微机原理课程设计-模拟汽车限速.doc

课程设计报告( 年度第 一 学期)课 程： 微机原理及应用 题 目： 模拟汽车限速 院 系： 自动化系 班 级： 自动化1302 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 一周 成 绩： 日期：年 月 日微机原理及应用课程设计任 务 书一、 目的与要求1 通过对微机系统分析和具体设计，使学生加深对所学课程的理解。2 掌握汇编语言程序设计的基本方法和典型接口电路的基本设计方法。3 培养学生分析问题、解决问题的能力。4 培养学生对微型计算机应用系统的基本设计能力。5 提高学生的实践动手能力和创新能力。二、 主要内容1 模拟汽车限速2 针对所选择的设计题目进行硬件设计，合理选用所需元器件，绘制系统结构框图、硬件接线图，并在实验系统上完成电路的连接和调试。3 根据所选题目的要求对微机系统进行程序设计，绘制程序总体流程图并编写源程序上机调试。4 写出课程设计报告，对整个设计过程进行归纳和综合，对设计中所存在的问题和不足进行分析和总结，提出解决的方法、措施、建议和对这次设计实践的认识和收获。三、 进度计划序号设计内容完成时间备注1选择课程设计题目，查阅相关资料2016年1月11日2进行软硬件设计2016年1月11日3上机调试2016年1月13日4撰写设计报告2016年1月14日5演示及答辩2016年1月15日四、 设计成果要求1 系统硬件设计合理，软件编程达到设计要求。2 系统硬件结构图和软件流程图绘制清楚规范。3 设计报告完整规范。五、 考核方式根据设计任务的完成情况、课程设计报告撰写情况及演示答辩情况采用五级记分制评定成绩。 一、课程设计目的与要求1 通过对微机系统分析和具体设计，使学生加深对所学课程的理解。2 掌握汇编语言程序设计的基本方法和典型接口电路的基本设计方法。3 培养学生分析问题、解决问题的能力。4 培养学生对微型计算机应用系统的基本设计能力。5 提高学生的实践动手能力和创新能力。二、课程设计正文1.设计题目：模拟汽车限速2.设计思想1）总体设计方案本设计主要是模拟汽车限速，通过统计开关次数判断汽车处于何种状态并用led灯及点阵显示出来，并用按键“0”结束系统，按键“1”重启系统。8253的计数器0、1分别工作在方式0(计数)、3(方波)；用8259来申请中断；8255用来输出红绿灯状态；用1片74138和4片74574模拟实验箱上16*16点阵的内部电路设计，用来显示字符；用几个逻辑门电路和74373/74245芯片模拟实验箱上6位7段数码管的内部电路，并其进行位选。2）系统主要功能手动开关模拟行车速度，每按动开关一次产生一次中断，统计按的次数，每10秒采集一次统计结果。并用数码管不断做精确的10秒倒计时，若按开关次数在6次以内(包括6次)，亮绿灯、16*16点阵显示“安全”；若超过6次(不包括6次)，亮黄灯报警、16*16点阵显示“超速”；若超过8次(不包括8次)，亮红灯表示拦截、扬声器报警而且16*16点阵显示“违规”。3.系统工作原理介绍1.硬件接口电路设计(1)74hc138总译码电路如下图，a15需维持1才能保证74hc138正常工作，则、分别对应地址8000h-8fffh、9000h-9fffh、0a000h-0afffh、0b000h-0bfffh、0c000h-0cfffh。(2)16*16点阵的片选地址为0c000h，则接入其.注：数据总线低8位ad0.7即偶存储体传输数据，即8086的a0需维持0，导致8086的a2、a1接入74hc138的b、a，则16*16点阵的列低八位(clck)、列高八位(chck)、行低八位(rlck)、行高八位(rhck)地址分别为0c000h、0c002h、0c004h、0c006h。 (3)6位7段数码管的片选地址为0b000h，则接入。注：数据总线低8位ad0.7即偶存储体传输数据，即8086的a0需维持0，导致8086的a3、a2、a1分别接入三个与非门，则数码管位选/键盘列输出(outbit)、数码管段选(outseg)地址分别为0b004h、0b008h。(4)8253a的片选地址为0a000h，则接入。计数器0、1分别工作在方式0(计数)、3(方波)a.clk0、clk1接入125 khz的时钟源；b.out0持续输出低电平直至2ms后变高电平，out1输出的2500hz方波接出蜂鸣器；c.gate0接入电源保证计数器0能持续计数，gate1接入q3即8255的pa3口。 注：数据总线低8位ad0.7即偶存储体传输数据，即8086的a0需维持0，导致8086的a2、a1接入8253a的a1、a0，则8253a的计数器0、计数器1、控制器地址分别为a000h、a002h、a006h。 (5)8255a的片选地址为8000h，则接入。a. pa口输出数据：pa3、pa2、pa1、pa0分别接出8253的gate1(控制计数器1是否工作，即决定蜂鸣器是否发声)、红色led、黄色led、绿色led(控制led的亮灭)；b. pb口读入数据：pb0接入8253的out0(通过读入out0状态，判断是否已到2ms)。注：数据总线低8位ad0.7即偶存储体传输数据，即8086的a0需维持0，导致8086的a2、a1接入8255a的a1、a0，则8255a的pa口、pb口、控制器地址分别为8000h、8002h、8006h。 (6)proteus的8086模型取的中断号是最后一次io操作时总线上的数据, 而非 8259 设置的中断号。担心这个缺陷给后续仿真带来影响，故proteus中暂时不使用8259a，直接向8086的nmi端接入中断请求信号(由开关提供)，上升沿触发中断。但在实验室中需由8259a提供中断申请，电路也需做出修改。8259a的片选地址为9000h，则接入ir2端输入中断请求信号(由开关提供)上升沿触发。5.系统调试结果1.上一个10s之内不按开关，结果为：绿灯亮，16*16点阵滚动显示“安全”。2. 上一个10s之内按7次开关，结果为：黄灯亮，16*16点阵滚动显示“超速”。3.上一个10s之内按12次开关，结果为：红灯亮，蜂鸣器发出响声，16*16点阵滚动显示“违规”。三、课程设计总结1）问题分析与总结在实验室搭建硬件电路要注意与proteus上的区别，有些是在proteus上可以连接的，但在实验箱上是没有的。比如nmi中断，又比如在proteus上5253芯片有3个计数器，但在实验箱上只有2个计数器。在实验箱上16*16点阵是可以显示完整的汉字的，但在proteus上第8列单步运行时是可以被点亮，但全速运行时不能被点亮，这个问题目前还没有被解决。也是在proteus仿真中，点阵显示个别汉字时仍看得到闪烁，证明动态显示做得不够好，尝试过几种方法，比如：扫描换为列扫描；考虑可能是未消隐带来影响，扫描下一行前，关掉所有行；原意为2ms扫描一行(对应频率为31.25hz)，实际上还需执行其他指令，会延长扫描时间即降低频率，可能会到达人眼可分辨的区间内，故试图1ms扫描一行，但1s计数次数cx增加至512左右时程序会跑飞，且暂时原因不明，目前尚未能解决这个问题。2）实验心得本次试验从最开始的尝试到最后全部完成，历经很长时间，做了很多努力，让我们都非常欣慰，在做实验的过程中，不断尝试，优化，大大提高了我们对专业知识的掌握，设计的过程虽然有点辛苦，但都很开心，我认为这点很重要。希望每次的实验都可以从兴趣而发，以乐趣结束，不再为书本而苦恼。相信我们也会越做越好。另外感谢老师的耐心指导和周围同学们的无私帮助，给了我们很大的帮助。四、参考文献 1 马平，姚万业，微机原理及应用，北京：中国电力出版社，2002.12附录（设计流程图、程序等）设计流程图：源程序及注释;proteus：加入数码管,2ms列扫描点阵,使用nmi中断a8255 equ 8000h ;8255的pa口地址b8255 equ 8002h ;8255的pb口地址k8255 equ 8006h ;8255控制器地址o8259 equ 9000h ;8259偶地址j8259 equ 9002h ;8259奇地址j8253_0 equ 0a000h ;8253计数器0地址j8253_1 equ 0a002h ;8253计数器1地址k8253 equ 0a006h ;8253控制器地址keyin equ 0b002h ;键盘行读入outbit equ 0b004h ;数码管位选/键盘列输出地址outseg equ 0b008h ;数码管段选地址collow equ 0c000h ;点阵列低八位地址colhigh equ 0c002h ;点阵列高八位地址 rowlow equ 0c004h ;点阵行低八位地址rowhigh equ 0c006h ;点阵行高八位地址code segment assume cs:codestart:cli ;关中断;8253a初始化(clk0=clk1=125000hz) mov dx,k8253 mov al,30h ;00110000b out dx,al ;计数器0:工作方式0(计数)+二进制 mov al,76h ;01110110b out dx,al ;计数器1:工作方式3(方波)+二进制 mov dx,j8253_0 mov al,0fah ;计数器0预置值250=0fah out dx,al ;计数器0持续低电平直至2ms后变高电平 mov al,00h out dx,al mov dx,j8253_1 mov al,32h ;计数器1预置值50=32h out dx,al ;计数器1输出2500hz方波 mov al,00h out dx,al;8255初始化 mov dx,k8255 mov al,82h ;10000010b=82h out dx,al ;a口方式0输出,b口方式0输入;非规范装入nmi中断向量 mov ax,0 mov ds,ax ;中断向量表段基址0000h mov bx,02h*4 ;bx为nmi即2号中断向量指针 mov ax,offset intp mov bx,ax inc bx inc bx mov ax,seg intp ;中断子程序intp入口地址 mov bx,ax ;放入nmi中断向量表2号;主程序 mov dx,a8255 mov al,00h ;led全灭+计时器2停止工作 out dx,al mov ax,data mov ds,ax sti ;开中断 l8: mov bh,5 ;速度标志初始化为5;等待定时时间到l0: mov di,0 ;中断统计次数初始化为0 mov bl,10 ;10s计数次数初始化为10l1: mov cx,0 ;1s计数次数初始化为0l2: mov dx,b8255 in al,dx ;读out0即pb0口状态 and al,01h ;屏蔽pb口高7位 cmp al,1 ;out0输出高电平则2ms到 jnz l2 ;2ms到则重新启动计数器0 mov dx,k8253 mov al,30h ;01110000b out dx,al ;计数器0:工作方式0(计数)+二进制 mov dx,j8253_0 mov al,0fah ;计数器0预置值250=0fah out dx,al mov al,00h out dx,al ;考虑7段数码管显示 cmp bl,9 jle l6 ;bl=9转到l6 call smg1 ;bl=10调用smg1;考虑16*16点阵显示l6: cmp bh,5 je l3 ;bh=5转到l3 call dian ;bh!=5调用dianl3: inc cx cmp cx,500 jnz l2 ;cx=500则1s到 mov dx,outbit mov al,0dfh ;11011111b out dx,al ;低电平扫描第1列 mov dx,keyin in al,dx ;读第1列的行键 not al and al,0fh ;屏蔽无用的高4行 cmp al,1 jne l7 call stop ;al=1(即按下键0)调用stop jmp l8l7: call smg2 ;调用smg2 dec bl jnz l1 ;bl=0则10s到;空,空,空,空,声,红,黄,绿(高电平:点灯+计时器1输出方波) cmp di,8 jg l5 cmp di,6 jg l4 mov dx,a8255 mov al,01h ;00000001b out dx,al ;di=6即未超速,点绿灯 mov bh,0 jmp l0l4: mov dx,a8255 mov al,02h ;00000010b out dx,al ;6di8即严重超速,点红灯+启动扬声器 mov bh,2 jmp l0;按下键0停止系统子程序stop proc near;关闭led和扬声器 mov dx,a8255 mov al,00h out dx,al;关闭6位数码管 mov dx,outseg mov al,00h out dx,al;关闭点阵所有列 mov al,0ffh mov dx,collow out dx,al mov dx,colhigh out dx,al;查询按键1是否按下(即重启系统)t0: mov dx,outbit mov al,0dfh ;11011111b out dx,al ;低电平扫描第1列 mov dx,keyin in al,dx ;读第1列的行键 not al and al,0fh ;屏蔽无用的高4行 cmp al,2 jne t0 ret ;al=2(即按下键1)返回stop endp;数码管动态显示10子程序smg1 proc near push cx mov ax,cx ;ax=cx mov cl,2 ;cl=2 div cl ;ax%cl=cx%2=ah cmp ah,0 jnz s1s0: mov dx,outbit mov al,01h ;00000001b选wei0 out dx,al mov dx,outseg mov al,3fh ;显示0 out dx,al jmp s3s1: mov dx,outbit mov al,02h ;00000010b选wei1 out dx,al mov dx,outseg mov al,06h ;显示1 out dx,als3: pop cx retsmg1 endp;数码管静态显示91子程序smg2 proc near push bx mov bh,0 dec bl ;bx=bl mov si,bx ;si=bx=bl lea bx,smgdm mov dx,outbit mov al,01h ;00000001b选wei0 out dx,al mov dx,outseg mov al,bx+si ;显示 out dx,al pop bx retsmg2 endp;点阵动态显示汉字子程序dian proc near push cx push bx;选出要扫描的列(每隔4ms扫描下列) mov ax,cx mov cl,16 div cl ;ax%cl=cx%16=ah mov cl,ah ;cl存放右移次数;选出本列要输出的行数据 shl ah,1 mov al,ah ;al=ah*2 mov ah,0 mov si,ax ;si存放行数据的相对位置;向要扫描的列放入低电平 mov ax,7fffh ;0111111111111111b ror ax,cl mov dx,collow out dx,al mov dx,colhigh mov al,ah out dx,al;选择要输出哪组字:安全,超速,违规 shl bh,1 shl bh,1 ;bh=bh*4 mov cl,bh ;cl存放组相对table的位置;选择本组要输出的字(第1、第2个字隔1s输出) mov bh,0 mov ax,bx mov bl,2 div bl ;bl%2=ah shl ah,1 ;ah存放字相对组的位置 add cl,ah mov ch,0 ;cx存放字相对table的位置 push si mov si,cx lea bx,table mov cx,bx+si mov bx,cx ;bx存放字相对data的位置 pop si;高电平选择输出的行 mov dx,rowhigh mov al,bx+si out dx,al mov dx,rowlow mov al,bx+si+1 out dx,al pop bx pop cx retdian endp;中断服务子程序intp proc near inc di iretintp endpcode ends ;code逻辑段结束data segment ;data逻辑段开始;共阴极数码管段码表smgdm db 3fh,06h,5bh,4fh ;0-7 db 66h,6dh,7dh,07h db 7fh,6fh,77h,7ch ;8-f db 39h,5eh,79h,71h;字模低电平列扫描,高电平点亮行(先输出高8位,后输出低8位);安z1_0 db 01h,00h,09h,01h,31h,01h,21h,21h db 21h,62h,21h,92h,0afh,14h,61h,08h db 21h,08h,21h,34h,21h,0c4h,21h,02h db 29h,01h,31h,00h,01h,00h,00h,00h;全z1_1 db 01h,00h,01h,02h,02h,02h,04h,22h db 0ah,22h,12h,22h,22h,22h,0c3h,0feh db 22h,22h,12h,22h,0ah,22h,04h,22h db 02h,02h,01h,02h,01h,00h,00h,00h;超z2_0 db 02h,01h,12h,06h,12h,0f8h,12h,04h db 0ffh,0feh,12h,22h,12h,22h,42h,02h db 45h,0f2h,79h,12h,41h,12h,45h,12h db 43h,12h,7dh,0f2h,00h,02h,00h,00h;速z2_1 db 02h,00h,02h,02h,42h,04h,33h,0f8h db 00h,04h,20h,12h,2fh,22h,29h,42h db 29h,82h,0ffh,0fah,29h,82h,29h,42h db 2fh,22h,20h,12h,00h,02h,00h,00h ;违 z3_0 db 02h,02h,42h,04h,33h,0f8h,00h,04h db 20h,82h,24h,82h,24h,82h,24h,82h db 0ffh,0feh,24h,82h,24h,82h,24h,92h db 24h,8ah,20h,0f2h,00h,02h,00h,00h;规z3_1 db 01h,02h,11h,04h,11h,18h,0ffh,0e0h db 11h,10h,11h,0dh,01h,02h,7fh,0c4h db 40h,18h,40h,60h,4fh,80h,40h,7eh db 40h,01h,7fh,0c1h,00h,07h,00h,00h;字模表(1个字占2字节,1组字占4字节)table dw z1_0,z1_1,z2_0,z2_1,z3_0,z3_1data ends ;data逻辑段结束 end start ;源程序结束在实验室中，代码须作出以下修改：;地址修改a8255 equ 8000h ;8255的pa口地址b8255 e