电子钟实验报告

1、微机原理与接口技术课程设计报告姓名：班级：专业：指导教师：2012 年 6 月 目录一、设计题目3二、题目要求3三、设计原理31、8259A中断控制器32、8254定时/计数器53、8255可编程芯片64、七段数码管7四、设计思路81、电子钟基本功能的实现82、电子钟按键功能的实现93、显示的实现10五、设计电路原理图10六、流程图111、主程序流程112、中断处理程序流程123、键盘扫描程序流程13七、程序清单（包括必要的注释）14八、设计最后实现的功能及结果21九、设计过程中的问题及解决方案22十、心得体会22附录一 TD-PIT-B实验系统的硬件环境22一、设计题目电子钟二、题目要求设计

2、一电子时钟，能在数码管上显示时间并计时。根据题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并在实验系统上完成电路的连接和调试通过.由8254定时，数码管显示时间，小键盘控制计时： 图2-11键（清除） 显示初值 00、002键（启动） 电子钟计时3键（停止） 电子钟停止计时4键（终止程序） 熄灭数码管，程序退出5键（设置初始值） 设置分、秒值。同时具有判断错误 的能力，若输入有错，则显示错误提示，此时按5可从输入预置值。前期完成的实验有：8259A中断控制器实验，8254定时计数器实验，8255并行接口实验，LED数码管测试实验。三、设计原理本系统是利用8254定时/计数器产生的固定频率的脉冲

3、作为8255可编程芯片的中断信号，来控制数码管的显示及小键盘的按键处理，从而实现电子钟的计时、按键控制等功能。1、8259A中断控制器8259A中断控制器将中断源优先级排队、辨别中断源以及提供中断向量的电路于一片中，因此无需附加任何电路，只需对8259A进行编程，就可以管理8级中断，并选择优先模式和中断请求方式，即中断结构可以由用户编程来设置。同时，在不需增加其他电路的情况下，通过多片8259A的级连，能构成多达64级的矢量中断系统。8259A的内部结构和管脚如图3-1所示。3-1l 8259A的中断过程，即微机系统响应可屏蔽中断的过程（1）将加到引脚IR0IR7上的中断请求寄存到中断请求寄存

4、器中。（2）在中断屏蔽寄存器的管理下，没有被屏蔽的中断请求被送到优先权电路判优。（3）选中当前级别最高的中断源，然后从引脚INT向CPU发出中断请求信号。（4）CPU满足一定的条件后，向8259A发出两个中断响应信号（负脉冲）：1）8259A从引脚INTA收到第1个中断响应信号之后，立即使中断服务寄存器中与被选中的中断源对应的那一位置1，同时把中断请求寄存器中的相应位清0。2）从引脚INTA收到第2个中断响应信号之后，8259A把选中的中断源类型码n通过数据线送往CPU。（5）在实模式下，CPU从4n4n+3单元取出该中断源的中断向量IP，CS，从而引导CPU执行该中断源的中断服务程序。l 8

5、259A编程（1）初始化编程提供了4个（ICW1ICW4）初始化命令字，写入命令寄存器组后，就建立了8259A的基本工作方式。系统8259A的初始化编程在微机启动时，由BIOS自动完成。用户不需再对其初始化，更改它的初始化设置。BIOS对系统8259A初始化为： 中断触发方式采用边沿触发。 中断屏蔽方式采用常规屏蔽方式。 中断优先级的管理采用完全嵌套即固定优先级方式。IR0的请求级别最高，IR7的请求级别最低。 中断结束，采用常规结束方式。（2）操作方式编程将操作命令字OCW1OCW3写入操作命令寄存器组，对中断处理过程实现动态控制。 OCW1 OCW3各命令格式如图3-2所示。 OCW1写中

6、断屏蔽字（对奇地址操作） 某位Mi为1，表示对应的中断源IRQi被屏蔽；Mi为0，IRQi被开放。 OCW2写中断方式命令字（对偶地址操作） 设置优先级是否进行循环，循环的方式及中断结束的方式。 OCW3（对偶地址操作） 用来设置特殊屏蔽方式、查询方式 用来读8259A的中断请求寄存器IRR，中断服务寄存器ISR、中断屏蔽寄存器IMR的当前状态。3-22、8254定时/计数器8254是Intel公司生产的可编程间隔定时器。是8253的改进型，比8253具有更优良的性能。l 8254具有以下基本功能：（1）有3个独立的16位计数通道；（2）每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数；（3）每个计

7、数器可编程工作在6种不同工作方式；（4）每个计数器允许的最高计数频率为10MNZ（8253为2MHZ）；（5）有读回命令（8253没有），可以读出当前计数单元的内容和状态寄存器内容；图3-3图3-3是8254的内部结构框图和管脚图。它是由与CPU的接口、内部控制电路和三个计数器组成。l 8254的工作方式：方式0计数结束输出正跃变信号（可作为中断请求信号），方式1单脉冲发生器（形成负脉冲，宽度=NCLK脉冲周期）方式2分频器（输出固定频率的脉冲）方式3方波发生器方式4软件触发的单脉冲发生器（输出负脉冲，宽度为一个CLK周期）方式5硬件触发的单脉冲发生器（输出负脉冲，宽度为一个CLK周期）l 8

8、254的方式控制字格式，如图3-4： 图3-43、8255可编程芯片8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，其内部结构及管脚，如图3-5：图3-5l 8255的工作方式：方式0基本输入/输出方式,其工作特点为：1) 即为无条件输入/输出方式，端口与外设之间不需要联络信号。2) A口、B口、C口可由控制字规定为输入/输出。方式1选通型输入/输出方式方式2双向选通方式l 8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图3-6所示：图3-64、七段数码管数码的显示方式中最常应用的是分段式，主要器件是七段发光二极管

9、（LED）显示器。它可以分为两种，一种是共阳极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上），另一种是共阴极显示器（发光二极管的阴极都接在一个公共点上，使用时公共点接地）。我们的电子钟是由4个“七段数码管”排列组成，分别显示对应数字，如“00.00”。七段数码管a、b、c、d、e、f、g如图3-7所示：图3-7当显示“1”时b、c段亮，“2”时a、b、g、e、d亮，依次推导。下面是数码转换图3-8，其中包括七段码中共阴部分对应关系。汇编中显示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9对应编码依次是3FH、06H、5BH、4FH、66H、6DH、7DH、07H、7FH、67H。3-8四、设计思路本系统

10、所要完成的是电子钟的计时等功能，其中最基本的就是实现计时功能，并把相应的数值送到数码管上显示出来。1、电子钟基本功能的实现：在本系统中，用到的8254的功能只是相当于一个定时计，采用计数器0，工作于方式2，使8254的OUT0端输出周期性的负脉冲信号。我们给定时器输入10KHz频率的脉冲，这样每隔一秒就会在OUT0端产生0到1的跃变，作为中断IRQ的请求信号。当然，时钟的计数也有其特定的规则，那就是秒、分的个位逢十进一，十位逢六进一，所以，我们可以通过中断处理程序来控制其进位。这样我们便完成了计时功能。然而，如果仅仅将计时得到的相应数据送入数码管，我们会发现，四个数码管同时显示，无法完成其时钟

11、的显示功能。但是，我们知道，四个数码管的亮灭与小键盘X1,X2,X3,X4各列是否为低电平是相对应的（即：X1,X2,X3,X4依次对应从左到右的四个数码管，若X1为低电平，则数码管1亮；若X2为低电平，则数码管2亮；），于是，我们就可以将低电平输出到相应的键盘上，来实现对应数码管的显示。通过以上分析，我们可以用四位二进制码分别对应表示X4X3X2X1的逻辑值（1-高电平，0-低电平），这样要实现时钟的显示功能，便可以按照以下方法来进行：首先将秒的个位数据通过8255的B端口送给数码管，同时将二进制码“0111”通过8255的A端口送给小键盘X4X3X2X1，这样通过计算机的扫描后，就会在数码

12、管4上显示秒的个位值；接着将秒的十位数据送给数码管，同时将二进制码“1011”送给小键盘X4X3X2X1，这样就会在数码管3上显示相应的数值；同样的道理，分别将分的个位、十位送给数码管，“1101” 、“1110”送给小键盘X4X3X2X1，就会依次在数码管2、1上显示分的个位、十位数值。另外，必须注意的一点就是，显示的时间应该是：XX.XX，中间的一点显示在分的个位上，也就是说在数码管2上显示那一点，以区分分与秒。所以，我们将显示分个位的数码管的二进制码最高位置“1”，其他数码管置“0”，便达到了显示点的功能。从上面的方法我们可以看出，电子钟分秒各位的显示并不是同时进行的，而是按顺序依次循环

13、显示的，它利用的就是人的视觉暂留现象来欺骗人们的眼睛，造成一种“四位数值同时显示”的假象。2、电子钟按键功能的实现：观察小键盘，我们会发现它其实有两行（对应Y1、Y2）四列（对应X1、X2、X3、X4）共八个键，前面我们在实现时钟的显示功能时，就是分别将相应的二进制编码送到小键盘，来实现对应数码管的显示。其实，它是一个循环扫描的过程，当它扫描到对应的X列为低电平时就显示相应的数码管，同时把Y1、Y2的逻辑值读回。所以，我们就可以利用这点，仅仅判断Y1、Y2的逻辑值就可以辨别究竟按下了哪个键，并通过相应的编程来完成不同键的按键功能。具体实现过程是这样的，我们将Y1、Y2的逻辑值送到8255的C端

14、口，通过清零仅留下最低两位来实现Y2Y1的逻辑值判别。假如Y2Y1的逻辑值是“01” ，说明是Y2行的键被按下，假如是“10”，则Y1行的键被按下。在判别了哪行键被按下后，我们将X4X3X2X1列的逻辑值前面增加一位作为按键的二进制编码，就可以用来判别究竟是哪个键被按下了，其中“0”- Y1行，“1”- Y2行。我们按照从左到右、从上到下的顺序将小键盘的各键定义为1-8键，具体编码如下：1-4键在Y1行：011100110101011001115-8键在Y2行：11110111011101110111l 1键清除功能的设置：在判别了按键的逻辑值为01110后，将存储时间的每一个内存单元赋0，这

15、样在数码管显示的就是00.00，便达到了清除功能的目的。l 2键启动、3键停止计时功能的设置：在进行2键和3键功能设置之前，我们必须定义一个暂停标志位：PAUSE，它用标准的逻辑值（0、1）来表示，假如PAUSE=0，在进行计时设置的时候，让其自动加1，依次显示时间的各位；假如PAUSE=1，我们就将其返回，停止加1，即暂停计时。接着，假如我们判别的是2键被按下，就令PAUSE=0，让计数器计时,自动加1；假如我们按下的是3键，就令PAUSE=1，让计数器暂停计时，即停止加1。l 4键终止程序功能的设置：从上面的分析，我们已经知道，只有同时将对应键盘X列的低电平送到相应的数码管才会使得数码管亮

16、，所以我们在判别了是4键被按下后，只要将键盘对应的二进制码全部赋高电平，并送到数码管，同时结束程序，就可以实现熄灭数码管、退出程序的功能。l 5键重置初始值功能的设置：在这里我们设置了两个标志位：调整位标志ADJUST和闪烁标志FLASH。它们的具体设置如下：ADJUST初始设置为00H，表示非调整状态，01H表示调整秒的个位，02H表示调整秒的十位，03H表示调整分的个位，04H表示调整分的十位。FLASH设置为逻辑值，初始设置为00H，表示非闪烁状态，0FFH表示闪烁，其闪烁功能实现的过程为：假如FLASH=0FFH，则将00H送给数码管，让数码管不显示。然后，在中断计时程序里面，加入FL

17、ASH取反语句，由于计时程序每秒加1循环一次，这样FLASH也实现了每秒改变逻辑值一次。也就是说，数码管闪烁的周期是1秒。当然，闪烁标志位只是在有对应位需要调整的时候才用的着。要实现5键设置初始时间的功能，我们就必须增加一个键（6键）来控制时间的增加。l 6键时间位加1功能的设置这里，我们再引进一个标志位：按键标志KEYMARK。其设置为逻辑值，初始设置为0，表示允许响应此次按键，并在响应过后，将其置1；KEMARK为1时，表示不响应此次按键。之所以要设置此标志位，是因为键盘扫描的速度非常快，假如我按下6键需要调整时间加1，我按下的时间再怎么短，计算机一定已经扫描了无数次，这样一来，我只按了一

18、次，时间位就会响应无数次，实现了无数次的加1，从而无法实现6键的功能。 3、显示的实现：使用8259控制，用数码管的显示功能来设计，显示部分用四只LED为显示管，这些LED发光二极管的阴极是互相连接在一起的，所以称为共阴极数码管。通过在这八只发光二极管的阳极加+5V或0V的电压使不同的二极管发光，形成不同的字符和数字。电子时钟用到的是0-9十个数字，它们所对应的字符表依次是3FH、06H、5BH、4FH、66H、6DH、7DH、07H、7FH、6FH。五、设计电路原理图系统的连线图主要由五个部分构成。8259中断控制器、8255并口控制器、8254定时计数器、键盘及数码管显示单元、开关及LED

19、显示单元构成。如图5-1所示：图5-1六、流程图1、主程序流程（图5-2）：主程序的流程图是对整个程序的逻辑的图象表示。首先是设置8254、8255、8259的各个端口地址。接着初始化各个芯片，开始计时，并通过8259中断控制时间的正确显示。在整个过程中都在检测是否有铵键响应。有则停止，没有则返回继续执行。如图5-2。 图5-22、中断处理程序流程（图5-3）：图5-33、键盘扫描程序流程（图5-4）：图5-4七、程序清单（包括必要的注释） INTCSR_BYTE0 EQU 0D838H ;设置PC机内部8259的端口地址 INTCSR_BYTE1 EQU 0D839H INTCSR_BYTE

20、2 EQU 0D83AH INTCSR_BYTE3 EQU 0D83BH IMB4_BYTE3 EQU 0D81FH MY8254_COUNT0 EQU 0E040H ;8254计数器0端口地址 MY8254_COUNT1 EQU 0E041H ;8254计数器1端口地址 MY8254_COUNT2 EQU 0E042H ;8254计数器2端口地址 MY8254_MODE EQU 0E043H ;8254控制寄存器端口地址 MY8255_A EQU 0E060H ;8255的A口地址 MY8255_B EQU 0E061H ;8255的B口地址 MY8255_C EQU 0E062H ;825

21、5的C口地址 MY8255_MODE EQU 0E063H ;8255的控制寄存器地址 IRQ EQU 01CCH DATA SEGMENT CSBAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口段地址的变量 IPBAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址的变量 MKBAK DB ? ;保存INTR原中断屏蔽字的变量 ADJUST DB 00H ; 调整位标志 FLASH DB 00H ; 闪烁标志位 PAUSE DB 0B ;暂停标志位 KEYMARK DB 0B ;按键标志位 INKEY DB 00H ;按键 SECONDA DB 00H ;秒个位 SECONDB DB 0

22、0H ;秒十位 MINUTEA DB 00H ;分个位 MINUTEB DB 00H ;分十位 LED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;数码管显示“0-9”编码 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: CLI MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,INTCSR_BYTE0 ;初始化PCI卡中断控制寄存器 MOV AL,00H ;向PCI卡中断控制寄存器中写入003F1F00H OUT DX,AL MOV DX,INTCSR_BYTE1 MOV AL,1F

23、H OUT DX,AL MOV DX,INTCSR_BYTE2 MOV AL,3FH OUT DX,AL MOV DX,INTCSR_BYTE3 MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AX,0000H ;替换INTR的中断矢量 MOV ES,AX MOV DI,01CCH MOV AX,ES:DI MOV IPBAK,AX ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址 MOV AX,OFFSET MYINT CLD STOSW MOV AX,ES:DI MOV CSBAK,AX MOV AX,SEG MYINT ;设置中断矢量 STOSW IN AL,0A1H MOV MKBAK,AL

24、 AND AL,0F7H OUT 0A1H,AL STI MOV DX,MY8254_MODE ;初始化8254工作方式 MOV AL,17H OUT DX,AL MOV DX,MY8254_COUNT0 ;装入计数初值 MOV AL,0 OUT DX,AL MOV DX,MY8255_MODE ;初始化8255工作方式 MOV AL,81H ;A口，B口均为方式0，输出；C口：低四位输入，高四位输出。其实只用到了最低两位来判断Y1、Y2的逻辑值。 OUT DX,AL A1: NOP ;等待 MOV CX,32H A2: MOV DX, MY8255_B MOV AX,DATA MOV DS,

25、AX MOV BX,OFFSET LED MOV AL,SECONDA XLAT LED CMP ADJUST,01H ;是否调整秒的个位 JNE DIS_SECONDA CMP FLASH,0FFH ;是否闪烁 JNE DIS_SECONDA AND AL,00H ;熄灭数码管 DIS_SECONDA: OUT DX, AL ;显示秒的个位 MOV DX,MY8255_A MOV AL,0111B OUT DX,AL CALL KEYCTR ;调用按键处理程序 CALL DELAY ;调用延迟程序 MOV DX,MY8255_B MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV BX,OF

26、FSET LED MOV AL,SECONDB XLAT LED CMP ADJUST,02H ;是否调整秒的十位 JNE DIS_SECONDB CMP FLASH,0FFH JNE DIS_SECONDB AND AL,00H DIS_SECONDB: ;显示秒的十位 OUT DX,AL MOV DX,MY8255_A MOV AL,1011B OUT DX,AL CALL KEYCTR CALL DELAY MOV DX,MY8255_B MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV BX,OFFSET LED MOV AL,MINUTEA XLAT LED CMP ADJUST,

27、03H ;是否调整分的个位 JNE DIS_MINUTEA CMP FLASH,0FFH JNE DIS_MINUTEA AND AL,00H DIS_MINUTEA: ADD AL,80H ;显示分的个位 OUT DX,AL ;显示“XX.XX”中的“.” MOV DX,MY8255_A MOV AL,1101B OUT DX,AL CALL KEYCTR CALL DELAY MOV DX,MY8255_B MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV BX , OFFSET LED MOV AL, MINUTEB XLAT LED CMP ADJUST,04H ;是否调整分的十位

28、JNE DIS_MINUTEB CMP FLASH,0FFH JNE DIS_MINUTEB AND AL,00H DIS_MINUTEB: ;显示分的十位 OUT DX,AL MOV DX,MY8255_A MOV AL , 1110B OUT DX,AL CALL KEYCTR CALL DELAY LOOP SK1 JMP SK2 SK1: JMP A2 SK2: JMP A1 MYINT: PUSH DS PUSH AX PUSH DX MOV DX,IMB4_BYTE3 IN AL,DX MOV DX,INTCSR_BYTE2 MOV AL,3FH OUT DX,AL ;清8259中

29、断标志 MOV AL,63H ; 根据中断号修改 OUT 0A0H,AL MOV AL,62H OUT 20H,AL MOV AX,DATA MOV DS,AX NOT FLASH ;中断处理程序 MOV KEYMARK,0B CMP PAUSE,0B JNE L1 INC SECONDA CMP SECONDA,0AH ;秒的个位与10比较 JC L1 MOV SECONDA,00H ;如果大于等于10，则清零 INC SECONDB CMP SECONDB,06H ;秒的十位与6比较 JC L1 MOV SECONDB,00H ;秒的十位清零 INC MINUTEA CMP MINUTEA

30、,0AH JC L1 INC MINUTEB MOV MINUTEA,00H CMP MINUTEB,06H JC L1 MOV MINUTEB,00H L1: POP DS POP AX POP DX IRET KEYCTR PROC NEAR ;键盘扫描子程序 MOV INKEY,AL MOV DX,MY8255_C IN AL,DX AND AL,03H ;是否高6位清零 CMP AL,10B ;是否按下Y1行 JNE INY2 ADD INKEY,00H JMP JUDGKEY INY2: CMP AL,01B ;是否按下Y2行 JNE SKIP ADD INKEY,10000B JU

31、DGKEY: CMP INKEY,01110B ;是否按下1键 JNE KEY2 AND SECONDA,00H ;时间清零 AND SECONDB,00H AND MINUTEA,00H AND MINUTEB,00H SKIP: JMP BACK KEY2: CMP INKEY,01101B ;是否按下2键 JNE KEY3 AND PAUSE,0B ;启动计时 JMP BACK KEY3: CMP INKEY,01011B ;是否按下3键 JNE KEY4 MOV PAUSE,1B ;暂停计时 JMP BACK KEY4: CMP INKEY,00111B ;是否按下4键 JNE KEY

32、5 MOV DX,MY8255_A ;熄灭数码管，程序退出 MOV AL,0FFH OUT DX,AL CALL DELAY MOV AX,4C00H INT 21H JMP BACK KEY5: CMP INKEY,11110B ;是否按下5键 JNE KEY6 CMP KEYMARK,0B JNE KEY6 MOV KEYMARK,1B MOV PAUSE,1B CMP ADJUST,04H ;是否调整完分的十位 JE TL INC ADJUST JMP BACK TL: AND ADJUST,00H JMP BACK KEY6: CMP INKEY,11101B ;是否按下6键 JNE

33、BACK CMP KEYMARK,0B JNE BACK MOV KEYMARK,1B CMP ADJUST,01H ;是否调整秒的个位 JNE AD1 INC SECONDA ;秒的个位加一 CALL OUTCLEAR ;判断溢出 JMP BACK AD1: CMP ADJUST,02H ;是否调整秒的十位 JNE AD2 INC SECONDB CALL OUTCLEAR JMP BACK AD2: CMP ADJUST,03H ;是否调整分的个位 JNE AD3 INC MINUTEA CALL OUTCLEAR JMP BACK AD3: CMP ADJUST,04H ;是否调整分的十位 JNE BACK INC MINUTEB CALL OUTCLEAR BACK: RET KEYCTR ENDP OUTCLEAR PROC NEAR ;溢出清零程序 CMP SECONDA,0AH JC Q1 AND SECONDA,00H Q1: CMP SECONDB,06H