微机原理课程设计-简易计算器的设计

目录一前言………………1二总体设计………………………2三硬件设计………………………2 3.1微处理器8086芯片…………23.2可编程并行接口芯片8255A………………3 3.3LED数码管…………………4 3.44×4矩阵按键………………4 3.5硬件原理图…………………6四软件设计………………………7 4.1程序流程图…………………7 4.2源代码………………………9五仿真…………18六课程设计体会………………18七参考文献……………………19一前言1.1课程设计的目的和任务课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。它具有动手、动脑和理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一个重要教学环节。通过课程设计，要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。通过本次课程设计使学生熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，熟练应用8086汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。通过课程设计实践，不仅要培养学生事实求是和严肃认真的工作态度，培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。1.2课程设计指导及要求在课程设计时，2~3名同学组成1个设计小组，分别完成项目的功能设计、电路编辑及调试、编码及调试和课程设计报告编写工作。同批次同学中选择同一题的不超过3组。在教师指导下，可以相互讨论。每设计小组提交1份设计报告，设计报告由设计小组同学独立完成，不得互相抄袭。教师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立设计的思路，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导老师。同学应积极主动的提出问题、解决问题、讨论问题，互相帮助和启发。学生在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。指导教师要引导学生学会掌握和使用各种已有的技术资料，不能盲目地、机械地抄袭资料，必须具体分析，使设计质量和设计能力都获得提高。学生要在老师的指导下制定好自己各环节的详细设计进程计划，按给定的时间计划保质保量的完成个阶段的设计任务。设计中可边设计，边修改，软件设计与硬件设计可交替进行，问题答疑与调试和方案修改相结合，提高设计的效率，保证按时完成设计工作并交出合格的设计报告。二总体设计设计思路：首先利用程序不断扫描键盘是不是有输入，如果没有就一直扫描，如果有就调用子程序进行判断，是数值则进行存储并同时进行显示，是运算符号等就调用相应的子程序进行操作，操作后则继续利用程序不断扫描键盘是不是有输入，从而实现4位十进制数以内的加减乘除法运算。运算完成后将运算的结果储存并显示到LED显示器上。三硬件设计3.1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24～31的含义及其功能如下：（1）IO/M/（memoryI/Oselect）：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/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HYPERLINK\t"_blank"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/（interruptacknowledge）：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HYPERLINK\t"_blank"中断服务程序。（4）ALE（addresslockenable）：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/S6～A16/S3地址/状态线上的地址信息锁存在HYPERLINK\t"_blank"地址锁存器中。（5）DT/（datatransmitorreceive）：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/（dataenable）：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（busholdrequest）：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，通过HOLD引脚输入到CPU，请求CPU让出总线控制权。（8）HLDA（holdacknowledge）：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。3.2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：3.3LED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，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。3.44×4矩阵按键 键盘是常用信息输入元件，其实键盘也是由一个个按钮组成，如果是独立按钮的话必须要需要一个I/O口对它进行检测，而键盘往往这需要键盘按钮数一半的I/O口数对它进行检测，也许对一个比较简单的系统I/O口数一般不是问题，但对于一个大型、复杂的系统来说I/O资源就显得非常珍贵了，尽量减少I/O使用是非常利于降低成本，另外一方面键盘比用独立按键要美观，这也是键盘能够长期得到人们青睐的原因，可是硬件上的节省必然导致软件上编程的复杂，那就来看看键盘到底使软件编程有多复杂? 因为4×4矩阵键盘有8个管脚，于是将键盘接8255A的PC口，至于为什么选择PC是有原因的，进行键盘扫描一般要求有一部分的I/O口的工作方式是输入，另一部分I/O是输出，具体到4×4键盘则要求4个I/O口输入，另外4个输出，这一点PC口刚好符合，而PA、PB口要么全部输入或输出，所以只能是PC口接键盘。3.5硬件原理图四软件设计4.1程序流程图（1）键盘扫描程序流程图：开始开始初始化延时12ms键扫描保存键值键闭合？键释放？结束键闭合？YYYNNN（2）总程序流程图：计算键值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“+”？“--”？？“*”？？4.2源代码DATASEGMENTX 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DISCODE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ;段码表DATAENDSCODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV AL,90H ;设置为A口输入，B口输出,C口输出OUT 46H,ALMOV DI,OFFSETX+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KEYPROCCHECK: CALL DISP ;等待按键按下的同时进行显示MOV AL,0F0H ;所有行输出低电平OUT 44H,ALIN AL,40HCMP AL,0FFH;读列值JZ CHECK ;若都为高电平则无键按下，等待MOV CX,50LOOP $;延时消抖IN AL,DX;重读列值CMP AL,0FFHJZ CHECK;无键按下一直等待MOV H,0;有键按下，先把行列号变量清0MOV L,0MOV BL,01HMOV 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,BHOUT 44H,ALNEXTH: 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JZ WAIT0ROL BL,1CMP BL,10H;当前行状态下没有列有键按下，则转为对下一行的测试JZ NEXTLINC H ;每判断一列，列号加1JMP NEXTH ;再对下一列进行判断NEXTL: MOV H,0MOV BL,01HROL BH,1;对下一行测试，让下一个PC口输出低电平CMP BH,0EFHJZ EXITINC LJMP NEXTWAIT0: IN AL,40H;若有键按下，则等该按键松开后再计算键值CMP AL,0FFHJNZ WAIT0MOV CX,50LOOP $ ;延时消抖IN AL,40HCMP AL,0FFHJNZ WAIT0CALL KEYVALUE ;调计算键值子程序EXIT: RETKEYENDP;以下为计算键值子程序,通过行列号计算键值（键值=行号*4+列号）键值存放在DL寄存器中KEYVALUEPROCMOV DL,LMOV DH,HSHL DL,1SHL DL,1 ;列号乘4ADD DL,DHCMP DL,9 ;按下的是数字键JNG NUM_CALLCMP DL,14JL CONT_CALL ;按下的是运算键CMP DL,14JZ OUTP_CALL ;按下的是等于键CMP DL,15JZ CLR_CALL ;按下的是清除键NUM_CALL: CALL NUMBER ;调数字键处理子程序JMP EXIT1CONT_CALL: MOV S,DL ;存放运算键的键值MOV E,0CALL COUNT 调运算键处理子程序，计算第一个加数JMP EXIT1OUTP_CALL: CALL OUTP ;调等号键处理子程序JMP EXIT1CLR_CALL: CALL CLEAR ;调清除键处理子程序EXIT1: RETKEYVALUEENDP;以下为清除键处理子程序，按下清除键后，X变量全部清0CLEARPROCMOV X[3],0MOV X[2],0MOV X[1],0MOV X[0],0CALL BITPRETCLEARENDP;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OUTPPROCPUSH AXPUSH DXPUSH BXINC ECALL COUNT;调运算键处理子程序，计算第二个运算数据CMP S,10JZ ADD_CALL;运算符为加号，则调用加法子程序CMP S,11JZ SUB_CALL;运算符为减号，则调用减法子程序CMP S,12JZ MUL_CALL;运算符为乘号，则调用乘法子程序CMP S,13CALL DIVP;运算符为除号，则调用除法子程序JMP STORE1ADD_CALL: CALL ADDPJMP STORE1SUB_CALL: CALL SUBPJMP STORE1MUL_CALL: CALL MULPSTORE1: 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,0MOV BX,1000DIV BXMOV X[0],ALMOV AX,DXMOV BL,100DIV BLMOV X[1],ALMOV AL,AHMOV AH,0MOV BL,10DIV BLMOV X[2],ALMOV X[3],AHPOP BXPOP DXPOP AXRETOUTPENDP;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COUNTPROCPUSH AXPUSH BXPUSH DXMOV DX,0CALL 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 C4CMP CC,3 ;输入的数据是3位数？JZ C3CMP CC,2 ;输入的数据是2位数？JZ C2JMP C1 ;输入的数据是1位数？C4: MOV AX,0MOV AL,X[0]MOV BX,1000MUL BXMOV DX,AXC3: MOV AL,X[1]MOV BL,100MUL BLADD DX,AXC2: MOV AL,X[2]MOV BL,10MUL BLADD DX,AXC1: MOV AL,X[3]MOV AH,0ADD DX,AXCMP E,1JNZ X1_SMOV 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 EXIT3X1_S: MOV X1,DX ;按下的是运算符号，则将第一个运算数据的值存X1变量MOV X[3],0 ;清空X变量MOV X[2],0MOV X[1],0MOV X[0],0EXIT3:POP DXPOP BXPOP AXRETCOUNTENDP;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NUMBERPROCCMP E,1JNZ CONTINUEMOV E,0CALL CLEARCONTINUE:CMP CC,0;目前数据为0位，即没有数据，则转到SSSJZ SSSPUSH AXPUSH DXMOV AL,X[3]MOV AH,X[2]MOV DL,X[1]MOV DH,X[0]MOV CX,8LL: SHL AX,1RCL DX,1LOOP LLMOV X[3],ALMOV X[2],AHMOV X[1],DLMOV X[0],DHPOP DXPOP AXSSS: MOV [DI],DL;将当前键入的数据存放到X的最低位INC CC;数据位数加1CMP CC,4;判断数据位数JNG EXIT2MOV CC,0;如果数据超过4位，重新从最低位开始存放MOV X[2],0MOV X[1],0MOV X[0],0EXIT2:CALL DISP;调显示子程序，显示输入的数据RETNUMBERENDP;加法子程序ADDPPROCPUSH AXMOV AX,X1ADD AX,X2MOV Y,AXPOP AXRETADDPENDP;减法子程序SUBPPROCPUSH AXMOV AX,X1SUB AX,X2MOV Y,AXPOP AXRETSUBPENDP;乘法子程序MULPPROCPUSH AXPUSH DXMOV AX,X1MOV DX,X2MUL DXMOV Y,AXPOP DXPOP AXRETMULPENDP;除法子程序DIVPPROCPUSH AXPUSH BXPUSH DXMOV DX,0MOV AX,X1MOV BX,X2DIV BXMOV Y,AXPOP DXPOP BXPOP AXRETDIVPENDP;显示子程序，将X中的数值按位显示出来DISPPROCPUSH BXPUSH AXMOV BH,0LEA SI,DISCODECALL BITP ;测试X位数CMP CC,4JZ QIANCMP CC,3JZ BAICMP CC,2JZ SHICMP CC,1JMP GJMP NONEQIAN: MOV ;从第4位开始显示MOV AL,AHOUT 44H,ALMOVBL,X[0]MOVAL,[SI+BX]OUT 42H,ALCALLDELYMOV AL,0OUT 42H,ALBAI: MOV ;从第3位开始显示MOVAL,AHOUT 44H,ALMOV BL,X[1]MOVAL,[SI+BX]OUT 42H,ALCALLDELYMOV AL,0OUT42H,ALSHI: MOV ;从第2位开始显示MOV AL,AHOUT 44H,ALMOV BL,X[2]MOV AL,[SI+BX]OUT42H,ALCALLDELYMOV AL,0OUT 42H,ALG: MOV AH,01110000B;从第1位开始显示MOV AL,AHOUT 44H,ALMOVBL,X[3]MOV AL,[SI+BX]OUT 42H,ALCALLDELYJMP EXIT4NONE:MOV AL,0;X中没有数据，不显示OUT 42H,ALEXIT4:POP AXPOP BXRETDISPENDP;分析数据位数子程序BITPPROCCMP X[0],0 ;如果X[0]不为0，则数据为4位数JNZ FOURBITCMP X[1],0 ;如果X[1]不为0，则数据为3位数JNZ THREEBITCMP X[2],0 ;如果X[2]不为0，则数据为2位数JNZ TOWBITCMP X[3],0 ;如果X[3]不为0，则数据为1位数JNZ ONEBITJMP ZER0BIT ;否则，没有数据FOURBIT: MOV CC,4JMP EXIT5THREEBIT:MOV CC,3JMP EXIT5TOWBIT: MOV CC,2JMP EXIT5ONEBIT: MOVCC,1JMPEXIT5ZER0BIT: MOVCC,0EXIT5: RETBITPENDP;延时子程序DELYPROCPUSH CXMOV CX,100LOOP $POP CXRETDELYENDPCODEENDSENDSTART五仿真第一步，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，进行数码管显示的仿真。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。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。六课程设计体会 上学期刚学过微机原理，学得不是很深入，仅限于课本知识的掌握，而此次课程设计将会是一个很好的机会，来考察自己对课本知识的掌握以及应用情况。本次课程设计是四人一组，并且自由选择设计课题，我们小组选择了简易计算器的课题，在做的过程中也遇到很多困难。 在硬件设计模块，参考了课本上的相关例题以及查阅相关资料，发现关于此次课程设计的所有课题的硬件原理图都有很大的共同之处，都是利用8086芯片经过地址锁存器，再通过译码器，最后利用8255A或者更多芯片（如8253等）进行设计在软件设计模块，数码管显示和键盘扫描程序参考了书上的相关例题，也查阅了很多资料，发现原理都差不多，并且对此次课