《微型计算机技术》

験丧先・まえ才《微型计算机技术》

课程设计指导书专业:计算机科学与技术

专业方向:计算机科学与技术计算机科学与工程学院2009年12月TOC\o"1-5"\h\z前言. 1\o"CurrentDocument"第一章课程设计指导书 21、目的任务 23、时间安排 24、设计工作要求 35、成绩评定 36、参考资料 47、设计说明书（报告） 4\o"CurrentDocument"第二章微机应用系统设计的基本内容和步骤 6.系统引入微机的必要性——本控制 6.需求分析ーf定系统的功能 6.选择基本微お藻^件系统设计 6.确定整个应用系统的硬件结构——硬件系统设计 7.确定软件框架及流程一软件系统设计 96,硬件和软件的具体设计系统实现 9.软、硬件联^—系统调试 12.实验室模・行~~^线仿真. 12.晒调试、蝮行 1310.验雌鉴定~~M统性能评估 13\o"CurrentDocument"第三章课程设计内容. 15\o"CurrentDocument"实验一作息时间响铃自动化实验 15\o"CurrentDocument"实验二しED幕显示阵列实验 19\o"CurrentDocument"实验三篮球赛30秒违例监控与报警显示系统实验 23\o"CurrentDocument"实验四照相机自拍指示装置实验 26\o"CurrentDocument"实验五微机械字式密码锁实验 29实验六智能化竞赛抢答器设计 32\o"CurrentDocument"实验七多功能电子秒表及电压表实验 36\o"CurrentDocument"实验八多机共享打印机系统实验 42ITOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"实验九交通信号灯实时控制系统设计 -46\o"CurrentDocument"实验十广播电视节目自动播放系统设计 50\o"CurrentDocument"附录:常用IC弓脚图及性能表 54刖s本课程设计的主旨是:使实验者通过自己的设计实践,初步了解和掌握ー个实用微机系统的设计思路,培养他们从任务要求出发,综合应用所学的硬件技术基础知识和编程手段，以及前面各层次实验所枳累的实践经验，自行考虑,确定硬件、软件实现方案,自行选择主体芯片类型及型号和自行细化硬件、软件设计的能力。因此,本课程设计各实验在实验任务中,只提出任务和功能要求,不指明具体用什么接口芯片;在实验原理提示中,也尽可能局限于只提示实现任务要求的硬件、软件思路,并从多角度、多途径对实验中的ー些要点、难点作出必要的、较粗略的启发性说明，一般不对硬件、软件实现方案的细节（如具体芯片、电路和详细程序流程图等）イ乍提示;在提示的基础上给出的参考硬件框图和参考程序流程图也只是示意图。这样做的目的是给实验者留有更多的研究探索余地,更有利于发挥他们的创造性和主观能动性,以及提髙他们独立分析解决问题的能力。显然,这对实验者来说,无论是设计还是完成的难度都增大了。虽然要求明显提高了，但做完一个实验后，实验者的收获也更大。为了做好一个实验，实验者事前必须作充分的准备，任何ー个实验任务,实现的方案、途径都不是惟ー的，而具有多解，因此一定要在事前充分设计的基础上，完成实验任务。第一章课程设计指导书1、目的任务本设计的目的在于全面消化已学的相关课程内容。深刻理解微型计算机技术课程的内涵。从硬件的角度掌握微机的组成,接口部件的结构和彼此之间的联系,从软件的角度理解和应用微机系统的运行机制。使学生通过自己的设计实践,初步了解和掌握ー个实用微机系统的设计思路，综合应用所学的硬件技术基础知识和编程手段独立设计,确定硬件、软件实现方案。2、设计内容从以下十个实验中任选ー个，完成设计任务。实验一作息时间响铃臼动化实验。实验二しED大屏幕显示阵列实验实验三篮球赛30秒违例监控与报警显示系统实验实验四照相机自拍指示装置实验实验五微机化数字式密码锁实验实验六智能化竞赛抢答器设计实验七多功能电子秒表及电压表实验实验八多机共享打印机系统实验实验九交通信号灯实时控制系统设计实验十广播电视节目自动播放系统设计3、时间安排第一天、第二天为项目设计;第三到第八天为实验和方案实现;第九天为完善和总结,第十天答辩。时间:第15、16周第一天:动员、确定题目、查找相关资料;第二天:确定设计方案;第三〜五天;完成硬件原理图设计；第六〜ハ天;完成程序设计；第九天;完善总结、撰写报告;第十天；答辩。4、设计工作要求在设计任务中,可按以下7个步骤来进行设计;明确设计要求和准则,形成设计任务书。根据实际需求形成设计任务是使全部设计工作的根本依据,也是最后验收目标系统的主要依据。根据任务是要求,确定总体方案，设计系统功能结构。根据系统功能结构选择主体芯片和相关元器件,设计系统组织结构。根据系统组织结构设计I/O借口硬件电路。根据系统硬件电路相系统任务要求设计系统软件流程图。按照细化设计的硬件电路图和软件流程图安装电路,编写元程序，并对原程序进行汇编/解释/编译和链接，形成可知新目标程序。进行仿真和调试。在本设计过程中,学生应随时做实习日记，每两天要让指导老师检查和指导。应记录每天的工作内容及结果，同时还应规划出次日的实习计划与解决问题的方案。5、鹼评定设计结束时，由指导老师对学生进行全面考核,评分按五级分制(优、良、中、及格、不及格)评定蝦,评分依据以下几个方面。(1)平时成绩包括遵守纪律情况，实习中的工作态度，实习日记的记录情况等。另外,还要考虑到实验室老师的反映。(2)设计中实验结果的成绩教师要把关，确认实验结果是由实验人做出的。如不能按设计要求做出实验结果的,要予以扣分;对于有创新的实验及结果者,应给予好的成绩。对于以下情况之•者,要严格进行处理。①.照抄他人,自己没有消化者，应给予“不及格”。②.严帀迟到早退,应给予“不及格”。③实习不认真,违反实验室规定者,应给予“不及格”。④.缺勤大于整个工作时间的25%以上者，应给予“不及格”。⑤.实习报告不认真者，至少不能给“优”和“良”的成绩。対于“实习不及格”及“缺课程设计者”，按学校学籍管理办法规定处理。对于实习中成绩突出的学生，将其实习内容加以整理，形成资料。6、参考资料（1）《微型计算机技术及其应用（第四版）》戴梅萼史嘉权著清华大学出版社2008年2月第4版（2）《微型计算机技术及其应用——习题、实验题与综合训练题集（第4版）》戴梅萼编著清华大学出版社2008年2月第1版（3）《计算机硬件技术基础实验教程》邹逢兴高等教育出版社2000年8月第1版7、设计说明书（报告）（1）正文:正文内容层次序号为:1、1.1、!.1.1……。正文内容一般为:.选题背景:说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求;简述本设计的指导思想。.方案论证;说明设计原理并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。.过程（设计或实验）论述:对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。.结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析,得出结论和推论。.结论或总结:对整个研究工作进行归纳和综合。（2）图纸要求:图面整洁,布局合理，线条粗细均匀,圆弧连接光滑，尺寸标注规范,文字注释必须使用工程字书写。提倡学生使用计算机绘图。（3）曲线图表要求:所有曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意图等イ我徒手画,必须按国家规定标准或工程要求绘制（应尽可能采用计算机辅助绘图）。课程设“说明书（报告）要求文字通顺,语言流畅,无错别字,不得使用铅笔书写。按教务处印制的统一格式封皮装订。有条件的可用B5纸打印。课程设计说明书（报告）中图表、公式一律采用阿拉伯数字连续编号。图序及图名置于图的下方;表序及表名置于表的上方;说明书（报告）中的公式编号,用括号括起来写在右边行末，其间不加虚线。第二章微机应用系统设计的基本内容和步骤.系统引入微机的必要性一成本控制在设计微机应用系统之前,首先要估价一下引入微机以后会给用户带来多少经济效益和社会效益,即估价成本高低,系统性能改善程度,系统的通用性、可靠性、可维护性等方面。最后再确定是否在系统中引入微机。一般地说,如果在三年内能收回引入微机应用系统所花的成本，采用微机就是合理的。若采用微机应用系统能取得降低工作人员的劳动强度,避开有污染和有害环境，保证人身安全等社会效益时，则引入微机也是十分必要的。.需求分析确定系统的功能需求分析是在仔细了解用户需求的基础hii行的。因此首先必须详细了解用户的需求。调査用户要利用微力U应用系统实现的功能。例如,对于测量系统,应该了解耍测量的参数是什么,采用什么传感器,信号大小与形式,放大器要求，测量精度,如何显示,如何输出结果等。对于控制系统,还要仔细调查用户的要求、エ艺过程、控制精度等等。此外，在了解用户要求完成测控功能的同时，还必须认真了解未来微方应用系统的工作环境,包括电源的稳定性,干扰大小以及环境的温度、湿度等等。总之，开发设计大员一定要非常认真仔细地进行需求调查，必须强调需求调查和分析是后续工作的依据,其后所做的・切都是以满足用户需求为目的的。针对用户的需求,仔细分析测控对象的工作过程,明确微机系统应如何去做,用时间和控制流图来描述这些工作过程。.時基本微机系统~硬件系统设计在设计微机应用系统时，通常总是先选择ー个最基本的微机系统，然后对它进行扩展，并配上相应的软件，从而形成一个实用的应用系统。由于微机是整个应用系统的核心,所以它的选择是否合适,将对整个系统产生决定性的影响。基本微机系统选择中应考虑的依据大致有以下四个方面。1）微处理器的字长微处理器的字长会直接对系统精度、指令多少、寻址能力、处理速度等产生影响，由此必然导致应用领域的不同。一般来说，微处理器的字长愈长,对数据处理愈仃利,处理速度也可以进ー步提高。但是，并不是字长愈长愈好,在选择时，应根据应用实际情况及性能价格比综合考虑。2）微处理器的丄作速度微处理器的丄作速度一般取决于系统的主频，目前常见的是几》瞬到上千兆赫。速度的选择应使其与被控对象的要求相适应或稍留点余量,过高的要求会给系统的安装和调试带来不必要的困难。因为在高速工作时,引线之间的串扰及信号延时是非常令人头痛的问题。3）系统结构对环境的适应性不同的微机系统对环境的适应能力是不同的。例如，市面上出售的一般IBM-PC微机，通常只能适用于办公室或实验室这样的室内环境，如果将它用于エ业控制环境就会产生诸多问题。在エ业控制领域中，最好选用具有工业控制总线（STD总线）的エ控机。因为它具有抗振、抗干扰等优良性能,能较好地适应エ业领域的恶劣环境。4）尽量选用有较多软件支持的机型开发ー个微机应用系统,其很重要的部分工作是开发软件。如果所选择的微机系统有较多的软件支持，这无疑会大大有利于应用系统的软件开发,这样可以节省大量的人力、物力和开发时间。当然，除上述几个方面外,外围设备配置情况、总线扩展方便与否、体积大小、重量等也都是通常要考虑的因素。.确定丹河獭的画牛结牛系统设计在基本微机系统选定以后，就可以根据被控对象的具体要求来确定系统的结构。1）通道划分及输入/输出方式的确定根据被控对象所要求的输入/输出参数的数目，就可以确定整个系统应该有几个输出通道。当然,有的通道可以由儿个被控设备共用,由硬件（或软件）来输入/选择切换。另外根据被控对象要求,确定采用哪种输入Z输出方式更合适。•般说来,采用中断方式处理器效率较高，但硬件费用会稍高・些，而查询方式硬件价格较低,但处理器效率比较低,速度较慢。在一般小型的应用系统中,由丁速度要求不高,控制的对象也较少,此时,大多采用查询方式。2）内存分配一般基本微机系统都对内存分配作了具体的规定。用户在使用已有的内存区时，应注意不要使用户程序占用微机系统的基本工作区。如果用户认为内存不够,需要进行扩展，那么应按说明ザ的要求，在空余的内存区进行扩展。根据需求分析,设计者可以估计出未来的系统大约要占多大的ROM用以存放用户程序和不变的数据,需要多少RAM用以存放经常要改变的数据。从而在留有一定余量的基础上，可以确定内存的大小。此后,根据系统设计方便，可以对选定的ROM和RAM分配内存地址。3）确定接口和外设除了专用外设，可以购买现成的设备。对于应用系统中所需的测控部件,如有合适的也尽量购买成品部件。若需自己设计开发,那就需要根据用户的要求仔细加以确定。例如,根据系统要求的精度，该选用多少位的A/D和D/A变换器，根据所需求的カ矩大小决定选择什么样的步进电机等等。4）选择电源微机应用系统的故障多发点就包括电源部分。根据系统的硬件配置，可以粗略估计系统电源需要丿出，各为多少伏，它们的容量是多少。同时,还要考虑对电源采用必要的可靠性措施,如滤波、稳压、防雷电、防浪涌等。5）系统总线的选择系统总线的选择对通用性和可扩展性具有很看要的意义。目前常见的系统总线有STD总线、AT总线、VME总线、MULTIBUS总线等。タ機口总线有IEEE-488总线、RS-232C总线、CEWR0NIC总线等。采用标准化总线，可对系统设计带来很多方便。6）确定系统的机械结构最终研制的系统是要放在控制台中的，在硬件设计时，也要考虑将来系统的机械结构。例如,显示器、控制按钮、键盘、手动操作杆、鼠标等通常放在控制台上面;主机、放大器、驱动器放在控制台中间;而电源、继电器、电机等大功率设备放在控制台底下或放在另外的机箱中。.确定软件框架及流程一软件系统设计在硬件结构确定的基础上,考虑与之相配合的软件框架,确定软件的组成模块。例如,对于微型進制系统，主要应包括系统初始化模块、人机界面模块、参数采集模块、控制算法模块、控制信号输出模块、显示打印模块、出错及状态越限报警模块、自检诊断模块等等。根据用户的要求，将这些模块有机地联系在ー起，形成粗略的系统软件流程图。同时，对软件的大致方案写出文字和流程图组成的文档。在硬件及软件方案确定之后，应对方案进行认真讨论,必要时邀请有关方面的专家对方案进行认真论证和审定，以确保方案的正确性。只有方案本身合理、正确,后面的工作オ有意义。6,硬件和软件的具体设计~~系统实现1)硬件的具体设计(1)硬件规划:在硬件系统上合理地划分模块,即将硬件系统划分瞧干相対独立的部件。例如,将复位信号产生、时钟、CPU及总线形成作为ー个模块，将内存(ROM,RAM)作为ー个模块，将接口分为儿个模块，这些模块均可以采用电路板的形式实现。其他的如电源、各外设分别划分给专人负责完成设计或购置。(2)各模块(电路板)的逻辑设计・:选择具体的元器件、译码器等集成电路芯片，画出在方案中确定的总线之下的各电路原理图。在进行逻辑设计时，特别注意信号的有效性要求。例如，有的器件要求高电平(或低电平)有效，而有的要求上升沿有效或下降沿有效。其他如器件的工作电压,使用环境，驱动能力等各方面,在设计选择器件时也要仔细考虑。在进行电路的逻辑设计时，还必须仔细考虑将来电路板丄作的可靠性，增加如滤波、限额控制等各种措施。同时，在进行具体设计时，就要考虑将来如何进行调试。(3)电路板设计:现在有许多功能很强的CAD、PROTEL、EDA、PCAD等工具软件,为我们进行电路板设计创造了条件。在这些工具软件的支持下,可以很快地按电路板的尺寸大小设计出电路板的加工图。(4)加工电路板:目前国内可加工双面及多层电路板。在研制开发阶段,如果允许采用双面电路板,只要将加工图交给有关厂家就行了。甚至将逻辑图交给厂家,厂家就可以加工出合格的电路板。(5)安装、调试:在加工好的电路板上安装元器件，并进行调试。调试单块电路板使其正常工作。(6)硬件各部件(各模块)进行联调:将构成微机应用系统的各模块,逐块连在ー起进行调试,直到将所有部イ牛全部连接在ー起，力确信它们已基本正常工作。有关调试的问题，留待下ー节说明。2)软件的具体设计(1)划分模块:对于ー个稍具规模的系统来说,常将软件划分成若干个相对独立的模块,分给多个软件开发人员同时研制，其目的就在于缩短研制时间。(2)确定各模块的详细要求:最基本的问题是系统的输入/输出问题,按照微机的被控对象确定哪些设备和器件应该在系统中以什么方式与主机进行信息传递。另外，最大的数据速率、平均速率、误差校验过程、输入/输出状态指示、字长、格式要求、时钟及选通脉冲等都是需要具体考虑的问题。另ー个重要问题是处理要求(或控制要求),我们必须确定对输入的数据进行怎样的处理及处理的顺序。对过程控制来说，往往工作顺序要求相当苛刻，什么时候发送数据,什么时候接收数据,对于一般硬件设备，都需要一定的时序关系,为保证微机与外部设备同步,通常要用锁存电路和定时选通电路来协调，程序长短及数据量多少都将决定内存容量和缓冲区的大小，这一切都与处理要求密切相关。剩下的ー个问题是如何进行出错处理。为此,我们需要事先确定出错误处理方案,详细地列出各种错误图像以及显示错误的方法。出错处理最常用的办法是使系统重启动。概括而言，在程序开发之前要确定的问题是:输入/输出、时间限制、处理要求、精确度、内存容量、出错处理和各程序之间的关系等。(3)确定程序设计方法：一旦与系统有关的问题已经确定,用户程序开发的下ー步就是程序设计。在程序设计过程中，采用合理的程序设计结构是ー个技术关键。一般程序设计采用下面几种技术：①模块化设计:这种方法是把ー个大程序分成若干个小的程序模块，对它们进行独立设计和编程，然后分别进行调试，最后把它们连接为ー个大程序。模块是按功能加以划分的，这种划分的程»子模块能够形成在以后工作リ।所要用到的程序库。模块化编程有许多明显优点,它缩短了查错和测试的程序^度,并且为其他程序提供了可以重复使用的基本程序。其缺点是:各模块连接时,参数传递费时并占用内存,另外,需要进行模块级和主程序级的两级调试。②自上至下的程序设计:这种方法是在程序设计时,先从系统ー级的程序（主程序）开始设计,从属的程序或子程序用ー些程序代号来表示。当主程験好之后，再将各代号展开成从属的程序或子程序，最后完成整个系统程序的设计。这种设计的优点是设计、测试和连接同时按一条线索进行，所出问题可以较早地发现并解决。其测试能够完全按真实的系统环境进行，无须测挝程序。它是将程序设计、手工编程和测试等几个步骤结合到ー起的研制软件的方法。其缺点是这种设计方法不能充分发挥硬件在软件设计中的作用，其树形结构会使上・级错误对整个程序产生灾难性的影响。③结构程序设计:以标准的结构进行编程，就是结构程序设计。有三种逻辑简单的结构便于掌握,而且可以编出满足任何要求的程序。这三种结构是:线性结构、条件结构和循环结构。总之，在确定程序设计方法和采用合适的程序语言的基础上,可使程序的开发事半功倍。目前，在工业控制微お岐用系统中，常采用高级语言与汇编语言混合编程的方法,这样可以充分发挥两种语言的优点,使编程方便且效率高。在很小的（单片机）系统中，也有只用汇编语言编程的，这种软件一般比较简单。（4）编写代码：在确定了具体的程序设计方法之后，就可以编制用户程序了。编制用户程序可以用高级语言、汇编语言或两者混合使用。对于ー个工业控制系统,由于资源有限,速度要求又较高，故实际用户程序的子功能多采用汇编程序完成,而主程序又多以C语言来设计。这样既利用了汇编语言速度快的特点以满足系统的速度耍求,又利用了C语言功能强、实现容易的特点以提高程序质量。例如，用C语言可以很方便地编制出良好的用户界面，使操作者可以很快地掌握系统的使用方法。同时，在编程中,尤其是用汇编语言编程，由于是在指领上进行的，因此,要特别注意细节，每ー步都要小心谨慎,尽可能少出现错误。例如，用符号来表示地址、常数、标志等会带来方便，イ且尽可能不采用容易混淆的符号;应尽量使程序短小易懂:关键问题要加以注释。①汇编（或编译）程序。利用汇编（MASM）程序，可以给出汇编语言源程序中的语法错误及其他明显的错误。同样,利用高级语言的编译程序也会给出ー些语法方面的错误。但是,它们并不能找出程序屮的逻辑错误。②逻辑分析仪和在线仿真器。这两种测试仪器可以帮助我们查找软件及硬件的错误（故障）。③列表校正和手工校正。手工校正在程序设计中通常作为必要的补充查错手段。对整个程序,尤其是较长的程序进行手工校正要花费大量的时间和精力,但对于程序的某些部分，这样做又是必不可少的。④第三方检查。有时请第三者仔细阅读出错的程序，对照校正表认真分析，可以较容易地发现错误。（6）测试:测试和査错是紧密相连的。测试的本质就是在閻特定的测试条件下，进行查错的后续步骤。测试方法和测试条件的选择关系到测試成功与否,在许多微处理机エ业控制系统屮,程序的实时输入很难控制和模拟,而且各部分联系都!艮紧密，因而选择合适的测试条件是件非常复杂的工作。佇关测试手段和测试数据的选择在软件工程中学习，此处不再说明。在此特别说明，在软件开发中，无论是汇编语言还是高级语言，都可以用DEBUG（动态调试工具）进行查错和进行一般的测试。有了这个工具,将给软件及硬件开发带来一定的方便。.软、硬件联调__系统调试在硬件系统和软件系统分别进行设计并调试的基础上,将硬件和软件放到同一系统中进行联调，又称集成测试。在联调中往往是逐步进行的，逐个硬件模块和软件模块进入系统,使它们进入正常工作。如果某ー模块有问题，则可集中注意力加以解决，直至整个系统通过测试。.实验室蝌运行ー离线仿真将整个联调好的系统在实验室中模拟现场的运行,此步骤称为离线仿真。这时，可由人工输入模拟信号（电压），用仪表（例如万用表、示波器等）对输出进行指示,使系统连续运行。在实验室模拟运行过程中,设计人员必须仔细观察运行过程屮的各种状态,对任何不正常情况必须仔细分析其原因。必要时,可人为地带リ造・些干扰,以便观察系统的可靠性，亦可将电源拉偏,观察系统的适应能力等等。.现场调试、试运行将所研制的系统放到用户现场，接上用户的常规及专用外设,对专用外设进行逐一调试,使它们进入正常状态。然后,执行用户程序，由用户使用，完成用户提出的功能,使系统进入试运行状态。在试运行过程中,开发者与使用者需要密切配合，仔细观察并记录系统运行的状态。如发现问题,要认真分析,务求尽快解决。在试运行过程中，系统的设计开发人员要认真编写大量的文件、资料。例如，研制项目的背景、研制嘏告、技术报告、使用维护手册、软件资料、硬件图纸、标准化规范、用户使用报告等等。.验收或鉴定一系统性能评估在用户使用半年或更长时间之后，若用户和设计者均対系统的性能感到满意，即可组织验收或鉴定,使设计工作完结。否则，依据需要修改设计，重新开发。微机应用系统设计和开发步骤的简要流程如图2.1所示。

完否?硬件错否?图2.1微力应用系统设睜骤示意图软件设计硬件设计分配输入層出口、存储器容鼠、选择常规外设控制对象的功能和过程分析画系统框图输入、输出口具体分配布线、安装组件老化筛选系统试运行完否?硬件错否?图2.1微力应用系统设睜骤示意图软件设计硬件设计分配输入層出口、存储器容鼠、选择常规外设控制对象的功能和过程分析画系统框图输入、输出口具体分配布线、安装组件老化筛选系统试运行系统部件详细设计调试与仿真生成目的程序固化EPROM汇编、编制源程序编制源程序画系统流程图编制维护手册调试硬件第三章课程设计内容实验一作息时间响铃自动化实验ー、实验目的顺序定时控制是许多计算机控制系统,特别是多エ序生产流水线系统中一种常规的控制方法,日常工作、生活中也很常用,例如许多エ厂、学校、部队等单位的作息时间响铃、吹号自动化系统等。通过本实验，旨在使学生能够:.掌握设计微机控制定时响铃系统的方法,进而初步学会设计时间丿惻手控制系统的思路。.进ー步掌握应用定时器1计数器加中断机制产生实时时钟的方法。.进ー步掌握编制显示子程序的方法。二、实验任务按照一定的作息时间表设计ー个微利脛制的自动响铃系统。要求按照作息时间表上的时间自动响铃，响铃持续4s后停止。同时，提供ー个实时时钟，以显示出当前作息时间表的运行情况。三、实献备器材.80X86系列微机一台。.微机硬件实验平台。.并行接口、定时/计数器芯片各一片。.继电器、响铃器各ー个。.数码管6个、段锁存器及位锁存器各ー个。四、实验准备.复习并行接口和定时/计数器的使用方法。.预习继电器和响铃的工作原理及其控制方法。.画出实验电路的硬件连线图。.编写好实验程序。五、实验原理提示响铃机构一般是由一个开关来控制的，当开关闭合时响铃,断开时响铃停止。而开15关闭合与断开的时刻是按照作息时间表来规定的。因此,系统只要按照作息时间表来定时发出开关的断合信号,响铃就可以按时进行了。实现这种时间顺序&帝恸能的自然且合理的方案是选用可编程定时/计数器。假设本实验采用8253/8254来完成该功能。其中,可以定义两个计数器通道（例如通道〇和通道1）,分别工作于方式3（或方式4）和方式1来完成产生计时中断和输出4s宽度的脉冲的功能,以完成作息时间的自动响铃和响铃时间的控制。本系统可以利用一个继电器来作响铃开关。继电器吸合的控制信号由定时器给出，定时器控制继电器的通断以达到响铃开始与响铃停止的控制。实时时钟显示阻路的设计，可以采用两个并V输出接口作为段码、位码锁存及驱动电路来控制六位数码管以动态扫描、分时显示方式分别显示出时、分、秒数值。两个并行输出口可以用不可编程的锁存器（如74LS273）,也可以用可编程并行接口芯片（如8255）来实现。用于输出显示的时钟信号，可以采用微机内部的时钟数据,也可以利用设计电路中的定时/计数器驱动时钟计数产生的时钟数据。综上所述,假若选用8253/8254和8255来作为本实验系统的主体接口芯片，则其硬件电路可以参考如图的结构示意图进行设计。关于实验系统软件的设计,关键是实时时钟的形成与显示程序的编制。对此,可先在程序中设置4个存储单元作为实时时钟的时、分、秒、0.01s的计数寄存器,然后利用8253/8254的计数通道0输出的0.01s定时中断信号,使CPU每隔0.01s执行一次中图3.1.1作图3.1.1作息时间自动囉令系统实验的硬件结构示意图定时/计数器（如8253/8254断服务程序，在中断服务程序中，使0.01s计数器加1,并相继对秒、分、时计数器进行累加计数，并将当时的时、分、秒值经并行接口输出显示,这样便构成了实时时钟。至于时钟显示功能可以放在屮断服务程序屮,也可以放在主程序屮的各项初始化之后以循环更新显示的形式去完成,在执行循环显示程序屮进行屮断,每次中断返回后继续执行更新显示程序。有了实时时钟的程序,就可以按下述思路设计工作程序:将作息时间表中需要开始响铃的时间（时、分值）列成响铃数据表，依次存放于以某一地址为首址的内存缓冲区中,当时、分计数器内容达到应响应时间，而秒计数器又为〇时,即"输出端口线为1,启动设置在单稳方式的计数通道1输出一个4s宽的正脉冲，控制响铃4s。有关软件流程从略，实验者可参考上述思路和具体实验电路自己画出流程图并编写源程序。六、注意刎.如果使用定时器同时来完成自动响铃和实时时钟的控制功能,应注意每个通道的CLK端和GATE端的正确连接和计数初值选择。.为了能用20分钟的时间模拟作息时间表中8个小时的响铃过程,在实验中应临时对程序作个别改动。七、思考题目.在系统的工作过程中，若设计响铃中断服务程序的执行时间大于1/100s,程序能否正常工作?为什么?.如果采用微机内部的时钟进行实时显示,则与利用外部设计电路进行显示的时间是否会有差异?为什么?.能否直接用8255某端口的根端口线来按实验任务要求控制响铃器?若可以，硬件、软件上应作何修改?八、报告要求.简述作息时间自动响铃系统的设计思路。.画岀实验具体的硬件实现电路连接图。.打印经过运行和验证的程序清单,并加上注释。.回答思考题。http://www.docin.eom/p-143095317.html#dociimentinfo实验二LED大屏幕显示阵列实验ー、实验目的在许多エ业生产过程和武器发射、设备试验过程的计算机监控系统屮,经常会使用LED大屏幕显示阵列来显示工作状态、各种数据参数或出现故障的位置等;在各种公众场合也经常利用LED大屏幕显示器来发布新闻、广告或其他公众信息。通过本实验,旨在使学生:.进一步了解LED显示器的结构及工作原理。.掌握用1ED显示器组成大屏幕显示阵列以及实现动态扫描显示的硬件和软件设计方法。二、实验任务设计ー个用L印显示器组成的16X128点阵的大屏幕显示阵列,用微机控制它动态地显示数据,使之能够:.显示出16X16点阵的汉字8个。.显示内容可以通过键盘进行输入和修改。三、实验设备器材.80X86系列微机一台。.微机硬件实验平台。.锁存器及驱动器芯片若干。.基本!TL电路芯片若干。四、实验准备.复习锁存器（如74LS373）及驱动器芯片的工作原理和使用方法。.设计并画出实验的硬件连线图。.编写好实验程序。五、实验原理提示LED大屏幕显示从显示方式看，有静态显示和动态扫描显示两种;从显示数据输入方式来看,有并行数据输入和串行数据输入两种。显示方式和数据输入方式不同,显示器接口的硬件。软件设计也不ー样。假定本实验采用动态扫描显示和并行数据输入方式来实现1,ED大屏幕显示，则可按以下思、路来考虑该显示系统的设计：根据实验任务要求,LED大屏幕显示器是由8个16x16点阵的LED显示块拼装而成的16X128显示阵列,对于每个用16X16个LED组成的发光点阵,应由微机控制送出行和列的扫描信号，使得其中某些发光二极管发亮、某些发光二极管熄灭，以得到需要显示的字形。设计时，可考虑将8个点阵块的16根行线分别并接在ー起，形成8路复用,经16位并行口输出的行扫描信号进行驱动:8个块的16根列线分别经ー个!6位并行输出口进行驱动。例如,可以使用74LS373锁存器外加必要的驱动器来作为上述行、列线的驱动接口。这样,便可得到显示阵列的行、列锁存及驱动电路原理框图，如图所示。块1 块2 块16图3.2.1大屏幕显示阵列的基本电路参考框图在实现显示的过程中，一般可采用逐行动态扫描的方式进行显示。显示的基本原理和过程是:首先选通第一行，读出第一行的数据信号，依次写到列锁存器（1）〜（8）中,使得第一行中的LED点亮1並〜2ms;接着选通第二行，送第二行的数据到列锁存器组中，点亮第二行有关点1ms〜2ms;依此类推，直至16行全部扫描显示一遍，即完成了ー帧数据的显示。如此周而复始从第1行到第16行扫描显示,即可完成相应的画面显示。根据上述扫描原理和过程，不难设计出本实验的动态!I描软件。LED点阵的显示数据内容，对本实验来说，可参考国际BG2BI280汉字点阵标准,通过键盘输入到内存的显示缓冲区中。若要更新显示画面,只需将画面的点阵数据输入20到显示缓冲区即可。另外,通过控制显示缓冲区数据存放结构,可以形成左平移、右平移、上移、下移、开幕式、合幕式和动画等多种画面显示方式。实际中，如果不是用PC系列微机系统,而是用单片机或80X86单板机系统来控制LED大屏幕显示,为了输入和修改显示内容,还需自行设计ー个键盘及接口电路。如图中虚线框所示。六、注意事项.总线扩展U中引出的是有16根数据线的ISA总线信号还是只有8根数据线的PC/XT总线信号，对行、列锁存器的硬件接M驱动程序设计有宜接影响。.LED显示器采用共阴极接法还是共阳极接法，对行列驱动器电路和接口驱动程序的设计也有直接影响。七、思考题目.假设改用串行数据输入方式来实现本实验任务，应如何修改设计?试画出硬件框图,并说明思、路。密钦构如料】所屈核じ处理器釆用B6320F2価A,外部扩展了I梯接口芯片RTL8019AS、SD卡和双口RAM芯片・本斂中,DSP主要发挥其逻辑运算处理能力:网络通信接收文件功能、图形文字变换功能以及文件的读取保存功能都由!16320げ2107A完成;而CHJ）芯片EBI24O的功能较单•.只负贵从双口賊1中获得将要显，用J数据,批量读取并送入1白多个74LS595蜘的I印点阵阵列。换言之»EB210负去实时动态刷新屏幕显示,保证耳厮速度而不产生闪烁應觉（即刷新频率要达到100也以上）.行驱动电路由2片3-8译码器74HC138组成。ー个行选信号同时控制着一行中所有しED的通断,所以它需要较大的驱动电流,为此选用4953,欧姆龙编码器。4953内含2个P沟道的MOSFET管,漏极电流最大可达419A,保证了行驱动能力,16X64点阵需要8片4953。2片138的16路输出分别通过4953的驱动用于选通相应的行,实现对行的控制。列驱动采用74HC595,内含移位寄存器和三态输出锁存器,可以把串行输入的8bit数据并行输出。分别用8个74HC595锁存红色、绿色数据。单片机2路控制信号与所有595的时钟输入SRCLK,锁存信号RCLK相连。第1片595的串行输出接到第2片595的串行输入端,同理,其他引脚的连接方式ー样，通过这种级联的方式,把8个595芯片连在ー起,同时每个595芯片的并行输出连接8个LED的列。控制器接收数据采用单片机内部全双工的通用异步收发器（UART）o在传输距离小于20m时采用非平衡的RS-232,在传输距离为几十m到上km时采用RS-485。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力,可以联网构成分布式系统。由于显示屏的位置是分散的,彼此相距几十甚至几百叫所以控制器用MAX232和SN75176分别做电平转换,用卧娥进行RS-232和RS-485之间的切换选择,从而实现和PC的通信,完成数据的存储和更新。.若采用隔行扌I描方式进行显示,对硬件和软件设计都有影响吗?有什么影响?隔行扫描指显示屏在显示一幅图像时,先扌I描奇数行,全部完成奇数行扌I描后再扫描偶数行,因此每幅图像需扫描两次才能完成,造成图像显示画面闪烁较大。因此该种扫描方式较为落后,通常用在早期的显示产品中。隔行扫描就是每一地被分割为两场,每ー场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行,通常是先扫描奇数行得到第一场，然后扫描偶数行得到第二场。由于视觉暂留效应，人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。但是这时会有几乎不会被注意到的闪烁出现，使得人眼容易疲劳。当屏幕的内容是横条纹时，这种闪烁特别容易被注意到ハ、报告要求.简述用LED显示器组成大屏幕显示阵列的设计思路和工作原理。.画岀实验具体的硬件电路连接图。.打印经过运行和验证的程序清单，并加上注釋。.回答思考题。实验三篮球赛30秒违例监控与报警显示系统实验ー、实验目的篮球比赛是体育比赛中最常见的项目之一。本实验通过对30秒违例监控系统的设计实验,使学生能够:.掌握定时性监控系统的一般设计思路与方法。.进・步掌握综合应用定时器、并行接口与数码管显示器来完成某给定任务的方法。二、实验任务设计并实现30秒违例的监控与报警显示系统。要求设置两个按钮:启动和清除按钮,当参赛一方控球后,按下启动按钮,显示器从〇开始显示秒累加计数值,若计到30秒尚未投篮，则红色报警灯点亮并发出报警响铃，然后由清除按钮清除报警信号和秒计数值。若在30秒内篮球投出，可以用清除按钮清除时间信号，并等待下一次的启动信号。三、实验设备器材.80X86系列微机一台。.微机硬件实验平台。.定时器及并行接口芯片。.BCD码七段译码、驱动器芯片两片。.数码管显示器两个、按键两个、红色发光二极管ー个及报警器ー个。.基本!TL电路芯片若干。四、实验准备.复习定时/计数器、サ行接口芯片和7段LED显示器的正确使用方法。.画出实验电路的硬件连线图。.编写好实验程序。五、实验原理捍示在篮球比赛屮,进攻的一方控制球后必须在30秒以内进行投篮，否贝蛾被作为违例犯规处理。一般情况下,时间和犯规提示都是由裁判控制和给出的，本实验要求将该过程由微机来自动控制，裁判只给出30秒计数启动与清除信号。

实现本实验,需要完成以下儿个部分:⑴启动和清除按钮及接口实验中要求设两个控制按键,ー个用于启动秒计时及显示;另ー个用于清除报警和秒计数值。为此,可以考虑用两个按键开关,分别接到微机系统的两个中断请求（如!RQ3和IRQ4）上。当有启动键被按下时,系统响应IRQ3中断，启动定时器计数并在数码管上显示岀秒时间信息;当有清除键按下时，系统响应IRQ4中断，完成清除功能。⑵秒计数及接口电路该部分电路可以以定时器/计数器芯片（如8253/8254）为主来完成。当本系统的启动键被按ド时，计时电路开始秒计时。若计时时间在30秒内有清除按键被按下时就将时间清0;若it时时间到30秒，则系统发出报警信号,使红色发光二极管点亮，并使报警器响铃。（3）对秒II・数值的数码管显示及接口电路要完成这部分的硬件设计,可以采用并行接口芯片来实现。由于要求显示的时间只有两位,因此可以采用数码管静态驱动方式来实现对秒时间的显示。实验中可以采用两片BCD码七段译码/驱动器芯片门口74LS247或74LS48等）来对两个七段IED显示管分别进行驱动。微机扩展插孔图3.3.1微机扩展插孔图3.3.130秒违例监控与报警显示系统的硬件结构示意图QQRRABQ5⑷音频产生电路这部分电路可用555或其他IC芯片构成,平时不工作,当有报警信号时,启动工作,音频产生功能也可专用一定时/计数通道完成，其音频信号经一与门受报警信号控制。综合以卜.儿部分电路的设计,可以得到本实验的基本硬件结构示意图如图所示。关于实验的软件设计,首先需要进行初始化设置。当系统启动按钮被按下（即有IRQ3中断请求）时,定时器开始计数。可以设计定时器每1/100秒产生一次中断,则在该中断服务程序中将1ハ〇〇秒寄存器中的数值加1,当寄存器计满100时,将1/100秒寄存器清〇,秒个位寄存器加1,并将秒数据经并行口送数码管显示（在初始化时已将数码管清〇）。当计时每增加1秒时,数码管的秒显示也增加1。若此时有清除按钮被按下（即有IRQ4中断请求）时,则在该中断服务程^中将计时的所有寄存語青〇,并/r/