言的學(xué)習(xí)。匯編語言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。用匯編語言編寫的程序由于目標(biāo)程序占用內(nèi)存少，運(yùn)行速度快，它有著高級(jí)語言不可替代的用途。因此，學(xué)習(xí)匯編語言是很必要的，通過學(xué)習(xí)匯編語言可以體會(huì)它的作用

3、。通過本次課程設(shè)計(jì)讓我們進(jìn)一步深入?yún)R編語言的學(xué)習(xí)，掌握簡(jiǎn)單的接口設(shè)計(jì)技術(shù)，將理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)一步學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，為以后深入學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。1總體方案論證1.1功能分析此次課程設(shè)計(jì)的要求為，設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跑馬燈的模擬顯示功能。具體要求為：（1）、輸入設(shè)備三個(gè)啟動(dòng)按鈕、一個(gè)停止按鈕，輸出設(shè)備為八個(gè)跑馬燈；（2）、三個(gè)啟動(dòng)按鈕對(duì)應(yīng)三種跑馬燈顯示效果，按下任意一個(gè)啟動(dòng)按鈕，跑馬燈顯示對(duì)應(yīng)的效果，按下停止按鈕則跑馬燈全部熄滅。由上分析可知，我們的硬件的電路需要另行搭建，電路中需包含四個(gè)按鈕和八個(gè)跑馬燈以及相關(guān)芯片，既有輸入設(shè)備又有輸出設(shè)備，經(jīng)過分析可以使用芯片82

4、55A來實(shí)現(xiàn)輸入與輸出，再加上鎖存地址芯片74LS273、譯碼芯片74LS154以及相關(guān)門電路即可構(gòu)成本設(shè)計(jì)的硬件電路基礎(chǔ)。進(jìn)一步分析最終決定用8255A的A口作為輸出去控制跑馬燈，B口作為按鈕信號(hào)輸入，CPU通過接收輸入信號(hào)從而發(fā)出對(duì)應(yīng)命令去控制8255A芯片A口輸出，從而A口輸出相應(yīng)電平控制跑馬燈有規(guī)律的亮滅。連接好硬件電路后的主要任務(wù)就是編寫相應(yīng)程序，通過程序去控制和調(diào)度硬件電路的輸入與輸出。1.2系統(tǒng)連接圖設(shè)計(jì)8255A是一種通過可編程并行I/O接口芯片。廣泛用于幾乎所有系列的微機(jī)系統(tǒng)中,8255A具有三個(gè)帶鎖存或緩沖的數(shù)據(jù)端口,可與外設(shè)并行進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,8255A有多種操作方式,通用

5、性較強(qiáng),可為CPU與外設(shè)之間提供輸入/輸出通道。8255A和各端口內(nèi)具有中斷控制邏輯,在外設(shè)與CPU之間可用中斷方式進(jìn)行信息交換,使用條件傳輸方式時(shí)可用“聯(lián)絡(luò)”線進(jìn)行控制。在本次課程設(shè)計(jì)中,我們運(yùn)用8255A為CPU與外設(shè)之間提供輸入輸出輸出通道來實(shí)現(xiàn)對(duì)跑馬燈花樣變換的控制。8086微處理器，選擇最小工作模式，所有的總線控制信號(hào)均由8086產(chǎn)生；8086CPU的地址數(shù)據(jù)總線AD15-AD0和地址狀態(tài)總線A16/S3-A19/S6是復(fù)用的，必須通過地址鎖存器把地址總線和數(shù)據(jù)總線分離。跑馬燈硬件電路如圖1所示。電路包括8個(gè)LED彩燈、三片74LS273、一片74LS154、一片8086CPU、一片

6、8255A以及若干導(dǎo)線和電阻。用LED可以觀測(cè)在不同按鍵輸入下，跑馬燈花樣的變化效果。如圖1所示我們利用啟動(dòng)按鈕作為輸入信號(hào)，通過8255A端口擴(kuò)展芯片，調(diào)節(jié)輸出端口的電平變化，來控制共陽極的LED燈的亮與滅，實(shí)現(xiàn)跑馬燈不同的花樣變化。圖1 跑馬燈硬件電路圖1.2.1鎖存控制電路鎖存控制電路電路如圖2所示，在微控制器單元（MCU）中，寄存器是十分重要的資源。寄存器的主要作用是快速寄存算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）運(yùn)算過程中的數(shù)據(jù)，其鎖存功能利用74LS273來實(shí)現(xiàn)，74LS273是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器， 1D8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作數(shù)據(jù)鎖存器，地

7、址鎖存器。D0D7：輸入，Q0Q7：輸出；第一腳WR：主清除端，低電平觸發(fā)，即當(dāng)為低電平時(shí)，芯片被清除，輸出全為0（低電平）；CP（CLK）：觸發(fā)端，上升沿觸發(fā)，即當(dāng)CP從低到高電平時(shí)，D0D7的數(shù)據(jù)通過芯片，為0時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存，D0D7的數(shù)據(jù)不變。CPU向外部發(fā)出地址鎖存允許信號(hào)，從而使74LS273鎖存地址信號(hào)，在通過譯碼芯片74LS154控制接口芯片8255A，在此系統(tǒng)中充當(dāng)一個(gè)橋梁的作用。這部分電路將相應(yīng)信號(hào)傳送給8255A的A0、A1和CS片選，進(jìn)而CPU開始控制8255A從而驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示不同的樣式。圖2 鎖存控制電路1.2.2可編程并行通信接口芯片8255A芯片8255A有三種

8、工作方式，他們分別是方式0、方式1、方式2，電路如圖3所示。方式0為簡(jiǎn)單I/O，查詢方式，端口A、端口B、端口C均可使用；方式1為選通I/O，中斷方式，端口A、端口B可以使用，選通的輸入/輸出方式；方式2為雙向I/O，中斷方式，只有端口A可以使用，雙向的傳輸方式。方式0也叫基本輸入/輸出方式。一種方式，不需要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，端口A、端口B和端口C的高4位及低4位都可以作為輸入或輸出端口。方式0的應(yīng)用場(chǎng)合有無條件傳送和查詢傳送2種； 故根據(jù)我們系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，綜上可知，選擇8255A為工作方式0，A口作為輸出、B口作為輸入。8255A的3種基本工作方式由方式控制字來決定，D71（特征位）表明是設(shè)定

9、方式選擇控制字；D7=0，則表示是端口C按位置位/復(fù)位控制字。端口C分成高4位(PC7PC4)和低4位(PC3PC0)，可分別設(shè)置成輸入端口或輸出端口；端口C的高4位與端口A配合組成A組，端口C的低4位與端口B配合組成B組。綜上可得此系統(tǒng)需要滿足A端口為輸出，輸出數(shù)據(jù)給到8個(gè)LED彩燈；端口B為輸入，需要檢測(cè)按鍵的輸入情況。圖3 芯片8255A接口電路1.3算法說明本程序涉及芯片8255A的初始化，因此首先需要確定端口地址，CPU向8255A送出方式控制字，進(jìn)而8255A的A口作為輸出、B口作為輸入；定義控制LED燈的相應(yīng)數(shù)據(jù)段，由于需要LED亮后持續(xù)一段時(shí)間這就需要一個(gè)相應(yīng)的延時(shí)程序片段，需

10、要確定B口那個(gè)按鈕開關(guān)按下，這就需要一個(gè)掃描B口開關(guān)按下的子程序，從而CPU發(fā)出相應(yīng)控制等操作給A口送出相應(yīng)電平，LED顯示相應(yīng)的亮滅。因此，主要要點(diǎn)就是找對(duì)端口地址，這個(gè)是程序能夠運(yùn)行的必需品，通過分析硬件線路可以正確找到A口、B口以及控制口的地址。2程序流程圖設(shè)計(jì)及其說明主程序流程圖如圖4所示：初始化程序開始送控制字通過A口輸出使燈全滅調(diào)用ledflash子程序圖4 主程序流程圖檢測(cè)按鍵延時(shí)控制LED子程序流程圖如圖5所示：開始檢測(cè)B口信號(hào)輸入是否為按鍵1是否為按鍵2是否為按鍵3將1型走馬燈的偏移地址送給SI將2型走馬燈的偏移地址送給SI將3型走馬燈的偏移地址送給SI是否終止開關(guān)Num是否

11、為0延時(shí)YYYYYNNNNN結(jié)束圖5 子程序流程圖3關(guān)鍵程序段落說明3.1數(shù)據(jù)段定義dseg segmentnum dw 0 data1 db 0FEh,0FDh,0FBh,0F7h,0EFh,0DFh,0BFh,7Fh data2 db 7Fh,0BFh,0DFh,0EFh,0F7h,0FBh,0FDh,0FEh data3 db 7Eh,0BDh,0DBh,0E7h,0E7h,0DBh,0BDh,7Eh dseg ends三種燈光變幻組合為：第一種為L(zhǎng)1L2L3L4L5L6L7L8；第二種為L(zhǎng)8L7L6L5L4L3L2L1；第三種為L(zhǎng)1L8L2L7L3L6L4L5L3L6L2L7L1L8。

12、dw為燈光循環(huán)的控制次數(shù)。3.2程序初始化cseg segment para public 'code' assume ss:sseg,cs:cseg,ds:dseg start: mov ax,dseg mov ds,ax初始化程序。3.3芯片初始化mov dx,0206h ;取8255A的控制端口的地址mov al,82h ;初始化8255A的A口為輸出模式，B口為輸入模式 out dx,al 82h即為10000010b，也就是說將A口定義在方式0下并且作為輸出，B口定義在方式0下并且作為輸入，因此這個(gè)方式控制字不是唯一的，其通用形式為1000X01X，C口沒有定義故可以

13、為任意二進(jìn)制數(shù)。mov dx,0200h ;取8255的端口A的地址mov al,0FFh ;使8255的PA0-PA7全為1out dx,al 上邊這個(gè)程序段是往外送數(shù)據(jù)置LED亮滅的。mov dx,0202h ;取8255的端口B的地址 in al,dx ;檢測(cè)B口輸入信號(hào)這個(gè)是將B口開關(guān)閉合信息讀回來的，從而發(fā)出相應(yīng)控制命令。3.4初始LED亮滅狀態(tài)mov dx,0200h ;取8255的端口A的地址mov al,0FFh ;使8255的PA0-PA7全為1out dx,al ;使所有的燈LED全滅電路上電工作后首先要使所有的LED燈全滅，防止對(duì)后面的顯示造成影響。3.5檢測(cè)按鍵開關(guān)子程

14、序ledflash proc ;檢測(cè)開關(guān)閉合,以便確定哪種閃爍方式mov dx,0202h ;取8255A的端口B的地址 in al,dx ;檢測(cè)B口輸入信號(hào)choice1: cmp al,0feh jne choice2 mov si,offset data1 ;置第一種燈光變幻組合 jmp herechoice2: cmp al,0fdh jne choice3 mov si,offset data2 ;置第二種燈光變幻組合 jmp herechoice3: cmp al,0fbh jne choice4 mov si,offset data3 ;置第三種燈光變幻組合 jmp here c

15、hoice4: ;每盞燈亮完檢測(cè)開關(guān)，如果停止開關(guān)沒有按下跳到choice5，如果停止開關(guān)按下燈全滅 cmp al,0f7h jne choice5 jmp exutchoice5: cmp num,0h;檢測(cè)num是否為0，若為0掃描開關(guān)，若不為0繼續(xù)執(zhí)行 jne here jmp ledflash here: mov bx,num mov al,si+bx mov dx,0200h ;取8255的端口A的地址 out dx,al ;輸出加電數(shù)據(jù)到端口A inc num ;改變數(shù)字變量的值 cmp num,09h je exit mov cx,005fh dl4: mov bx,00ffhd

16、l3: dec bx jnz dl3 dec cx jnz dl4 jmp ledflashexit: mov num,0 retledflash endp檢測(cè)到開關(guān)閉合置相應(yīng)燈光變換。3.6延時(shí)程序片段 mov cx,04c9h dl4: mov bx,04c9hdl3: dec bx jnz dl3 dec cx jnz dl4通過雙層循環(huán)從而實(shí)現(xiàn)軟件延時(shí)，延時(shí)計(jì)算公式為(cx)*(bx)/f，f為CPU的頻率，CPU頻率為1500kHz，可以計(jì)算得到程序大致延時(shí)為1s。3.7燈光變換控制here: mov bx,num mov al,si+bx mov dx,0200h ;取8255的端

17、口A的地址 out dx,al ;輸出加電數(shù)據(jù)到端口A inc num ;改變數(shù)字變量的值 cmp num,09h je exit通過指針移動(dòng)，逐個(gè)選中相應(yīng)的數(shù)據(jù)置相應(yīng)的燈光變換，共八種即一輪LED顯示完成。4程序調(diào)試說明（1）、內(nèi)存空間分配，匯編語言的重要特點(diǎn)之一是能夠直接利用機(jī)器指令或者偽指令為數(shù)據(jù)或者代碼程序分配內(nèi)存空間，86系列（如8086微處理器）的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是分段的，有代碼段，數(shù)據(jù)段，堆棧段或附加段，在程序設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮分段結(jié)構(gòu)，要執(zhí)行的程序段應(yīng)設(shè)在當(dāng)前段（活動(dòng)段）中；分配內(nèi)存空間：直接在proteus里面將8086CPU的internal memory size設(shè)置成一個(gè)足夠用

18、的空間大小，如0x1000，默認(rèn)的空間大小是0x00000，如不改則仿真不成功。程序在運(yùn)行時(shí)所需要的工作單元應(yīng)盡可能的設(shè)在CPU寄存器中，這樣存取速度快，而且操作方便；在此系統(tǒng)源程序中都采用8086CPU的全部通用寄存器：累加器AX，基數(shù)寄存器BX，基數(shù)寄存器CX，數(shù)據(jù)寄存器DX；和堆棧指針寄存器SI。（2）、unknow 1-byte opcode at B900:7056! 61SPICEerror-too many iterations without convergence在仿真過程中，出現(xiàn)以上兩行的錯(cuò)誤，太多的迭代沒有收斂性，和某個(gè)匯編語言在編碼過程中的地址不正確，經(jīng)過排查程序去除無

19、用代碼，proteus不再報(bào)錯(cuò)。（3）、8255A隱藏引腳問題，需要設(shè)置芯片Hidden Pins里的GND改為VSS，VCC改為VDD。（4）、程序一開始是將延時(shí)環(huán)節(jié)作為一個(gè)獨(dú)立子程序，運(yùn)行過程中由于部分情況下不滿足題設(shè)，故將延時(shí)子程序改為程序段落寫到檢測(cè)按鍵的子程序中問題得以解決。5結(jié)果記錄及分析第一種燈光變換效果：L1L2L3L4L5L6L7L8，如圖6所示。圖6 LED第一種變換效果第二種燈光變換效果：L8L7L6L5L4L3L2L1；第一種變換效果反向即為第二種效果。第三種燈光變換效果：L1L8L2L7L3L6L4L5L3L6L2L7L1L8，如圖7所示。圖7 LED第三種變換效果心

20、得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多使用的東西，使我受益匪淺，將課堂上所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際，體會(huì)到了理論與實(shí)際聯(lián)系的重要性，同時(shí)進(jìn)一步學(xué)習(xí)了PROTEUS這款軟件。第一，在做這次課程設(shè)計(jì)的一開始可以說是難度重重，接口電路設(shè)計(jì)出了問題，一開始由于電路沒有加入鎖存器，導(dǎo)致地址和數(shù)據(jù)沖突，從而電路不能正常工作，最后在電路里加入了鎖存器74LS273和譯碼器74LS154后解決了地址和數(shù)據(jù)沖突的問題。第二，由于對(duì)軟件PROTEUS運(yùn)用不是很熟練，導(dǎo)致一些問題，比如說分配內(nèi)存空間：直接在proteus里面將8086CPU的internal memory size設(shè)置成一個(gè)足夠用的空間大小，如0x1000，

21、默認(rèn)的空間大小是0x00000，如不改則仿真不能成功。還有在運(yùn)行期間PROTEUS仿真報(bào)錯(cuò)，由于不太懂報(bào)錯(cuò)信息就一步加大了設(shè)計(jì)的難度，還有一些其他小細(xì)節(jié)上的問題，可以說是細(xì)節(jié)決定成敗。第三，由于匯編語言運(yùn)用的不太熟練，對(duì)程序反復(fù)進(jìn)行修改，發(fā)現(xiàn)匯編語言由于語句在程序中放置的位置不同也會(huì)是不同的效果，對(duì)匯編語言有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。綜上所述，這次微機(jī)原理與接口技術(shù)的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，不是課堂上能夠?qū)W到的東西，通過仿真可以實(shí)實(shí)在在的看到成果，從而提高了對(duì)電子設(shè)計(jì)的興趣，我想這是一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，通過這樣的鍛煉不僅鞏固了課堂上學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)，而且學(xué)到了一些課外知識(shí)，比如說在網(wǎng)絡(luò)上怎樣去搜索你想

22、要的信息等等，這些東西將使我終身獲益。 附 錄程序清單sseg segment dw 200 dup (?)sseg endsdseg segmentnum dw 0 ;初始化數(shù)字變量為0;3種不同的燈光變幻組合 data1 db 0FEh,0FDh,0FBh,0F7h,0EFh,0DFh,0BFh,7Fh data2 db 7Fh,0BFh,0DFh,0EFh,0F7h,0FBh,0FDh,0FEh data3 db 7Eh,0BDh,0DBh,0E7h,0E7h,0DBh,0BDh,7Eh dseg endscseg segment para public 'code' a

23、ssume ss:sseg,cs:cseg,ds:dseg start: mov ax,dseg mov ds,ax mov dx,0206h ;取8255的控制端口的地址 mov al,82h ;初始化8255的A口為輸出模式，B口為輸入模式 out dx,al exut: mov num,0h mov dx,0200h ;取8255的端口A的地址 mov al,0FFh ;使8255的PA0-PA7全為1 out dx,al ;使所有的燈LED全滅 begin: call ledflash ;調(diào)用燈光變幻過程 jmp exut ledflash proc ;檢測(cè)開關(guān)閉合,以便確定哪種閃爍方

24、式 mov dx,0202h ;取8255的端口B的地址 in al,dx ;檢測(cè)B口輸入信號(hào)choice1: cmp al,0feh jne choice2 mov si,offset data1 ;置第一種燈光變幻組合 jmp herechoice2: cmp al,0fdh jne choice3 mov si,offset data2 ;置第二種燈光變幻組合 jmp herechoice3: cmp al,0fbh jne choice4 mov si,offset data3 ;置第三種燈光變幻組合 jmp here choice4: ;每盞燈亮完檢測(cè)開關(guān)，如果停止開關(guān)沒有按下跳到c

25、hoice5，如果停止開關(guān)按下燈全滅 cmp al,0f7h jne choice5 jmp exutchoice5: ;檢測(cè)num是否為0，若為0掃描開關(guān)，若不為0繼續(xù)執(zhí)行 cmp num,0h jne here jmp ledflash here: mov bx·,num mov al,si+bx mov dx,0200h ;取8255的端口A的地址 out dx,al ;輸出加電數(shù)據(jù)到端口A inc num ;改變數(shù)字變量的值 cmp num,09h je exit mov cx,04c9h dl4: mov bx,04c9hdl3: dec bx jnz dl3 dec cx jnz dl4