《竞赛抢答器设计》word版.doc

竞赛抢答器一题义分析及解决方案1题义与需求分析题目要求利用8086系统接口电路设计一个可供八人竞赛使用的抢答器，并显示竞答者编号（18）。根据题义可知：本设计是要设计一个能够提供给8个人使用的竞赛抢答装置，能够使得抢答者的编号，显示的装置。首先是主持人发出抢答允许信号，当抢答者收到信号后，便立刻进行抢答，然后通过装置，将最先抢答者的编号显示出来。根据以上分析，提出以下几个问题：主持人如何发出抢答的信息？竞赛者如何进行抢答？如何将分辨抢答的顺序，谁是最先抢答的？如何显示抢答者的编号？抢答的总体规则是什么？怎样控制？2解决问题的思路和方法（1）、解决思路：上述提出的问题发现第一、第二和第四个问题需要用硬件来实现，而第三和第五个问题需要软件编程来实现。组号器件名称特 点1小键盘键盘（Keyboard）是常用的输入设备，它是由一组开关矩阵组成，结构相对复杂逻辑开关结构简单，使用方便，价格便宜28255A芯片8255芯片是可编程的并行接口芯片，不需要附加外部电路便可和大多数并行传输数据的外部设备相连，数据的各位同时传送，使用十分方便8251A芯片8251芯片是可编程的串行接口芯片，数据一位一位地顺序传送，电路简单，传输距离远3L E DLED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为10:1，LED的最显著特点是使用寿命长，光电转换效能高，绿色环保 表一：所用芯片功能首先我们可用列表比较的方法来选择合理的器件，具体器件的名称和特点如表一所示。对硬件选择进行分析进行分析：通过对小键盘和微动开关比较，我们选择结构简单，使用方便微动开关作为抢答者的抢答器件。对8255和8251芯片进行比较，选择方便易使用的8255作为本设计的主要芯片。对显示设备的选择，选择LED更为经济实惠。通过以上分析，本次设计所选用的芯片为：8255A芯片、微动开关和LED发光二极管。（2）、解决问题的方法a硬件部分：首先选择可编程并行接口芯片8255A，实现八个竞赛抢答器的显示换码并输出。使8255A工作在方式0基本输入输出，将PA口做为输入口，PB口做为输出口，PC1 =0做位选码。选用LED七段数码显示控制电路板一块，使用其显示18位抢答者编号。b软件部分：通过编写程序来实现抢答的功能。首先应当实现抢答器的最基本功能，即当抢答允许信号发出后，抢答者做出了抢答，要在LED上显示最先抢答者的编号。这是基本功能，其次应该考虑同时有两个人抢答的情况，如过出现了，这个情况，就在显示设备上显示E，表示错误，需要重新抢答。另外，在抢答结束后，需要进行下一轮的抢答，因此如果 出现有抢答者的开关没有松开的情况，就无法进行下一轮的抢答。所以要对开关是否松开进行判断。二硬件设计1芯片8255A（1）8255A在本设计中的作用 PA口送入开关量进行锁存，通过控制程序进行判断和处理，最后从PB口输出。（2） 8255A的主要功能分析8255A是一种可控制编程的并行接口芯片，本设计中将PA做输入口，PB作输出口，工作于方式0，PC1作为输入口，C口其他位不用。8255A工作方式0又称为基本输入/输出（同步传送）方式，该方式下可将三个数据端口划分为四个独立的部分，A口和B口作为两个8位端口，C口高四位和低四位可用作两个4位端口。8255A在方式0下输出的数据被锁存，而输入的数据是不锁存的。8255A的端口录址及操作功能如图二所示： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01A组工作方式A口I/OC7-c4 I/OB组工作方式B口I/OC3-c0 I/O | | | | | | | 特征位 00方式0 1输入 1输入 8255A的方式控制字： 0方式0 1输入 1输入 01方式1 0输出 0输出 1方式1 0输出 0输出 10方式2 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00写入位编码写入内容 写入位 | 编码 | D0 000 0写入0 D1 001 1写入1 D2 010 D3 011 D4 100 D5 101 D6 110 D7 111表二：8255A的置位/复位控制字A1A0端口号及其功能00010端口A数据总线输入操作（读）01010端口B数据总线10010端口C数据总线00100数据总线端口A输出操作（写）01100数据总线端口B10100数据总线端口C11100数据总线控制字寄存器xxxx1未选中8255A，数据总线三态断开功能1 1010 非法状态xx110数据总线三态 表三：8255A的端口录址及操作功能表 2LED发光二极管（1）芯片在本设计中的作用 LED发光二极管用于显示竞赛者的编号（2）LED的功能分析 LED发光原理及特性：发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化 镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结，因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。有段选码和位选码确定数字18的输出并在延时程序中保持复位。它是一种当外加电压超过额定电压字符而形成的。有段选码和位选码确定数字18的输出并在延时程序中保持复位。它是一种当外加电压超过额定电压时发生击穿，并因此而产生可见光的器件。这种数码管是有7段或8段笔画显示器组成一个字符而形成的。时发生击穿，并因此而产生可见光的器件。这种数码管是有7段或8段笔画显示器组成一个（3）LED的技术参数分析LED发光二极管的压降一般为1.5-2.0V，其工作电流一般取10-20Ma，发光二极管可应用于直流驱动电路、交流驱动电路和脉冲驱动电路。 由于8255A的最大驱动电流为4.0mA，而LED的工作电流一般为10-20mA，所以需要加一个驱动器74LS244。图一：数码管结构 数字dpgfedcba二进制编码0001111113Fh10000011006h2010110115Bh3010011114Fh40110011066h5011011016Dh6011111017Dh70000011107h8011111117FhE0111100179h表四：LED显示管段选码编码表3微动开关（1）微动开关在本设计中的作用 当竞赛者进行抢答时，可通过微动开关作为输入信号。2）软件部分对于设计中的抢答规则由软件来实现，考虑到8位选手的各自按下抢答装置与自己的编号间的对应关系，8个信号有可能在同一时间段内有两个或以上信号输入，各自之间在时间上不会牵制，即涉及并行的方式输入，后要对输入的开关量进行处理、输出，连接至LED显示，其中需有一主控装置，据此结合课程的所学的相关知识可知，使用可编程并行接口芯片825能够满足要求，实现相关功能。实现时，可设置8255的A口作为八个输入信号，用逻辑电平开关K0K7代表抢答装置的抢答开关18号。当某个逻辑开关置“1”时，显示有效，当有两个或以上选手同时按下抢答器时，信号无效，显示“E”。将B口输出信号与7段LED的ah连接，即可用LED显示器输出抢答结果。另外，用8255的C口中的PC7作为主控信号，高电平时表示允许抢答，低电平时禁止抢答。在实验中需设置C口位控制选用新实验箱的八个LED显示中的一个。5硬件总逻辑图及其说明（见下页）三控制程序设计1控制程序思路说明根据所设计的硬件逻辑图，所需要编写的控制程序主要有两个方面：其一在程序中判断最高优先级者。再利用8255A进行换码通过七段LED显示器用其中的一个LED显示抢答者编号。具体实现步骤如下：首先初始化8255A，使8255A工作在方式0，A口作输入口，B口作输出口，然后使按键复位并按复位键，通过8255A使LED显示器显示出0，示意抢答的开始，然后读断口A的状态，并通过程序查表找出与断口A状态相同的数据，并以十进制在LED上进行显示，以此来标志抢答器的按键号码，然后重新复位进行新一轮抢答，如果有两个或两个以上的竞答者同时按下开关，则仍显示零，作为抢答无效的标志。然后重新复位，为下一轮抢答作好准备。图二：硬件总逻辑图辑图 2程序流程图 3控制程序.MODELTINYPCIBAR3EQU1CH;8位I/O空间基地址(它就是实验仪的基地址, 也为DMA & 32 BIT RAM板卡上的8237提供基地址) Vendor_IDEQU 10EBH;厂商ID号Device_IDEQU8376;设备ID号.STACK100.DATAIO_Bit8_BaseAddressDW?msg0DBBIOS不支持访问PCI $msg1DB找不到Star PCI9052板卡 $msg2DB读8位I/O空间基地址时出错$COM_ADD DW00F3H;控制口偏移量PA_ADDDW00F0H;PA口偏移量PB_ADDDW00F1H;PB口偏移量PC_ADDDW00F2H;PC口偏移量.CODESTART:MOV AX,DATAMOV DS,AXNOP CALL InitPCI CALL ModifyAddress;根据PCI提供的基地址,将偏移地址转化为实地址 mov dx,COM_ADD ;控制口地址 mov ax,90h ;10010000 out dx,ax ;设置工作方式0，A口输入，B口输出，C口输出LED位选码控制ctrl0: mov ax,00h ;禁止显示LED全灭 mov dx,PB_ADD ;B口地址输出 out dx,axctrl3: mov dx,PB_ADD mov ax,3fh ;输出显示0表示允许抢答 out dx,ax mov dx,PC_ADD ;设置数码管位选码 mov al,7Fh ;只使用最左边一位 out dx,alctrl2: mov dx,PA_ADD ;通过A口地址读输入信号 in ax,dx ;读A口状态 not ax ;取反，因为微动开关按下为低电平有效 cmp al,00h ;检测是否有输入 jz ctrl2 ;没有则继续检测 mov dl,al mov bl,00h ;bl用于记录有几人同时按键 mov cx,8h ;循环次数cheshi1: ror dl,1 ;循环右移一位，末位进CF jnc cheshi2 ;若没有进位，即CF=0则跳转recheshi继续测试 inc bl ;有进位，bl自加记录同时抢答人数cheshi2: loop cheshi1;循环测试8次 cmp bl,1 ja error ;有一人以上同时抢答，则报错 mov bl,00h ;bl清零next: ror al,1 ;有抢答信号 jc print ;有则输出 inc bl ;bl用来记录是哪一位选手 jmp nexterror: mov bl,8print: mov al,bl lea bx,ssegment ;查表 xlat ;将BX的内容（代码表首地址）+AL的内容（表格偏移量）作为有效地;址，最终内容存入AL中 mov dx,PB_ADD out dx,al mov dx,PC_ADD ;设置数码管位选码一位显示 mov al,7Fh out dx,alctrl5: mov dx,PA_ADD in ax,dx cmp al,0ffh ;检测开关是否已松开 jnz ctrl5 ;没有松开继续检测 jmp ctrl0 ;松开开关，即结束则重新开始 retssegment:db 06hdb 5bhdb 4fhdb 66hdb 6dhdb 7dhdb 07hdb 7fhdb 79hDL4S PROC NEARpush axpush dxmov dx,4mov ah,0ffhint 21hpop dxpop axRETDL4S ENDPInitPCIPROCNEARMOVAH,00HMOVAL,03HINT10H ;清屏MOVAH,0B1HMOVAL,01HINT1AHCMPAH,0JZInitPCI2LEADX,msg0InitPCI1:MOVAH,09HINT21HJMPExitInitPCI2:MOVAH,0B1HMOVAL,02HMOVCX,Device_IDMOVDX,Vendor_IDMOVSI,0INT1AHJNCInitPCI3;是否存在Star PCI9052板卡LEADX,msg1JMPInitPCI1InitPCI3:MOVDI,PCIBAR3MOVAH,0B1HMOVAL,09HINT1AH ;读取该卡PCI9052基地址JNCInitPCI4LEADX,msg2JMPInitPCI1InitPCI4:ANDCX,0FFFCHMOVIO_Bit8_BaseAddress,CXRETInitPCIENDPModifyAddressPROCNEARADDCOM_ADD,CXADDPA_ADD,CXADDPB_ADD,CXADDPC_ADD,CXRETModifyAddressENDPExit:MOVAH,4CHINT21HENDSTART四、上机调试过程 1硬件调试：在接线连接好以后，运行程序，发现在七段LED上显示的结果少了一段，C段始终不显示，后来将A口与B口对换，即A口输出，B口输入，显示正确。2.软件调试：1） 打开主持人开关，数码管显示1后没有循环显示2，而是8，检查程序后发现，xlat命令是将BX的内容（代码首地址）与AL的内容（表格偏移量）相加作为有效地址，并从中取出此地址单元中的内容送到AL中，故AL中数据变换了，而程序要求循环显示18，Al应保持从0开始，始终加1，这就要保存AL的内容。2） 继续调试，之间的都是一些判断出错问题，一一单步调试解决，程序通过。3） 程序全速运行还有一些细节问题，当有两个抢答者分别先后按键，有时会显示E，按钮反应速度太慢，将延时程序的延时由1s改为0.5s。4） 当8号参赛者按下按钮时，数字8不能锁存，将8255A控制字改为98H，C口高8位输入，低8位输出。解决了以上的一些主要问题后，具有抢答功能的程序就完成了，联机调试一下就运行出来了。（1）、对硬件部分的调试，LED显示少了一段，最初怀疑是LED出现问题，但是经过验证，发现LED完好无损，而段选编码也是正确的。于是，便怀疑是8255A的PA口或者是PB口某个引脚出现了问题。因为本设计是一A口输入，B口输出，如果输入的A口某个引脚出现了问题或者B口某个引脚出现了问题，都有可能导致LED显示少某一段。因此，对设计进行了调整，以B口做为输入，A口作为输出，并对程序进行了修改，发现此时LED显示正确。因此可以断定并非是8255A的问题，因为如果是A口或者B口某个引脚出现了问题，将A口与B口的功能交换是不可能出现显示不少段的。因此对本问题的可能原因进行分析：可能是8255A的A口与B口的某个插针接触不良，而在实验中有疏忽大意了，导致这样的结果。（2）、对软件部分的调试，可以知道延时的需要于否是无关紧要的，因为这个延时是用来的等待抢答者信号的输入，而在程序中，对抢答者有没有输入信号已经做了判断，如果没有人抢答，就会返回重新判断，直到有抢答者输入信号为止，因此这个延时是不需要的。五、设计结果分析和问题讨论1、课程设计结果：当LED上显示了“0”后，抢答者便可以进行抢答，如果没有显示便不可以。由于在本次设计中只需要1位数码管，因而应将其余的数码管置为无效，所以在程序中应向C口写入控制字7FH；在抢答者抢答过后，在LED上就显示出最先抢答的者的编号。如果出现了两个人同时抢答的情况，显示的结果为E，表示抢答无效。而在一轮抢答结束后，如果有抢答者没有将开关松开，就无法进行下一轮抢答，必须将开关松开才可以。2、设计结果分析：本设计是以8255A的A口作为输入，B口作为输出的，抢答者是以A口输入信号，C口全部作为输出，通过程序来实现具体的功能，也就是将最先抢答者的编号输出显示，或者有两人同时抢答的时候输出显示“E”。在设置8255A的工作方式时，所以应为90h，否则结果出错3、问题讨论：（1）、输入信号有无的判断：在程序中，由于开关是低电平有效，所以首先对开关量取反，然后通过与00H比较，来判断是否有输入。如果没有输入，那么就等于0，跳回重新判断，如果有输入，就等于1，继续执行。（2）、同时抢答的判断：在程序中，是通过开关量来判断是否有同时抢答的情况。通过取反，将开关量存入DL中，将其循环右移，并添加清过零的BL寄存器，用来记录进位次数。如过，DL循环右移有进位BL就进行加1操作，最后判断BL是否大于1。如果大于1，就说明有2个或以上的人同时抢答。如果等于1，就表示，没有同时抢答情况。（3）、输出最先抢答者编号：通过对以上同时输入的判断后，如过没有同时输入就可以进行最先抢答者的判断。就是将已经存入开关量的AL进行循环右移，同样需要清过零的BL寄存器来记录进位。当有进位后，停止循环右移，将BL的内容容存入AL，然后通过查找段选表的首地址将BL的内容加上AL的内容，最终存入AL中，最后通过LED输出显示抢答者的编号。 （4）输入信号有无的判断的讨论：在程序中，由于开关是低电平有效，所以都要与0FFH比较，来判断是否有输入。如果没有输入，那么就等于1，跳回重新判断，如果有输入，就等于0，继续执行。 （5）对同时抢答判断的讨论：在程序中，通过开关量来判断是否有同时抢答的情况。将开关量存入DL中，将其循环右移，并添加清过零的BL寄存器，用来记录进位次数。如有，DL循环右移有进位BL就进行加1操作，最后判断BL是否大于1。如果大于1，就说明有2个或以上的人同时抢答。如果等于1，就表示，没有同时抢答情况。 （6）输出最先抢答者编号：通过对以上同时输入的判断后，如果没有同时输入就可以进行最先抢答者的判断。就是将已经存入开关量的AL进行循环右移，同样需要清过零的BL寄存器来记录进位。当有进位后，停止循环右移，将BL的内容容存入AL，然后通过查找段选表的首地址将BL的内容加上AL的内容，最终存入AL中，最后通过LED