微机原理课程设计_抢答计时器[1].doc

微机实验及课程设计报告 微机实验及课程设计课程设计报告目 录一课程设计目的与要求3二方案论证与原理设计3三详细设计4四方案实现与测试6五分析与总结71、基本要求设计一个用于智力竞赛的抢答计时器,同时能测试人的反应(响应)时间。按启动钮，测试开始,2个八段码倒计时开始（如从10秒或20秒倒计时），一旦看到灯亮，参赛双方（或三方）分别按不同的抢答按钮参与抢答。一旦其中一位按下按钮，相应的显示灯（LED）亮并响“嘟”的一声，此时若其它按钮按下均无效。若一直到计数到零，无一人按下按钮，则抢答结束（以后再按抢答钮无效）。立即按测试钮，88点阵显示反应时间xx.xx秒（88点阵用红色代表秒,绿色代表0.01秒，交替显示）。要求：（1）编制1个随机数产生子程序，由随机数决定从按启动钮到对应LED亮的时间（如在3秒15秒之间内任意变动），使被测试者对LED亮的时间无法预见，以确保测试结果的可信；（2）必须在见到LED亮后按测试钮才有效，即一直按着按钮或提前按下按钮无效；（3）反应时间显示xx.xx秒，准确到百分之一秒。2、设计思路将系统分成3个大的模块：倒计时模块，计时模块，显示模块。1）倒计时模块：通过一个子程序段获得随机数，并用这个随机数倒计时；2）计时模块：倒计时结束时灯亮，开始计数，当有人按下键并正确时，锁存所用时间；3）显示模块：将锁存的时间用八段码显示出来。一. 课程设计目的与要求1、课程设计目的 上学期在学习微机原理的基础上，我们一直在实践微机实验及课程设计教程这门实验课程，从指令与汇编语言基础开始，我们熟悉了调试工具的使用，汇编语言程序设计，I/O与存储器，简单输入输出，中断，计数/定时器，以及模数/数模转换。平时的实验都是对各个单元单一功能的验证，并没有他们之间的联系，最后的综合课程设计将让我们学以致用，把学到的各个章节的知识根据需要联系在一起，并实现一定的功能。同时也培养我们遇到问题，思考问题，解决问题的能力。化零为整，在实践中深化对所学内容的认识。 2、基本要求设计一个用于智力竞赛的抢答计时器,同时能测试人的反应(响应)时间。按启动钮，测试开始,2个八段码倒计时开始（如从10秒或20秒倒计时），一旦看到灯亮，参赛双方（或三方）分别按不同的抢答按钮参与抢答。一旦其中一位按下按钮，相应的显示灯（LED）亮并响“嘟”的一声，此时若其它按钮按下均无效。若一直到计数到零，无一人按下按钮，则抢答结束（以后再按抢答钮无效）。立即按测试钮，88点阵显示反应时间xx.xx秒（88点阵用红色代表秒,绿色代表0.01秒，交替显示）。要求：（1）编制1个随机数产生子程序，由随机数决定从按启动钮到对应LED亮的时间（如在3秒15秒之间内任意变动），使被测试者对LED亮的时间无法预见，以确保测试结果的可信；（2）必须在见到LED亮后按测试钮才有效，即一直按着按钮或提前按下按钮无效；（3）反应时间显示xx.xx秒，准确到百分之一秒。3、进一步设计要求修改以上设计使进一步能测试人对不同事物的反应（响应）时间。如功能为：按启动钮，测试开始，一旦红灯亮，立即按红灯测试钮，一旦绿灯亮，立即按绿灯测试钮，但黄灯亮为干扰。88点阵显示反应时间xx.xx秒。若按错钮,则显示出错并响“嘟”一声。要求：（1）编制2个随机数产生子程序，1个决定从按启动钮到LED 亮的时间，另一个决定亮何种颜色灯；（2）同样要求在见到LED亮时按测试钮才有效；（3）在倒计数时附有音乐伴奏。二.方案论证与原理设计1、设计思路将系统分成3个大的模块：倒计时模块，计时模块，显示模块。1）倒计时模块：通过一个子程序段获得随机数，并用这个随机数倒计时；2）计时模块：倒计时结束时灯亮，开始计数，当有人按下键并正确时，锁存所用时间；3）显示模块：将锁存的时间用八段码显示出来。2、进一步设计随机数程序我用读系统时钟的方法，得到随机数后一旦测试开始，通过loop倒计时，倒计时结束时，灯亮表示可以开始抢答。这里灯亮可以有两种选择：红灯和黄灯，我用随机数末位进行选择，0则红灯亮，1则绿灯亮。这也变相实现了进一步设计要求中两个随机数子程序的要求。灯亮以后我用8253的计数器开始计数，当有人按下键且正确时，计数停止，得到一个计数值。对这个计数值进行处理以后可以相应的通过8*8点阵的行选和红选黄选使时间在点阵上交替显示。由于系统板可以提供的时钟是1MHZ或2MHZ，这样计数器计出的数值再转化比较繁琐，我选择用8253的另一个计数器输入1MHZ的时钟，采用方式3产生100HZ的方波，这样每个脉冲0.01秒，计数得到的值单位为0.01秒，可以直接用来显示。三.详细设计1、硬件连接图PB0 PA0PB1 PA1PB2 PA2PB3 PA3PB4 PA4PB5 PA5PB6 PA6PB7 PA7红灯GATE1 2A0H8*8点阵 2A8H绿灯 2B0H8255OUT2CLKCLK1 CLK2GATE1 GATE2 OUT1 OUT2 PB05V （CLK来自系统脉冲1MHZ） CLK1 82532、主程序流程图与显示子程序流程图主持人开始？ 初始化芯片 产生随机数是随机数末位为0？ 红灯亮 倒计时开始计时 可以抢答有人按下？显示时间正确？ 是是是 绿灯亮 否 否 否 退出程序 否 否 开始 置初值 得到所要显示数字的行码 输出行码 输出颜色列码行号加1 列码左移一位延时是否到？是否4次？是否4次？ 退出是 否 图一.主程序流程图 图二.显示子程序流程图3、初始定义在程序的数据段里定义好8253、8255各需要用到的端口地址，定义点阵的行选和列选地址。4、初始化首先显示提示信息，等待测试开始。8253：用到计数器1、2，计数器1的控制字为01110001B，采用方式0，BCD码十进制计数，计数器2的控制字为10110111B，采用方式3，二进制计数。计数器2初值选择10000，产生0.01s脉冲，输出作为计数器1的时钟信号。8255：控制字为10000000B，A口B口均做输出；B口接GATE1，需要开始计数时初值设为01H。5、倒计时通过读系统时钟得到一个随机数，启动后通过loop倒计数，计完时灯亮，可以开始抢答。这里倒计数时我并没有用数码管显示，这样才更有不可预见性。6、计反应时间倒计时结束后灯亮，此时PB0输出高电平，使计数器1开始工作，当有键按下且是正确的时PB0输出低电平，计数器1停止工作。8253计数器2产生的0.01s时钟使得计数器1计得得时间是以0.01s为单位，用0减去计数停止时的数即为从开始计数到按键之间的时间。分别获得这个时间各位数字存入不同的变量，就可以在点阵上交替显示这些变量来得到反应时间。实验中数字显示形式为xx：xx秒，红色数字显示为秒，黄色显示为0.01秒，四个数字交替显示就是测试者的反应时间。7、显示模块8*8点阵上数字的现实原理：字形09与段码有对应关系，例如数字5：8fh,89h,89h,0f9h，将数字09的段码依次放在变量numx中，显示方法：行选地址-2A0H，红选地址-2A8H，黄选地址-2B0H，要显示某一个数字，对应到位选信号00h,04h,08h,0ch,10h,14h,18h,1ch,20h,24h中的一个，映射到段码变量中就是所要显示数字的段码，依次扫描显示。显示模块的中心思想就是扫描，利用人眼的视觉暂留，看到4列LED灯都亮，显示相应的信息。四. 方案实现与测试现在提交的程序与验收时的有所不同，验收时并没有实现全部功能，如反应时间的显示是通过中断显示在屏幕上，算是变相的实现。此后我又完善了一些功能，如点阵显示，随机亮红灯或绿灯。基本完成了实验要求。实验现象：开始时若按“q”，则退出测试；若按其他键，重新显示提示信息，重新开始；若按“1”，测试开始，等待，当有灯亮时，如为红灯按“2”，为绿灯按“3”，如果按键准确，点阵显示时间，如果按错，屏幕显示“wrong！”，“Continue? (Y/N)”。程序编译无误后连接实验箱进行调试，调试时首先分别单独连接点阵，8255，8253进行简单功能的验证，验证无误保证硬件不会影响到方案的实现。对显示模块的调节花了比较多的精力，刚开始点阵不显示，但硬件验证的时候点阵是没问题的，所以我先改为屏幕显示，通过中断使在运行到某一些关键步骤的时候输出一定的信息，功能验证无误后再连接点阵。其次是delay环节的时间，因为数字的显示是通过扫描完成的，所以delay时间不能太长也不能太短，通过不断的调试终于得到了合适的delay值。五分析与总结通过这四周的课程设计，我学到了不少也发现不少问题。很大的一个问题是我没有很好的利用TD等调试工具，造成的后果就是不能及时发现问题出在哪里，所以效率相对较低，如果以后还有类似的课题，我一定要好好利用这些工具。另外隔了一个假期，对有一些基本知识和功能有一些陌生了，所以熟悉这些也花了不少时间，这是以后需要改进的地方。我从不断想方案，否定一个再试一个，到完善程序，到不断调试出结果，最后能完成基本功能，我还是比较欣慰的。这和许多实践类课程一样，重在实践，当你写完程序觉得逻辑功能都很完美的时候，只是走出了一小步，当调试时会遇到各种各样意想不到的问题，在不断改进的过程中才能对理论有更好的把握。对于这次实验而言，它将原来有些枯燥的基本实验实例化了，而且需要我们根据要求把它们有机联系在一起，实际设计了利用微机系统的一些应用。同时我了解到微机，乃至以后单片机的一些设计和应用的方法。虽然我没能把系统功能非常完美的呈现，但在这个过程中我从不断的错误中吸取很多教训，这些对以后的学习时间都是很有帮助的。当然，如果时间更加充裕的话，我相信我的设计会做的更加完善。参考书目：1 东南大学微机系统与接口课程组，微机实验及课程设计教程（试用版2.0），2009年2月2 杨素行 等编著，微型计算机系统原理及应用（第2版），北京，清华大学出版社，2004年附汇编代码PORTEQU0E000H-280HTIM_CTL EQU PORT+283H ;8253控制寄存器TIMER0 EQU PORT+280H ;计数器0 1 2TIMER1 EQU PORT+281HTIMER2 EQU PORT+282HCW_TIMER0 EQU 00110000B ;计数器0控制字,方式0CW_TIMER1 EQU 01110001B ;计数器1控制字,方式0CW_TIMER2 EQU 10110111B ;计数器2控制字,方式3 P8255_CTL EQU PORT+28BH ;8255控制寄存器，A口输出P8255A EQU PORT+288H ;8255 A B C口P8255B EQU PORT+289HP8255C EQU PORT+28AHLED EQU PORT+2A0HLED_R EQU PORT+2A8H;红选LED_Y EQU PORT+2B0H;黄选 DATE SEGMENT ;数据段MESS1 db * XXXXXXXXX*,0dh,0ah,$MESS2 dB Start -press 1,0DH,0AH db red light on -press 2,0dh,0ah db green light on -press 3,0dh,0ah db stop -ANY KEY,0DH,0AH db quit -press q,0dh,0ah,$ MESS3 DB Wrong!,0dh,0ah,$MESS4 DB Continue? (Y/N),0DH,0AH,$num DB 00h,04h,08h,0ch,10h,14h,18h,1ch,20h,24hnumx db 0Ffh,81h,81h,0ffh,0ffh,00h,00h,00h,0f1h,91h,91h,9fh,0ffh,91h,91h,91h,0ffh,08h,08h,0f8h,8fh,89h,89h,0f9h,8fh,89h,89h,0ffh,0ffh,80h,80h,80h,0ffh,89h,89h,0ffh,0ffh,89h,89h,0f9hNUM1 DB ?num2 DB ?NUM3 DB ?num4 DB ?DATE ENDS;=STAC SEGMENT PARA STACK STACK ;堆栈段STA DW 32 DUP(?)TOP EQU LENGTH STASTAC ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATE,SS:STAC,ES:DATESTART: MOV AX,DATEMOV DS,AXMOV ES,AX MOV AH,09HMOV DX,OFFSET MESS1 ;显示提示信息INT 21HRANDOM PROC PUSH CX PUSH DX PUSH AX STI MOV AH,0 ;读时钟计数器值 INT 1AH MOV AX,DX MOV BH,AH MOV BL,AL ;BX作随机数 POP AX POP DX POP CX RETRANDOM ENDPSTART1: ; 计数器1计反应时间 MOV DX,TIM_CTLMOV AL,CW_TIMER1OUT DX,AL ;计反应时间; 计数器2产生0.01秒时钟MOV DX,TIM_CTLMOV AL,CW_TIMER2OUT DX,ALMOV DX,TIMER2 MOV AX,10000 ;计数初值为10000，输入1MHZ,输出100HZOUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL;8255 A OUT,B OUTMOVDX,P8255_CTLMOVAX,10000000B ;A口输出，PA03红灯，PA47绿灯OUTDX,AL MOV AH,09H ;显示提示信息 MOV DX,OFFSET MESS2 INT 21H mov ah,08h int 21h cmp al,q ;按q，测试退出 jz quit01 mov ah,08h ;等待键盘产生“1” int 21h cmp al,1 ;按1，测试开始 JNZstart1;其他键，重新开始 CALL RANDOM and bl,01h cmp bh,0 ;随机数末尾数等于零则跳至红灯，否则绿灯 jz redlight ;=greenlight: MOV DX,P8255AMOV AL,00H OUT DX,AL ; 灯暗CALL RANDOM MOV AH,BH ; 倒计时 MOV AL,BL ;bl随机数MOV CX,AX ;ax-cx LOOP $ MOV DX,TIMER1 MOV AX,00H ;计数器1初植OUT DX,ALOUT DX,ALMOVAL,01H;B口初值，PB0接GATE1，使GATE1高MOVDX,P8255BOUTDX,AL MOV DX,P8255A MOV AL,0F0H OUT DX,AL ;绿灯亮 jmp greenpressquit01: jmp quit redlight: MOV DX,P8255A MOV AL,00H OUT DX,AL ; 灯暗 CALL RANDOM MOV AH,BH ; 倒计时 MOV AL,BL ; bx随机数 MOV CX,AX LOOP $ ;$操作符表示当前地址,这条指令不断执行，直到cx=0 MOV DX,TIMER1 MOV AX,00H ;初植 OUT DX,AL OUT DX,AL MOVAL,01H;B口初值，PB0接GATE1 MOVDX,P8255B OUTDX,AL MOV DX,P8255A MOV AL,0FH OUT DX,AL ;红灯亮 jmp redpress greenpress: mov ah,08h ;等待键盘输入“3” int 21h cmp al,3 MOVAL,00H ;PB0变低，停止计数 MOVDX,P8255B OUTDX,AL jnz wrongmsg;不正确显示错误信息 jmp lockk;正确则跳至显示程序 redpress: mov ah,08h ;等待键盘输入“2” int 21h cmp al,2 MOVAL,00H ;PB0变低，停止计数 MOVDX,P8255B OUTDX,AL jnz wrongmsg;不正确显示错误信息 jmp lockk;正确则跳至显示程序QUIT00:JMP START1lockk: MOV DX,TIMER1 IN AL,DX XCHG AL,AH INAL,DX XCHGAL,AH ;AX为计数后值MOV BX,0 SUB BX,AX;相减得到反应时间 MOVAX,BXAND AX,000FHMOV NUM1,AL;将要输出的值分别放入num1和num2,num3,num4(低位到高位)MOVAX,BXAND AX,00f0H MOV CL,4SHR AX,CLMOV NUM2,ALMOVAX,BXAND AX,0f00H MOV CL,8SHR AX,CLMOV NUM3,ALMOVAX,BXAND AX,0f000H MOV CL,12SHR AX,CLMOV NUM4,AL LOP0: CALL DISPMOV DL,0FFHMOV AH,06H ;直接控制台I/O，al=输入字符的asc码，zf=0INT 21HJZ LOP0QUIT: mov ah,09h mov dx,offset mess4 int 21h mov ah,08h int 21h cmp al,y jz QUIT00 cmp al,Y ;y/Y重新开始 jz QUIT00 MOV AX,4C00H ;否则返回dos INT 21Hwrongmsg: MOV AH,09H ;显示出错信息 MOV DX,OFFSET MESS3 INT 21H JMP quit;=; 以下为显示子程序段DISP PROC NEAR MOVBL,NUM4;时间显示形式：xx.xx秒CALLDISP_R;红色代表秒MOVBL,NUM3;黄色代表0.01秒CALLDISP_R;四个数字交替显示MOVBL,NUM2CALLDISP_YMO