倒计时数字钟

1、合肥学院计算机科学与技术系微机原理与接口技术课程设计报告20082009学年第1学期课程微机原理与接口技术课程设计名称倒计时数字钟学生姓名昌飞霞学号06学032012专 业班级 网络工程专业（06网工2）指导教师肖连军老师2009 年 2 月、题意分析及解决方案1 . 题义与需求分析用STARES598PCM板开发机设计一个接口与七段LED1示器,显示一个倒计时数 字钟，显示初值为60分00秒，每隔一秒改变一次显示值，60秒为一分钟，LED! 示器显示分、秒的动态值。根据题目要求需要考虑以下几方面问题： 初值的设置及输入问题 倒计时时需要从一个固定的值开始倒计时， 这个初值需要用输入一个输入设

2、备输入。 接口设计 当初值设置完毕，应将时间信息传送到外设中，即设计CPU1外设之间传送信息的接口。 动态值的显示从初始值开始每隔一秒就要动态的改变这个初值， 并且把这个值用显示设备显示出来。 显示设备 为了使用者能够清楚方便的使用该产品，倒计时数字钟要把每隔一秒后相应数值动态的显示出来，这样才会使得设计出来的产品有应用价值。 一秒的控制 倒计时钟需要每隔一秒改变一下显示值，所以需要一个操作来控制一秒这个固定延时。需要注意的是， 在选择芯片或选择其它元器件时， 应当考虑所选器件在设计中所起的实验效果、产品成本、产品可靠性、可行性以及使用的难易程度等等，这都是我们在设计过程中需要考虑的因素。2

3、. 解决问题的方法与思路1） 硬件部分初值的设置及输入问题倒计时钟是从初值开始一秒一秒的倒计时， 可以使用一组八位二进制逻辑开关作为输入设备。需要输入的有秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位，用K7K5来选择要输入的是哪位,000时表示设置的是秒个位，001时设置的是秒十位， 010 时设置的是分个位， 011 时设置的是分十位， 100 时设置的是时个位，101时设置的是时十位。K4K1用来表示需要设置位的具体值，00001001分别表示十进制数的09。 K8 作为主控开关，为 1 时表示需要设置初值，为 0时不需设置初值及开始倒计时。接口设计接口芯片是CPUMf外设之间的界面，一

4、方面要接收CPU进行输入/输出所发出的一系列信息， 另一方面又要与外设交换数据以及一些联络信号等。 为增加本设计的灵活性，在接口的选择上要求是可编程的输入 / 输出接口，而可编程的输入/输出接口又分为可编程并行接口（ 8255A）和可编程串行接口（ 8251A）。8255A 芯片是一种可编程通用并行接口芯片，它有24 条可编程的 I/O 引脚，采用 40 脚双列直插式封装，单一+5V 电源，全部输入/ 输出均与TTL 电平兼容。在8255A中有A、R C三个并行输入/输出端口，其功能全部由程序设定，每个端口都有自己的特点。 A 口、 B 口通常作为独立的 I/O 端口使用， C 口也可以作为一

5、般的 I/O 端口使用，但当 A 口、 B 口作为应答式的 I/O 端口使用时， C 口分 别以来为 A 口、 B 口提供应答控制信号。8251A 芯片是一种可编程通用串行接口芯片，是通用的同步异步接收 / 发送器， 它的作用是把计算机的并行数据转换成串行数据发送出去， 把接收到的外部串行数据转换成并行数据送入计算机内部，它可以通过编程选用同步 / 异步通信方式， 它具有独立的发送器和接收器， 能够以单工、 半双工或全双工方式进行通 信，并提供相应的控制信号。如果采用 8251A 作为计时时钟的输入/ 输出接口，那么就需要把计算机的并行数据转换成串行数据发送出去， 把接收到的外部串行数据转换成

6、并行数据送入计算机内部，这个过程是需要时间的，所以从时间效率方面来说并没有8255A芯片合适；另外，可编程并行接口（8255A）的是数据传输速度快，虽然使用的通信线多， 但是传输距离并不算远， 所以在解决接口问题时， 采用可编程并行接 口（8255A）是比较合适的。采用8255A作为计时时钟的输入/输出接口，那么8255A的三个端口设置如 下：PA口工作与方式0,作为输出口，其PA0PA3别与外设的位选码相连，用 以确定显示的是秒还是分的值； PB 口工作与方式0，作为输出口，其PB0PB7分别与外设相连，作为段选线；PC口用来为PAD、PB口提供应答控制信号。 显示设备倒计时钟的显示问题可以

7、通过LED 数码管来解决， LED 是发光二级管（ Light-EmittingDiode ）的简称，它是将七个发光管进行组合，排列成数字图形 8，再根据需要控制七个管的亮与灭，即可显示出定义数字在本设计中采用7段数字发光二级管，做为终端显示，因为它的成本低，可靠性高，从显示的效果上来说也可以满足显示计时时钟的需要。2） 软件部分（汇编语言编写程序）动态值控制问题该部分可通过软件编程来实现。首先将秒个位减一判断结果是否小于0，如果小于 0 则置秒个位为 9， 否则直接显示。 再将秒十位减一判断结果是否小于0，如果小于 0 则置秒十位为5，否则直接显示。同理再判断分个位、分十位、时个位、时十位直

8、到减为 00： 00： 00。一秒的控制可以通过做N 次空操作来实现。 可以先将循环部分每句程序的时钟周期从参考资料中查到再相加，算出该部分运行的时间T。最后用1S除以T就得到了 Nlo二、硬件设计1.选择芯片8255A1) 8255A在本设计中的作用PAD、PB口作为作为输出口，PA口的低4位与LED显示器的位选信号 LED 到LED相连作为位选码的输出口，高 4位禁止。PB 口与LED0LED3勺段选信号 相连作为段选码的输出口。 PC口与逻辑开关相连把读入的二进制数送 8086CPU PA PB PC三口均工作在方式0状态。 PCPC与逻辑开关K iK8相连。当控 制程序运行到读开关变量

9、时，逻辑开关状态经PC口送8086CPUPAA PA与LED LED相连当控制呈现运行至显示 16进制数时送出位选码选中相应位，对应的七 段LED显示器显示16进制数的字型，PB0PB3t LED的段选信号相连，对显示位 进行控制。在使用8255A前首先要对它进行初始化设置，设置它的方式选择控 制字。2) 8255A的功能分析图2-1 8255A的内部框图8255A是可编程并行接口，内部有 3个相互独立的8位数据端口，即A 口、 B口和C口。三个端口都可以作为输入端口或输出端口。A口有三种工作方式： 即方式0、方式1和方式2,而B口只能工作在方式0或方式1下， 而C口通常 作为联络信号使用。8

10、255A的工作只有当片选C缴时才能进行。而控制逻辑端 口实现对其他端口的控制。8255有三种工作方式。方式0:基本输入输出，端口与外设之间无联络信号， 只能使用无条件传送方式输入输出数据；方式1:是选通输入输出方式，PC 口用作联络信号；方式2:双向数据传送方式，仅 A 口有此功能。本设计用到工作方式0o表2-1 8255A的操作功能CSRDWR A1 A0操作数据传送 方式0 010 0读A口A 口数据一数据总线0 010 1读B口B 口数据一数据总线0 011 0读C口C口数据一数据总线0 100 0写A口数据总线数据一 A 口0 100 1写B口数据总线数据一 B 口0 101 0写C口

11、数据总线数据一 c n0 101 1写控制口数据总线数据一控制口3） 8255A的技术参数与外设相连的PA7PA0 A口数据信号线。PB7PB0 B口数据信号线。PC7PC0 C口数据信号线。与CPU目连的RESET复位信号。当此信号来时，所有寄存器都被清除。同时三个数据端 口被自动置为输入端口。D7D0它们是8255A勺数据线和系统总线相连。CS：片选信号。在系统中，一般根据全部接口芯片来分配，若低位地址（比 如AS A4、A3）组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，8255A被选中。只有当其有效时，读信号写才对 8255At行读写。RD读信号。当此信号有效时，CPUff从825

12、5A中读取数据。WR写信号。当此信号有效时，CPUff向8255A中写入数据。A1、A0:端口选才?信号。8255秋部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端 口。规定：A1、A0为00时，选中A® 口；A1、A0为01时，选中 端口；A1、A0为10时，选中C® 口；A1、A0为11时，选中控制口。参数说明：输入最低电压：min = -0.5V , ma行0.8 V输入最高电压：2.0 V输出最低电压：0.45 V输出最高电压：2.4 V8255A的方式控制字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0100010011：工作方式A 口方式0输出B口方式0输出C口高4位输

13、入 C 口低4位%入图2-2 8255A的方式控制字表方式0的工作特点：这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中 的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。通道的功能为：两个8位通道：通道所口 B。两个四位通道：通道C高4位和低 四位，任何一个通道可以作输入/输出，输入是不锁存的，输出是锁存的，在方 式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00XXX写入位编码写入内容写入位编码 0 写入0D0-D7000-1111写入 1图2-3 8255A的置位/控制字表8255主要用作数据的输入输出端口，电源为5V,输入最低电压：-0.5V0.8

14、V , 输入最高电压：2.0 V ,输出最低电压：0.45 V ,输出最高电压：2.4 V。8255 的达林顿驱动电流最大4.0mA表2 2 8255A 技术参数8255A技术参数测试条件规范值单位大小输入低电平电压VIL0 . 8-0.5V输入局电平电压VIHVcc2 . 0V输出低电平电压V OL （数据端口）I ol= 2 . 5MA0.45V输出低电平电压V OL （外围端口）I ol= 1 . 7MA0.45V输出局电平电压V OH （数据端口）I or= 4 0 0 M A2 . 4V输出局电平电压V OH （外围端口）I oh=- 2 0 0 MA2 . 4V达林顿驱动电流IOA

15、R一 4.0 1.0mA电源电流I CC1 2 0mA输入负载电流 I ILIin=0V CCi/o ;mA输出浮动电流I OFV or= 0 . 4 5 Vc cI/OmA2.选择芯片LED1) LED在本设计中的作用LED为发光二极管(Light-Emitting Diode ),在本设计中采用7段数字发 光二级管，做为终端显示，主要是作为动态显示计时的秒个位、 秒十位、分个位、 分十位、时个位、时十位的值。2) LED的功能分析LED发光二级管，采用神化钱、钱铝神、和磷化钱等材料制成，其内部结构 为一个PN结，具有单向导电性。当在发光二极管 PN结上加正向电压时，PN结 势垒降低，载流子

16、的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。将七个发光管进行组合，排列成数字图形8,再根据需要控制七个管的亮与灭，即可显示出定义数字。有段选码和位选码确定数 字18的输出并在延时程序中保持复位。它是一种当外加电压超过额定电压时发 生击穿，并因此而产生可见光的器件。这种数码管是有7段或8段笔画显示器组 成一个字符而形成的。f e qc b a图2-4LED数码管内部结构表2-3 LED显示管段选码编码表dpgfedcba显示数码二进制编码0011111103FH00000011106H01

17、01101125BH0100111134FH01100110466H0110110156DH0111110167DH00000111707H0111111187FH0110111196FH静态：数码管显示过程持续得到信号，与数码管接口的I/O 口线为专用特点是无闪烁，元器件多，占I/O线多，无须才3描，节省CPU时间，编程简单。（2）动态：数码管显示过程轮流得到信号， 与各数码管接口的I/O 口线为共用。特点是有 闪烁，元器件少，占I/O线少，必须扫描，花费 CPU时间，编程复杂 （有多个LED时尤为 突出）。3) LED的技术参数消耗功率 PM = 150mW最大工作电流IFM = 100m

18、A正常工作电流IF = 40mA正向压降 VF < 1.8V燃亮电压为5V共阴极 LED 的 PM = 300mW,IFM=200 mA,IF = 60mA,VF < 1.8V,VR>5V,发红 光。发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、 变色发光驱动电路。表2-4LED技术参数PCWIFVrIrIfAP对应型 号散射颜 色BT235-270255>1.5<2.5200SEL-10红色BT1441529100405>0.5<2.5565绿色BT341529100405>

19、0.5<2.5585蓝色3.选择芯片逻辑开关1）逻辑开关在本设计中的作用4位开关作为倒计时的初始值的设定，3位开关作为位选，1位作为主控开关 开关K4K位设置输入的时间数字（09） ,K7K5用来控制对时分秒位数的修改, k8控制程序的运行与否，仅当K8为1时即程序停止运行时才可以修改时间。表2-5开关设置的位K5K6K7对应的操作000修改秒的个位001修改秒的十位010修改分的个位011修改分的十位100修改时的个位101修改时的十位表2-6开关编码表K4K3K2K1数字000000001100102001130100401015011060111710008100192）逻辑开关的

20、功能分析逻辑电平开关可以进行简单的高电平和低电平信号的输入。 在8255A可编程 并行口的实验中，它作为一种简单的输入设备，当开关拨上时为1,拨下时为0。 3）逻辑开关的技术参数当K接VCC=+5V寸为1,接地时输出为004、硬件总逻辑图及其说明D0D1D2D3D4D5D6D7A1A2CSRDWRJD0pa3D1PA3D2PA2D2paiD3PA0D4PA0D5D6PB7D7PB6PB5A0PB4A1PB38255 PB2PB1PB0CSPC7CSPC6一PC5RDPC4PC3WRPC2PC1RESETPC0J，£3aa1rRESET8086a LED3 LED2 LED1 LED0

21、D-DDD图2-5硬件总逻辑图PC机的AD0AD1能数据总线与8255A的D0D7f目连，地址线 A1、A0与8255 的AR A1相连，即偶地址有效。控制总线 RD WR RESETSJ与8255相应的控 制信号线连接。片选信号 CS0与8255的CS信号连接，则8255的端口地址为 04A004A6 8255的PA 口用于存放位选码，使用的是高四位，分别连接到四个 七段LED显示器上。使用的是共阴极接；PB口用于存放段选码，八位全部连接 到八个二极管上；PC 口用作信号输入。三、控制程序设计1 .控制程序设计思路说明本课程设计用到了 6片LED显示器，分别显示倒计时时钟的秒个位、秒十位、

22、分个位、分十位、时个位、时十位。为节省硬件，所以采用动态扫描显示方式， 每次只使一位LED显示器公共端的电平有效，因而每次只有一位LEDS示器发光。 但由于人眼的视觉暂留的效应，只要间隔的时间足够短，则依次从右向左显示时 就感觉是6位LED是同时点亮一样。用8255的PA口接LED显示器的公共端作位选择，用PB口接LED的各片的发光二极管作段选择的控制， 用PC口接二进制开蛆.LED关作初始值的控制输入。同时要解决每隔一秒变化一次显示的问题， 所以个时间控制定时。在本程序中用了一个延时子程序来完成这个功能的。在 显示器上显示的数字是从09共十个字符，将其相应的转换代码存入一个缓冲区 中，用查表

23、转换的方式来控制编程调用。2 .控制程序流程图图3-1程序流程图图3-2显小子程序流程图3 .控制程序.MODEL TINYPCIBAR3EQUICH;8 位 I/O 空间基地址（它就是实验仪的基地址，也 为 DMA & 32 BIT RAM板卡上的 8237 提供基地址）Vendor_ID EQU 10EBH ;厂商 ID号Device_ID EQU8376;设备 ID 号.STACK 100.DATAIO_Bit8_BaseAddress DW ?msg0 DB'BIOS不支持访问PCI $'msgl DB '找不至U Star PCI9052 板卡$

24、9;msg2 DB '读8位I/O空间 基地址时出错$'COM_ADD DW 00F3H ; 控制口偏移量PA_ADD DW 00F0H ;PA 口偏移 县 里PB_ADD DW 00F1H ;PB 口偏移 县 里PC_ADD DW 00F2H ;PC 口偏移 旦 里len db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h, 7fh,6fh ; 段码表time db 00h,00h,00h,00h,04h,02h len0 db00h,10h,20h,30h,40h,50h;00 :秒个 位，10:秒十位，20:分个位，30: 分十位， len1 db 09h

25、,05h,09h,05h,09h,09h.CODESTART: MOVX,DATAMODS,AXNOPCALL InitPCICALL ModifyAddress ; 根据 PCI提供的基地址，将偏移地址转化为 实地址 .* ;*MOVal,89h;10001001b初始化工作方式控制字MOV dx,COM_ADD ; 工作方式寄存器端口地址OUT dx,al loop3: MOV dx,PC_ADD 端口地址IN al,dx ; 入八位开关量AND al,80h ; 断最高位K8是否为1CMP al,80h 时设置数据缓冲区初值JE setlenCALL display1 ;调用显示子程序,

26、显示一秒CALL alter ;调用数据缓冲区修改子程序JMP loop3 setlen: MOV bx,offset time ; 数据缓冲区送BXMOV dx,PC_ADD ;PC 端 口地址IN al,dx ;读八位开关量MOVah,al ;AH=AL保存数据下面的操作会改变al的值AND ax,0f70h ;选取567进行输入选择判断，并保留 ah中的低四位MOV si,offset len0;ah=要设置的具体的值，al=对哪 位进行设置loop0: MOV cl,byte ptr siCMP al,clJNE loop00;不是要修改的位;PC 口读判为1MOV byte ptr

27、bx,ah ; 读入的开关量低四位存入缓冲CALL displayl;OUT dx,al;送调用显示子程序段选码JMP loop3MOV al,ah;位loop00: INC si咛t# 指问卜一个需要修改的位选码ALMOV dx,PA_ADD;PAINC bx;指针指问卜一个需要修改的数值JMP loopO口地址OUT dx,alCALL delay;.* ;调用延时子程序*MOV al,0ffh;禁止显示display1 PROC;显示子程序OUT dx,alADD si,1;PUSH si;保护SIROL ah,1;选中前一位进行操作PUSH dx; 保护DXLOOP loop2DEC

28、di;PUSH cx; 保护 CX控制显示一秒PUSH bx; 保护 BXJNE loop1;总共循环PUSH ax; 保护 AX50h次每次是一个delay时间PUSH di; 保护DIPOP diPOP axMOV di,50h;控制1s的计时POP bxPOP cxloop1: MOV si,offset time ;数据缓冲区首地址送SIMOV cx,6POP dxPOP siRETMOV ah,0feh;设置位选选中秒的个位display1 ENDP.* ;loop2: MOWl,byteptr si;位移量*MOV bx,offset len ;查表转换alter PROC;数据缓

29、冲区子程序XLAT;查数据段表，al+bx->alPUSH siPUSH axMOV dx,PB_ADD ;PB 口地址PUSH bxPUSH dxMOV si,offset time ;数据缓冲区首值送BXMOV bx,offset lenl ;将每位要借位后下一次的初值读入bxloop7:MOV ax,si;缓冲区中的秒值取入axMOV dx,bxSUB al,1CMP al,-1JG loop6MOV al,dlSUB ah,1CMP ah,-1JG loop6MOV ah,dhMOV si,axINC siINC siINC bxINC bxJMP loop7loop6:MOV

30、si,ax;修改后的值再保存回缓冲区POP dxPOP bxPOP axPOP siRETalter ENDP.* ;*delay PROC; 延时子程序PUSH cxMOV cx,0ffffhLOOP loop5POP cx RET delay ENDP .* ;*InitPCI PROC NEAR MOAH,00HMOAL,03H INT 10H;清屏MOAH,0B1H MOAL,01H INT 1AH CMPAH,0 JZ InitPCI2 LEADX,msg0InitPCI1:MOVAH,09HINT 21H JMPExitInitPCI2:MOVAH,0B1HMOAL,02H MOV

31、CX,Device_ID MOV)X,Vendor_ID MOSI,0 INT 1AHJNCInitPCI3;是否存在Star PCI9052 板卡LEADX,msg1 JMPInitPCI1 InitPCI3:MOVDI,PCIBAR3MOAH,0B1H MOAL,09H INT 1AH;读取该卡PCI9052基地址JNCInitPCI4loop5:LEADX,msg2JMPInitPCIIInitPCI4: ANDCX,0FFFCHMOVO_Bit8_BaseAddress,CXRETADDPA_ADD,CX ADDPB_ADD,CX ADDPC_ADD,CX RETInitPCIENDP

32、ModifyAddress ENDPExit:ModifyAddress PROC NEARADDCOM_ADD,CXMOVAH,4CHINT 21HENDSTART四、上机调试过程1 .硬件调试硬件调试时，要检查实验箱的连线是否正确，这是最基本的，否则，后面的 一切努力都是白费。同时也要认真仔细，不要把排线的高低位接反了 （高位对高 位，低位对低位）。还有要注意的就是在调试过程中不要带电插拔，这样很容易 损坏实验设备。只要连线正确，硬件调试基本没有什么问题。2 .软件调试 由于此次实验的设备原因，在正式编程之前要加入一段设备的初始化程序， 检查设备，读取设备的一些信息，然后是自己设计代码完成

33、实验要求，在后来添加的新的任务中要求初始值可以通过逻辑开关随意设置，这就要对C口的PC0PC而外编写一段程序进行相应的判断和控制。这些都不是很困难，关 键是编写的程序既要完成些功能又要简短才行。 若程序太长，虽然可以编译并且 链接成功，但显得很烦琐，看起来也很费力。所以，修改的程序时尽量使用循环 控制语句来完成的。因为有太多的判断，再根据判断转去执行不同的操作， 这就需要使用标号，但 同样的标号如果使用太多就又会给程序产生逻辑上的混乱，所以我使用查表法将 要判断的值存入缓冲区中，要判断时就于与缓冲区中的值比较，这样就使得程序 简单明了。有语法错误修改起来就比较容易了。3 .联机调试硬件和软件调

34、试成功之后，就是联机调试了。联机调试就相当于是程序完善 性的调试。在调试过程中，程序所有的功能都可以实现，但在动态显示倒计时间 时不稳定，LED闪烁得很厉害，这是因为刷新的频率太慢的原因，只要将控制刷 新频率的次数改大一点就可以了。4 .调试结果及问题的提出所有调试结束以后，在上位机中编译链接完毕，可以在提示框中看到程序下 传成功。然后通过逻辑开关预设一个初值，将逻辑开关的 K8拨到0,则倒计时 显示开始。通过四位数码显示管可以观察到时间动态显示。 但是由于开始设计程 序时考虑不周，存在在设置初值时不能提示出错问题，即可以设置如时间25:68: 84。五、设计总结及问题讨论1 .总结首先预设初

35、值，K8为主控开关，为1时则开始时间初始值的设置。K7、K& K5为时间的位选控制，000代表秒的个位，001代表秒的十位，010代表分的个 位，011代表分的十位，100代表时的个位，101代表时的十位。K1、K2、K& K4为每一位值的设置，代表着 8421码值。例如，当要求时间从 08时12分34 秒开始倒计时时，则秒的个位应设置为：00100001、秒的十位应设置为:11000011、 分的个位应设置为：01000101、分的十位应设置位：10000111,时的个位应设置 为：01001001、时的十位应设置位：1000101%至此，时间的初始值就保存到 time缓冲区

36、中了。接着，将主控开关 K8置为0运行，则通过四位数码显示管可 以观察到时间从08时12分34秒开始倒计时显示，直到最后显示为 00时00分 00秒。2 .问题讨论由于考虑不周，刚开始没有想到输入错误值的情况，而选用了8255。但是8279不仅具有按键处理功能，还有自动显示功能。如果用 8279时，程序开始就 判断是否有按键，当按键按下，8279状态字低三位为此时按键按下次数，由此 判断是否从8279数据端口读入数据，当有按键按下时，从8279读数据到内存中， 同时COUN变量加一，当COUNT加到7时，停止检查是否有按键按下。数据存 入内存的六个字节单元中，每个单元对应一个数据，首先判断输入的时分秒是否 在合理的范围内，如果不在，显示出错信息，并跳回到程序初始化部分，等待重 新输入。如果输入正确，则开始倒计时，3 .体会与建议为期两周的课程设计在紧张与忙碌中拉下了帷幕。我在这当中感受了 许多，至今任然记忆犹新。那些天我们不断的商讨着每一个环节；