数字钟设计.doc

学号微型计算机原理与接口技术课程设计（2008级本科）题目：数字钟设计系（部）院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：指导教师：职称：副教授完成日期：2011年6月29日目录一、设计目的.1二、设计任务要求.1三、总体方案论证.11.方案1.12.方案2.33.选择解决方案.4四、硬件设计.4五、软件设计.51.程序设计思路.52.程序中功能调用技术.53.流程图设计.64.编写源程序（见附录）.8六、程序调试运行.81.上机编译与调试.82.运行结果.9七、总结.12八、参考文献.13附录.14微机原理与接口技术课程设计成绩评定表.201一、设计目的1.进一步加深对微机系统的理解和认识，提高微机系统的应用水平。2.进一步学习和掌握汇编语言程序的编写和应用的方法，通过较大规模程序的编写，提高编写汇编语言程序的水平和学习程序调试方法。3.初步加强自己的科学研究方法训练和实践锻练，增强分析问题和解决问题的能力，了解微机原理和接口技术的新发展。二、设计任务与要求1.设计一个接口与七段LED显示器，显示一个计时时钟，显示初值为0，每隔一秒改变一次显示值，60s为一分钟，60min为一小时，LED显示器循环显示时、分、秒的动态值。2.在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。要在老师的指导下制定好自己各环节的详细设计进程计划，按给定的时间计划保质保量的完成个阶段的设计任务。设计中问题答疑与调试和方案修改相结合，提高设计的效率，保证按时完成设计工作并交出合格的设计报告。三、总体方案论证根据本次设计的设计目的及设计要求，可有下列两种方案：1.方案1用硬件实现，可选择计数器芯片8253和可编程并行接口8255。（1）选择芯片8253选择8253A芯片，8253A是一种定时准确、使用方便、灵活性大的可编程定时器/计数器，其定时的时间长度可以通过软件来设置，对芯片设置处置初值后，计数器开始工作，微处理器就可以去做其他工作，定时时间到，电路会产生一个信号，向微处理器提出中断请求，告诉处理器定时时间已到。（2）8255与LED数码管接口发光二级管数码显示器简称为LED（LightEmittingDiode）数码显示器，它由七段发光二级管组成。这种显示器价格低廉、体积小、功耗低，而可靠性有很好，因此，从单板微型机、袖珍计算机到许多微型机控制系统及数字化仪器都用LED作为输出显示。LED数码管的主要部分是七段发光二极管，如图1所示。这七段发光二极管分别称为a、b、c、d、e、f、g，有的产品还附带有一个小数点h，通过7个发光段的不同组合，可以显示09和AF共16个字母数字或其它异形字符。LED数码管有共阳极、共阴极两种结构，如图2所示：如为共阳极结构，则共用的阳极应接高电平，各段则输入低电平，方为有效。如为共阴极结构，共用2的阴极必须接低电平，而各段处于高电平时便发光。图2LED数码管共阳极、共阴极结构表1表示了共阴极与共阳极结构字符0F的编码表。编码的低位为a，高位为g。数字DPgfedcba二进制编码（字形）0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH表1七段LED编码表阳极abcdefgh阴极abcdefgh+5V共阳极结构共阴极结构3要实现计算器的显示功能，需要用6位七段LED数码管来实现多位显示。在这种方案中，硬件上用公共的驱动电路来驱动各数码管；软件上用扫描方法实现数字显示。由于要显示6位十进制数，因此采用6位七段LED动态显示电路，需要一个8位I/O口和一个6位I/O口，其中8位I/O控制段选码，6位I/O控制位选。进行6位字符显示时，采用扫描显示方式，即在每一瞬间只使某一位显示相应字符，在此瞬间，段选控制I/O输出相应字符段选码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平，共阳极送高电平），以保证该位显示相应字符，如此轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延迟一段时间（15ms），以造成视觉暂留效果，不断循环送出相应的段选码、位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。只要CPU通过段控制端口送出段代码，然后通过位控制端口送出位代码，指定的数码管便显示相应的数字。如果CPU顺序地输出段码和位码，依次让每个数码管显示数字，并不断地重复，当重复频率达到一定程度，利用人眼的视觉暂留特性，从数码管上便可见到相当稳定的数字显示。图3是一个由8255A控制的6位共阴极显示系统，A口输出LED字符7段代码信息，C口输出6个LED位选信号，由程序控制依次使Q0Q5低电平轮流有效，使得LED0LED5轮流显示。2.方案2用汇编语言编写程序实现应用程序的功能，从而实现简易计算器汇编程序的设计与实现。(1)使用设备PA078255APC05驱动器驱动器LED0LED1LED2LED3LED4LED5图3多位数码管显示电路示意图4含有Windows汇编编译环境的MASM软件及Office2003软件的计算机一台。(2)参数定义为实现1秒长度的设定，可执行一个循环程序，通过循环次数和循环嵌套的层数来调节计时时间的长短，该方法的优点是不需要专用的硬件，从而成本低，方法简单灵活，使用起来也比较容易。3.选择解决方案通过以上分析，硬件实现1秒的设定虽然较准确，但用软件来实现可以极大的节约成本，而且通过周密的计算循环的次数和循环嵌套的层数也可以将计时的准确度提高，所以在实现计时时间方面选择软件是比较好的方案。四、硬件设计8086的8位数据线D7D0与8255的D7D0相连，地址线经74LS373锁存后其低位A0、A1分别与8255的A0、A1相连，其他地址线经74LS138译码后，其CS0接8255的片选CS引脚，其入口地址为00E0H00E3H。8255的A口PA0PA7分别与逻辑开关的K1K8相连，其中开关量K7用于判断是否修改时间，K5K6用于判断修改哪一位，K1K4为要修改的值；B口作为段选；C口作为位选段码信号。硬件原理图如图4：图4硬件原理图2B系统总线信号5五、软件设计1.程序设计思路(1)开始设置其工作方式。(2)设置初值，定义对应十六进制数的七段代码表及其时间区表。(3)显示计时并循环判断，当1秒时间到是则秒位加1计时显示,若不需要修改则继续显示并循环判断。(4)从初始值开始显示，当显示了1s时，秒位加1，并判断秒位是否为60，若不是，则直接显示时间；若是，则将秒位置0，分位加1，接着判断分位是否为60，若不是，则直接显示；若是，则将分位置0，时位加1，然后判断时位是否为25，若不是，则直接显示；若是，则将时位置0，重新计时。如此循环。经分析，本程序设计思路如图5所示：图5程序设计思路图2.程序中功能调用技术微机的系统软件提供了很多可供用户调用的功能子程序，包括控制台输入输出，基本硬件操作，文件管理，进程管理。它们为用户的汇编语言程序设计提供输入操作数，操作符送一秒时间常量开始计数，判断低位，修改各位值输出结果结束6了许多方便，用户可在自己的程序中直接调用这些功能，而无需再自行编写程序来实现它们。系统软件中提供的功能调用有两种，一种称为DOS功能调用，另一种称为BIOS功能调用。用户程序在调用这些系统服务程序时，不是用CALL命令，而是软中断指令INTn来实现。所用的DOS系统功能调用都是利用软中断指令INT21来实现的，它是一个具有90多个子功能的中断服务程序。这些子功能大致可以分为四个方面：设备管理，目录管理，文件管理等。用户就可以通过指定功能号来调用INT21H的不同子功能。DOS系统功能调用的使用方法如下：(1)功能号送AH；(2)在指定寄存器中放入该功能所要求的入口参数；(3)执行INT21指令；(4)分析出口参数。INT21H指令:01H号功能：等待从标准设备输入一个字符，将该字符的ASCII码送给AL，并在标准输出设备上显示该字符。入口参数：无。出口参数：AL的内容为输入字符的ASCII码。02H号功能：显示器单字符输出，用文本坐标下设置光标位置。入口参数：DL的内容为输出字符的ASCII码。出口参数：无。09H号功能：在标准输出设备上显示某个字符串。入口参数：DS:DX的内容为字符缓冲区首址。出口参数：无。2CH号功能：取时间。入口参数：无。出口参数：CX:DX的内容为时间。2DH好功能：置时