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 H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4323键盘、扬声器及显示功能的泄义4(1) 硬件原理框图4(2) 原理连线图43. 3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

2、8255A84. 1. 2可编程上时器/il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可编程左时器/讣数器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，本次设讣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

3、要求：1. 1-8号选手中先按下按键者,LED数码管显示其选手号码（后按下无效），且60S倒计时开 始，计时结朿进行声光报警提示。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, 当某个逻借开关闭合时，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将英号码显示出来，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

4、成功，LED显示器显 示选手号码，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O8H. 09H、OFH方式控制字：优先级设宜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朿方式,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（PA7PAO依次对应按键1-8）

5、： 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、c、d、c、b、a七段数码管管脚）；C 口也必须工作在方式0,髙4位 做输入端口（本次设讣中只用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PCI、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

6、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。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、 可编程泄时器/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）、

7、可编程并行接口接口芯片8255A的端口地址为80H、81H、82H、83H（3）、可编程泄时器/计数器8253的端口地址为40H、41H、42H、43H3.2.3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）硬件原理框图图1(2)原理连线图开始j +5V11址位键rrAD8-ADI5RDWRADOADI!NT,INTR8086(

8、80H-83H)1ORIOWI40H-43Al(2OH-21H)4 50<d$dD7-D08255PB7.PCOCSAOAl PC3-PORD WRR0 *RGATEO D7DO OUTO CLKI GATEI OUTi 8253CSGATE2AOCLKOA1CLKICLK2D7D08259WRRDINTACSAOINTddbbddbd与非门rlxl> INT4 1KU4 1R1IR2扬声器1R7R4R5R6R7I n图23. 3软件总体设计3. 3.1主程序流程图: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8255A8255A具有三个独立的输入/输

9、岀端口，每个端口的并行数据宽度为8位。三个端口分 別为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：并行输入/输岀端口，它有三个输入/输岀端口，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位数拯输出锁存/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/输岀数拯端口，C端口常作为控制

10、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端口作控制信号输岀和状态信号输入。STDB图5（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 口髙4 位组成；B组由B 口和C 口低4位组成。A组和B组分別有自己的控制电路，即A组和B组 控制电路。瓦功能：负责接受来自读写控制的逻借的各种命令，以及来自数字总线的控制字, 从而决左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“萱 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

11、线 相连，负责接收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/写控制其数拯传送方向及三态。8255A与CPU间的数拯传送如输入/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：D7D6D5D1D3D2D1D0A组方式A 口1-输入0输出PC7-PC41 一输入0-输出B组方式0-方式01方式1B 1 11 一输入 0输

12、出PC3PCO1-输入0输出1有效标志位00方式001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0D6D5D4D3D2D1D0Ox 1Ox 10. 10. 1D3、D2、D1 : 000-111 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，由程序设左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/输岀方式。这种方式下，端口 A或端口 B仍做为数据端口，同时规 N了端口 C的

13、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，可使用中断，也可使用査询。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，既能发送数拯，也 能接受数据。在相应的控制线配合下，用中断方式或程序査询方式输入/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+5Y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° 82

14、53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讣数实现左时，又可对外部事件 进行计数。可由软件或硬件开始计数或停止计数。1. 8253的内部结构包括以下几部分：D0-D7RDA0AlCS图68253由讣数器、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，一方而可以向控制寄存器写入控制字，向计数器写入计数初值；另一方而也可由 CPU通过该缓冲器读出计数器的当前计数值。读/写控制逻辑。功能是接收来自CPU的控制信号，完成对8253各计数器的读/写操 作。(

15、3) 控制寄存器。接收从CPU来的控制字，并由控制字的D7、D6位的编码决宦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-计数结朿产生中断方式。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，汁数值装入计数器，随后每一个CLK脉冲下降沿到，计数器减1.计数器

16、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讣数值或重新设置工作方式为止。方式1-一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 出为髙电平，当GATE上升沿到，OUT输岀为低电平，开始汁数：计数结朿时，输出变为髙 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，输岀端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又变为髙电平，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种情况。第一种情况：计数初值为偶

17、 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，输岀端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，输岀端OUT变成髙电平，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，输岀端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4-一软件触发选通。这种方式的计数过程与方式0非常相似。当方式控制字宜入 后，OUT输出高电平。置入初值后经过一个CLK脉冲开始减1计数，计数

18、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。这种方式的汁数过程为输岀OUT即为高电平，写入初值后， 计数器并不立即开始汁数，而是由门控脉冲的上升沿触发。计数结朿，输岀一个持续时间为 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：8259A采用NMOS I艺制成，有28根引脚，所有输入、输岀端与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

19、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。INTAINT图7.IRo IRiir72. 8259A主要的外部引脚：D0D7：双向数拯线，CPU与8259A间利用这个数据总线传送数据及命令。柿：写控制输入信号，同控制总线上的如信号相连。TO：读控制输入信号，同控制总线上的饰信号相连。A0：地址选择信号，用来对8259A内部的两个可编程寄存器进行选择。rs：片选输入信号，低电平有效。有效时刻通过数据总线设巻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

20、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，髙电平或上升沿有效。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（固左优先级方式）、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）、中断结朿方式：中断自动结朿方式、中断非自动结朿方式（包括一般中断结束方 式、特殊中断结束方式）。（4）

21、、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 D5D4D3D2D1D00 0 0特征位1触发方式0边沿級发1电平級发0取片选择信号0多片8259级联1单片8259是不要ICW40不翌(8080/8085)1要(80X86)ICW2 （中断类型码控制字D7D3设迓中断类型码）D7D6D5D4D3D2D1D0XXXXX000ICW3 （主片，级联时才用设幫.各位为1则表示接有从片）D7D6D5D4D3D2D1DOIR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IROICW3 （从片级

22、联时才用设辻）D7D6D5D4D3D2DID000000ID2ID1 ID0 从片INT接于主片的引脚000IR0001IR1 111IR7ICW4 （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木片为从片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 8080/8085180X865. 8259A操作命令字格式OCW0 （中断屏蔽字各位为1则被屏蔽）D7D6D5D4D3D2D1DOIR7IR6IR5IR4IR3IR2IRIIR0OCW1 （轮转优先级和中断结束字）D7D6D5D4 D3

23、D2 D1DO轮转位中断结束位特征标志位0L2-L0兀效0 非轮转0非中断结束位000 IR0优先级最低1 轮转1效1中断结束00001 IR1优先级最低OCW2 （特殊屏蔽、査询和状态读取字）D7D6D5D4 D3D2D1D0特殊屛蔽方式允许位特殊屏蔽方式位中断查询位读寄存器特征位0 读 IRR0 0禁止特殊屛蔽方式0非特殊屏蔽方式A10非中断査询0禁止读.,1允许特殊屏蔽方式1特殊屏蔽方式UI1中断査询1允许读4. 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

24、：设置IR0IR7的中断类型码依次为08H、09H、OFH（3）、方式控制ICW4：优先级设程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，中断结朿方式采用中断非自动结朿方式,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选手按键（PA7PA0依次对应按键 1-8）：（2）、B 口工作在方式0,做为输岀端口，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、c、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(

25、本次设计中只用PC4、PC5, 分別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PCI、PC2、 PC3分别用于连接黄、纟匸、绿三个发光二极管，PCO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) 、通逍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

26、生器, 计数格式为BCD码，计数初值为0。5、软件设计DATASEGMENTTABDB06H.5BH.4FH.66H.6DHJCH,07H,7FH.67H；19 的段码；(字形码)BZDBOOHDATAENDSSTACKSEGMENTPARA STACK 'STACK'DB100H DUP(?)STACKENDSCODESEGMENTASSUMEDS:DATA.CS:CODESTART:MOV AX.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.A

27、LMOVAL.0DH；一般中断结束方式,8259A的ICW4OUT 21H.AL；8255A初始化MOVAU98H8255A工作方式OUT83H.ALXORAL.AL:B 口、C 口初始化OUT81H.ALOUT82H.AL；8253初始化MOVAL.37H;置8253通道0控制字OUT43HALMOVAL.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82

28、53通道2控制字OUT43HALMOVAL.00H;置8253通道2控制字OUT42H.ALMOVAL.00H;置8253通適2计数初值为0OUT 42H.AL MOV AL,OOHOUT 42H.AL；中断设置MOVAH.25H；设置抢答按键中断向量MOVAL.OAH;中断类型号为入口参数MOVMOVBX.SEG KEYINTDS.BX:DS： DX指向4字节地址MOVINTSTI;主循环DX.OFFSET KEYINT21H；使IF置1,开放可屏蔽中断LOPM:INAU82H；检测开始键TESTAL.20H；检测C 口的PC5端JZLOP2；开始键未按下即PC5=0,则跳转检测；复位键LO

29、P1:TESTINAL.20HAU82H；检测开始键是否已经弹起，即PC5=0JNZLOP1；开始键没有弹起再重新检测MOVAL.00H;关LED显示器OUT81H.AL；送到B 口MOVAL.08H；绿灯亮OUT82H.AL；送到C 口MOVSTIBZ.OFFH；置标志LOP2:INAL.82H；检测复位键TESTAL J OH；检测C 口的PC4端JZLOPM；复位键未按下即PC4=0,则跳转再检；测开始键LOP3:INAU82H；检测复位键是否弹起，即PC4=0TESTAL J OHJNZLOP3;位键没有弹起，则重新检测MOVAL.00H;关LED显示器、指标灯OUT81H,ALOUT

30、82H.ALMOVB 乙 OOH；淸标志STIJMPLOPM；中断服务子程序CODE ENDSEND START中断服务子程序:KEYINTPROCFARPUSHAX;保护现场PUSHBXPUSHDXPUSHDSCLI；并使本次中断压入堆栈中的IF=O；（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;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OUT81 HALTESTBZ.O

31、FFH；判断标志位是否为FFHJZLOP5MOVAL.00H;置8253通道2计数值OUT42H.ALMOVAL J OHOUT42H.ALMOVAL.03H；黄灯亮，抢答成功OUT82H.ALJMPKKKLOP5:MOVAUOOH;置8253通道2计数值OUT42H、ALMOVAL.20HOUT42H、ALMOVAL.05HOUT82H,ALKKK:MOVOUT20H,ALPOPAXPOPBXPOPDXPOPDSIRETKEYINTENDP;红灯亮，抢答违规AL,20H;给8259发中断结朿命令，写OCW2；恢复现场6、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通用寄存器一个或几个。使得原主程序中的通用寄存器的内容很容易被覆盖,对子程序中所有的通用寄存器出入栈即可以避免上诉的问题，不用考虑使用的是哪几个 寄存器，使用起来又比较简单方便。所以至此这个问题也已基本解决。（3）调试是一个复杂烦琐而漫长的过程。在调