微機(jī)課程設(shè)計(jì)——競賽搶答器

1、常熟理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 微機(jī)原理與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目 競賽搶答器 系 別 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)時(shí)間 2016 3 目 錄第一章 關(guān)于搶答器的概述及設(shè)計(jì)要求1.1數(shù)字搶答器的簡介1.2課程設(shè)計(jì)要求1.3實(shí)現(xiàn)功能第二章 總體設(shè)計(jì)2.1功能需求分析2.2可行性分析2.3硬件總體設(shè)計(jì)2.3.1硬件器材2.3.2內(nèi)存單元地址2.4軟件流程圖第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1所選芯片介紹3.1.1可編程并行接口接口芯片8255A3.1.2可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器82533.2系統(tǒng)所選用各芯片的連接3.2.1各芯片與CPU的連接3.2.2各芯片之間的連接和與外設(shè)的連接第四章 軟件設(shè)計(jì)4.

2、1程序流程4.2子程序清單4.2.1 芯片8255初始化：4.2.2芯片8253初始化：4.2.3獲取選手號碼子程序：4.2.4數(shù)碼管顯示子程序：4.2.5揚(yáng)聲器鳴叫時(shí)間：第五章 結(jié)果分析結(jié)束語附錄參考文獻(xiàn)主程序清單 第一章 關(guān)于搶答器的概述及設(shè)計(jì)要求 1.1數(shù)字搶答器的簡介 搶答器是在競賽、文體娛樂活動(dòng)（搶答活動(dòng)）中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答者的機(jī)器。通過搶答者的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示顯示等手段指示出第一搶答者。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促使人們學(xué)科學(xué)，學(xué)技術(shù)，學(xué)知識的手段多種多樣，搶答器作為一種強(qiáng)大工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種知識能力競賽場合，例如選拔人才、評選優(yōu)勝及各種智力競賽等。目

3、前知識競賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，凡是有知識競賽類的活動(dòng)那么也就必然離不開搶答器。針對主持人提出的問題，各組一般要進(jìn)行必答和搶答，對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。這種數(shù)字搶答器杜絕了人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)了搶答公平公正的原則。所以操作簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型數(shù)字搶答器將流行于各類競賽中，成為小規(guī)模知識競賽的首選。1.2課程設(shè)計(jì)要求內(nèi)容：用微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)箱，在外接8個(gè)按鍵的搶按下，讓8段LED數(shù)碼管顯示搶答者編號，并使喇叭響一下。具體要求：（1） 通過實(shí)驗(yàn)箱上8255芯片接收來自實(shí)驗(yàn)箱按鍵的信息，將該信息送入8088CPU，由CPU判斷是哪個(gè)按鍵按下；（2） 80

4、88CPU將判斷出的按鍵信息轉(zhuǎn)換為8段顯示碼，并通過8255芯片發(fā)送到8段顯示模塊顯示；（3） 在顯示按鍵信息的同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)箱上8253芯片產(chǎn)生一定頻率的方波信號發(fā)送到音頻功放模塊，發(fā)出聲音；（4） 提高要求： 能對幾乎同時(shí)發(fā)生的按鍵進(jìn)行判別，找到先按的鍵。 1.3實(shí)現(xiàn)功能 當(dāng)沒有選手按下按鍵時(shí)，LED數(shù)碼管顯示“-”符號，表示此時(shí)可以進(jìn)行搶答，當(dāng)搶答開始，選手按下8路搶答器中的任何一路開關(guān)時(shí)，8段LED數(shù)碼管上顯示最先按開關(guān)的選手的號碼，同時(shí)蜂鳴器鳴叫一段時(shí)間以示已經(jīng)有人搶答成功。 當(dāng)一位選手搶答成功時(shí)，數(shù)碼管上顯示這位選手的號碼，此時(shí)其他選手再按下按鍵不會(huì)產(chǎn)生任何作用，系統(tǒng)進(jìn)入鎖死狀態(tài)，當(dāng)

5、搶答成功的選手退下按鍵時(shí)，LED數(shù)碼管顯示“-”符號，表示系統(tǒng)已經(jīng)初始化，可以進(jìn)行下一輪搶答。 第二章 總體設(shè)計(jì)2.1功能需求分析系統(tǒng)必須準(zhǔn)確判斷搶答者的信息，根據(jù)按鍵信息判斷被按下的按鍵的序號，在LED數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的數(shù)字反映搶答信息，同時(shí)蜂鳴器響一聲以示有選手搶答成功。2.2可行性分析將8個(gè)搶答器按鍵連接到8255芯片的PA0PA7，當(dāng)8組均未按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，送入到并行接口的8位搶答狀態(tài)都是0，當(dāng)檢測到按鍵發(fā)生變化時(shí)，即微機(jī)采樣到這8位數(shù)據(jù)不為0時(shí)，微機(jī)通過該并行輸入口循環(huán)對8路搶答信號進(jìn)行采樣。當(dāng)采樣到哪一組的搶答信號已經(jīng)發(fā)出，則記錄下該組的組號，從PB口輸出組號所對應(yīng)的LED數(shù)碼管段

6、碼，同時(shí)PC7端口連接至定時(shí)器的門控信號端口，使定時(shí)器工作，輸出端連接到蜂鳴器，蜂鳴器鳴叫一段時(shí)間后關(guān)閉，若系統(tǒng)檢測到按鍵信息全為0時(shí)，表明選手已經(jīng)把按鍵退下，則系統(tǒng)重新開始檢測按鍵狀態(tài)，進(jìn)入下一個(gè)搶答環(huán)節(jié)。2.3硬件總體設(shè)計(jì)2.3.1硬件器材所需器件：可編程并行接口芯片8255、可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器8253，揚(yáng)聲器，一個(gè)LED顯示器，8個(gè)按鍵。2.3.2內(nèi)存單元地址可編程并行接口接口芯片8255A的端口地址為0ff28H、0ff29H、0ff2AH、0ff2BH?？删幊潭〞r(shí)器計(jì)數(shù)器8253的端口地址為0040H、0041H、0042H、0043H。2.4軟件流程圖開始8255初始化8253初始

7、化顯示“-”符號從8255A口讀取按鍵狀態(tài)YY無按鍵按下YNLED顯示1按鍵1按下LED顯示3LED顯示4LED顯示5LED顯示6LED顯示7LED顯示2YN按鍵2按下N按鍵3按下YYN按鍵4按下NY按鍵5按下YN按鍵6按下N按鍵7按下NLED顯示8Y按鍵8按下蜂鳴器響一聲檢測PA口是否全為0N按鍵全為0Y圖1 系統(tǒng)軟件流程圖第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1所選芯片介紹3.1.1可編程并行接口接口芯片8255A8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A芯片是一個(gè)采用NMOS工藝制造的40引腳雙列直插式（DIP）封裝組件。8255A有3個(gè)8位數(shù)據(jù)端口，即A口、B口及C口，它們都可以分別作為輸入口或輸出口使用；A組控制與

8、B組控制；讀寫控制邏輯；數(shù)據(jù)總路線緩沖器。8255A主要的外部引腳圖2 8255A引腳圖PA7PA0：A口的8條IO線。8條線只能同時(shí)作為輸入或輸出，不能分開使用，可設(shè)置成雙向口，也只有A口允許這樣做。PB7PB0：B口的8條IO線。不可以設(shè)置成雙向口，其它和A口一樣。PC7PC0：C口的8條IO線。不可以設(shè)置成雙向口，但它可以分拆為兩組即高4位和低4位，這兩組可以任意設(shè)置為輸入或輸出。除了作為獨(dú)立的IO線外，C口還經(jīng)常為A口、B口服務(wù)，配合A口、B口作聯(lián)絡(luò)線使用。A1、A0：端口地址選擇信號。用于選擇8255A的3個(gè)數(shù)據(jù)端口和一個(gè)控制口。當(dāng)A1A0=00時(shí)，選擇端口A；為01時(shí)，選擇端口B；

9、為10，選擇端口C；為11時(shí)，選擇控制口。8255A工作方式方式0：基本的輸入輸出方式。A口、B口、C口都可以工作在些方式下。8255A方式控制字格式表1 8255方式控制字D7D6、D5D4D3D2D1D01A口A口C口高4位B口B口C口低4位00 方式001 方式11x 方式20 輸出1 輸入0 輸出1 輸入0方式01方式10 輸出1 輸入0 輸出1 輸入3.1.2可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器82538253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253采用NMOS工藝制成，有24個(gè)引腳，所有輸入、輸出端均TTL電平兼容，單一電源（Vcc=+5V）供電，最高計(jì)數(shù)速率為2.6MHz。它包括3個(gè)計(jì)數(shù)器（即計(jì)數(shù)器0、1、2）、數(shù)據(jù)總

10、路線緩沖器、讀寫邏輯以及控制寄存器等4個(gè)部分。8253的外部引腳圖3 8253引腳圖A1、A0：地址輸入線，用來址8253內(nèi)部的4個(gè)端口，即3個(gè)計(jì)數(shù)器和1個(gè)控制字寄存器與CPU系統(tǒng)地址線相連。CLK0、CLK1、CLK2：時(shí)鐘脈沖輸入端，用于輸入定時(shí)脈沖或計(jì)數(shù)脈沖信號。CLK可以是系統(tǒng)的時(shí)鐘脈沖，也可以由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻或者其他脈沖源提供。當(dāng)用于定時(shí)時(shí)，這個(gè)脈沖必須是均勻的、連續(xù)的、周期精確的，而用于計(jì)數(shù)時(shí)，這個(gè)脈沖可以是不均勻的、斷續(xù)的、周期不定的。GATE0、GATE1、GATE3：門控輸入端，用于外部控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)和停止計(jì)數(shù)的操作。兩個(gè)或兩個(gè)以上計(jì)數(shù)器連用時(shí)，可用此信號同步，也可用于與

11、外部某信號的同步。OUT0、OUT1、OUT2：計(jì)數(shù)輸出，當(dāng)計(jì)數(shù)器從初值開始完成計(jì)數(shù)操作進(jìn)，OUT引腳輸出相應(yīng)的信號。 8253的工作方式方式0：減1計(jì)數(shù)到0，產(chǎn)生中斷請求信號。方式3：減1計(jì)數(shù)到初值的12，方波發(fā)生器。8253方式控制字格式表2 8253方式控制字D7 D6D5 D4D3 D2 D1D000 選計(jì)數(shù)器001 選計(jì)數(shù)器110 選計(jì)數(shù)器200 計(jì)數(shù)器鎖存01 只讀寫低8位10 先讀寫高8位11 先讀寫低8位 再讀寫高8位000 方式0001 方式1X10 方式2X11 方式3100 方式4101 方式50 二進(jìn)制計(jì)數(shù)1 BCD計(jì)數(shù)3.2系統(tǒng)所選用各芯片的連接3.2.1各芯片與CP

12、U的連接8255A、8253的數(shù)據(jù)總線D7D0端、端、端、端、端、INT端分別與CPU的數(shù)據(jù)總線D7D0端、片選端0040H、端、端、端、INTR端相連。8255A、8253的A1、A0端分別與CPU地址線的A1、A0端相連。3.2.2各芯片之間的連接和與外設(shè)的連接8255A的A口的PA7PA0依次接“按鍵1”“按鍵8”，B口的PB7PB0通過驅(qū)動(dòng)器1接到LED顯示器，8253的GATE0端接PC7端口，CLK0接1MHz，OUT0的輸出接入接揚(yáng)聲器。第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程設(shè)定好8255、8253的方式控制字后，根據(jù)讀取8255PA端口的狀態(tài)值，獲取選手的具體號碼，從而轉(zhuǎn)到相應(yīng)程序，將

13、號碼所對應(yīng)的段碼輸出到PB端口進(jìn)行數(shù)碼管顯示。同時(shí)將PC7置1，使相連的GATE0門控信號為1，通道0進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出到揚(yáng)聲器進(jìn)行鳴叫。4.2子程序清單4.2.1 芯片8255初始化：PORT_A EQU 0FF28HPORT_B EQU 0FF29HPORT_C EQU 0FF2AHPORT_CTL EQU 0FF2BH MOV AL,90H ;8255控制字 A組方式0輸入 MOV DX,PORT_CTL ;B組方式0輸出 C口輸出 OUT DX,AL4.2.2芯片8253初始化： MOV AL,00110110B ;8253控制字 計(jì)數(shù)器0 讀寫字 MOV DX,43H ;工作方式方式3

14、OUT DX,AL MOV AX,1000 ;計(jì)數(shù)器初值 MOV DX,40H OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL4.2.3獲取選手號碼子程序：在硬件電路中，8255的PA端口連接開關(guān)按鍵，根據(jù)讀取PA的狀態(tài)可以判斷出按下的是哪個(gè)鍵（按下為高電平），根據(jù)進(jìn)行移位操作，可得出選手的具體號碼。MOV DX,PORT_A ;讀取A口狀態(tài)(按鍵狀態(tài)) IN AL,DX CMP AL,00000000B ;無按鍵按下 返回LED1 JE LED1 CMP AL,00000001B ;按鍵1 JE LP1 CMP AL,00000010B ;按鍵2 JE LP2 CMP AL,00

15、000100B ;按鍵3 JE LP3 CMP AL,00001000B ;按鍵4 JE LP4 CMP AL,00010000B ;按鍵5 JE LP5 CMP AL,00100000B ;按鍵6 JE LP6 CMP AL,01000000B ;按鍵7 JE LP7 CMP AL,10000000B ;按鍵8 JE LP8 JMP LED1 ;返回4.2.4數(shù)碼管顯示子程序：根據(jù)獲取得到選手的號碼，跳轉(zhuǎn)相應(yīng)程序，將段碼輸出給PB端口。LP1: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示1 MOV AL,11111001B OUT DX,ALLP2: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示2

16、 MOV AL,10100100B OUT DX,ALLP3: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示3 MOV AL,10100100B OUT DX,AL.LP8：.LED的管腳對應(yīng)的字形dp、g、f、e 、d、c、b、a 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 84.2.5揚(yáng)聲器鳴叫時(shí)間： MOV AL,00001111B ;8255 PC7口置

17、1，使蜂鳴器工作 MOV DX,PORT_CTL OUT DX,AL MOV BL,00000000B MOV CX,0FFFFH ;延時(shí)一段時(shí)間 LOOP1:LOOP LOOP1 LOOP2:LOOP LOOP2 LOOP3:LOOP LOOP3 LOOP4:LOOP LOOP4 LOOP5:LOOP LOOP5 LOOP6:LOOP LOOP6 LOOP7:LOOP LOOP7 MOV AL,00001110B ;8255 PC7口置0，蜂鳴器停止工作 MOV DX,PORT_CTL OUT DX,AL 第五章 結(jié)果分析 連接硬件電路后，控制程序輸出得到相應(yīng)結(jié)果： 圖5 硬件顯示結(jié)果由上結(jié)

18、果可看出，當(dāng)按鍵3按下的時(shí)候，數(shù)碼管顯示數(shù)字3，揚(yáng)聲器進(jìn)行鳴叫，在無按鍵按下時(shí)，LED數(shù)碼管顯示符號“-”，可得程序設(shè)計(jì)及硬件連接能達(dá)到題目要求。 小結(jié) 轉(zhuǎn)眼間微機(jī)課程設(shè)計(jì)就結(jié)束了，回想過去的幾周，這里面的辛苦只有親自做的人才知道。我們經(jīng)歷了階段性的狂喜，測試失敗后的失望，陷入困境后的不知所措，重新投入時(shí)的齊心協(xié)力。最終我們完成了8人競賽搶答器的設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了競賽搶答器的所有功能。這次課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用到了8088CPU，可編程并行接口芯片8255和可編程定時(shí)器8253芯片，揚(yáng)聲器。所以，在開始設(shè)計(jì)之前，我們需要熟悉LED顯示器的結(jié)構(gòu)及譯碼方式，熟悉掌握匯編語言，熟悉8255和8253的內(nèi)部結(jié)

19、構(gòu)、外部引腳及其對應(yīng)功能，揚(yáng)聲器的工作原理。在進(jìn)行軟件編程的過程中，我們?nèi)D書館查詢了許多相關(guān)資料，著重看了一下不同書籍中完成同一功能的子程序，通過比較再選擇最合適的程序。我們還結(jié)合了大量微機(jī)原理課程學(xué)過的知識，比如8255、8253初始化，數(shù)碼管顯示。在硬件連接的時(shí)候要認(rèn)真對待，根據(jù)引腳功能及設(shè)計(jì)需求進(jìn)行連線。我們了解了各芯片功能以后，進(jìn)行了硬件連線，然后結(jié)合程序進(jìn)行編譯。剛開始編程部分出現(xiàn)了問題，8個(gè)數(shù)碼管不能全都顯示。經(jīng)過幾次修改后，八個(gè)數(shù)字都能顯示，只是蜂鳴器發(fā)聲部分出現(xiàn)了問題，后來在老師的幫助下解決了這個(gè)問題。在這次課程設(shè)計(jì)中，我既運(yùn)用了很多之前學(xué)到的專業(yè)知識，又學(xué)會(huì)了許多課本上學(xué)不

20、到的東西，所以這次課程設(shè)計(jì)，我覺得是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，整個(gè)設(shè)計(jì)使我加深了對課本知識的理解，同時(shí)熟練掌握了匯編語言的編輯、調(diào)試。在設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)帶著問題去設(shè)計(jì)效率很高，另外要想做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須在設(shè)計(jì)程序之前有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的軟件流程圖。當(dāng)然，整個(gè)課程設(shè)計(jì)也充分鍛煉了我的匯編能力，設(shè)計(jì)方案制定能力，同時(shí)也加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問題的能力，使我受益匪淺。雖然由于匯編水平有限，對芯片的理解不夠到位，搶答器還有需要改進(jìn)的地方，但我們還是很滿意的。這次的課程實(shí)際給我留下了寶貴的財(cái)富，不光是簡簡單單的理論知識，它讓我開始嘗試我以前所未曾接觸過的一些東西，相信這些經(jīng)驗(yàn)會(huì)對我即將

21、面臨的畢業(yè)設(shè)計(jì)有所幫助。最后，我要感謝在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中曾經(jīng)給予我們幫助的同學(xué)以及給予我們精心輔導(dǎo)的老師，因?yàn)橛心銈兊膸椭椭С?，這次的課程設(shè)計(jì)才得以圓滿完成。附錄參考文獻(xiàn)1.朱金鈞 麻新旗，微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社2.李順增，微機(jī)原理及接口技術(shù)，機(jī)械工程出版社主程序清單 PORT_A EQU 0FF28HPORT_B EQU 0FF29HPORT_C EQU 0FF2AHPORT_CTL EQU 0FF2BHCODE SEGMENTASSUME CS:CODE ORG 11B0H START: MOV AL,90H ;8255控制字 A組方式0輸入 MOV DX,PORT_

22、CTL ;B組方式0輸出 C口輸出 OUT DX,AL MOV AL,00110110B ;8253控制字 計(jì)數(shù)器0 讀寫字 MOV DX,43H ;工作方式方式3 OUT DX,AL MOV AX,1000 ;計(jì)數(shù)器初值 MOV DX,40H OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL LED1: MOV BL,00000001B ;設(shè)置全局變量 BL MOV AL,00001110B ;PC7端口置0 MOV DX,PORT_CTL OUT DX,AL MOV DX,PORT_B ;在數(shù)碼管顯示符號"-" MOV AL,10111111B OUT DX,

23、AL MOV DX,PORT_A ;讀取A口狀態(tài)(按鍵狀態(tài)) IN AL,DX CMP AL,00000000B ;無按鍵按下 返回LED1 JE LED1 CMP AL,00000001B ;按鍵1 JE LP1 CMP AL,00000010B ;按鍵2 JE LP2 CMP AL,00000100B ;按鍵3 JE LP3 CMP AL,00001000B ;按鍵4 JE LP4 CMP AL,00010000B ;按鍵5 JE LP5 CMP AL,00100000B ;按鍵6 JE LP6 CMP AL,01000000B ;按鍵7 JE LP7 CMP AL,10000000B ;

24、按鍵8 JE LP8 JMP LED1 ;返回 LP1: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示1 跳轉(zhuǎn)LP9 MOV AL,11111001B OUT DX,AL JMP LP9 LP2: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示2 跳轉(zhuǎn)LP9 MOV AL,10100100B OUT DX,AL JMP LP9 LP3: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示3 跳轉(zhuǎn)LP9 MOV AL,10110000B OUT DX,AL JMP LP9 LP4: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示4 跳轉(zhuǎn)LP9 MOV AL,10011001B OUT DX,AL JMP LP9 LP5: MOV DX,PORT_B ;數(shù)碼管顯示5 跳轉(zhuǎn)LP9 MOV AL,10010010B OUT DX,A