微机原理与接口技术课程设计(竞赛抢答器)

1、目录一、课程设计的目的和要求 31.1 、课程设计的目的 31.2 、课程设计的要求 3二、总体设计 42.1 、基本工作原理 42.2 、 硬件总体设计41、系统总成方案42、存单元编址43、键盘及显示功能的定义42.3 、 软件总体设计41、 存储单元的分配、标志位的含义42、主程序框图）5三、硬件设计 63.1、系统所选用各芯片的介绍 61、中断优先级管理器 8259A 62、可编程并行接口接口芯片 8255A 73、可编程定时器计数器 8253 83.2、系统所选用各芯片的工作方式 81、中断优先级管理器 8259A 的工作方式 82、可编程并行接口接口芯片 8255A 的工作方式 9

2、3、可编程定时器计数器 8253 的工作方式103.3、系统所选用各芯片的连接101、各芯片与 CPU的连接102、各芯片之间的连接和与外设的连接10四、软件设计134.1、子程序的流程图13五、系统操作说明14六、结束语14七、系统原理图15八、参考文献16九、附录 16下载可编辑题目：竞赛抢答器一、课程设计的目的和要求1.1 、课程设计的目的1、掌握微机系统的开发步骤2、掌握 8259A、 8255A、8253 数码管的用法3、掌握汇编程序的设计1.2 、课程设计的要求设计一个具有8 路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键。逻辑开关K0-K7代表抢答按钮，当某个逻辑开关闭合时，相当于抢答按钮

3、按下，此时在七段数码管上将其显示出来，并使喇叭响一声（或者以发光二极管代替）。1、中断优先级管理器8259A 控制字要求芯片控制字：采用边沿触发，单片8259，要写入 ICW4控制字中断类型码控制字：设置IR0IR7 的中断类型码依次为08H、09H、 、0FH方式控制字：优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，主片工作在缓冲方式下 , 中断结束方式采用中断非自动结束方式 ,8259 工作在 80X86 系统上。2、可编程并行接口接口芯片8255A 控制字要求A 口工作在方式 0，做为输入端口用于连接选手按键 （PA7PA0依次对应按键 18）；B 口工作在方式 0，做为输出端口，经驱动器

4、 1 连接 LED显示器（ PB7PB0依次对应连接 LED显示器的 dp、g、f 、e、d、c、b、a 七段数码管管脚）；C 口也必须工作在方式 0，高 4 位做输入端口（本次设计中只用PC4、 PC5,分别用于连接复位键和开始键） ，低 4 位做输出端口（ PC3PC0，经驱动器 2 后 PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到 8253 的 GATE1端，以控制通道1 的计数）。3、可编程定时器计数器8253 控制字要求.专业 .整理 .下载可编辑通道 0：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3 即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为400

5、0。通道 1：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1 即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码, 计数初值为 3000。通道 2：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3 即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。二、总体设计2.1 、基本工作原理主持人按开始键，绿灯这后，选手才可抢答，否则违规。若抢答成功， LED 显示器显示选手，黄灯亮，扬声器鸣叫；若抢答违规（主持人示按开始键），LED显示器显示违规选手，红灯亮，扬声器报警。2.2 、硬件总体设计1、系统总成方案该竞赛抢答器所要器件： 中断优先级管理器 8259A、可编程并行接口接口芯片 8255、可编程定时器

6、计数器 8253，三个一样的驱动器，黄、红、绿三个发光二极管，十三个电阻，一个8 输入与非门，一个非门，一个扬声器，一个LED显示器， 10 个按键。2、存单元编址（1）、中断优先级管理器8259A的端口地址为 20H、 21H（2）、可编程并行接口接口芯片8255A的端口地址为 80H、81H、82H、83H（3）、可编程定时器计数器8253 的端口地址为40H、 41H、42H、43H3、键盘、扬声器及显示功能的定义10 个按键中，一个开始键一个复位键，另外8 个用做 8 位选手的抢答按键。扬声器用与黄、红、绿三个发光二极管配合使用，黄灯亮扬声器鸣叫表示抢答成功，红灯亮扬声报警表示抢答违规

7、报警，绿灯亮扬声器不鸣则表示主持人已按下开始键。LED显示器显示的容与选手号对应，.专业 .整理 .下载可编辑抢答成功或违规都要显示。2.3 、软件总体设计1、存储单元的分配、标志位的含义（ 1）、定义一个 TAB变量用来存储 19 的字形码信息，如下表LED的管脚对应的字形对应存放在存dp、g、 f 、 e 、d、c、b、a单元的字形码00000110106H0101101125BH0100111134FH01100110466H0110110156DH0111110067CH00000111707H0111111187FH0110111196FH（ 2）、定义一个BZ 变量作为标志位，用来

8、选手抢答是否违规，BZ=0FFH时表示主持人已经按下开始键选手可以抢答，BZ=00H表示主持人未按下开始按键，选手不可以抢答。2、主程序流程图及清单（带有注释）（1）、主程序流程图如下：.专业 .整理 .下载可编辑主程序流程图开始设置 LED 字形码初值、标志位初值对 8259A 、8255A 、8253 进行初始化设置抢答按键中断向量并使 IF 置 1 开放中断先从 82H 口中读一个字N检测开始键是否按下NY检测开始键是否弹起先从 82H 口中读一个字Y关闭 LED 显示器点亮绿灯置标志位值为FFH使 IF=1 开放中断先从 82H 口中读一个字NN检测复位键是否按下Y先从 82H 口中读

9、一个字检测复位键是否弹起Y关闭 LED 显示器、指标灯将标志位清零， 使 IF=1 开入中断结束.专业 .整理 .下载可编辑三、硬件设计3.1 、系统所选用各芯片的介绍中断优先级管理器8259A1、8259A 部结构8259A 采用 NMOS工艺制成，有 28 根引脚，所有输入、输出端与TTL 电平兼容，单一电源（ Vcc=+5V）供电。 8259 的部主要组成部分，包括处理部件（中断请求寄存器 IRR、优先级鉴别器 PR及现行服务寄存器 ISR）、控制部件（控制逻辑及中断屏蔽寄存器 IMR）、数据总路线缓冲器、读写逻辑以及级联缓冲器比较器等5 个部分。2、8259A 主要的外部引脚D0D7：

10、双向数据线， CPU与 8259 间利用这个数据总路线传送数据及命令。WR ：写控制输入信号，同控制总路线上的IOW信号相连。RD ：读控制输入信号，同控制总路线上的IOR 信号相连。A0：地址选择信号，用来对8259A部的两个可编程寄存器进行选择。CS ：片选输入信号，低电平有效。有郊时可通过数据总路线设置命令并对部寄存器进行读出。当进入中断响应时序时，该引脚状态与进行的处理无关。INT：由 8259A向 CPU发出的中断请求信号。INTA ：输入信号，接收CPU送来的中断响应信号INTA。IR0IR7：8 个中断请求输入信号，高电平或上升沿有效。用于接收外设接口来的中断请求。3、8259A

11、 工作方式（1）、优先级设置方式：全嵌套方式（固定优先级方式）、特殊全嵌套方式（可响应同级中断方式） 、轮转优先级方式、特殊轮转优先级方式。（2）、中断源屏蔽方式：普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。（3）、中断结束方式：中断自动结束方式、中断非自动结束方式（包括一般中断结束方式、特殊中断结束方式）。.专业 .整理 .下载可编辑（4）、系统总路线连接方式：缓冲方式、非缓冲方式。（5）、中断请求信号触发方式：边沿触发方式、电平触发方式。4、8259A 初始化控制字格式ICW1(芯片控制字 )D7 D6 D5D4D3D2D1D0触发方式单片选择信是不要 ICW4特征0边沿触号0000不要位发0 多片 82

12、59011电平触级联(8080/8085)1要(80X86)发1 单片 8259ICW2（中断类型码控制字 ,D7D3设置中断类型码）D7D6D5D4D3D2D1D0000ICW3（主片，级联时才用设置，各位为1 则表示接有从片）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0ICW3（从片，级联时才用设置）D7D6D5D4D3D2D1D0ID2ID1ID0从片 INT 接于主片的引脚000IR000000001IR1111IR7.专业 .整理 .下载可编辑ICW4（方式控制字）D7 D6D3D2D1D0D4D5嵌套方式缓冲方式缓冲方式中断结束方下式系统类型0

13、全嵌套方0 非缓冲0 本片为0 中断非自动00 0式方式8080/80850从片结束1 特殊全嵌套1 缓冲方1 本片为1 中断自动结1 80X86方式式主片束5、8259A 操作命令字格式OCW0（中断屏蔽字 , 各位为 1 则被屏蔽）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0OCW1（轮转优先级和中断结束字）D7D6D5D4 D3D2 D1 D0选择标志位标志位轮转位L2L0000 IR000无中断结束位优先级最非轮效0非中断结束特征位低转001L2L0有1中断结束001 IR1优先级最1轮转效低OCW2（特殊屏蔽、查询和状态读取字）D7D6D5D4 D

14、3D2D1D0特殊屏蔽方式允特殊屏蔽方式中断查询读寄存许位位特征位器0 读0 禁止特殊屏0 非特殊屏蔽0 禁止IRR00 非中断蔽方式方式位查询读1 读011 允许特殊屏1 特殊屏蔽方1 允许ISR1中断查蔽方式式询读.专业 .整理 .下载可编辑可编程并行接口接口芯片8255A1、8255A 部结构8255A 芯片是一个采用 NMOS工艺制造的 40 引脚双列直插式 （DIP）封装组件。 8255A 有 3 个 8 位数据端口，即 A 口、 B 口及 C 口，它们都可以分别作为输入口或输出口使用； A 组控制与 B 组控制；读写控制逻辑；数据总路线缓冲器。2、8255A 主要的外部引脚PA7P

15、A0：A 口的 8 条 I O线。 8 条线只能同时作为输入或输出，不能分开使用，可设置成双向口，也只有A 口允许这样做。PB7PB0：B 口的 8 条 I O线。不可以设置成双向口，其它和A 口一样。PC7PC0：C 口的 8 条 I O线。不可以设置成双向口，但它可以分拆为两组即高 4 位和低 4 位，这两组可以任意设置为输入或输出。除了作为独立的 I O线外， C口还经常为 A 口、B 口服务，配合 A 口、 B 口作联络线使用。A1、A0：端口地址选择信号。用于选择 8255A的 3 个数据端口和一个控制口。当 A1A0=00时，选择端口 A；为 01 时，选择端口 B；为 10，选择

16、端口C；为 11 时，选择控制口。3、8255A 工作方式（1）、方式 0：基本的输入输出方式。A 口、 B 口、 C口都可以工作在些方式下。（2）、方式 1：选通输入输出方式（应答方式） 。A 口、 B 口工作在此方式下。（3）、方式 2：双向传输方式。只有A 口可以工作在此方式下。4、8255A 方式控制字格式D7D6、D5D4D3D2D1D01A 口A 口C口高 4B 口B 口C口低 4位位00 方式0输出0输出0方式 00输出0输出01输入1输入1方式 11输入1输入.专业 .整理 .下载可编辑1 方式11x方式2可编程定时器计数器82531、8253 的部结构8253 采用 NMOS

17、工艺制成，有 24 个引脚，所有输入、输出端均 TTL电平兼容，单一电源（ Vcc =+5V）供电，最高计数速率为 2.6MHz。它包括 3 个计数器（即计数器 0、1、2）、数据总路线缓冲器、读写逻辑以及控制寄存器等4 个部分。2、8253 的外部引脚A1、A0：地址输入线，用来址8253 部的 4 个端口，即 3 个计数器和 1 个控制字寄存器与CPU系统地址线相连。CLK0、 CLK1、 CLK2：时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。 CLK 可以是系统的时钟脉冲，也可以由系统时钟分频或者其他脉冲源提供。当用于定时时，这个脉冲必须是均匀的、连续的、周期精确的，而用于计数时，这

18、个脉冲可以是不均匀的、断续的、周期不定的。GATE0、GATE1、GATE3：门控输入端，用于外部控制计数器的启动计数和停止计数的操作。两个或两个以上计数器连用时，可用此信号同步，也可用于与外部某信号的同步。OUT0、 OUT1、 OUT2：计数输出，当计数器从初值开始完成计数操作进，OUT引脚输出相应的信号。3、8253 的工作方式（1）、方式 0：减 1 计数到 0，产生中断请求信号。（2）、方式 1：减 1 计数到 0，产生可重复触发的单稳态负脉冲信号。（3）、方式 2：减 1 计数到 1，分频器（速率信号发生器） 。（4）、方式 3：减 1 计数到初值的 12，方波发生器。（5）、方式

19、 4：减 1 计数到 0，软件触发产生选通负脉冲信号。.专业 .整理 .下载可编辑（6）、方式 5：减 1 计数到 0，硬件触发产生选通负脉冲信号。4、8253 方式控制字格式D7 D6D5D4D3 D2 D1D000计数器锁存01只读写低8000方式 000位001方式 10 二进制计选计数器 08X10方式 210先读写高01选计数器 1X11方式 3数10位1 BCD 计数选计数器 28100方式 411先读写低位101方式 5再读写高 8 位3.2 、系统所选用各芯片的工作方式1、中断优先级管理器8259A 的工作方式（1）、芯片控制 ICW1：采用边沿触发，单片 8259，要写入 I

20、CW4控制字（2）、中断类型码 ICW2：设置 IR0IR7 的中断类型码依次为 08H、09H、 、0FH（3）、方式控制 ICW4：优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，系统总线连接方式为主片工作在缓冲方式下 , 中断结束方式采用中断非自动结束方式 ,8259 工作在 80X86系统上。2、可编程并行接口接口芯片8255A 的工作方式（1）、A 口工作在方式 0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7PA0依次对应按键 18）；（2）、 B 口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1 连接 LED显示器（ PB7PB0依次对应连接 LED显示器的 dp、g、f 、e、d、c、b、a 七段

21、数码管管脚）；（3）、 C 口也必须工作在方式 0，高 4 位做输入端口（本次设计中只用PC4、 PC5,分别用于连接复位键和开始键） ，低 4 位做输出端口（ PC3PC0，.专业 .整理 .下载可编辑经驱动器 2 后 PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管， PC0 连接到 8253 的 GATE1端，以控制通道 1 的计数）。3、可编程定时器计数器 8253 的工作方式（1）、通道0：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为 BCD码，计数初值为 0。（2）、通道1：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1即可重触发的单稳态触发

22、器，计数格式为BCD码, 计数初值为 0。（3）、通道2：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为 BCD码，计数初值为 0。3.3 、系统所选用各芯片的连接1、各芯片与 CPU的连接8259A、8255A、8253 的数据总线 D7D0端、CS 端、 RD 端、WR 端、INTA端、INT 端分别与 CPU的 D7D0数据总线、 片选端、 IOR 端、 IOW 端、 INTA 端、 INTR 端。 8255A、8253 的 A1、A0 端分别接入 CPU地址线的 A1、A0 端， 8259 的 A0 端接到 CPU地址线的 A0 端；2、各芯片之间的连接和与外

23、设的连接8259A的 IR2 端接选手按键信息输出端； 8255A的 A 口的 PA7PA0依次接“按键 1”“按键 8”，B 口的 PB7PB0通过驱动器 1 接到 LED显示器， C口的 PC4、PC5分别接复位键和开始键， PC3、PC2、PC1经驱动器 2 分别接绿灯发光二极管、红灯发光二极管、 黄灯发光二极管， PC0接到 8253 的 GATE1端；8253 的 GATE0端接 +5V电压， OUT0的输出接入 CLK1端， OUT1的输出经反相器后接入 GATE2端，CLK0和 CLK1接入 1MHz的频率发生器， CLK2经驱动器 3接扬声器。四、软件设计.专业 .整理 .下载

24、可编辑1、子程序流程图开始保护现场，将各寄存器值压入堆栈将本次中断压入堆栈中，并置IF=0 关闭中断从 8255 的 A 端口获取选手按键信息，并将其值取反设置循环次数为8 次将 AL 中的值逻辑右移1 位N判断 CX 是否为 0或 ZF是否为 1Y获取选手号码，并将值传给AX通过 XLAT 指令将选手号转换成LED 显示相应的字形码将转换好的字形码值传给8255 的 B 端口判断标志位是否为FFHNY置 8253 通道 2 计数值将黄灯点亮， 抢答成功， 扬声器鸣叫置 8253 通道 2 计数值将红灯点亮， 抢答违规， 扬声器报警给 8259 发中断结束命令中断返回五、系统操作说明.专业 .

25、整理 .下载可编辑启动计算机，计算机自动为系统各芯片进行初始化，抢答器开始工作。比赛开始，在主持人按下开始键，绿灯亮后，选手才可开始抢答，否则违规。若选手抢答成功，LED显示器显示选手，扬声器鸣叫。若选手抢答违规（主持人未按开妈键） ，LED显示器显示违规选手，红灯亮，扬声器报警，并根据比赛规则进行对该选手进行扣分。若系统提示某号选手抢答违规，主持人仍未按开始键，此时该号选手又按下抢答键， LED 显示器显示该选手的。本系统开机后，若主持人既未按复位键又未按开始键，此时有选手按下抢答键，系统提示红灯亮，并报警。注：1、抢答成功，置8253 通道2 计数值为1000，扬声器的鸣叫声音频率为1MH

26、z/1000=1KHz。2、抢答失败，置8253 通道 2 计数值为2000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/2000=0.5KHz。3、扬声器鸣叫或报警的时间为12s。六、结束语通过本次实验掌握了微机系统的开发步骤，掌握了中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器计数器8253 和数码管的用法，掌握了汇编程序的设计。本次设计需要熟练掌握汇编语言，熟悉中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器计数器8253 的部结构、外部引脚和功能，熟悉LED显示器的结构及译码方式。中断优先级管理器8259A在本系统中用来管理选手按键中断信息。可

27、编程并行接口接口芯片8255A在本系统中用来连接选手的按键，主持人的开始键和复位键，用来连接黄灯、红灯、绿灯三个发光二极管，用来提示抢答信息，用来连接LED显示器控制显示器的输出，还连接到8253 的 GATE1端，控制计数器的启动计数和停止计数的操作。可编程定时器计数器8253 用来设定扬声器的发声频率和发声时间。LED显示器用来连接到8255A的 B 口，.专业 .整理 .下载可编辑用来显示选手号。本次设计既没有硬件环境， 也没模拟的软件环境， 设计起来比较的困难，只能通过查找一些资料和大脑抽象来设计该课程设计。希望学校以后能够提供一些硬件或软件上的支持，让我们能够更好的掌握接口芯片的设计

28、。本人在本本次课程设计中获得了许多收益，通过本次课程设计让我更好的掌握了中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器计数器8253 的工作原理、方式及其应用。通过本次课程设计也学会了如何设计一个简单的微机系统，以及设计一个简单微机系统所需要的步骤和设计中需要注意的地方。本人在设计中遇到很多困难，大都是对和芯片的应用还不是很熟练，还需更加努力更加深入的了解微机系统和芯片功能。七、系统原理图+5V+5V开始复位键键PC40与非门PC5AP7AP按按 按按按按按按键键 键键键键键键D7D012345678D7D08255驱PB78 段PB7PC0动LED器PB0显示器(

29、80H83H)CS1黄灯A0A0PC1驱红灯A1A1PC3PC0动IOR器PC22绿灯IOW+5VPC0GATE0D7D0PC3D7d0OUT0CLK1INTGATE1IR0OUT1D7D0D7D0(80H83H)8253IR1CS8259IR3 IR2A0A0GATE2(20H21H)IR4A11MHzCSIR5A1CLK0A0A0IR6CLK1IR7CLK2驱动器 3扬声器八、参考文献.专业 .整理 .下载可编辑1 、红玲、邵晓根微机原理与接口技术 M 北京：中国电力2 、江正战、志鸿三级偏硬考试教程 M ：东南大学3 、阎石数字电子技术基础 M 北京：高等教育4 、雪兰、谭毓安汇编语言程

30、序设计 M 北京：清华大学九、附录（ 1）、主程序清单（带详细注释）DATASEGMENTTABDB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H ；BZDB00HDATAENDSSTACKSEGMENT PARASTACK STACKDB100HDUP(?)STACKENDSCODESEGMENTASSUME DS:DATA,CS:CODESTART:MOVAX,DATAMOVDS,AX;8259A 初始化MOVAL,13H; 初始化 8259A 的 ICW1OUT20H,ALMOVAL,08H; 送中断类型码基值 ,8259A 的 ICW2OUT21H,ALMOVA

31、L,0DH; 一般中断结束方式 ,8259A 的 ICW4OUT21H,AL;8255A初始化MOVAL,98H; 置 8255A工作方式OUT83H,ALXORAL,AL;B 口、 C口初始化.专业 .整理 .下载可编辑OUT81H,ALOUT82H,AL;8253 初始化MOVAL,37H; 置 8253 通道 0 控制字OUT43H,ALMOVAL,00H; 置 8253通道 0 计数初值为 4000OUT40H,ALMOVAL,40HOUT40H,ALMOVAL,73H; 置 8253 通道 1 控制字OUT43H,ALMOVAL,00H; 置 8253 通道 1 计数初值为 3000OUT41H,ALMOVAL,30HOUT41H,ALMOVAL,B7H; 置 8253 通道 2 控制字OUT43H,ALMOVAL,00H; 置 8253 通道 2 控制字OUT42H,ALMOVAL,00H; 置 8253 通道 2 计数初值为 0OUT42H,ALMOVAL,00HOUT42H,AL; 中断设置MOVAH,25H; 设置抢答按键中断向量MOVAL,0AH; 中断类型号为入口参数MOVBX,SEG KEY