有简易计算器到复杂计算器的设计

1、微机原理实验报告1.设计任务：根据微机原理课程所学相关知识及实验教程相关内容，在基于proteus平台，使用汇编语言，以8086为核心的情况下，配合可编程并行接口器件8255A，LED数码管等器件实现可进行简单四位数加减乘除法及清零、乘方、对数、二进制转换等扩展功能的十进制计算器。2.需求分析：操控核心为微处理器8086芯片，可编程并行接口芯片8255A对输入扫描的矩阵按键，显示模块LED数码管，其他辅助器件如74LS138译码器、74LS373等。3.总体方案（选择与论证）流程：第一步，确定键盘是否有输入（使用程序不断进行扫描）。第二步，如果有输入就调用子程序进行判断，是数值则进行存储并同时

2、进行显示，是运算符号等就调用相应的子程序进行操作。第三步，继续扫描键盘是否有输入，从而实现4位十进制数以内的加减乘除法或者扩展功能运算。第四步，运算完成后将运算的结果储存并显示到LED显示器上。4.硬件设计实验中根据需求需以下器件：微处理器8086芯片当引脚接高电平时，CPU工作于最小模式。此时，引脚信号2431的含义及其功能如下： （1）IO/M/（memory I/O select）：存储器、I/O端口选择控制信号。 信号指明当前CPU是选择访问存储器还是访问I/O端口。为高电平时访问存储器，表示当前要进行CPU与存储器之间的数据传送。为低电平时，访问I/O端口，表示当前要进行CPU与I/

3、O端口之间的数据传送。 （2）WR/（write）：写信号，输出，低电平有效。 信号有效时，表明CPU正在执行写总线周期，同时由信号决定是对存储器还是对I/O端口执行写操作。（3）INTA/（interrupt acknowledge）：可屏蔽中断响应信号，输出，低电平有效。 CPU通过信号对外设提出的可屏蔽中断请求做出响应。为低电平时，表示CPU已经响应外设的中断请求，即将执行中断服务程序。 （4）ALE（address lock enable）：地址锁存允许信号，输出，高电平有效。 CPU利用ALE信号可以把AD15 AD0地址/数据、A19/S6A16/S3地址/状态线上的地址信息锁存在

4、地址锁存器中。 （5）DT/（data transmit or receive）：数据发送/接收信号，输出，三态。 DT/信号用来控制数据传送的方向。DT/为高电平时，CPU发送数据到存储器或I/O端口；DT/为低电平时，CPU接收来自存储器或I/O端口的数据。 （6）DEN/（data enable）：数据允许控制信号，输出，三态，低电平有效。信号用作总线收发器的选通控制信号。当为低电平时，表明CPU进行数据的读/写操作。 （7）HOLD（bus hold request）：总线保持请求信号，输入，高电平有效。在DMA数据传送方式中，由总线控制器8237A发出一个高电平有效的总线请求信号，通

5、过HOLD引脚输入到CPU，请求CPU让出总线控制权。 （8）HLDA（hold acknowledge）：总线保持响应信号，输出，高电平有效。HLDA是与HOLD配合使用的联络信号。在HLDA有效期间，HLDA引脚输出一个高电平有效的响应信号，同时总线将处于浮空状态，CPU让出对总线的控制权，将其交付给申请使用总线的8237A控制器使用，总线使用完后，会使HOLD信号变为低电平，CPU又重新获得对总线的控制权。 可编程并行接口芯片8255A微机系统的信息交换有两种方式：并行通信接口方式和串行通信接口方式。接口电路在CPU和I/O设备之间起着信号的变换和传输的作用。8255A可为86系列CPU

6、与外部设备之间提供并行输入/输出的通道。由于它是可编程的，可以通过软件来设置芯片的工作方式，因此，用8255A连接外部设备时，通常不用再附加外部电路，使用教方便。并行接口是在多根数据线上，以数据字节/字与I/O设备交换信息。在输入过程中，输入设备把数据送给接口，并且使状态线“输入准备好”有效。接口把数据存放在“输入缓冲寄存器”中，同时使“输入回答”线有效，作为对外设的响应。外设在收到这个回答信号后，就撤消数据和“输入准备好”信号。数据到达接口中后，接口会在“状态寄存器”中设置输入准备好标志，或者向CPU发一个中断请求。CPU可用查询方式或中断方式从接口中读取数据。接口中的数据被读取后，接口会自

7、动清除状态寄存器中的标志，且撤消对CPU的中断请求。在输出过程中，每当输出寄存器可以接收数据，接口就会将状态寄存器中“输出准备好”状态置1或向CPU发一个中断请求，CPU可用查询或中断方式向接口输出数据。当CPU输出的数据到达接口后，接口会清除“输出准备好”状态，把数据送往外设，并向外设发一个“数据输出准备好”信号。外设受到驱动后，便接收数据，并向接口电路发一个“输出回答”信号，接口收到该回答信号后，又将状态寄存器中“输出准备好”置位，以便CPU输出下一个数据。定义工作方式控制字：LED数码管LED为发光二极管构成的显示器件，亦称数码管。由7个字符段和一个小数点段组成，每段对应一个发光二极管，

8、当发光二极管点亮时，相应的字符段点亮。LED有共阴极和共阳极两种供应状态。共阴极显示时，将LED显示的COM接地，将八个字符段端a、b、c、d、e、f、g、dp依次与一个8位I/O口的最低到最高位连接，当I/O给LED的哪个字符段送入一个高电平时，该段就被点亮，从而可从这7个字符段中被点亮的构成相应的字符显示出来。同理，COM阳极即将COM端接Vcc，其显示原理与COM阴极的基本相同，但I/O口送入低电平是相应的段才被点亮。5.软件设计程序流程图：（1）总程序流程图：计算键值扫描加法运算减法运算显示乘法运算存储除法运算数值？运算符？“ = ” ？清零“ + ” ？“ - ” ？“ * ” ？（

9、2）键盘扫描程序流程图：开始初始化延时12ms键扫描保存键值键闭合？键释放？结束键闭合？YYYNNN6.具体代码实现 DATA SEGMENT X DB ?,?,?,? ;存放数据的每一位 X1 DW ? ;存放第一个数据值 X2 DW ? ;存放第二个数据值 Y DW ? ;存放运算结果 S DB ? ;存放运算符号值 E DB ? ;按下等号键标记 CC DB ? ;存放运算数据位数 H DB 0 ;存放按键行号 L DB 0 ;存放按键列号Z1 DB ?Z2 DB ?Z3 DB ?Z4 DB ? DISCODE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH

10、,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ;段码表 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,90H ;设置为A口输入，B口输出,C口输出 OUT 46H,AL MOV DI,OFFSET X+3 ;DI指向X的高位 KKK: CALL KEY ;扫描按键 JMP KKK;以下为按键扫描子程序，程序返回后，在变量H和L中存放当前按键的行列号 KEY PROC CHECK: CALL DISP ;等待按键按下的同时进行显示 MOV AL,0F0H ;所有行输出

11、低电平 OUT 44H,AL IN AL,40H CMP AL,0FFH ;读列值 JZ CHECK ;若都为高电平则无键按下，等待 MOV CX,100 LOOP $ ;延时消抖 IN AL,DX ;重读列值 CMP AL,0FFH JZ CHECK ;无键按下一直等待 MOV H,0 ;有键按下，先把行列号变量清0 MOV L,0 MOV BL,01H MOV BH,0FEH ;扫描法读键值：从第一行开始测试，即PC0输出低电平 NEXT: MOV AL,BH OUT 44H,AL NEXTH: IN AL,40H ;读列值，判断是第几列有键按下 TEST AL,BL ;从第一列开始判断

12、JZ WAIT0 ROL BL,1 CMP BL,80H ;当前行状态下没有任何列有键按下，则转为对下一行的测试 JZ NEXTL INC H ;每判断一列，列号加1 JMP NEXTH ;再对下一列进行判断 NEXTL: MOV H,0 MOV BL,01H ROL BH,1 ;对下一行测试，让下一个PC口输出低电平 CMP BH,0EFH JZ EXIT INC L JMP NEXT WAIT0: IN AL,40H ;若有键按下，则等该按键松开后再计算键值 CMP AL,0FFH JNZ WAIT0 MOV CX,100 LOOP $ ;延时消抖 IN AL,40H CMP AL,0FF

13、H JNZ WAIT0 CALL KEYVALUE ;调计算键值子程序 EXIT: RET KEY ENDP ;以下为计算键值子程序,通过行列号计算键值（键值=列号*4+行号） ;键值存放在DL寄存器中 KEYVALUE PROC MOV DL,L MOV DH,H SHL DL,1 SHL DL,1 ;列号乘4 ADD DL,DH CMP DL,9 ;按下的是数字键 JNG NUM_CALL CMP DL,16 JL CONT_CALL ;按下的是运算键 CMP DL,16 JZ OUTP_CALL ;按下的是等于键 CMP DL,17 JZ CLR_CALL ;按下的是清除键 NUM_CA

14、LL: CALL NUMBER ;调数字键处理子程序 JMP EXIT1 CONT_CALL: MOV S,DL ;存放运算键的键值 MOV E,0 CALL COUNT ;调运算键处理子程序，计算第一个加数 JMP EXIT1 OUTP_CALL: CALL OUTP ;调等号键处理子程序 JMP EXIT1 CLR_CALL: CALL CLEAR ;调清除键处理子程序 EXIT1: RET KEYVALUE ENDP ;以下为清除键处理子程序，按下清除键后，X变量全部清0 CLEAR PROC MOV X3,0 MOV X2,0 MOV X1,0 MOV X0,0 CALL BITP R

15、ET CLEAR ENDP;以下为等号键处理子程序，该子程序负责将第二个运算数据的数值计算出来存入X2变量;并根据运算符号，调用相应的运算子程序 OUTP PROC PUSH AX PUSH DX PUSH BX INC E CALL COUNT ;调运算键处理子程序，计算第二个运算数据 CMP S,10 JZ ADD_CALL ;运算符为加号，则调用加法子程序 CMP S,11 JZ LOG_CALL ;运算符为对数，则调用对数子程序 CMP S,12 JZ JCE_CALL ;运算符为阶乘号，则调用阶乘子程序 CMP S,13 JZ DIVP_CALL ;运算符为除号，则调用除法子程序 C

16、MP S,14JZ K_CALL CMP S,15CALL ER JMP STORE1 ADD_CALL: CALL ADDP JMP STORE1 LOG_CALL: CALL LOG JMP STORE1 JCE_CALL: CALL JCE JMP STORE1 DIVP_CALL: CALL DIVP JMP STORE1K_CALL:CALL K STORE1: MOV AX,Y ;以下程序将各运算子程序返回的运算结果，按位分解，送入X变量 MOV DX,0 MOV BX,1000 DIV BX MOV X0, AL MOV AX,DX MOV BL,100 DIV BL MOV X

17、1,AL MOV AL,AH MOV AH,0 MOV BL,10 DIV BL MOV X2,AL MOV X3,AH POP BX POP DX POP AX RET OUTP ENDP;以下为运算键处理子程序，该程序将第一个运算数据的数值计算出来并存入X1变量;或者将第二个运算数据的数值计算出来并存入X2变量;将运算符的值存入S变量 COUNT PROC PUSH AX PUSH BX PUSH DX MOV DX,0 CALL BITP ;测试X中的数据是多少位 CMP CC,4 ;输入的数据是4位数 ？ JZ C4 CMP CC,3 ;输入的数据是3位数 ？ JZ C3 CMP CC

18、,2 ;输入的数据是2位数 ？ JZ C2 JMP C1 ;输入的数据是1位数 ？ C4: MOV AX,0 MOV AL,X0 MOV BX,1000 MUL BX MOV DX,AX C3: MOV AL,X1 MOV BL,100 MUL BL ADD DX,AX C2: MOV AL,X2 MOV BL,10 MUL BL ADD DX,AX C1: MOV AL,X3 MOV AH,0 ADD DX,AX CMP E,1 JNZ X1_S MOV X2,DX ;按下的是等号，则将第二个运算数据的值存入X2变量 JMP EXIT3 X1_S: MOV X1,DX ;按下的是运算符号，则

19、将第一个运算数据的值存X1变量 MOV X3,0 ;清空X变量 MOV X2,0 MOV X1,0 MOV X0,0 EXIT3: POP DX POP BX POP AX RET COUNT ENDP;以下为数字键处理子程序;该程序，将输入的数据按位存放在X变量中，并由CC记录数据的位数 NUMBER PROC CMP E,1 JNZ CONTINUE MOV E,0 CALL CLEAR CONTINUE: CMP CC,0 ;目前数据为0位，即没有数据，则转到SSS JZ SSS;若已有数据，以下程序将X左移8位。;例如：先输入“1”，当再输入2时，;先要将“1”从个位移到十位，然后再将

20、“2”存放到个位 PUSH AX PUSH DX MOV AL,X3 MOV AH,X2 MOV DL,X1 MOV DH,X0 MOV CX,8 LL: SHL AX, 1 RCL DX,1 LOOP LL MOV X3,AL MOV X2,AHMOV Z3,AH MOV X1,DLMOV Z2,DL MOV X0,DHMOV Z1,DH POP DX POP AX SSS: MOV DI,DL ;将当前键入的数据存放到X的最低位MOV Z4,DL INC CC ;数据位数加1 CMP CC,4 ;判断数据位数 JNG EXIT2 MOV CC,0 ;如果数据超过4位，重新从最低位开始存放

21、MOV X2,0 MOV X1,0 MOV X0,0 EXIT2: CALL DISP ;调显示子程序，显示输入的数据 RET NUMBER ENDP ;加法子程序 ADDP PROC PUSH AX MOV AX,X1 ADD AX,X2 MOV Y,AX POP AX RET ADDP ENDP ;对数子程序 LOG PROCPUSH AXPUSH BXPUSH CXPUSH DXMOV AX,X1MOV BX,0MOV CX,2MOV DX,0LO:DIV CXCMP AX,0JZ G2INC BXJMP LOG2:MOV Y,BXPOP DXPOP CXPOP BXPOP AXRETL

22、OG ENDP;阶乘子程序 JCE PROCPUSH AXPUSH BXPUSH CXPUSH DXMOV AX,X1MOV DX,AXSUB DX,1MOV CX,DXMOV BX,DXCHENG:MUL DXDEC BXMOV DX,BXLOOP CHENGMOV Y,AXPOP DXPOP CXPOP BXPOP AXRETJCE ENDP;除法子程序 DIVP PROC PUSH AX PUSH BX PUSH DX MOV DX,0 MOV AX,X1 MOV BX,X2 DIV BX MOV Y,AX POP DX POP BX POP AX RET DIVP ENDP;次方子程序

23、 K PROC PUSH AX PUSH DX PUSH CX MOV AX,X1 MOV DX,AX MOV CX,X2DEC CX N:MUL DXMOV DX,X1 LOOP N MOV Y,AX POP CX POP DX POP AX RET K ENDP;二进制转换成十进制子程序ER PROC PUSH AXPUSH BXPUSH CXMOV BL,8MOV AL,Z1MUL BLMOV CX,AXMOV BL,4MOV AL,Z2MUL BLADD CX,AXMOV BL,2MOV AL,Z3MUL BLADD CX,AXMOV AL,Z4MOV BL,1MUL BLADD CX

24、,AXMOV Y,CXPOP CXPOP BXPOP AXRETER ENDP ;显示子程序 ，将X中的数值按位显示出来 DISP PROC PUSH BX PUSH AX MOV BH,0 LEA SI,DISCODE CALL BITP ;测试X位数 CMP CC,4 JZ QIAN CMP CC,3 JZ BAI CMP CC,2 JZ SHI CMP CC,1 JMP G JMP NONE QIAN: MOV AH,11100000B ;从第4位开始显示 MOV AL,AH OUT 44H,AL MOV BL,X0 MOV AL,SI+BX OUT 42H,AL CALL DELY M

25、OV AL,0 OUT 42H,AL BAI: MOV AH,11010000B ;从第3位开始显示 MOV AL,AH OUT 44H,AL MOV BL,X1 MOV AL,SI+BX OUT 42H,AL CALL DELY MOV AL,0 OUT 42H,AL SHI: MOV AH,10110000B ;从第2位开始显示 MOV AL,AH OUT 44H,AL MOV BL,X2 MOV AL,SI+BX OUT 42H,AL CALL DELY MOV AL,0 OUT 42H,AL G: MOV AH,01110000B ;从第1位开始显示 MOV AL,AH OUT 44H

26、,AL MOV BL,X3 MOV AL,SI+BX OUT 42H,AL CALL DELY JMP EXIT4 NONE: MOV AL,0 ;X中没有数据，不显示 OUT 42H,AL EXIT4: POP AX POP BX RET DISP ENDP;分析数据位数子程序 BITP PROC CMP X0,0 ;如果X0不为0，则数据为4位数 JNZ FOURBIT CMP X1,0 ;如果X1不为0，则数据为3位数 JNZ THREEBIT CMP X2,0 ;如果X2不为0，则数据为2位数 JNZ TOWBIT CMP X3,0 ;如果X3不为0，则数据为1位数 JNZ ONEBI

27、T JMP ZER0BIT ;否则，没有数据 FOURBIT: MOV CC,4 JMP EXIT5 THREEBIT: MOV CC,3 JMP EXIT5 TOWBIT: MOV CC,2 JMP EXIT5 ONEBIT: MOV CC,1 JMP EXIT5 ZER0BIT: MOV CC,0 EXIT5: RET BITP ENDP;延时子程序 DELY PROC PUSH CX MOV CX,100 LOOP $ POP CX RET DELY ENDP CODE ENDS END START7.调试与测试第一步，进行数码管显示的仿真。编写一段直接赋值送到数码管显示的程序，进行数码

28、管显示的仿真。编写程序，输入使数码管显示“HELO”的程序，进行仿真，通过多次修改，最终可得结果如图：第二步，进行键盘扫描的仿真。编写代码，将扫描到的键值送到数码管显示。编写程序，使数码管显示所扫描到的键值，进行仿真，通过多次修改可得结果。测试步骤为：首先选取任意keypad键盘，连接好电路，按下键盘上数字的8，如图可见，电路线的颜色变化说明产生了脉冲。松开鼠标后，此时数码管显示为所扫描到的键值：再换其他案件，并使数码管显示相应扫描到的键值。第三步，在数码管显示和键盘扫描程序都正确的基础上，逐步增加代码，增加功能，逐步实现按键值的存储与显示、清零、加法、减法、乘法、除法等功能的仿真。第四步，在

29、确立好了之前的计算器基础应有程序都正确后，又加入了几个扩展模块，再次模拟仿真，将调试不通过的扩展部分删去，只留下可执行的模块。1.实现二进制与十进制转换功能：输入二进制111b：按下二进制转换键：再按下=号键，可见数码管显示转换后的十进制数：2.实现求阶乘功能：1.按下要求的数，数码管开始显示：2.按下求阶乘按键，可见产生了脉冲：3.再按下=号键，可见数码管显示结果：计算器扩展后还有其他扩展功能，在此不作赘述。8.关键技术一、键盘扫描根据如上键盘及电路，可以先扫描列，再扫描行，先给出PC0为低电平，PC1、PC2、PC3均为高电平。若不按键盘，则PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5均

30、为高电平，然后转入下一行测试，给下一行提供低电平、依次类推。若其中有键按下，则其对应位应显示低电平。这样，就把按下的键给定位了。根据以上键盘，通过计算按键的值来定位该位按键。键值=行*4+列，而行、列值可通过循环来实现。二、数据存储与显示首先定义X0、X1、X2、X3四个变量，分别存放按下数据的每一位的值，若为数字键，首先按下的数字存放在X3中，然后可以通过移位将输入的数据依次存放于X0、X1、X2、X3中，要将它的十进制的值，则只要分别乘以1000、100、10、1然后相乘后保存到原先定义好的变量X1中即可。同理，当输入第二个数据后，将其显示并保存于X2变量。为了能在数码管中显示，首先应定义一个数据段，这个数据段存放的二进制数做位数码管的输入，从而控制数码管的值，十进制数0到15对应的输入分别为 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H。因此，我们就将这一连串的数据存放到以变量名为DISCODE为地址的数据段中，并让DI指向DISCODE，要想输出一个数的话，只要让DI的地址加上这个数的值即可。联系上述所说的X0 、X1、X2、X3、要输出它们的值