单片机简易计算器的设计.doc

摘要：简易计算器的设计主要分为键盘的编码、七段LED 数码管的显示及四则运算法则的编写三部分。设计中我们用可编程外围接口芯8255A 连接键盘和七段LED 数码管，用七段LED 数码管显示键盘输入信号及运算结果，利用简单的汇编语言编写相应程序进行两位自然数的有效四则运算。 关键词：8255A；七段LED数码管；汇编语言；四则运算 一、简易计算器的基本原理本课程设计的原理是:通过8255A控制键盘和LED显示器。也就是说首先将8255A与键盘和LED显示器相连，然后编译程序，通过程序完成对8255A的初始化。断开模板的排线，独自利用8255A作控制芯片，控制键盘的输入和计算结果的显示。二、设计方案将可编程外围接口芯片8255A 与键盘和七段LED 连接，通过对8255A 编程及对键盘的操作实现计算功能：键盘码包括数字09、运算符号“+” “-” “*” “/”“=”和清零“CL”键，通过键盘依次输入第一个运算数字、运算符号、第二个运算数字、“=”，在七段LED 灯上显示运算结果，期间数字输入有误可按“CL”键之后重新输入。三、硬件设计可编程外围接口芯片8255A 的PA 端口低四位做七段LED 灯的片选输出端，PB 端口八位做七段LED 灯的数据数码管输出端，PC 端口高四位输出（行线），低四位输入（列线），74LS138 片选300H-307H 端接8255A 芯片CS 片选端。1.1 LED 显示器及其功能七段LED 显示器由七个发光段构成，每段均是一个LED 二极管。这七发光段分别称为a,b,c,d,e,f,g,通 过控制不同段的点亮和熄灭，以显示所要得到的数字。七段LED 的输出功能也是通过8255的并行输出实现。 图1 LED数码管12 LED 显示数字编码表2.1 8255A 的基本工作原理：8255 是Intel 公司生产的可编程输入输出接口芯片，它是具有3 个8 位的并行I/O 端口，具有三种工作方式，被广泛地使用于单片机的并行I/O 端口。3工作方式0：基本输入输出方式工作方式1：选通输入输出方式工作方式2：双向传送方式2.2 8255 引脚功能说明：RESET:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O 口均被置成输入方式。PA0PA7:端口A 输入输出线，一个8 位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8 位的数据输入锁存器。PB0PB7:端口B 输入输出线，一个8 位的I/O 锁存器， 一个8 位的输入输出缓冲器。PC0PC7:端口C 输入输出线，一个8 位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8 位的数据输入缓冲器。端口C 可以通过工作方式设定而分成2 个4 位的端口， 每个4 位的端口包含一个4 位的锁存器，分别与端口A 和端口B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。CS:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许8255 与CPU 进行通讯。RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8255 通过数据总线向CPU 发送数据或状态信息，即CPU 从8255 读取信息或数据。WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许CPU 将数据或控制字写8255。D0D7:三态双向数据总线，8255 与CPU 数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8 位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送2.3 8255 的读写控制：8255 的读/写控制逻辑电路接受CPU 发来的控制口号RD、WR、RESET 和地址信号A1A0。然后根据命令端口，控制信号的要求，将端口的数据读出选信CPU 或者将CPU 送来的数据写入端口，各端口的工作状态。通过用输出指令对8255A 的控制字寄存器编程，写入设定工作方式的控制字，可以让3个数据口以不同的方式工作，端口A 可工作于3 种方式的任一种，端口B 只能工作于方式0 和方式1，端口C 除了用于输入输出端口外，还能配合A 口和B 口工作，为这两个端口的输入输出操作提供联系信号。2.4 键盘原理当进行扫描时，扫描信号由列引脚输入键盘。以1000、0100、0010 和0001 的顺序每次扫描不同的列，然后读取列引脚的信号就可以判断是哪个键被按下。5识别键盘上哪个键被压下的过程的扫描步骤：1.检测是否所有键都都松开了，若没有则反复检测。2.但所有键都松开了，再检测是否有键压下，若无键一下则反复检测。3.如有键压下，要消除键抖动，确认有键压下。4.对压下的键进行编码，将该键的行列信号转换成16 进制码，由此确定哪个键被压下了。如出现多键重按的情况，只有在其它键均释放后，仅剩一个键闭合时，才把此键当作本次压下的键。5.该键释放后，再回到2。图2 计算机电路图四、软件设计系统流程图 图3 8255A流程图 图4 计算器系统流程图1 键盘调试代码 PORTA EQU 300HPORTB EQU 301HPORTC EQU 302HPORT_CTRL EQU 303HDATA SEGMENTTABLE DB77H,7BH,7DH,7EH,0B7H,0BBH,0BDH,0BEHDB0D7H,0DBH,0DDH,0DEH,0E7H,0EBH,0EDH,0EEHFORM DB0F9H,0A4H,0B0H,00H,99H,92H,82H,7FHDB0F8H,80H,98H,0C0H,01H,01H,01H,01HDATA ENDSSTACK SEGMENT STACKDW 50 DUP(0)TOP_STACK LABELWORDSTACK ENDSCODE SEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATA,SS:STACKSTART: MOV AX,STACKMOV SS,AXLEASP,TOP_STACKMOV AX,DATAMOV DS,AXMOVDX,PORT_CTRLMOVAL,10000001BOUT DX,ALMOV DX,PORTAMOV AL,00HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,0FFHOUT DX,ALBEGIN: MOVDX,PORTCWAIT_OPEN: IN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,0FHJNEWAIT_OPENWAIT_PRES: IN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,0FHJEWAIT_PRESMOVCX,16EAHDELAY: LOOPDELAYIN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,0FHJEWAIT_PRESNEXT: MOVAL,0EEHMOV CL,ALNEXT_ROW:ANDAL,0F0HOUT DX,ALIN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,0FHJNEENCODEROL CL,01MOV AL,CLJMPNEXT_ROWENCODE: MOVBX,000FHMOVDX,PORTCIN AL,DXANDCL,0F0HAND AL,0FHADD AL,CLNEXT_TRY: CMPAL,TABLEBXJE DONEDEC BXJNSNEXT_TRYMOVAH,01HJMP EXITDONE:MOVAL,FORMBXMOVDX,PORTBOUT DX,ALMOVAH,00HMOVCX,5000HD1:LOOP D1JMP STARTEXIT: JMP STARTCODE ENDSEND2 基于二进制码运算设计代码ADD_L:ADD AX,DX ;CMP AX,9999 ;判断是否溢出JA OVERFLOW ;溢出JMP DISPLAY_P ;调用结果显示过程SUB_L:SUB AX,DX ;CMP AX,0 ;判断是否溢出JS OVERFLOW ;溢出JMP DISPLAY_P ;调用结果显示过程MUL_L:MUL DX ;AX与第二个输入的数DX 相乘-结果放入(DX,AX)CMP DX,0 ;如果DX 不为零,即结果超出1 个字节(65535)JNE OVERFLOW ;溢出CMP AX,9999 ;判断是否溢出JA OVERFLOW ;溢出JMP DISPLAY_P ;调用结果显示过程DIV_L:CMP DX,255JA OVERFLOW ;被除数要小于FFH（要求DH 为零）DIV DL ;第一个输入的数AX 除以第二个输入的数AND AX,00FFH ;保留商AL，对余数AH 清零JMP DISPLAY_P ;调用结果显示过程3 LED 刷新代码LED PROCPUSH AXPUSH BXPUSH CXPUSH DXLED_L:MOV CL, 0EEHMOV BX, 0LED_NEXT:PUSH BXMOV DX, PORT_B ;B 口控制七管灯的数字显示MOV BL, BUFFER_L+BXMOV AL, FORMBXOUT DX, AL ;送数值MOV DX,PORT_AMOV AL,CLOUT DX,AL ;送片选ROL CL, 1POP BXINC BXCMP BX, 4PUSH CXMOV CX,200HD0: LOOP D0POP CXJNE LED_NEXTPOP AXPOP BXPOP CXPOP DXRETLED ENDP4 Clear 功能代码及出错处理CLEAR_L PROCMOV AL,0MOV BUFFER_L,ALMOV BUFFER_L+1,ALMOV BUFFER_L+2,ALMOV BUFFER_L+3,ALRETCLEAR_L ENDPERROR PROC ;出错处理HLTRETERROR ENDP五、结论电子设计正在当今社会发挥越来越重要的作用，其采用的软硬件结合技术也逐渐成熟，该模拟系统正是采用软硬相结合的方法实现的6。8255A 可编程外围接口芯片有着不同的端口，可以进行不同的工作式，因而有着及其广泛的应用。在键盘设计方面，主要是软件的设计，通过程序编码来完成硬件方面所无法工作的部分，例如关于在扫描键盘时需要逐行拉低并进行判断、编码。判断时，需要不断的屏蔽字节，来获所需要的数据，而这一点硬件是无法做到的。本文给出了一个基于汇编言和基础芯片电子计算器的设计，对于进行初步硬件设计的读者有一定的帮助。由于完整程序代码过长，本文并没有给出，仅给出核心代码供参考。 参考文献1 钱晓捷 主编：微机原理与接口技术，第4版，