微机课程设计--- 竞赛抢答器.doc

常熟理工学院课程设计报告 课程设计报告课程 微机原理课程设计 题目 竞赛抢答器 系 别 物理与电子工程学院 年 级 09级 专 业 电子信息工程 班 级 1班 学 号 160409105,6,7,8 学生姓名 指导教师 职 称 设计时间 目 录第一章 关于抢答器的概述及设计要求21.1数字抢答器的简介21.2课程设计要求21.3实现功能3第二章 总体设计42.1功能需求分析42.2可行性分析42.3硬件总体设计42.3.1硬件器材42.3.2内存单元地址42.4软件流程图5第三章 硬件设计63.1所选芯片介绍63.1.1可编程并行接口接口芯片8255a63.1.2可编程定时器计数器825373.2系统所选用各芯片的连接83.2.1各芯片与cpu的连接83.2.2各芯片之间的连接和与外设的连接8第四章 软件设计94.1程序流程94.2子程序清单94.2.1 芯片8255初始化：94.2.2芯片8253初始化：94.2.3获取选手号码子程序：94.2.4数码管显示子程序：104.2.5扬声器鸣叫时间：11第五章 结果分析12结束语13附录14参考文献14主程序清单14第一章 关于抢答器的概述及设计要求1.1数字抢答器的简介抢答器是在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。随着科学技术的不断发展，促使人们学科学，学技术，学知识的手段多种多样，抢答器作为一种强大工具，已经广泛应用于各种知识能力竞赛场合，例如选拔人才、评选优胜及各种智力竞赛等。目前知识竞赛之类的活动愈加频繁，凡是有知识竞赛类的活动那么也就必然离不开抢答器。针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。这种数字抢答器杜绝了人为因素的影响，实现了抢答公平公正的原则。所以操作简单、经济实用的小型数字抢答器将流行于各类竞赛中，成为小规模知识竞赛的首选。1.2课程设计要求内容：用微机原理实验箱，在外接8个按键的抢按下，让7段led数码管显示抢答者编号，并使喇叭响一下。具体要求：（1） 通过实验箱上8255芯片接收来自实验箱按键的信息，将该信息送入8088cpu，由cpu判断是哪个按键按下；（2） 8088cpu将判断出的按键信息转换为7段显示码，并通过8255芯片发送到7段显示模块显示；（3） 在显示按键信息的同时通过实验箱上8253芯片产生一定频率的方波信号发送到音频功放模块，发出声音；（4） 提高要求： 能对几乎同时发生的按键进行判别，找到先按的键。1.3实现功能当没有选手按下按键时，led数码管显示“-”符号，表示此时可以进行抢答，当抢答开始，选手按下8路抢答器中的任何一路开关时，8段led数码管上显示最先按开关的选手的号码，同时蜂鸣器鸣叫一段时间以示已经有人抢答成功。当一位选手抢答成功时，数码管上显示这位选手的号码，此时其他选手再按下按键不会产生任何作用，系统进入锁死状态，当抢答成功的选手退下按键时，led数码管显示“-”符号，表示系统已经初始化，可以进行下一轮抢答。第二章 总体设计2.1功能需求分析系统必须准确判断抢答者的信息，根据按键信息判断被按下的按键的序号，在led数码管上显示相应的数字反映抢答信息，同时蜂鸣器响一声以示有选手抢答成功。2.2可行性分析将8个抢答器按键连接到8255芯片的pa0pa7，当8组均未按下抢答按钮时，送入到并行接口的8位抢答状态都是0，当检测到按键发生变化时，即微机采样到这8位数据不为0时，微机通过该并行输入口循环对8路抢答信号进行采样。当采样到哪一组的抢答信号已经发出，则记录下该组的组号，从pb口输出组号所对应的led数码管段码，同时pc7端口连接至定时器的门控信号端口，使定时器工作，输出端连接到蜂鸣器，蜂鸣器鸣叫一段时间后关闭，若系统检测到按键信息全为0时，表明选手已经把按键退下，则系统重新开始检测按键状态，进入下一个抢答环节。2.3硬件总体设计2.3.1硬件器材所需器件：可编程并行接口芯片8255、可编程定时器计数器8253，扬声器，一个led显示器，8个按键。2.3.2内存单元地址可编程并行接口接口芯片8255a的端口地址为0ff28h、0ff29h、0ff2ah、0ff2bh。可编程定时器计数器8253的端口地址为0040h、0041h、0042h、0043h。2.4软件流程图开始8255初始化8253初始化显示“-”符号从8255a口读取按键状态yy无按键按下ynled显示1按键1按下led显示3led显示4led显示5led显示6led显示7led显示2yn按键2按下n按键3按下yyn按键4按下ny按键5按下yn按键6按下n按键7按下nled显示8y按键8按下蜂鸣器响一声检测pa口是否全为0n按键全为0y图1 系统软件流程图第三章 硬件设计3.1所选芯片介绍3.1.1可编程并行接口接口芯片8255a8255a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。8255a主要的外部引脚图2 8255a引脚图pa7pa0：a口的8条io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。pb7pb0：b口的8条io线。不可以设置成双向口，其它和a口一样。pc7pc0：c口的8条io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io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。8255a工作方式方式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。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 输出1 输入0 输出1 输入0方式01方式10 输出1 输入0 输出1 输入3.1.2可编程定时器计数器82538253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。8253的外部引脚图3 8253引脚图a1、a0：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。8253的工作方式方式0：减1计数到0，产生中断请求信号。方式3：减1计数到初值的12，方波发生器。8253方式控制字格式表2 8253方式控制字d7 d6d5 d4d3 d2 d1d000 选计数器001 选计数器110 选计数器200 计数器锁存01 只读写低8位10 先读写高8位11 先读写低8位 再读写高8位000 方式0001 方式1x10 方式2x11 方式3100 方式4101 方式50 二进制计数1 bcd计数3.2系统所选用各芯片的连接3.2.1各芯片与cpu的连接8255a、8253的数据总线d7d0端、端、端、端、端、int端分别与cpu的d7d0数据总线、片选端、端、端、端、intr端。8255a、8253的a1、a0端分别与cpu地址线的a1、a0端相连。3.2.2各芯片之间的连接和与外设的连接8255a的a口的pa7pa0依次接“按键1”“按键8”，b口的pb7pb0通过驱动器1接到led显示器，8253的gate0端接pc7端口，clk0接1mhz，out0的输出接入接扬声器。第四章 软件设计4.1程序流程设定好8255、8253的方式控制字后，根据读取8255pa端口的状态值，获取选手的具体号码，从而转到相应程序，将号码所对应的段码输出到pb端口进行数码管显示。同时将pc7置1，使相连的gate0门控信号为1，通道0进行计数，输出到扬声器进行鸣叫。4.2子程序清单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组方式0输入 mov dx,port_ctl ;b组方式0输出 c口输出 out dx,al4.2.2芯片8253初始化： mov al,00110110b ;8253控制字 计数器0 读写字 mov dx,43h ;工作方式方式3 out dx,al mov ax,5000 ;计数器初值 mov dx,40h out dx,al mov al,ah out dx,al4.2.3获取选手号码子程序：在硬件电路中，8255的pa端口连接开关按键，根据读取pa的状态可以判断出按下的是哪个键（按下为高电平），根据进行移位操作，可得出选手的具体号码。mov dx,port_a ;读取a口状态(按键状态) in al,dx cmp al,00000000b ;无按键按下 返回led1 je led1 cmp al,00000001b ;按键1 je lp1 cmp al,00000010b ;按键2 je lp2 cmp al,00000100b ;按键3 je lp3 cmp al,00001000b ;按键4 je lp4 cmp al,00010000b ;按键5 je lp5 cmp al,00100000b ;按键6 je lp6 cmp al,01000000b ;按键7 je lp7 cmp al,10000000b ;按键8 je lp8 jmp led1 ;返回4.2.4数码管显示子程序：根据获取得到选手的号码，跳转相应程序，将段码输出给pb端口。lp1: mov dx,port_b ;数码管显示1 mov al,11111001b out dx,allp2: mov dx,port_b ;数码管显示2 mov al,10100100b out dx,allp8：led的管脚对应的字形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 0123456784.2.5扬声器鸣叫时间：push dx push ax mov al,00001111b ;8255 pc7口置1，使蜂鸣器工作 mov dx,port_ctl out dx,al pop ax pop dx mov bl,00000000b mov cx,0ffffh ;延时一段时间 lpp2:loop lpp2 mov cx,0fffh lpp3:loop lpp3 push dx push ax mov al,00001110b ;8255 pc7口置0，蜂鸣器停止工作 mov dx,port_ctl out dx,al pop ax pop dx第五章 结果分析连接硬件电路后，控制程序输出得到相应结果：图5 硬件显示结果由上结果可看出，当按键3按下的时候，数码管显示数字3，扬声器进行鸣叫，在无按键按下时，led数码管显示符号“-”，可得程序设计及硬件连接能达到题目要求。结束语转眼间一周微机课程设计转眼就结束了，通过这次课程设计，我学会了许多课本上学不到的东西，同时也加强了我的动手、思考和解决问题的能力，受益匪浅。课程设计过程中，我觉得是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，同时平时课间又没有好好的运用额理解个芯片的功能，而且考试的内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解很多元件的功能，对其在电路中的使用有更多的认识。从前的学习过程过于浮浅，只是流于表面的理解，而现在要做课程设计，就不得不要求我们对所用到的知识有更深层次的理解。因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言，更接近于现实生活，而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程，它犹如一只拦路虎，横更在我们的面前。但是我们毫不畏惧，因为我们相信我们能行。前几天的主要任务是设计程序。虽然在设计中会遇到这样那样的问题，有时认为是正确的，而在仿真中却出现了这样那样的问题。软件部分做好了，下面就是接线啦，这可是一个比较麻烦的事。在接线的时候要细心和耐心、恒心，这样才能做好事情。同时接好了一步电路以后，最为重要的是检查这部分是不是接对了。在做硬件测试的时候，八个数字基本能显示，但还是有点缺陷，比如显示数字1的时候，显示的不对，后来在老师帮助下解决了这个问题。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。最后，我要感谢给予我们精心辅导的老师。附录参考文献1.朱金钧 麻新旗微型计算机原理及应用技术m北京：机械工业出版社主程序清单port_a equ 0ff28hport_b equ 0ff29hport_c equ 0ff2ahport_ctl equ 0ff2bhcode segmentassume cs:codeorg 11b0hstart: mov al,90h ;8255控制字 a组方式0输入 mov dx,port_ctl ;b组方式0输出 c口输出 out dx,al mov al,00110110b ;8253控制字 计数器0 读写字 mov dx,43h ;工作方式方式3 out dx,al mov ax,5000 ;计数器初值 mov dx,40h out dx,al mov al,ah out dx,al led1: mov bl,00000001b ;设置全局变量 bl mov al,00001110b ;pc7端口置0 mov dx,port_ctl out dx,al mov dx,port_b ;在数码管显示符号- mov al,10111111b out dx,al mov dx,port_a ;读取a口状态(按键状态) in al,dx cmp al,00000000b ;无按键按下 返回led1 je led1 cmp al,00000001b ;按键1 je lp1 cmp al,00000010b ;按键2 je lp2 cmp al,00000100b ;按键3 je lp3 cmp al,00001000b ;按键4 je lp4 cmp al,00010000b ;按键5 je lp5 cmp al,00100000b ;按键6 je lp6 cmp al,01000000b ;按键7 je lp7 cmp al,10000000b ;按键8 je lp8 jmp led1 ;返回 lp1: mov dx,port_b ;数码管显示1 跳转lp9 mov al,11111001b out dx,al jmp lp9lp2: mov dx,port_b ;数码管显示2 跳转lp9 mov al,10100100b out dx,al jmp lp9 lp3: mov dx,port_b ;数码管显示3 跳转lp9 mov al,10110000b out dx,al jmp lp9 lp4: mov dx,port_b ;数码管显示4 跳转lp9 mov al,10011001b out dx,al jmp lp9 lp5: mov dx,port_b ;数码管显示5 跳转lp9 mov al,10010010b out