数字秒表设计报告.doc

吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院微机原理课程设计报告 设计题目： 数字秒表的设计 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 教师评语：成绩 评阅教师 日期 数字秒表设计报告一、课程设计目的通过该设计，掌握8255并行接口芯片、8253定时计数芯片的使用和数码管的使用，并掌握相应的程序设计和电路设计的技能。是对8255并行接口芯片章节理论学习的总结和补充，为后续的硬件课程的学习打下基础。二、课程设计的内容及要求利用8253计数器2和计数器1，实现1Hz信号的产生，然后计数器采用硬件触发选通方式计数，CPU读取计数结果，并转换为读秒计数，并把读秒计数的结果用数码管显示出来（2位）。三、总体设计方案设计一个利用微机原理与接口技术完成秒表的设计方案, 该方案主要是选择8253A的计数器2与计数器1产生一个1Hz的中断脉冲，其输出端与不可屏蔽中断请求信号端相连接。利用1.19318MHz脉冲方波输入CLK2，设置CLK2的初值为59659，将CLK2的输出端连接到CLK1，设置CLK1的初值为20，将OUT1连接到8086CPU的NMI端。将NMI端有一个低电平信号输入时，8086CPU将产生中断进行秒计数。8086通过8255A将PA口作为段选信号输出端，将PB口作为片选信号输出端。图3.1方案设计框图此方案的核心内容是利用微机原理与接口技术完成秒表的设计方案，该方案主要是选择8253A的计数器2和计数器1进行1s的定时，其输出于OUT1与8086的NMI相连，当定时到1s的时候产生一个中断信号，在中断服务程序进行秒的计数，并送入相应的存储单元；8255的A口接七段数码管的段选信号，B口接七段数码管的位选信号，秒的数值通过对8255的编程可以显示在七段数码管上面。该方案是利用微机接口技术的典范案例，就可行性而言，也是行之有效的。四、硬件系统设计8086简介Intel 8086拥有四个16位的通用寄存器，也能够当作八个8位寄存器来存取，以及四个16位索引寄存器(包含了堆栈指标)。资料寄存器通常由指令隐含地使用，针对暂存值需要复杂的寄存器配置。它提供64K，8位元的输出输入(或32K，16位元)，以及固定的向量中断。大部分的指令只能够存取一个内存位址，所以其中一个操作数必须是一个寄存器。运算结果会储存在操作数中的一个。Intel 8086有四个 内存区段(segment)寄存器，可以从索引寄存器来设定。区段寄存器可以让CPU利用特殊的方式存取1MB内存。8086把段地址左移4位然后把它加上偏移地址。而 8086 的寻址方式改变让内存扩充较有效率。8086处理器的时钟频率介于4.77MHz(在原先的IBM PC)和10 MHz之间。8086没有包含浮点指令部分（FPU），但是可以通过外接数学辅助处理器来增强浮点计算能力。其I/O分配如下图所示： 图4.1CPU8086及I/O接口电路 图4.28086实物图8255简介Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（Programmable Peripheral Interface)简称PPI，型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。8255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种;方式0：基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。方式1：选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有A口和B口可以工作在方式1，此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式0。方式2：双向I/O方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。8255A是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程设置的I/O口，包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口，又可分为2组12位的I/O口：A组包括A口及C口高4位，B组包括B口及C组的低4位。 图4.38255A接口电路图 图4.48255内部结构图图4.58086与8255连接图8253简介Intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异，例如8253（2.6MHz）,8253-5(5MHz)，8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。执行部件实际上是一个16位的减法计数器，它的起始值就是初值寄存器的值，而初始值寄存器的值是通过程序设置的。输出锁存器的值是通过程序设置的。输出锁存器OL用来锁存计数执行部件CE的内容，从而使CPU可以对此进行读操作。顺便提一下，CR、CE和OL都是16位寄存器，但是也可以作8位寄存器来用：图4.68253引脚图图4.78086与8253连接图一段程序写完成后不能急于上机调试，而是先进行逻辑分析、可行性分析。用EMU8086软件进行调试，不能出现错误，警告可以有，只要不影响生成HEX文件即可。理解其实现的功能，预想程序应该出现的结果。先进行软件仿真，出现错误马上修改，不断进行。先一个模块一个模块的仿真，准确后再连线总体仿真。仿真完后出现预期的效果后再下载程序到硬件进行验证，往往还有问题，还得反复修改，编译，调试，下载，验证。可以一个模块一个模块的下载调试这样就可以知道问题的所在。采用Proteus和EMU8086结合仿真的可以大大简化软、硬件电路的设计过程。Proteus是英国Labeenter electronics公司研发的EDA工具软件。Proteus不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，更是目前世界最先进、最完整的多种型号微控制器系统的设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整电子设计与研发过程。Proteus产品系列也包含了革命性的VSM技术，可以对基于微控制器的设计连同所有的外围电子器件一起仿真。由于我们的设计外围电路比较简单实现的功能叶不是很复杂，所以在Proteus仿真时我们是将主程序直接下载到芯片中仿真，主要是验证是否采集到温度还有温度是否显示正确。仿真可以在实物没有出来前进行先期的验证。最后图4.88255与7SEG连接图加上我们的扩展功能一起仿真调试。由于没有做硬件，我们采用Proteus仿真调试，通过将软件编译通过的程序下载到画好的仿真图中，这样便于检查软、硬件设计的不足。但是Proteus仿真也存在不足的情况，仿真模拟的是理想的环境，不会差生误差但是实际的测试会出现一定的误差。由于程序设计的是，当系统运行后，数码管开始显示计数时间,根据仿真结果。说明此设计工作正常。五、软件系统设计软件设计要求及介绍这是一个利用微机原理与接口技术完成秒表的设计方案，该方案主要是选择8253A的计数器2与计数器1进行1s的定时，其输出于OU1与8086的NMI相连，当定时到1s的时候产生一个中断信号，在中断服务程序进行秒的计数，并送入相应的存储单元；8255的A口接七段数码管的段选信号，B口接七段数码管的位选信号。我的数值通过对8255的编程可以显示在七段数码管上面。因此可以利用8086等器件的功能来完成设计。EMU8086是学习汇编必不可少的工具，它结合了一个先进的原始编辑器、组译器、反组译器、具除错功能的软件模拟工具（虚拟PC），还有一个循序渐进的指导工具。该软件包含了学习汇编语言的全部内容。Emu8086集源代码编辑器，汇编反汇编工具以及可以运行debug的模拟器（虚拟机器）于一身，此外，还有循序渐进的教程。这里是软件设计的流程，首先对所要用到的逻辑元器件的控制端口，I/O口进行初始化，接着通过按下按键“1”来调用赋值子程序，这中间必须要应用一个延时程序来防抖，完成后就开始中断，接着判断按键“2”按下去的次数，如果是奇数次的话就继续进行秒表计时，如果按下去的是偶数次的话，那么暂停，显示当前秒表的计数值。图5.1程序设计流程图六、总结微机原理与接口技术的设计主要是要完成一个数字秒表，经过一周的时间的软件设计和仿真，基本完成了本次智能设计的任务和要求1.用于日常生活中各种场所的秒表计时。使用方便，操作简单。电路简单，制作成本低。功耗低，便于长时间持续使用。我感觉到到对知识真正的掌握制在于应用，这次设计用到了数字电路基础的知识，微机原理知识，电路基础等，当这些知识深深地结合在一起的时候，我感觉到了基础知识是如此的重要，把这些零散的知识组合在一起居然能够实现如此现代化的需求，设计出如此有价值的数字秒表。还有就是8253这个器件对于微机接口的计数计时的设计有着至关重要的，那要做的就是熟悉这一器件的相关性能和用途，以便对设计来说方便些。设计的完成要感谢老师的细心指导和尊尊教诲，相信这些经历对我以后的工作乃至于生活都会有着有用的指导意义。七、参考文献1.冯博琴微型计算机原理与接口技术（第二版）清华大学出版社2007年8月第二版附录1硬件系统原理图附录2软件系统系统设计程序CODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART:LEA SI,BUF LEA BX,TAB MOV AL,89H OUT 63H,AL MOV AL,0B6H OUT 43H,AL MOV AX,5000 OUT 42H,AL MOV AL,AH MOV AX,OFFSET IRQ7 MOV SI ,003CH MOV SI ,AX MOV AX,0000H MOV SI,003EH MOV SI,AX MOV AL,13H OUT 20H,AL MOV AL,08 OUT 21H,AL MOV AL,09H OUT 21H,AL MOV AL,7F OUT 21H,AL STIDIS: CALL DELAY CALL DISPLAY JMP DIS; ；时钟循环显示;IRQ7: PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH SI PUSH DX DEC ICOUNT JNZ RETURN MOV ICOUNT,20 LEA SI,BUF MOV AX,SI CALL JIN MOV SI,AL MOV SI+1,AH CMP DL,1 JZ MIN JMP RETURNMIN: MOV AX,SI+2 CALL JIN MOV SI+2,AL MOV SI+3,AH CMP DL,1 JZ HOUR JMP RETURNHOUR: MOV AX,SI+4 CALL JIN3 CMP AX,0204H JNZ HOUR0 MOV AX,0HOUR0:MOV SI+4,AL MOV SI+5,AH JMP RETURNRETURN:MOV AL,20H OUT 20H,AL POP DX POP SI POP CX POP BX POPAX IRET;时钟技术处理;JIN: MOV DL,0 CMP AL,09H JZ JIN1 INC AL JMP EXITJIN1: CMP AH,05H JZ JIN2 INC AH MOV AL,0 JMP EXITJIN2: ADD DL,1 MOV AX,0EXIT: RETJIN3: MOV DL,0 CMP AL,03H JZ JIN4 INC AL JMP EXIT1JIN4: CMP AH,02H JZ JIN5 INC AH MOV AL,0 JMP EXIT1JIN5: ADD DL,1 MOV AX,0EXIT1: RET;时钟进位处理;DISPLAY: PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH DX PUSH SI MOV AH,0FEH MOV SI ,0FFSET BUFDISP: MOV AL,SI LEA BX,TAB XLAT OUT 61,AL