電子時鐘設(shè)計最終版

1、前言計算機的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微型計算機原理控制在這種情況下誕生了。截止今日，微型計算機原理控制應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開微型計算機原理控制。 微機控制即微型計算機原理控制。是集CPU ,RAM ,ROM ,定時，計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。它體積小，成本低，功能強，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化上。這次畢業(yè)設(shè)計通過對它的學(xué)習(xí)，應(yīng)用，從而達到學(xué)習(xí)、設(shè)計、開發(fā)軟、硬的能力

2、。 本文通過對一個基于微型計算機的能實現(xiàn)電子時鐘的設(shè)計學(xué)習(xí)，詳細(xì)介紹了微型計算機原理控制的應(yīng)用中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換顯示，LED顯示原理，微型計算機控制的定時中斷原理。從而達到學(xué)習(xí)、了解微機原理控制的相關(guān)指令在各方面的應(yīng)用。系統(tǒng)由8253、8255、8259等構(gòu)成，能實現(xiàn)時鐘顯示的功能，能進行分、秒的顯示。文章后附有電路原理圖，電路接線圖和程序清單，以供讀者參考。因水平有限，難免有疏落不足之處，敬請老師和同學(xué)能給與批評指正。目錄第一章 設(shè)計任務(wù)描述1.1設(shè)計題目1.2設(shè)計目的1.3設(shè)計任務(wù)1.4設(shè)計要求第二章 系統(tǒng)分析與設(shè)計2.1設(shè)計環(huán)境及設(shè)備2.2設(shè)計思路 第三章 設(shè)計所用芯片及其結(jié)構(gòu)3.1 8259

3、A芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳3.2 8255芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳3.3 8253芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳第四章 電路實現(xiàn)4.1 分析論證4.2 設(shè)計電路圖4.3 原理說明4.4 元件功能說明4.5 程序框圖第五章 源程序編寫第一章 設(shè)計任務(wù)描述1.1設(shè)計題目 電子時鐘程序設(shè)計1.2設(shè)計目的1.3設(shè)計任務(wù)1.4設(shè)計要求第二章 系統(tǒng)分析與設(shè)計2.1設(shè)計環(huán)境及設(shè)備1、 設(shè)計環(huán)境PC機一臺、xp系統(tǒng)、protel軟件。2、設(shè)計所用設(shè)備8253定時器：用于產(chǎn)生秒脈沖，其輸出信號可作為中斷請示信號送IRQ2。8255并口：用做接口芯片，和小鍵盤相連。8259中斷控制器：用于產(chǎn)生中斷。數(shù)碼管：用于顯示時：分 ：秒。2

4、.2設(shè)計思路電子時鐘主要由顯示模塊、對時模塊和時鐘運算模塊三大部分組成。其中對時模塊和時鐘運算模塊要對時、分、秒的數(shù)值進行操作，并且秒計算到60時，要自己清零并向分進1；分計算到60時，要自己清零并向時進1；時計算到24時，要清零。這樣，才能循環(huán)記時。本系統(tǒng)設(shè)計的電子時鐘以8088微處理器作為CPU，用8253做定時計數(shù)器產(chǎn)生時鐘頻率，8255做可編程并行接口顯示時鐘和鍵盤電路，8259做中斷控制器產(chǎn)生中斷。在此系統(tǒng)中，8253的功能是定時，接入8253的CLK信號為周期性時鐘信號。8253采用計數(shù)器0，工作于方式2，使8253的OUT0端輸出周期性的負(fù)脈沖信號。即每隔20ms，8253的OU

5、T0端就會輸出一個負(fù)脈沖的信號，此信號接8259的IR2，當(dāng)中斷到50次數(shù)后，CPU即處理，使液晶顯示器上的時間發(fā)生變化。其中8259只需初始化ICW1，其功能是向8259表明IRx輸入是電瓶觸發(fā)方式還是上升沿觸發(fā)方式，是單片8259還是多片8259。8259接收到信號后，產(chǎn)生中斷信號送CPU處理。第三章 設(shè)計所用芯片及其結(jié)構(gòu)3.1 8259A芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖3.1 8259A引腳圖1、 中斷控制器8259A是Intel公司專為控制優(yōu)先級中斷而設(shè)計開發(fā)的芯片。它將中斷源優(yōu)先排隊、辨別中斷源以及提供中斷矢量的電路集中于一片中。因此無需附加任何電路，只需對8259A編程，就可以管理8級中斷，

6、并選擇優(yōu)先模式和中斷請求方式，即中斷結(jié)構(gòu)可以由用戶編程來設(shè)定。在MD微機系統(tǒng)中，8259芯片工作于單片方式。2、 8259引腳圖如圖3.3，各引腳功能如下。D7D0八條雙向數(shù)據(jù)線；WR（低電平有效）寫輸入信號；RD（低電平有效）讀輸入信號；CS（低電平有效）片選輸入信號；A0地址信號；INT中斷請求信號；INTA（低電平有效）中斷響應(yīng)信號；CAS0CAS2級聯(lián)信號，形成一條專用8259A總線，以便多片8259A的級聯(lián)；SP/EN從編程/允許級聯(lián)。在緩沖方式中，可用做輸出信號以控制總線緩沖器的接收和發(fā)送。在非緩沖方式中，作為輸入信號用于表示主片還是從片；IR0IR7外部中斷請求輸入線。要求輸入的

7、中斷請求信號是由低電平到高電平的上升沿（并保持高電平到CPU響應(yīng)時為止）或者是高電平。3、 8259中斷矢量地址與中斷信號之間的關(guān)系如表3.1所示：表3.1 8259A中斷矢量表中斷序號01234567功能調(diào)用08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH矢量地址20H23H24H27H28H2BH2CH2FH30H33H34H37H38H3BH3CH3FH說明時鐘鍵盤可用可用串行口可用可用可用3.2 8255芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳1、 8255可編程外圍接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三個并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種工作方式下工作：方式0基

8、本輸入/輸出方式方式1選通輸入/輸出方式方式2雙向選通輸入/輸出方式圖3.2 8255引腳圖8255引腳圖如圖3.2示，各引腳功能如下。D7D0與CPU側(cè)連接的八條雙向數(shù)據(jù)線；WR（低電平有效）寫輸入信號；RD（低電平有效）讀輸入信號；CS（低電平有效）片選輸入信號；A0、A1片內(nèi)寄存器選擇輸入信號；PA7PA0A口外設(shè)雙向數(shù)據(jù)線；PB7PB0B口外設(shè)雙向數(shù)據(jù)線；PC7PC0C口外設(shè)雙向數(shù)據(jù)線；RESET復(fù)位輸入信號2、8255端口地址表3.2 8255端口地址表信號線寄存器編址IOY3A口60HB口61HC口62H控制寄存器63H3.3 8253芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳1、 8253可編程定時/

9、計數(shù)器是Intel公司生產(chǎn)的通用外圍芯片之一，有3個獨立的十六位計數(shù)器，技術(shù)頻率范圍為02MHZ，它所有的技術(shù)方式和操作方式都通過編程控制。8253的功能用途是：圖3.3 8253引腳圖（1） 延時中斷（2） 可編程頻率發(fā)生器（3） 事件計數(shù)器（4） 二進倍頻器（5） 實時時鐘（6） 數(shù)字單穩(wěn)（7） 復(fù)雜的電機控制器2、 8253有六種工作方式：（1） 方式0：計數(shù)結(jié)束中斷（2） 方式1：可編程頻率發(fā)生器（3） 方式2：頻率發(fā)生器（4） 方式3：方波頻率發(fā)生器（5） 方式4：軟件觸發(fā)的選通信號（6）方式5：硬件觸發(fā)的選通信號3、 8253引腳圖如圖3.3示，各引腳功能如下。D7D0八條雙向數(shù)據(jù)

10、線；WR（低電平有效）寫輸入信號；RD（低電平有效）讀輸入信號；CS（低電平有效）片選輸入信號；A0、A1片內(nèi)寄存器地址輸入信號；CLK計數(shù)輸入，用于輸入定時基準(zhǔn)脈沖或計數(shù)脈沖；OUT輸出信號，以相應(yīng)的電平指示計數(shù)的完成，或輸出脈沖波形；GATE選通輸入（門控輸入），用于啟動或禁止計數(shù)器的操作，以使計數(shù)器和計測對象同步。4、 8253端口地址表3.3 8253端口地址表信號線寄存器編址IOY20#計數(shù)器40H1#計數(shù)器41H2#計數(shù)器42H控制寄存器43H第四章 電路實現(xiàn)4.1 分析論證1、顯示模塊利用數(shù)碼管的顯示功能來設(shè)計。數(shù)碼管是由八個條形發(fā)光二極管組成的，這些發(fā)光二極管的陰極是互相連接在

11、一起的，所以稱為共陰極數(shù)碼管。通過在這八個發(fā)光二極管的陽極加+5 V或0 V的電壓使不同的二極管發(fā)光，形成不同的字符和數(shù)字。電子時鐘用到的是0到9十個數(shù)字，他們所對應(yīng)的字符表依次是3FH、06H、5BH、4FH、66H、6DH、7DH、07H、7FH、6FH。該模塊主要是將時鐘運算模塊和對時模塊運算出來并存放在內(nèi)存單元里的十六進制表示的時位和分位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化十進制，并通過四個數(shù)碼管顯示出來。該模塊實現(xiàn)的硬件是TND86/88的LED-KEYBOARD UNIT。2、時鐘運算模塊該模塊的主要功能是對時、分、秒的運算，并把運算出的最終結(jié)果存到事先已經(jīng)開辟的內(nèi)存單元里，以便顯示模塊即時地顯示出來。該模塊

12、可以細(xì)分為秒定時模塊和運算模塊。秒定時模塊負(fù)責(zé)提供中斷信號，由于CPU運算模塊中的指令消耗一定的時間，所以中斷信號最好通過硬件來實現(xiàn)，可以選擇TND86/88實驗箱中的8253定時/計數(shù)器來提供，但又因為8253所能提供的信號的周期時毫秒級的，因此必須通過軟件的方法在運算模塊中設(shè)置一個統(tǒng)計中斷次數(shù)的變量，并且這一變量必須事先在內(nèi)存里開辟存儲單元。中斷信號是8253的通道2工作方式為方式3時，產(chǎn)生一個40ms的脈沖信號。運算模塊負(fù)責(zé)時、分、秒的計算，該模塊主要通過8259的IRQ7號中斷來實現(xiàn)，首先將秒定時模塊提供的中斷信號為8259的IRQ7中斷請求信號。但由于每40ms一次中斷請求。所以在中

13、斷服務(wù)程序必須利用已申請內(nèi)存單元count來統(tǒng)計中斷請求的次數(shù)，只有當(dāng)count的值為25時，才能讓秒單元內(nèi)的數(shù)值加1。另外，在中斷服務(wù)程序里，必須對秒、分和時的單元內(nèi)的數(shù)值進行判斷，當(dāng)秒加到60時，分必須加1 、秒清零；當(dāng)分加到60時，時加1、分清零。當(dāng)時加到24啊，直接清零。3、對時模塊該模塊主要功能是修改時、分內(nèi)存單元的數(shù)值。在對時的時候，秒應(yīng)停止不變，并且在對分進行調(diào)整的時，時單元內(nèi)的數(shù)值不變。由以上分析可見，對時、分的調(diào)整用兩個優(yōu)先級高于IRQ7的中斷來完成。因此，可以用8259的IRQ2中斷來實現(xiàn)，兩個中斷源的中斷請求信號只需直接接在兩個按鍵即可起到對時作用。4.2 設(shè)計電路圖 電

14、子時鐘的完整電路圖如下：4.3 原理說明電子時鐘主要由8259A中斷控制器、8253定時/計數(shù)器、8255A接口芯片、LED數(shù)碼顯示管和兩個按鍵組成。主要用8259A的IRQ7的中斷服務(wù)程序完成秒、分、時的運算即計時功能，IRQ6的中斷服務(wù)程序完成調(diào)時、調(diào)分功能。8253用來產(chǎn)生50ms的脈沖信號作為IRQ7的中斷請求信號。按鍵KK1+和KK2+分別作為IRQ2和IRQ6的中斷請求信號。按鍵KK1+啟動/關(guān)閉對時功能。它決定是否屏蔽IRQ7和IRQ6中斷源。8255A負(fù)責(zé)將內(nèi)存里的時位和分位值輸出到數(shù)碼管4.4 元件功能說明1、8259A的主要功能：（1）每片8259A可管理8級優(yōu)先級中斷源，

15、通過開關(guān)，最多可管理64級優(yōu)先權(quán)的中斷源。（2）對任何一個級別的中斷源都可單獨進行屏蔽，使該級中斷請求暫時被掛起，直到取消屏蔽時為止。（3）能向CPU提供可編程的標(biāo)識碼。（4）具有多種中斷優(yōu)先權(quán)管理方式。有完全嵌套方式、自動循環(huán)方式、特殊循環(huán)方式、特殊屏蔽方式和查詢方式五種。這些管理方式均可通過程序動態(tài)地進行變化。在本設(shè)計中用到了這四種功能，電子時鐘的靈活調(diào)時功能就是通過對級別的屏蔽或開啟來實現(xiàn)的。2、8255A的主要功能：可編程外設(shè)接口芯片可由程序改變其功能，通用性強、使用靈活。通過8255A，CPU可直接同外設(shè)相連接，其負(fù)責(zé)CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。3、8253的主要功能：可編程定時器/

16、計數(shù)器，其定時與計數(shù)功能可由程序靈活地設(shè)定，設(shè)定后與CPU并行工作，不占用CPU的時間。通道2工作在3方式下，提供計算一秒的中斷請求信號。YesNoNoNoNoYes中斷服務(wù)程序IRQ7YesYesIRQ7中斷COUNT=25？S=S+1COUNT=0S=60？M=M+1S=0M=60?H=H+1M=0H=24？H=0IRETCOUNT=COUNT+14.5 程序框圖1、顯示模塊流程圖 顯示模塊程序圖時、分轉(zhuǎn)化為十進制，存到內(nèi)存單元中計算時、分的各位數(shù)值在TABLE中對應(yīng)編碼結(jié)束開始依次在61H段輸出到LED顯示 2、中斷服務(wù)程序IRQ7流程圖 OFF=1？IRETOFF=0 屏蔽IRQ6中斷

17、，開IRQ2和IRQ7中斷OFF=3？中斷服務(wù)程序IRQ2IRQ2中斷OFF=OFF+1OFF=2？NoNoNoYesOFF=0 屏蔽IRQ7中斷，開IRQ2和IRQ6中斷YesYes 3、中斷服務(wù)程序IRQ6流程圖4、中斷服務(wù)程序IRQ2流程圖YesYesIRQ6中斷M=M+1M=60？M=0IRET中斷服務(wù)程序IRQ6OFF=1？NoOFF=2？H=H+1H=24？YesH=0YesNoNoNo第五章 原程序編寫STACK SEGMENT STACK DW 64 DUP(?) STACK ENDSDATA SEGMENT H DW 000CH M DW 0000H S DW 0000HCO

18、UNT DW 0000HOFF DW 0000HTABLE DB 3FH,06H,5BH,4FH，66H,6DH, 7DH,07H ,7FH,6FHDATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX PUSH DS ；把DS壓入堆棧 MOV AL,81H ；8255初始化A口方式0，輸出，B口方式0，輸出， OUT 63H,AL MOV AX,0000H MOV DS,AX；設(shè)置中斷向量表，將內(nèi)存段設(shè)置在最低端 MOV AX,OFFSET IRQ2 ；取中斷處理子程序IRQ2首地址 之段內(nèi)偏移地址 A

19、DD AX,2000H MOV SI,0028H ； 4*n地址 MOV SI,AX ；將段內(nèi)偏移地址寫入中斷向量表 MOV AX,0000H ；使中斷處理子程序IRQ2首地址之段地址為0 MOV SI,002AH；4*n+2地址 MOV SI,AX ；將段地址寫入中斷向量表48*n+2處 MOV AX,OFFSET IRQ6；取中斷處理子程序IRQ2首地址之段內(nèi)偏移地址 ADD AX,2000H MOV SI,0038H MOV SI,AX MOV AX,0000H ；使中斷處理子程序IRQ2首地址之段地址為0 MOV SI,003AH MOV SI,AX MOV AX,OFFSET IRQ

20、7 ；取中斷處理子程序IRQ6首地址之段內(nèi)偏移地址 ADD AX,2000H MOV SI,003CH MOV SI,AX MOV AX,0000H ；使中斷處理子程序IRQ7首地址之段地址為0 MOV SI,003EH MOV SI,AX MOV AL,0B6H ；8253初始化，計數(shù)器2，先低后高兩字節(jié)，方式3，二進制計數(shù) OUT 43H,AL；寫入控制字 MOV AL,68H OUT 42H,AL；寫入低字節(jié) MOV AL,0BAH OUT 42H,AL ；寫入高字節(jié) POP DS ；把DS彈出堆棧 MOV AL,1B ；8259初始化，寫ICW1 OUT 20H,AL MOV AL,7

21、0H ；寫ICW2，寫中斷向量碼 OUT 21H,AL MOV AL,7BH；寫OCW1 ，屏蔽IRQ6中斷，開IRQ2和IRQ7 OUT 21H,ALBEGIN: CALL DIS；調(diào)用顯示程序 STI ；使IF置1，開中斷JMP BEGINIRQ7: INC COUNT CMP COUNT,25；判斷是否到1秒 JNZ RETURN MOV AX,0 MOV COUNT,AX ；夠1秒時將COUNT清零 MOV AX,S ；取秒 INC AX；秒加1 MOV S,AX CMP AX,003CH ；判斷是否到60秒 JNZ RETURN MOV AX,0 MOV S,AX ；秒清零 MOV

22、BX,M ；取分 INC BX；分加1 MOV M,BX CMP BX,003CH ；判斷是否到60分 JNZ RETURN MOV BX,0 MOV M ,BX ；分清零 MOV DX,H ；取時 INC DX ；時加1 MOV H,DX CMP DX,0018H ；判斷是否到24小時 JNZ RETURN MOV DX,0 MOV H,DX；時清零RETURN： MOV AL,7BH OUT 21H,AL；寫OCW1 ，屏蔽IRQ6中斷，開IRQ2和IRQ7 MOV AL,20H OUT 20H,AL；寫OCW2 ，一般EOI IRET；中斷返回 IRQ6: MOV AX,OFF;取,OF

23、F值 CMP AX,0001H ；判斷OFF是否為1 JNZ HR 否，轉(zhuǎn)到HR MOV BX,M ；取分 INC BX ；分加1 MOV M,BX CMP BX,003CH；判斷是否到60分 JNZ R0 MOV BX,0 MOV M ,BX；到60分則清零 JMP R0HR: CMP AX,0002H；判斷OFF是否為2 JNZ R0 MOV BX,H；取時 INC BX；時加1 MOV H,BX CMP BX,0018H；判斷是否到24小時 JNZ R0 MOV BX,0 MOV H ,BX；時清零R0: MOV AL,0BBH；初始化8259 OUT 21H,AL；寫OCW1 ，屏蔽I

24、RQ7中斷，開IRQ2和IRQ6 MOV AL,20H OUT 20H,AL；寫OCW2 ，一般EOIIRQ2: INC OFF；加1 MOV BX,OFF ；取OFF值 CMP BX,0003H；判斷OFF是否為3 JZ R1；是則轉(zhuǎn)到R1 CMP BX,0001H ；判斷OFF是否為1 JZ R2 ；是則轉(zhuǎn)到R2 CMP BX,0002H；判斷OFF是否為2 JZ R2 ；是則轉(zhuǎn)到R2R1: MOV BX,0000H MOV OFF,BX ；OFF清零 MOV AL,7BH；8259初始化 OUT 21H,AL；寫OCW1 ，屏蔽IRQ6中斷，開IRQ2和IRQ7 MOV AL,20H OUT 20H,AL ；寫OCW2，一般EOI IRETR2: MOV AL,0BBH ；初始化8259 OUT 21H,AL；寫OCW1 ，屏蔽IR