电子时钟设计最终版讲解

1、前言计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积 大。微型计算机原理控制在这种情况下诞生了。截止今日，微型 计算机原理控制应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领 域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的 网络通讯与数据传输， 到工业自动化过程的实时控制和数据处理， 以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都 离不开微型计算机原理控制。微机控制即微型计算机原理控制。 是集 CPU,R AM, ROM, 定时， 计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强， 广泛应用于智能产业和工业自动化上。这次毕业设计通过对它的 学习，应用，从而达到学

2、习、设计、开发软、硬的能力。本文通过对一个基于微型计算机的能实现电子时钟的设计学 习，详细介绍了微型计算机原理控制的应用中的数据转换显示， LED显示原理，微型计算机控制的定时中断原理。从而达到学习、 了解微机原理控制的相关指令在各方面的应用。系统由 8253、 8255、8259 等构成，能实现时钟显示的功能，能进行分、秒的显 示。文章后附有电路原理图，电路接线图和程序清单，以供读者 参考。因水平有限，难免有疏落不足之处，敬请老师和同学能给 与批评指正。目录第一章 设计任务描述 1.1 设计题目1.2 设计目的1.3 设计任务1.4 设计要求第二章 系统分析与设计2.1 设计环境及设备2.2

3、 设计思路第三章 设计所用芯片及其结构3.1 8259A 芯片的内部结构及引脚3.2 8255 芯片的内部结构及引脚3.3 8253 芯片的内部结构及引脚 第四章 电路实现4.1 分析论证4.2 设计电路图4.3 原理说明4.4 元件功能说明4.5 程序框图 第五章 源程序编写第一章 设计任务描述1.1 设计题目 电子时钟程序设计1.2 设计目的1.3 设计任务1.4 设计要求第二章 系统分析与设计2.1 设计环境及设备1、设计环境PC机一台、 xp 系统、 protel 软件。2、设计所用设备8253 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

4、口芯片，和小键盘相连。8259 中断控制器：用于产生中断。 数码管：用于显示时：分 ：秒。2.2 设计思路 电子时钟主要由显示模块、对时模块和时钟运算模块三大部分组成。其中对时模块和时钟运算模块要对时、分、秒的数值进行操作， 并且秒计算到 60 时，要自己清零并向分进 1；分计算到 60时，要 自己清零并向时进 1；时计算到 24 时，要清零。这样，才能循环 记时。本系统设计的电子时钟以 8088 微处理器作为 CPU，用 8253 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， 8253 的功 能是定时，接入 825

5、3的 CLK 信号为周期性时钟信号。 8253采用 计数器 0，工作于方式 2，使 8253的 OUT0端输出周期性的负脉 冲信号。即每隔 20ms，8253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。第三章 设计所用芯片及其结构3.1 8259A 芯片的内部结构及引脚1、中断控制器 8259

6、A 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，即中断图 3.1 8259A 引脚图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。2、8259 引脚图如图 3.3，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地址信号； INT中断请求信号； INTA（低电平有效）中断响应信号；CAS0

7、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；IR0IR7 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。3、8259 中断矢量地址与中断信号之间的关系如表 3.1 所示：表 3.1 8259A 中断矢量表中断序号01234567功能调用08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH矢量地20H24H28H2CH30H34H38H3CH址23H2

8、7H2BH2FH33H37H3BH3FH说明时钟键盘可用可用串行口可用可用可用3.2 8255 芯片的内部结构及引脚1、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

9、择输入信号； PA7PA0 A 口外设双向数据线； PB7PB0 B 口外设双向数据线； PC7PC0 C 口外设双向数据线； RESET复位输入信号2、8255端口地址表 3.2 8255 端口地址表信号线寄存器编址IOY3A口60HB口61H62HC口控制寄存器 63H3.3 8253 芯片的内部结构及引脚1、 8253可编程定时 /计数器是 Intel 公司生产的通用外围芯片之 一，有 3 个独立的十六位计数器，技术频率范围为 02MHZ ，它 所有的技术方式和操作方式都通过编程控制。8253 的功能用途是：（1）延时中断（2）可编程频率发生器（3）事件计数器（4）二进倍频器（5）实时时

10、钟（6）数字单稳（7）复杂的电机控制器2、 8253有六种工作方式：图 3.3 8253 引脚图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3、8253引脚图如图 3.3 示，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）

11、 ，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。4、8253 端口地址表 3.3 8253 端口地址表信号线寄存器编址IOY20#计数器40H1#计数器41H2#计数器42H控制寄存器43H第四章 电路实现4.1 分析论证1、显示模块 利用数码管的显示功能来设计。数码管是由八个条形发光二 极管组成的，这些发光二极管的阴极是互相连接在一起的，所以 称为共阴极数码管。通过在这八个发光二极管的阳极加 +5 V 或0 V 的电压使不同的二极管发光，形成不同的字符和数字。电子时钟 用到的是 0到 9十个数字，他们所对应的字符表依次是 3FH、06H、 5BH、4FH、66H、6DH、7DH、

12、07H、7FH、6FH。该模块主要是 将时钟运算模块和对时模块运算出来并存放在内存单元里的十六 进制表示的时位和分位数据转化十进制，并通过四个数码管显示 出来。该模块实现的硬件是 TND86/88 的 LED-KEYBOARD UNIT 。2、时钟运算模块该模块的主要功能是对时、分、秒的运算，并把运算出的最 终结果存到事先已经开辟的内存单元里，以便显示模块即时地显 示出来。该模块可以细分为秒定时模块和运算模块。秒定时模块 负责提供中断信号，由于 CPU 运算模块中的指令消耗一定的时间， 所以中断信号最好通过硬件来实现， 可以选择 TND86/88 实验箱中 的 8253 定时/计数器来提供，但

13、又因为 8253 所能提供的信号的周 期时毫秒级的，因此必须通过软件的方法在运算模块中设置一个 统计中断次数的变量，并且这一变量必须事先在内存里开辟存储 单元。中断信号是 8253的通道 2工作方式为方式 3 时，产生一个 40ms的脉冲信号。运算模块负责时、分、秒的计算，该模块主要 通过 8259 的 IRQ7 号中断来实现，首先将秒定时模块提供的中断 信号为 8259的 IRQ7中断请求信号。但由于每 40ms一次中断请 求。所以在中断服务程序必须利用已申请内存单元 count 来统计中 断请求的次数，只有当 count 的值为 25 时，才能让秒单元内的数 值加 1。另外，在中断服务程序

14、里，必须对秒、分和时的单元内的 数值进行判断，当秒加到 60 时，分必须加 1 、秒清零；当分加到 60 时，时加 1、分清零。当时加到 24 啊，直接清零。3、对时模块 该模块主要功能是修改时、分内存单元的数值。在对时的时 候，秒应停止不变，并且在对分进行调整的时，时单元内的数值 不变。由以上分析可见，对时、分的调整用两个优先级高于 IRQ7的中断来完成。因此，可以用 8259的 IRQ2 中断来实现，两个中 断源的中断请求信号只需直接接在两个按键即可起到对时作用。4.2 设计电路图电子时钟的完整电路图如下：4.3 原理说明电子时钟主要由 8259A 中断控制器、8253 定时 /计数器、8

15、255A接口芯片、 LED 数码显示管和两个按键组成。主要用 8259A 的 IRQ7 的中断服务程序完成秒、分、时的运算即计时功能， IRQ6 的中断服务程序完成调时、调分功能。 8253 用来产生 50ms的脉 冲信号作为 IRQ7 的中断请求信号。按键 KK1+和 KK2+分别作为 IRQ2 和 IRQ6 的中断请求信号。按键 KK1+ 启动/关闭对时功能。 它决定是否屏蔽 IRQ7 和 IRQ6 中断源。 8255A 负责将内存里的时 位和分位值输出到数码管4.4 元件功能说明1、8259A 的主要功能：（1）每片 8259A可管理 8级优先级中断源，通过开关，最 多可管理 64 级优

16、先权的中断源。（2）对任何一个级别的中断源都可单独进行屏蔽， 使该级中 断请求暂时被挂起，直到取消屏蔽时为止。（3）能向 CPU 提供可编程的标识码。（4）具有多种中断优先权管理方式。 有完全嵌套方式、 自动 循环方式、特殊循环方式、特殊屏蔽方式和查询方式五种。这些 管理方式均可通过程序动态地进行变化。在本设计中用到了这四 种功能，电子时钟的灵活调时功能就是通过对级别的屏蔽或开启 来实现的。2、 8255A 的主要功能 ： 可编程外设接口芯片可由程序改变其功能，通用性强、使用 灵活。通过 8255A，CPU可直接同外设相连接，其负责 CPU 和外 设之间的数据传送。3、8253的主要功能 ：可

17、编程定时器 /计数器，其定时与计数功能可由程序灵活地设定，设定后与 CPU并行工作，不占用 CPU的时间。通道 2 工作 在 3 方式下，提供计算一秒的中断请求信号4.5 程序框图1、显示模块流程图2、中断服务程序 IRQ7 流程图IRQ6 流程图IRQ2 流程图OFF=OFF+1YesOFF=3？NoYesIRQ6中断服务IRQ2 中断程序 IRQ2OFF=1？3、中断服务程序4、中断服务程序NoYesOFF=2？NoNoYesM=M+1IRETYesNoM=60H=H+1YesNoH=24？M=0Yes服务IRQ6 中断开 IRQ2 和 IRQ6 中OFF=1？OFF=0 屏蔽 IRQ7中

18、断程序H=0IRETOFF=0 屏蔽 IRQ6 中断， 开 IRQ2 和 IRQ7 中断第五章 原程序编写STACK SEGMENT STACKDW 64 DUP(?)STACK ENDSDATA SEGMENTH DW 000CHM DW 0000HSDW 0000HCOUNT DW 0000HOFF DW 0000HTABLE DB 3FH,06H,5BH,4FH ，66H,6DH, 7DH,07H,7FH,6FHDATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATAMOV DS,AXPUSH DS；把 DS 压入堆栈MO

19、V AL,81H；8255初始化 A 口方式 0，输出，B 口方式 0，输出，OUT 63H,ALMOV AX,0000HMOV DS,AX ；设置中断向量表，将内存段设置在最低端MOV AX,OFFSET IRQ2 ；取中断处理子程序 IRQ2 首地址 之段内偏移地址ADD AX,2000HMOV SI,0028H ； 4*n 地址MOV SI,AX ；将段内偏移地址写入中断向量表MOV AX,0000H ；使中断处理子程序 IRQ2 首地址之段地址为 0MOV SI,002AH ； 4*n+2 地址MOV SI,AX ；将段地址写入中断向量表 48*n+2 处MOV AX,OFFSET I

20、RQ6 ；取中断处理子程序 IRQ2首地址之段内偏移地址ADD AX,2000HMOV SI,0038HMOV SI,AXMOV AX,0000H ；使中断处理子程序 IRQ2 首地址 之段地址为 0MOV SI,003AHMOV SI,AXMOV AX,OFFSET IRQ7 ；取中断处理子程序 IRQ6 首地址之段内偏移地址ADD AX,2000HMOV SI,003CHMOV SI,AXMOV AX,0000H ；使中断处理子程序 IRQ7 首地址 之段地址为 0MOV SI,003EHMOV SI,AXMOV AL,0B6H ；8253 初始化，计数器 2，先低 后高两字节，方式 3，

21、二进制计数OUT 43H,AL ；写入控制字MOV AL,68HOUT 42H,AL ；写入低字节MOV AL,0BAHOUT 42H,AL ；写入高字节POP DS ；把 DS 弹出堆栈MOV AL,1B ；8259 初始化，写 ICW1OUT 20H,ALMOV AL,70H ；写 ICW2，写中断向量码OUT 21H,ALMOV AL,7BH ；写 OCW1 ，屏蔽 IRQ6 中断，开 IRQ2 和 IRQ7OUT 21H,ALBEGIN: CALL DIS ；调用显示程序STI ；使 IF 置 1，开中断JMP BEGINIRQ7: INC COUNTCMP COUNT,25；判断是否

22、到 1 秒JNZ RETURNMOV AX,0MOV COUNT,AX ；够 1 秒时将 COUNT 清零MOV AX,S ；取秒INC AX ；秒加 1MOV S,AXCMP AX,003CH ；判断是否到 60 秒JNZ RETURNMOV AX,0MOV S,AX ；秒清零MOV BX,M ；取分INC BX ；分加 1MOV M,BXCMP BX,003CH ；判断是否到 60 分JNZ RETURNMOV BX,0MOV M ,BX ；分清零MOV DX,H ；取时INC DX ；时加 1MOV H,DXCMP DX,0018H ；判断是否到 24 小时JNZ RETURNMOV D

23、X,0MOV H,DX ；时清零RETURN： MOV AL,7BHOUT 21H,AL ；写 OCW1 ，屏蔽 IRQ6 中断，开 IRQ2 和 IRQ7MOV AL,20HOUT 20H,AL ；写 OCW2 ，一般 EOIIRET；中断返回IRQ6:MOV AX,OFF; 取,OFF 值CMP AX,0001H ；判断 OFF 是否为 1JNZ HR 否，转到 HRMOV BX,M ；取分HR:R0: 和 IRQ6IRQ2:R1: 和 IRQ7INC BX ；分加 1MOV M,BXCMP BX,003CH ；判断是否到 60 分JNZ R0MOV BX,0MOV M ,BX ；到 60

24、 分则清零JMP R0CMP AX,0002H ；判断 OFF 是否为 2JNZ R0MOV BX,H ；取时INC BX ；时加 1MOV H,BXCMP BX,0018H ；判断是否到 24 小时JNZ R0MOV BX,0MOV H ,BX ；时清零MOV AL,0BBH ；初始化 8259OUT 21H,AL ；写 OCW1 ，屏蔽 IRQ7 中断，开 IRQ2MOV AL,20HOUT 20H,AL ；写 OCW2 ，一般 EOIINC OFF ；加 1MOV BX,OFF ；取 OFF 值CMP BX,0003H ；判断 OFF 是否为 3JZ R1；是则转到 R1CMP BX,0001H ；判断 OFF 是否为 1JZ R2 ；是则转到 R2CMP BX,0002H ；判断 OFF 是否为 2JZ R2 ；是则转到 R2MOV BX,0000HMOV OFF,BX ；OFF 清零MOV AL,7BH ；8259 初始化OUT 21H,AL ；写 OCW1 ，屏蔽 IRQ6 中断，开 IRQ2MOV AL,20HOUT 20H,AL ；写 OCW2 ，一般 EOIIRETR2: MOV AL,0BBH ；初始化 8259OUT 21H,AL