微机原理与接口技术.doc

课 程 设 计 报 告课程名称 微机原理与接口技术 系 别： 工程技术系 专业班级： 电子信息工程0901 学 号： 0912070136 姓 名： 普亮亮 课程题目： 电子钟的设计与制作 完成日期： 2011-12-16 指导老师： 陈显明 2011年 12 月 22 日课 程 设 计 目 的1.熟悉集成电路的引脚的基本安排。2.掌握各芯片在电子钟中的逻辑功能以及其使用方法。3.了解唐都仪器的组成结构及接线方法。4.掌握电子钟的组成部分以及工作原理。5.掌握电字钟的设计与制作。课 程 设 计 要 求要求设计电子钟一个定时显示装置，用程序的加载和电子钟电路图来实现，用六个数码管显示时间。电路中数码管从00点00分00秒开始计时，并在数码管上显示时、分、秒当前值，并且正确计时。课 程 设 计 注 意 事 项 注意在制作电子钟的过程中应该先画出其原理图，编写有关电子钟的相关程序，并连接电路。在连接电路中使用的有关芯片注意正确使用方法，不要导致安插错误以及在使用实验箱时注意相关的基本的一些安全操作方法。课 程 设 计 内 容 编写有关电子钟的相关程序，根据电子钟原理图在实验箱上使用相关芯片（8255,8254等）连接电路图。最后，加载电子钟程序使在试验箱上数码管实现时间显示，并且在加载程序时能正确计时。课 程 设 计 简 要 操 作 步 骤1.画出电子钟的工作原理图。2.编写其相关程序及其代码。3.在实验箱上根据原理图使用相关芯片连接电路图。4.加载其程序以及电路图相结合，使在试验箱上得数码管显示时间。5.在加载程序能正确计时。课 程 设 计 心 得 体 会本次电子钟设计与制作让我收获颇丰，我学到了很多知识，自己的动手能力也得到了很大的提高。通过至此的课程设计，我真正的见到课本上面的相关芯片和器件以及反映自己平时学习的不足。也对相关的芯片有了更好的认识和理解，体会到平时学的理论知识来进行实践是不同的，让我体会到理论与实践结合的重要性。虽然在这次电子钟设计钟遇到了很多的困难，但是经过查阅资料最后得到了实现。在设计当中也让我懂得团体的合作精神，在遇到困难时，大家相互探讨，互相学习。总之，在这次课程设计钟我学到了很多知识，虽然在设计电子钟中有许多不足，我会在以后学习中加强。最后，感谢老师对我的指导和帮助，让我圆满完成此次课程设计。课 程 设 计 评 语 及 成 绩评 语成 绩指导教师（签 名）2011年12月 日【摘要】随着社会的不断发展和进步，计算机的产生加快了改造的脚步，纵观了各个领域许多方面都离不开微型计算机。微机即是集CPU，RAM，定时，计数和多种接口于一体的微控器。它的成本低，体积小，功能强，广泛应用于各个行业。微机原理及接口技术是一门应用性、综合性以及实践性较强的一门课程，在此次就是应用微机原理及接口技术的一些芯片来实现电子钟的展现，在此电子钟设计和制作过程中，体现了如果不去实践其理论的应用，我们就不能很好的掌握所学的技术知识，也就缺小解决实际问题的能力。所以通过电子钟等的课程设计和制作，让我们学会系统地综合运用所学的理论知识， 提高我们在微机应用方面的开发与设计能力，很好掌握微机硬件和软件设计方法。不仅要培养我们平时所学的理论知识的实际动手应用实践能力，也展现了我们对本门课学习的大体情况，更要培养我们在实践的工程设计中查阅其相关资料，掌握设计的基本方法和软件工具的使用，并且能用设计报告表达设计思想和结果的能力。培养我们实事求是和严肃认真的工作态度。同时我们要熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法和实际的课程设计。充分展现了微机原理与接口在实际中的重要性。【关键字】 计算机 电子钟 微机原理与接口技术 课程设计目 录一、课程设计目的和意义6二、开发环境及设备6设计环境6设计所用设备6三、设计思想与原理61、设计思想62、设计基本原理61、内容72、要求73、设计环境74、设计所用设备7四、在设计中所用芯片基本结构81、8259A芯片的内部结构及引脚82、8255芯片的内部结构及引脚93、8254芯片的内部结构及引脚9五、电子钟模块设计过程111、概述112、主程序模块123、小键盘模块124、显示模块125、定时模块12附录一：参考书目14附录二：部分源代码15一、课程设计目的和意义通过本次电子钟课程设计要掌握此三种芯片使用的方法，灵活运用课本知识加深所学的知识，对所学的相关芯片的原理以及内部结构、使用方法等有更加深刻的了解和学习，学会利用课本知识联系实际应用及编程。并且了解综合问题的程序设计掌握实时处理程序的编制和调试方法，掌握一般的设计步骤和流程，使我们以后搞设计时逻辑更加清晰和明确。二、开发环境及设备设计环境 PC机一台、windows XP系统、实验箱、导线若干。设计所用设备8254定时器：用于产生秒脉冲，其输出信号可作为中断请示信号送IRQ2。8255并口：用做接口芯片，和小键盘相连。8259中断控制器：用于产生中断。LED：六个LED用于显示时：分：秒值。小键盘：用于控制设置。三、设计思想与原理1、设计思想本系统设计的电子时钟以8088微处理器作为CPU，用8254做定时计数器产生时钟频率，8255做可编程并行接口显示时钟和键盘电路，8259做中断控制器产生中断。在此系统中，8254的功能是定时，接入8254的CLK信号为周期性时钟信号。8254采用计数器0，工作于方式2，使8254的OUT0端输出周期性的负脉冲信号。即每隔20ms，8254的OUT0端就会输出一个负脉冲的信号，此信号接8259的IR2，当中断到50次数后，CPU即处理，使液晶显示器上的时间发生变化。其中8259只需初始化ICW1，其功能是向8259表明IRx输入是电瓶触发方式还是上升沿触发方式，是单片8259还是多片8259。8259接收到信号后，产生中断信号送CPU处理。2、设计基本原理利用实验台上提供的定时器8254和扩展板上提供的8259以及键盘和数码显示电路，设计一个电子时钟，由8254中断定时，小键盘控制电子时钟的启停及初始值的预置。电子时钟的显示格式HH：MM：SS由左到右分别为时、分、秒，最大记时59：59：59超过这个时间时分秒位都清零从00：00：00重新开始。基本工作原理：每百分之一秒对百分之一秒寄存器的内容加一，并依次对秒、分、小时寄存器的内容加一，六个数码管动态显示时、分、秒的当前值。1、内容利用实验台上提供的定时器8254和扩展板上提供的8259以及键盘和数码显示电路，设计一个电子时钟，由8254中断定时，小键盘控制电子时钟的启停及初始值的预置。电子时钟的显示格式HH：MM：SS由左到右分别为时、分、秒，最大记时59：59：59超过这个时间时分秒位都清零从00：00：00重新开始。2、要求本实验要求设计一个定时显示装置，用六个数码管显示时间，用小键盘控制计时，设置和显示时间。系统一运行就从00点00分00秒开始计时，并在数码管上显示时、分、秒当前值，而且，可以用键盘设置当前时间。基本工作原理：每百分之一秒对百分之一秒寄存器的内容加一，并依次对秒、分、小时寄存器的内容加一；六个数码管动态显示时、分、秒的当前值。C键：置初值，显示00：00：00G键：显示动态变化（启动表）；D键：显示静态不变（表停止）；E键：终止程序，返回DOS；P键：设置时：分：秒的值3、设计环境PC机一台、windows XP系统、实验箱，导线若干。4、设计所用设备8254定时器：用于产生秒脉冲，其输出信号可作为中断请示信号送IRQ2。8255并口：用做接口芯片，和小键盘相连。8259中断控制器：用于产生中断。LED：六个LED用于显示时：分：秒值。小键盘：用于控制设置。四、在设计中所用芯片基本结构1、8259A芯片的内部结构及引脚中断控制器8259A是Intel公司专为控制优先级中断而设计开发的芯片。它将中断源优先排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集中于一片中。因此无需附加任何电路，只需对8259A编程，就可以管理8级中断，并选择优先模式和中断请求方式，即中断结构可以由用户编程来设定。在MD微机系统中，8259芯片工作于单片方式。8259引脚图如图3.3，各引脚功能如下。D7-D0八条双向数据线；WR（低电平有效）写输入信号；RD（低电平有效）读输入信号；CS（低电平有效）片选输入信号；A0地址信号；INT中断请求信号；INTA（低电平有效）中断响应信号；CAS0-CAS2级联信号，形成一条专用8259A总线，以便多片8259A的级联；SP/EN从编程/允许级联。在缓冲方式中，可用做输出信号以控制总线缓冲器的接收和发送。在非缓冲方式中，作为输入信号用于表示主片还是从片；IR0-IR7外部中断请求输入线。要求输入的中断请求信号是由低电平到高电平的上升沿（并保持高电平到CPU响应时为止）或者是高电平。8259中断矢量地址与中断信号之间的关系如表所示：中断序号01234567功能调用08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH矢量地址20H23H24H27H28H2BH2CH2FH30H33H34H37H38H3BH3CH3FH说明时钟键盘可用可用串行口可用可用可用2、8255芯片的内部结构及引脚8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种工作方式下工作：方式0基本输入/输出方式方式1选通输入/输出方式方式2双向选通输入/输出方式8255引脚图如图3.2示，各引脚功能如下。D7D0与CPU侧连接的八条双向数据线；WR（低电平有效）写输入信号；RD（低电平有效）读输入信号；CS（低电平有效）片选输入信号；A0、A1片内寄存器选择输入信号；PA7PA0A口外设双向数据线；PB7PB0B口外设双向数据线；PC7PC0C口外设双向数据线；RESET复位输入信号2、8255端口地址信号线寄存器编址IOY3A口60HB口61HC口62H控制寄存器63H3、8254芯片的内部结构及引脚8254是Intel公司生产的可编程间隔定时器。是8253的改进型，比8253具有更优良的性能。8254具有以下基本功能：（1）有3个独立的16位计数器；（2）每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数；（3）每个计数器可编程工作于6种不同工作方式；（4）8254每个计数器允许的最高计数频率为10MHz（8253为2MHz）；（5）8254有读回命令（8253没有），除了可以读出当前计数单元的内容外，还可以读出状态寄存器的内容；（6）计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。 8254的功能引脚图：8254有六种工作方式：1.方式0：计数结束中断2.方式1：可编程频率发生器3.方式2：频率发生器4.方式3：方波频率发生器5方式4：软件触发的选通信号（6）方式5：硬件触发的选通信号8254引脚图如图上图，各引脚功能如下。D7D0八条双向数据线；WR（低电平有效）写输入信号；RD（低电平有效）读输入信号；CS（低电平有效）片选输入信号；A0、A1片内寄存器地址输入信号；CLK计数输入，用于输入定时基准脉冲或计数脉冲；OUT输出信号，以相应的电平指示计数的完成，或输出脉冲波形；GATE选通输入（门控输入），用于启动或禁止计数器的操作，以使计数器和计测对象同步。2、8254端口地址信号线寄存器编址IOY20#计数器40H1#计数器41H2#计数器42H控制寄存器43H五、电子钟模块设计过程1、概述本系统设计的电子钟以8088微处理器作为CPU，用8254做定时计数器产生时钟频率，8255做可编程并行接口显示时钟和键盘电路，8259做中断控制器产生中断。在此系统中，8254的功能是定时，接入8254的CLK信号为周期性时钟信号。8254采用计数器0，工作于方式2，使8254的OUT0端输出周期性的负脉冲信号。即每隔20ms，8254的OUT0端就会输出一个负脉冲的信号，此信号接8259的IR2，当中断到50次数后，CPU即处理，使液晶显示器上的时间发生变化。程序由以下模块组成：系统共有5个功能模块，分别为，主控模块，显示模块，定时模块，中断模块，小键盘模块。系统框架图如下：键盘读入的数显示缓冲的值秒脉冲显示模块主控模块中断模块定时模块小键盘模块六个LED小键盘8255A825482592、主程序模块主控模块是系的核心模块，对8254、8255A进行初始化，设置中断向量，扫描键盘根据按键值作相应的处理。主要由软件实现。它的主要功能是调用其它模块对系统工作进行协调，它的主要功能是读小键盘输入键值并执行要做的工作，如果键值为C则将显示初始值00：00：00置入显示缓冲，并调用显示模块显示。如果键值为G则开中断，（中断程序为秒最低位加一）。如果键值为D则关中断，停止动态显示。如健值为P则连续六次调用小键盘模块，将键值依次存入显示缓冲。并调用显示模块显示。如果健值为E，则终止程序，返回DOS。3、小键盘模块小键盘模块送入主控模块的子功能模块。由软件和硬件实现，硬件上由小键盘和8255互连，将小键值由8255送入主控模块。软件上使用行扫描法获得键值并送回主控模块。本课题只考虑去抖动。执行一个约10ms的延时程序后再扫描键盘，若F0=1表示真正有键按下，从而消除了抖动影响。4、显示模块显示模块是将显示缓冲区的数值送到LED显示的功能模块，显示缓冲区是由六个字节构成，分别保存小时的高位和低位，分钟的高位和低位，秒钟的高位和低位。硬件上由六个LED构成，软件上由扫描显示的方法实现。5、定时模块定时模块是为8259提供中断请求信号的。由一片8254实现，选用定时器0#，工作在方式3，由4时钟应该1秒走动一次，所以输出值应为1S，其输出信号可作为8259的中断请求信号。6、中断处理模块中断模块实现动态显示的，硬件为一片8259，由于中断请求信号为每秒一次，中断程序该为时间按秒增加，并显示，只要开中断，便可实现每秒显示时间增加一秒，从而达到动态显示的效果。7、按如下接线图连接好试验箱上的芯片引脚， 主要用到器件有8255,8254,LED,8259,小键盘。8254的片选接地址208-20F，OUT1,OUT0接灯(测试用)，GATE0,GATE1接+5V，CLK1接8259的IRQ2，CLK0接12(12分频)。8255的片选接地址218-21F，实验箱已将其和小键盘相连。LED的片选接地址210-217。电子钟实验连线如下：208-20F210-217218-21FCSOUT1OUT0GATE1GATE0CLK1CLK0 8254ABLS3938259IR2+5V8MHzCSPB2PA0 小键盘个CS。Q4+5V六、心得体会在本次电子钟设计与制作实训当中让我收获多，我学到了很多微机接口的相关知识，自己的动手能力也得到了很大的提高。通过此的课程设计，我真正的见到课本上面的相关芯片和器件以及反映自己平时学习的不足。也对相关的芯片有了更好的认识和理解，体会到平时学的理论知识来进行实践是不同的，让我体会到理论与实践结合的重要性。通过电子钟等的课程设计和制作，让我们学会系统地综合运用所学的理论知识， 提高我们在微机应用方面的开发与设计能力，很好掌握微机硬件和软件设计方法。不仅要培养我们平时所学的理论知识的实际动手应用实践能力，也展现了我们对本门课学习的大体情况，更要培养我们在实践的工程设计中查阅其相关资料，掌握设计的基本方法和软件工具的使用，并且能用设计报告表达设计思想和结果的能力。培养我们实事求是和严肃认真的工作态度。虽然在这次电子钟设计钟遇到了很多的困难，但是经过查阅资料最后得到了实现。在设计当中也让我懂得团体的合作精神，在遇到困难时，大家相互探讨，互相学习。总之，在这次课程设计钟我学到了很多知识，虽然在设计电子钟中有许多不足，我会在以后学习中加强。最后，感谢老师对我的指导和帮助，让我圆满完成此次课程设计。附录一：参考书目1.戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用(第三版).北京：清华大学出版社,20032.周明德编著.微型计算机系统原理及应用(第四版).北京：清华大学出版社,20023.杨立新.微型计算机原理和应用M.北京：科学技术文献出版社，1986.114.李大友.微型计算机原理M.北京：清华大学出版社，1998.75.杨立.微型计算机原理与组成M.天津大学出版社，2010.1附录二：部分源代码;=; 文件名: A82541.ASM; 功能描述: 采用8254定时器0产生50ms方波，输入给定时器1,利用定时器1产生1s中断，然后显示;=MY8255_A EQU 0600HMY8255_B EQU 0602HMY8255_C EQU 0604HMY8255_CONEQU 0606HA8254 EQU 06C0HB8254 EQU 06C2HC8254 EQU 06C4HCON8254 EQU 06C6HDATA SEGMENTDTABLEDB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDATA ENDSSSTACKSEGMENT STACKDW 200 DUP(?)SSTACK ENDSCODESEGMENTASSUME CS:CODE, SS:SSTACK,DS:DATASTART:PUSH DSMOV AX, 0000HMOV DS, AXMOV AX, OFFSET IRQ7;取中断入口地址MOV SI, 003CH;中断矢量地址MOV SI, AX;填IRQ7的偏移矢量MOV AX, CS;段地址MOV SI, 003EHMOV SI, AX;填IRQ7的段地址矢量CLIPOP DSMOV AX,DATA ;remember this MOV DS,AX ;not lose,it is very important MOV CX,03HMOV DI,3000HMOV AL,00HLP:MOV DI,AL ;clear 3000h3006h,save second ,minute, hour INC DI LOOP LP ;MOV DI,3003H ;save counter MOV SI,4000HMOV AL,00HMOV SI,AL;清显示缓冲MOV SI+1,AL ;display secondMOV SI+2,ALMOV SI+3,AL ;display minuteMOV SI+4,ALMOV SI+5,AL ;display hourMOV SI,4000H ;MOV AX,COUNT ;SAVE COUNT=1000;MOV DI,AL;MOV DI+1,AH;初始化主片8259MOV AL, 11HOUT 20H, AL;ICW1MOV AL, 08HOUT 21H, AL;ICW2MOV AL, 04HOUT 21H, AL;ICW3MOV AL, 01HOUT 21H, AL;ICW4MOV AL, 6FH;OCW1OUT 21H, AL;8254MOV DX, CON8254;MOV AL, 30H;计数器0，方式0MOV AL, 36H;计数器0，方式3,产生50ms方波OUT DX, ALMOV DX, A8254 ;计数初值为3E8H=1000,产生1ms中断MOV AL, 50H ;c350H=50000,产生50msOUT DX, ALMOV AL, 0c3HOUT DX, ALMOV DX, CON8254MOV AL, 50H;计数器1，方式0OUT DX, ALMOV DX, B8254 ;计数初值为3E8H=1000,产生1ms中断MOV AL, 20H ;c350H=50000,产生50ms中断OUT DX, ALMOV DX,MY8255_CON;写8255控制字 MOV AL,81HOUT DX,ALSTIAA1:CALL DIS;调用显示子程序JMP AA1;=;显示子程序;=DIS: PUSH AXMOV SI,4000HMOV DL,0DFHMOV AL,DLAGAIN: PUSH DX MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL ;select first seg MOV AL,SI MOV BX,OFFSET DTABLE XLAT MOV DX,MY8255_B OUT DX,ALCALL DALLYINC SI POP DX MOV AL,DLTEST AL,01H JZ OUT1ROR AL,1MOV DL,ALJMP AGAINOUT1: POP AXRET;= 延时子程序 =DALLY: PUSH CX MOV CX,0005HT1: MOV AX,0010HT2: DEC AXJNZ T2LOOP T1POP CXRET;save secondIRQ7: PUSH AX MOV DX, B8254 ;重装计数初值MOV AL, 20H OUT DX, AL;MOV AX, 0173H;INT 10H;显示字符s;SECONDMOV DI,3000HMOV DL,DIMOV AH,00HMOV AL,DLMOV BL,10DIV BLMOV BH,AH ;AH 保存余数，al保存商MOV BL,AL ;MOV SI,4001H ;4000H内存单元保存秒的十位MOV SI,ALOR AL,30H ;ADD 30HMOV AH,01HINT 10HMOV AL,BHMOV SI,4000H ;4001H内存单元保存秒的个位MOV SI,ALOR AL,30H ;ADD 30HMOV AH,01HINT 10HMOV AX, 0120H