微机原理与接口技术课程设计智能抢答器

1、微机与接口课程设计报告智能抢答器班级： 学号： 姓名： 指导教师： 成绩： 年1月 11日目录1、课程设计目的及要求32、系统功能33、总体设计33.1基本工作原理33.1.1中断优先级管理器8259a控制字要求33.1.2可编程并行接口接口芯片8255a控制字要求33.1.3可编程定时器计数器8253控制字要求33.2硬件总体设计33.2. 1系统总成方案33.2.2内存单元编址43.2.3键盘、扬声器及显示功能的定义4(1) 硬件原理框图4(2) 原理连线图433软件总体设计63.3.1主程序流程图：64、硬件设计84.1所使用芯片功能84.1.1可编程并行输入/输出接口芯片8255a84

2、.1.2可编程定时器/计数器8253/825494.1.3 中断优先级管理器8259a104.2系统所选用各芯片的工作方式124.2.1中断优先级管理器8259a的工作方式124.2.2 可编程并行接口接口芯片8255a的工作方式124.2.3 可编程定时器计数器8253的工作方式135、软件设计136、调试过程167、系统操作说明168、总结169、参考文献171、课程设计目的及要求 目的：掌握微机系统的开发步骤；掌握8255a、数码管的用法；掌握汇编程序的设计。因此，本次设计要求对微机原理的理论知识，8255a，8253，键盘显示区的工作方式、工作原理熟练掌握。设计要求：1.1-8号选手中

3、先按下按键者，led数码管显示其选手号码(后按下无效),且60s倒计时开始，计时结束进行声光报警提示。 2.由裁判掌握，若回答正确，该选手对应绿灯亮，否则红灯亮。 3.回答正确时，计分牌加10分，不正确减10分(满分100分)。 4.选手号码及选手分数用led数码管显示。 2、系统功能一个具有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，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将其号码显示出来，并使喇叭响一声（或者以发光二极管代替）。3、总体设计 3.1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显示器显示选手号

4、码，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号码，红灯亮，扬声器报警。3.1.1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8086系统上。3.1.2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

5、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）。3.1.3可编程定时器计数器8253控制字要求通道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4000。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

6、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。3.2硬件总体设计3.2. 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。 3.2.2内存单元编址 （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、8

7、3h（3）、可编程定时器计数器8253的端口地址为40h、41h、42h、43h 3.2.3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显示器显示的内容与选手号对应，抢答成功或违规都要显示。(1) 硬件原理框图按键设置8 2 5 5cpu8 2 5 4led显 示 模 块声光报警8259 cpu 图1(2) 原理连线图pc4pc5d7d0 8255 pb7pc0csa0a1 pc3pc0rd

8、 wr驱动器1驱动器2与非门按键1按键2按键8按键3按键7按键6按键5按键4+5vpc0pb0pb7pc1pc2pc3红灯绿灯黄灯8段led显示器+5v开始键复位键扬声器pa7pa0d7d0ir0ir4ir5d7d08259wrrdintacsa0int(20h21h)ir2ir6ir7ir3ir1int(80h83h)ioriow(40h43h)a1ad8ad15 rdwrad0ad1 inta intr8086 rd wrgate0d7d0 out0 clk1 gate1 out1 8253cs gate2a0 clk0a1 clk1 clk2+5v驱动器31mhz图233软件总体设计3.

9、3.1主程序流程图：检测复位键是否弹起关闭led显示器、指示灯将标志位清零，使if=1开入中断结束检测复位键是否按下开始设置led字形码初值、标志初值对8259a、8255、8253进行初始化设置抢答键中断向量并使if置1开放中断检测开始键是否按下 检测开始键是否弹起关闭led显示器点亮绿灯置标志位值为ffh使if=1开放中断置标志位值为ffh使if=1开放中断点亮绿灯关闭led显示器检测开始键是否弹起检测开始键是否按下 设置抢答键中断向量并使if置1开放中断对8259a、8255、8253进行初始化设置led字形码初值、标志初值开始检测复位键是否按下置标志位值为ffh使if=1开放中断点亮绿

10、灯关闭led显示器检测开始键是否弹起检测开始键是否按下 设置抢答键中断向量并使if置1开放中断对8259a、8255、8253进行初始化设置led字形码初值、标志初值开始开始设置led字形码初值、标志初值对8259a、8255、8253进行初始化设置抢答键中断向量并使if置1开放中断检测开始键是否按下 ny检测开始键是否弹起n y关闭led显示器点亮绿灯置标志位值为ffh使if=1开放中断检测复位键是否按下n yn y图3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关闭中断设置循环次数为8次将al中的值逻辑右移1位从8255的a端口获取选手按键信息，并将其值取反判断cx

11、是否为0或zf是否为1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ffh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nyyn3.3.2子程序流程图图44、硬件设计 4.1所使用芯片功能4.1.1可编程并行输入/输出接口芯片8255a 8255a具有三个独立的输入/输出端口，每个端口的并行数据宽度为8位。三个端口分别为a端口，b端口，c端口，可分别与不同的外设进行数据交换，也可联合使用，在中断方式下实现cpu

12、与外设间的数据传递。8255a提供方式0，方式1，方式2三种工作方式供选择。 1.8255a的内部结构包括以下几个部分：resetcsdb数据总线缓冲器b组控制a组控制端口c(低位)端口b端口c(高位)端口apb7pb0pc3pc0pc7pc4pa7pa0 图5rd读/写控制逻辑wra0 a1 并行输入/输出端口，它有三个输入/输出端口，每个端口8位，都可选择为输入或输出。a端口有一阁位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器；b端口有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器；c端口有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。通常a端口和b端口作为输入/输出数据端口

13、，c端口常作为控制或状态信息的端口，它可分为两个4位端口。在与外设数据传送中需要联络控制线时，c端口分别与a，b端口配合使用，此时，c端口作控制信号输出和状态信号输入。（1）a组和b组控制电路，8255a内部的三个端口可分为两组：a组由a口和c口高4位组成；b组由b口和c口低4位组成。a组和b组分别有自己的控制电路，即a组和b组控制电路。其功能：负责接受来自读写控制的逻辑的各种命令，以及来自数字总线的控制字，从而决定a组和b组的工作方式，还可根据cpu的命令对c端口的每一位实现“复位”或“置位”。（2）读/写控制逻辑，这是8255a内部完成读/写控制功能的部件。它与6条输入控制线相连，负责接收

14、cpu输入的地址信号和读/写，复位控制信号，转变成各种命令发向a组和b组控制电路。（3）数据总线缓冲器，这是一个8位双向三态缓冲器，它是8255a与cpu数据总线的接口，由读/写控制其数据传送方向及三态。8255a与cpu间的数据传送如输入/输出数据，cpu写入8255a的控制字，8255a送给cpu的状态信息，都是经过这个缓冲器传送的。2.8255a的控制字：（方式选择命令字和端口c按位置位/复位控制字）。方式选择命令字:d7d6d5d4d3d2d1d0a组方式a口1 输入0输出pc7pc41输入0输出b组方式0方式01方式1b口1输入0输出pc3pc01输入0输出1有效标志位00方式001

15、方式11方式2端口c按位置位/复位控制字特征位 不用不用不用位选择位选择位选择置位/复位 0 d6d5d4d3d2d1d00、10、10、10、1d3、d2、d1 ：000111分别对应c口17位d0：0为复位，1为置位3.8255a有三种工作方式：方式0-基本输入/输出方式。这种方式不使用中断，没有规定的联络信号，三个端口的24条引脚均可做为输入/输出线，由程序设定各端口为输入端口或输出端口，完成并行输入/输出操作。方式1-选通输入/输出方式。这种方式下，端口a或端口b仍做为数据端口，同时规定了端口c的某些位做为控制或状态信息位，数据的输入/输出操作在联络信号的应答控制下完成，因而，可使用中

16、断，也可使用查询。方式2-双向传送方式。这种方式下，外设在单一的8位数据线上，既能发送数据，也能接受数据。在相应的控制线配合下，用中断方式或程序查询方式输入/输出数据。端口a可工作于方式0，方式1和方式2，端口b可工作于方式1，端口c通常分成高4位和低4位，分别传送数据或控制，状态信息。4.1.2可编程定时器/计数器8253/82548253芯片采用24个引脚，双列直插式封装，nmos工艺，单一+5v电源。片内有3个独立的16位减法计数器，每个计数器又可分两个8位的计数器。8253有两种工作方式，即二进制或bcd方式计数；6种工作方式，既可对系统时钟脉冲计数实现定时，又可对外部事件进行计数。可

17、由软件或硬件开始计数或停止计数。d0d71.8253的内部结构包括以下几部分：计数器0#计数器1#计数器2#数据总线缓冲器读/写逻辑控制字寄存器clk0gate0weout0 rdclk1 a0gate1 a1out1 csclk2 gndgate2 vccout2 图6 8253由计数器、控制寄存器、读/写控制逻辑和数据总线缓冲器4部分和内部总线构成。 (1)数据总线缓冲器。该缓冲器为8位双向三态的缓冲器，可直接挂在数据线上，cpu通过它，一方面可以向控制寄存器写入控制字，向计数器写入计数初值；另一方面也可由cpu通过该缓冲器读出计数器的当前计数值。 (2)读/写控制逻辑。功能是接收来自cp

18、u的控制信号，完成对8253各计数器的读/写操作。 (3)控制寄存器。接收从cpu来的控制字，并由控制字的d7、d6位的编码决定控制字写入哪个计数器的控制寄存器。 (4)计数器。8253有三个计数器通道：计数器0、计数器1、计数器2。每个计数器都由16位锁存寄存器和一个16位的减1计数器组成。每个计数器有3根信号线。其中2根为输入信号：时钟信号clk和门控gate信号；1根输出信号out。2.8253的工作方式：方式0-计数结束产生中断方式。这种方式的计数过程为当写入方式0后，计数器输出out立即变为低电平，并且在计数过程中一起维持低电平。赋初值后，clk第一个下降沿到，计数值装入计数器，随后

19、每一个clk脉冲下降沿到，计数器减1.计数器减到零时，out输出变为高电平，并且一直保持到该通道重新装入计数值或重新设置工作方式为止。方式1-可重触发的单稳态触发器。这种方式的计数过程为当装入计数初值后out输出为高电平，当gate上升沿到，out输出为低电平，开始计数；计数结束时，输出变为高电平从而产生一个宽度为n个t的负脉冲。方式2-分频器。这种方式的计数过程为写入控制字后的时钟上升沿，输出端out变成高电平，写入计数初值后的第一个时钟下降沿开始减1计数。减到1时输出端out变为低电平，减到0时，输出out又变为高电平，同时从初值开始新的计数过程。方式3-方波发生器。这种方式的计数过程分两

20、种情况。第一种情况：计数初值为偶数。写入控制字后的时钟上升沿，输出端out变成高电平，写入计数初值后的第一个时钟下降沿开始减1计数。减到n/2时，输出端out为为低电平，减到0时，输出out又变为高电平，并重新从初值开始新的计数过程。第二种情况：计数初值为奇数。写入控制字后的时钟上升沿，输出端out变成高电平，写入计数初值后的第一个时钟下降沿开始减1计数。减到（n+1）/2以后，输出端out变为低电平，减到0时，输出端out又变为高电平，并重新从初值开始新的计数过程。方式4-软件触发选通。这种方式的计数过程与方式0非常相似。当方式控制字置入后，out输出高电平。置入初值后经过一个clk脉冲开始

21、减1计数，计数到达0值，out输出为低电平，持续一个clk脉冲周期后再恢复到高电平。方式5-硬件触发选通。这种方式的计数过程为输出out即为高电平，写入初值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控脉冲的上升沿触发。计数结束，输出一个持续时间为一个tclk的负脉冲，然后输出恢复为高电平，直到gate信号再次触发。4.1.3 中断优先级管理器8259a1.8259a内部结构： 内部总线数据总线缓冲器读/写逻辑级联缓冲比较器 控 制 逻 辑当前中断服务寄存器(isr)优先级分析器(pr)中断请求寄存器(irr)中断屏蔽寄存器（imr）ir0ir1.ir7csd7d0 inta0.ir7cas0cas1

22、cas2/.ir7图7.8259a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的内部主要组成部分，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：双向数据线，cpu与8259a间利用这个数据总线传送数据及命令。wr：写控制输入信号，同控制总线上的iow信号相连。rd：读控制输入信号，同控制总线上的ior信号相连。a0：地址选择信号，用来对8259a内部的两个可

23、编程寄存器进行选择。cs：片选输入信号，低电平有效。有效时刻通过数据总线设置命令并对内部寄存器进行读出。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。cas0cas2:三条信号线试8259a级联时使用的，用来构成8259a的主从式级联控制结构。sp/en:从片编程/允许缓冲器信号，双向，低电平有效。3.8259a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

24、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）。（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 0 0 0特征位1触发方式0 边沿触发1 电平触发0单片选择信号0 多片8259级联1 单片8259是不要icw40 不要(8080/8085)1 要(80x86)icw2（中断类型码控制字,d7d3设

25、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）d7d6d5d4d3d2 d1 d000000id2 id1 id0 从片int接于主片的引脚0 0 0 ir00 0 1 ir1 1 1 1 ir7icw4（方式控制字）d7 d6 d5d4d3d2d1d00 0 0嵌套方式0 全嵌套方式1特殊全嵌套方式缓冲方式0非缓冲方式1缓冲方式缓冲方式下0本片为从片1本片为主片中断结束方式0中断非自动结束1中断自动结束系统类型0 808

26、0/80851 80x865.8259a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轮转位0 非轮转1 轮转选择标志位0 l2l0无效1 l2l0有效中断结束位0 非中断结束 1 中断结束特征位00标志位000 ir0 优先级最低001 ir1 优先级最低ocw2（特殊屏蔽、查询和状态读取字）d7d6d5d4 d3d2d1d00特殊屏蔽方式允许位0 禁止特殊屏蔽方式1 允许特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式位0 非特殊屏蔽方式1 特殊屏蔽方式特

27、征位01中断查询位0非中断查询1中断查询读寄存器0 禁止读1 允许读0读irr1读isr4.2系统所选用各芯片的工作方式4.2.1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icw4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8086系统上。4.2.2 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

28、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，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）。4.2.3 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

29、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。5、软件设计datasegmenttab db06h,5bh,4fh,66h,6dh,7ch,07h,7fh,67h ;19的段码;（字形码）bz db 00hdataendsstacksegmentparastackstackdb100hdup(?)stackendscode segmentassumeds:data,cs:co

30、destart:movax,datamovds,ax;8259a初始化mov al,13h;初始化8259a的icw1out 20h,almoval,08h;送中断类型码基值,8259a的icw2out21h,almoval,0dh;一般中断结束方式,8259a的icw4out21h,al;8255a初始化mov al,98h;置8255a工作方式out 83h,alxoral,al;b口、c口初始化out 81h,alout82h,al;8253初始化mov al,37h;置8253通道0控制字out 43h,almov al,00h;置8253通道0计数初值为4000out40h,almo

31、val,40hout40h,almov al,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,almov al,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mov al,0ah;中断类型号为入口参数mov bx,seg keyint;ds：dx指向4字节地址mov ds,bxm

32、ov dx,offset keyintint 21hsti;使if置1,开放可屏蔽中断;主循环lopm:inal,82h;检测开始键testal,20h;检测c口的pc5端jz lop2;开始键未按下即pc5=0,则跳转检测;复位键lop1:inal,82h;检测开始键是否已经弹起,即pc5=0testal,20hjnz lop1;开始键没有弹起再重新检测moval,00h;关led显示器out 81h,al;送到b口moval,08h;绿灯亮out82h,al;送到c口movbz,0ffh;置标志stilop2:inal,82h;检测复位键testal,10h;检测c口的pc4端jzlopm

33、 ;复位键未按下即pc4=0,则跳转再检;测开始键lop3:inal,82h;检测复位键是否弹起,即pc4=0test al,10hjnz lop3;位键没有弹起,则重新检测moval,00h;关led显示器、指标灯out 81h,alout 82h,almovbz,00h;清标志stijmplopm;中断服务子程序codeendsendstart中断服务子程序：keyintprocfarpushax;保护现场pushbxpush dxpushdscli;并使本次中断压入堆栈中的if=0;（关中断）inal,80h;从8255的a口获取选手按键信息notal;将按键字节信息取反movcx,8;

34、计数8次lop4:shral , 1;获取选手号码loopnz lop4movax,cx;把选手号传给axmovbx,offsettab;查段码（字形码）xlat;将选手号转换成tab中对应的led;字形码out81h,altestbz,offh;判断标志位是否为ffhjzlop5moval,00h;置8253通道2计数值out42h,almoval,10hout42h,almoval,03h;黄灯亮，抢答成功out 82h,aljmpkkklop5:mov al,00h;置8253通道2计数值out42h,almov al,20hout 42h,almoval,05h;红灯亮，抢答违规out82h,alkkk:moval,20h;给8259发中断结束命令,写ocw2out20h,alpopax;恢复现场popbxpopdxpopdsiretkeyintendp6、调试过程（1）在刚开始编程时，各种功能大部分是由主程序来完成的。由于主程序过于复杂，可读性不高。使得在以后的程序的调试中遇到了很大的麻烦。后来把主程序的部分功能转化成子程序来实现，并在一些重要的地方增加了注释，使的程序的可读性大大加强。调试也变的比较简单了。到此基本解决了第一个问题。（2）在编程时，子程序的调试也是相当重要，由于子程序不可避免的使用axbxcxdx通用