竞赛抢答器课程设计微机接口课程设计报告sw.docx
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竞赛抢答器课程设计微机接口课程设计报告sw
合肥学院
计算机科学与技术系
微机原理与接口技术
课程设计报告
2008～2009学年第2学期
课程
微机原理与接口技术
课程设计名称
竞赛抢答器
学生姓名
储醒之
学号
0604032028
专业班级
计算机科学与技术专业（06网工2）
指导教师
肖连军
2009年2月
一、题义分析及解决方案
1.题义需求分析
题目要求利用8086系统接口电路设计一个可供八人竞赛使用的抢答器，并显示竞答者编号（1~8）。
根据题义可知：
本设计是要设计一个能够提供给8个人使用的竞赛抢答装置，能够使得抢答者的编号，显示的装置。
首先是主持人发出抢答允许信号，当抢答者收到信号后，便立刻进行抢答，然后通过装置，将最先抢答者的编号显示出来。
根据以上分析，提出以下几个问题：
主持人如何发出抢答的信息？
竞赛者如何进行抢答？
如何将分辨抢答的顺序，谁是最先抢答的？
如何显示抢答者的编号？
抢答的总体规则是什么？
怎样控制？
2.解决问题的思路及其方法
1）硬件部分
（1）主控装置，由主持人控制决定抢答有效与无效，共两个量，因而考虑到逻辑开关、微动开关和小键盘，主控完成的是保持有效与无效两种状态，而微动开关是输入一个脉冲，故不符合要求，小键盘虽然可以实现，但相对复杂，不便于实现。
逻辑开关能很好地符合要求，优点是简单、易操作。
本实验使用新实验箱，芯片8255的A、B、C口均被使用，故不能实现该主控功能，但设计思想中应包含此方面，以便设计完备。
（2）抢答装置，由竞赛选手抢答使用，每一个选手在抢答时均有两种选择情况，抢答或不抢答，同主控装置道理一样，“1”表示抢答动作发生，“0”表示不抢答，可见，逻辑开关可方便实现，微动开关同样满足要求。
然而现实生活中，更合理的应采用微动开关按键式完成抢答动作，以符合现实要求。
（3）显示装置，可选择LCD或LED，由于这里的输出结果是选手编号，比较简单，用LED即可实现，用LCD也可以实现，但相对复杂，且LCD价格高，故选LED。
实现时可采用一人一个发光二极管，但这样在抢答时不便于观察与先后比较，所以选用七段LED数码显示最后竟比较先后处理过的数字编号。
（4）规则设定，对于规则要用到可编程芯片，因为抢答结果的多种情况需要作不同的处理，要有硬件实现。
由于是八位选手在同一个时间段均可抢答，输入抢答信号，所以应并行而不是串行。
可编程芯片有8253、8251A以及8255等，8253主要用于定势和计时器用，它的6种工作方式多以触发方式，故不适用。
8251A用于通信借口，并且是串行的，也不可用。
而8255恰很好的满足需求，是并行接口芯片，所以选用8255。
（5）接口实现，8086CPU与8255之间的数据总线经数据总线收发器相连，地址线经地址锁存器相连，八个逻辑开关K0~K7分别连接到8255的输入口PA0~PA7,输出口PB0~PB7连接到七段LED显示器。
在8255与LED连接时，要留心参数是否匹配，能否成功驱动LED显示，LED的标准编码及显示数字如下表所示：
表1-1LED的标准编码
数字
DP
g
f
E
d
c
b
a
二进制编码（字形）
0
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
0
0
0
0
0
0
1
1
06H
2
0
1
0
1
1
0
1
1
5BH
3
0
1
0
0
1
1
1
1
4FH
4
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
5
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
6
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
7
0
0
0
0
0
1
1
1
07H
8
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
E
0
1
1
1
1
0
0
1
79H
通过上表，我们需要用到的编码是0、1、2、3、4、5、6、7、8、E,LED完全符合要求，每一位选手的编号，显示装置采用七段LED二极管显示八位选手的编号，即为抢答结果。
2）软件部分
对于设计中的抢答规则由软件来实现，考虑到8位选手的各自按下抢答装置与自己的编号间的对应关系，8个信号有可能在同一时间段内有两个或以上信号输入，各自之间在时间上不会牵制，即涉及并行的方式输入，后要对输入的开关量进行处理、输出，连接至LED显示，其中需有一主控装置，据此结合课程的所学的相关知识可知，使用可编程并行接口芯片8255能够满足要求，实现相关功能。
实现时，可设置8255的A口作为八个输入信号，用逻辑电平开关K0—K7代表抢答装置的抢答开关1—8号。
当某个微动开关置“0”时，显示有效，当有两个或以上选手同时按下抢答器时，信号无效，显示“E”。
将B口输出信号与7段LED的a—dp连接，即可用LED显示器输出抢答结果。
在实验中需设置C口位控制选用新实验箱的八个LED显示中的一个。
二、硬件设计
1）8255芯片
（1）8255引脚图
8255是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口Ｂ口和Ｃ口。
三个端口都可以作为输入端口或输出端口。
Ａ口有三种工作方式：
即方式０、方式１和方式２，而Ｂ口只能工作在方式０或方式１下，而Ｃ口通常作为联络信号使用。
8255的工作只有当片选CS有效时才能进行。
而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。
（2）CPU接口
1.数据总线缓冲器
这是一个8位双向三态缓冲器，三态是由读/写控制逻辑控制的。
这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口。
2.读/写控制逻辑
它与CPU的6根控制线相连，控制8255A内部的各种操作。
控制线RESET用来使8255A复位。
和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。
控制线用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向，即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道，或把状态信息或输入数据送到CPU。
8255A的读/写控制逻辑的作用，是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号，转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。
（3）8255A的引脚信号
1.与外设相连的
PA7～PA0：
A口数据信号线。
PB7～PB0：
B口数据信号线。
PC7～PC0：
C口数据信号线。
2.与CPU相连的
RESET：
复位信号。
当此信号来时，所有寄存器都被清除。
同时三个数据端口被自动置为输入端口。
D7～D0：
它们是8255A的数据线和系统总线相连。
CS:
片选信号。
在系统中，一般根据全部接口芯片来分配若于低位地址组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，于8255A被选中。
只有当有效时，读信号写才对8255进行读写。
RD：
读信号。
当此信号有效时，CPU可从8255A中读取数据。
WR：
写信号。
当此信号有效时，CPU可向8255A中写入数据。
A1、A0：
端口选择信号。
8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端口。
规定当A1、A0：
为00时，选中A端口；为01时，选中B端口；为10时，选中C端口；为11时，选中控制口。
表2-18255A的技术参数
标识符
最小
最大
测试条件
输入低电平（VIL）
-0.5V
0.8V
输入高电平（VIH）
2.0V
5V
输出低电平（VOL）DB
0.45V
IOL=2.5mA
输出低电平（VOL）PER
0．45V
IOL=1.7mA
输出高电平（VOH）DB
2．4V
IOH=-400μA
输出高电平（VOH）PER
2．4V
IOH=-200μA
驱动电流
-1.0mA
-4.0mA
REXT=750Ω，VEXT=1.5V
供应电流
120mA
IIL（INPUTLOADCURRENT
±10μA
VIN=0V~5V
IOFL（Outputfloatleakage
±10μA
VOUT=0.45~5V
输入最低电压：
min-0.5V,max0.8V，输入最高电压：
2.0V。
输出最低电压：
0.45V，输出最高电压：
2.4V。
（3）8255A的方式控制字
D7D6D5D4D3D2D1D0
1
0
0
1
0
0
0
0
1:
工作方式A口方式0输入B口方式0输出
C口高4位输出C口低4位输出
图2-18255A的方式控制字
方式0的工作特点是通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定为输入或输出。
其功能为：
①两个8位通道：
通道A、B。
两个四位通道：
通道C高四位和低四位；
②任何一个通道可以作输入/输出；
③输出是锁存的；
④输入是不锁存的；
⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。
2）显示器件LED
（1）LED在本设计中的作用
LED功能分析如下：
1.物理构造：
LED发光二级管，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。
2.工作原理：
当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。
3.数字成像：
将七个发光管进行组合，排列成数字图形8，再根据需要控制七个管的亮与灭，即可显示出定义数字。
LED技术参数如下：
1.发光二极管的压降一般为1.5～2.0V，其工作电流一般取10～20mA为宜。
2.发光二极管的发光颜色有：
红色光、黄色光、绿色光、红外光等。
3.发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。
表2-2LED显示管段选码编码表
数字
DP
g
f
e
d
c
b
a
二进制编码（字形）
0
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
0
0
0
0
0
0
1
1
06H
2
0
1
0
1
1
0
1
1
5BH
3
0
1
0
0
1
1
1
1
4FH
4
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
5
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
6
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
7
0
0
0
0
0
1
1
1
07H
8
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
E
0
1
1
1
1
0
0
1
79H
图2-2LED数码管及其框图
上面两图分别为外形图和原理图，当七段数码管点亮其中几段可显示数字和简单的字符，将七段数码管负极连接到一起称为公共端，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪个发光二极管点亮。
由于将8个发光二极管负极全部连接在一起，称为共阴极数码管，还有将8个发光二极管的正极连接在一起，故称之为共阳极数码管。
本次实验用的数码管需动态扫描显示，其接口电路将所有数码管的笔画控制段与a~h同名端连在一起，接到一个并行端口，每个公共极COM端由独立的I/O线控制，CPU向字模输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，究竟哪个数码管显示，取决于每个LED的COM端，所谓动态扫描，就是显示一位信息时，其他位不能显示，必须采用分时方法，轮流控制COM端。
3）微动开关
（1）微动开关及其编码
开关高电平：
+5V、低电平：
0V
表2-4微动开关及其编码
编码
数字
编码
数字
0000
0
1000
8
0001
1
1001
9
0010
2
1010
A
0011
3
1011
B
0100
4
1100
C
0101
5
1101
D
0110
6
1110
E
0111
7
1111
F
4）硬件总逻辑图及其说明
图2-3硬件电路图
说明：
8086的数据线接8255A的数据线，8086的地址线形成地址通过译码器与8255A的片选信号相连。
8086的分别接8255A的A0,A1。
PA0—PA7接微动开关K0—K7。
PB0—PB7接显示管的a—dp，PC0—PC7接LED显示装置，用于位选择。
3、控制程序说明
3.1控制程序设计思路说明
1）定义十六进制数字符的七段代码表。
2）初始化8255A的工作方式。
3）置LED灯全灭。
4）输出显示零表示等待抢答。
5）读A口状态，若有两个或两个以上的抢答信号，显示输出E。
若只有一个抢答信号，则查询输出其编号。
6）继续观察LED是否输出显示零，若为0，进行下一次抢答。
3.2程序流程图
图3-1程序流程图
3.3控制程序
.MODELTINY
PCIBAR3EQU1CH;8位I/O空间基地址（它就是实验仪的基地址,也为DMA&32BITRAM板卡上的8237提供基地址）
Vendor_IDEQU10EBH;厂商ID号
Device_IDEQU8376;设备ID号
.STACK100
.DATA
IO_Bit8_BaseAddressDW?
msg0DB'BIOS不支持访问PCI$'
msg1DB'找不到StarPCI9052板卡$'
msg2DB'读8位I/O空间基地址时出错$'
COM_ADDDW00F3H;控制口偏移量
PA_ADDDW00F0H;PA口偏移量
PB_ADDDW00F1H;PB口偏移量
PC_ADDDW00F2H;PC口偏移量
.CODE
START:
MOVAX,@DATA
MOVDS,AX
NOP
CALLInitPCI
CALLModifyAddress;根据PCI提供的基地址,将偏移地址转化为实地址
movdx,COM_ADD;控制口地址
movax,90h;10010000
outdx,ax
step0:
movax,00h;禁止显示LED全灭
movdx,PB_ADD;B口地址输出
outdx,ax
step3:
movdx,PB_ADD
movax,3fh;输出显示0表示允许抢答
outdx,ax
movdx,PC_ADD;设置数码管位选码
moval,7Fh;只使用最左边一位
outdx,al
step2:
movdx,PA_ADD;通过A口地址读输入信号
inax,dx;读A口状态
notax;取反，因为微动开关按下为低电平有效
cmpal,00h;检测是否有输入
jzstep2;没有则继续检测
movdl,al
movbl,00h;bl用于记录有几人同时按键
movcx,8h;循环次数
test1:
rordl,1;循环右移一位，末位进CF
jnctest2;若没有进位，即CF=0则跳转retest继续测试
incbl;有进位，bl自加记录同时抢答人数
test2:
looptest1;循环测试8次
cmpbl,1
jaerror;有一人以上同时抢答，则报错
movbl,00h;bl清零
next:
roral,1;有抢答信号
jcprint;有则输出
incbl;bl用来记录是哪一位选手
jmpnext
error:
movbl,8
print:
moval,bl
leabx,ssegment;查表
xlat;将BX的内容（代码表首地址）+AL的内容（表格偏移量）作为有效地
;址，最终内容存入AL中
movdx,PB_ADD
outdx,al
movdx,PC_ADD;设置数码管位选码一位显示
moval,7Fh;只使用最左边一位
outdx,al
step5:
movdx,PA_ADD
inax,dx
cmpal,0ffh;检测开关是否已松开
jnzstep5;没有松开继续检测
jmpstep6
step6:
moval,cl
movdx,PB_ADD
outdx,al
movdx,PC_ADD;设置数码管位选码一位显示
moval,0FEh;只使用最右边一位
outdx,al
callDL500ms;调用延迟程序
jmpstep0
ssegment:
db06h
db5bh
db4fh
db66h
db6dh
db7dh
db07h
db7fh
db79h
DL500msPROCNEAR
pushax
pushdx
movdx,500
movah,0ffh
int21h
popdx
popax
RET
DL500msENDP
InitPCIPROCNEAR
MOVAH,00H
MOVAL,03H
INT10H;清屏
MOVAH,0B1H
MOVAL,01H
INT1AH
CMPAH,0
JZInitPCI2
LEADX,msg0
InitPCI1:
MOVAH,09H
INT21H
JMPExit
InitPCI2:
MOVAH,0B1H
MOVAL,02H
MOVCX,Device_ID
MOVDX,Vendor_ID
MOVSI,0
INT1AH
JNCInitPCI3;是否存在StarPCI9052板卡
LEADX,msg1
JMPInitPCI1
InitPCI3:
MOVDI,PCIBAR3
MOVAH,0B1H
MOVAL,09H
INT1AH;读取该卡PCI9052基地址
JNCInitPCI4
LEADX,msg2
JMPInitPCI1
InitPCI4:
ANDCX,0FFFCH
MOVIO_Bit8_BaseAddress,CX
RET
InitPCIENDP
ModifyAddressPROCNEAR
ADDCOM_ADD,CX
ADDPA_ADD,CX
ADDPB_ADD,CX
ADDPC_ADD,CX
RET
ModifyAddressENDP
Exit:
MOVAH,4CH
INT21H
ENDSTART
4、上机调试过程
4.1硬件调试
按照硬件连接图接好线后，运行程序，发现LED显示的不是0，经检查发现二进制编码是11000000而并不是0的编码00000011。
后在老师提示下，原因是PB口的连接的并不是a-dp，而是dp-a。
后采用将数据线反过来接，结果正确显示0。
4.2软件调试
刚开始调试程序时，总是出现错误，后经老师提示，原因是新实验箱没有8086CPU,它采用的运行方式是上位机的CPU模拟实现下位机的8086CPU实现功能，所以加入了老师给的地址转换程序，得以实现。
继而相应的删去了一些重复不必要的初始化程序。
4.3联机调试
在联机调试时出现了两个问题：
（1）起初一直坚守“1”有效，运行错误，后仔细阅读了实验箱使用说明，认识
微动开关按下时的状态为“0”，松开为“1”，于是在程序中读信号的代码段中入NOTAX，将读取的微动开关按位取反，以使得开关按下“0”时有效，弹开“1”时无效，结果成功实现。
（2）程序反复调试并运行了多次，几经测试，起初都正确，可是后来同样正确的程序运行LED显示却出现故障，下位机重置仍然不行，后经老师指导，将上位机重启，问题被解决。
4.4调试结果及问题的提出
（1）数码管显示数字的笔画不对，尽管数码管编码正确无误，经检查原因是控制编码段的定位变化未能有效设置好，随着程序的运行，值变化混乱，后经单步调试，仔细分析并改正优化，成功解决。
（2）在联机调试结果正确后，全速运行情况下，LED显示始终会全部显示，后在老师的提示下，程序中显示代码段的位置出加入movax,00h，movdx,PB_ADD以禁止显示，LED全灭，同时应考虑到人眼视网膜的分辨率，设置显示延迟时间，以便于观察。
（3）在老师的要求下，应该能够观察到选手的编号。
而微动开关按下是瞬间的且选手不能一直按着开关不放，对于观察结果不方便，故老师要求在最右边的一位LED上显示出选手编号。
设计时在测试微动开关是否松开后，再加一个B口输出在LED上显示。
开始的很多次，在单步调试中可以观察到在最右边的LED上显示了选手编号，而在全速运行中却看不到。
经老师检查后，发现在显示程序后立刻执行了LED全灭，在人眼的能力内是看不到的，在老师的建议下，加入一个延迟程序即可解决问题。
5、设计结果分析及问题讨论
5.1课程设计结果
在允许抢答信号发出后，七段LED显示器上会显示首先按下开关的选手编号。
由于响应速度非常快，若有两人或两人以上同时拨下开关是，七段LED显示器上始终会灵敏的显示第一个按下开关的抢答者，当起初有两个或以上选手抢答，则显示“E”表示出错，抢答无效。
5.2设计结果分析
由于芯片8255的三个端口A、B、C全部都被使用，起初的主控思想便无法实现，从8255A的A口读入输入信号，即为选手编号。
然后从B口输出抢答结果到七段LED显示器上，C口控制LED数码管的位控制，采用最左边的一位LED显示，并设置延迟在最右边的一位LED上显示最终的抢答者号码，便于观察和比较。
5.3问题讨论
在考虑如何确定有几人同时拨下开关的问题中，用BL记下在A口的输入信号，将BL循环右移八次，看八位选手中有哪几位发出了抢答动作，即所在的位有效，有几个一被移出，就有多少个人同时按下开关。
将BL与1比较，如果大于1，说明有多人同时抢答，七段LED显示器上显示E，表示抢答无效。
否则，满足一位选手动作，LED显示器即会显示选手编号。
5.4收获、体会和建议
5.4.1关于可编程芯片8255A
通过本次课程设计我熟练掌握了可编程并行接口芯片8255A的内部结构，数据总线缓冲器，三个八位端口，A口、B口和C口的控制电路，读写控制逻辑，工作方式，分别有：
方式0--基本输入输出方式，方式1—选通输入输出方式，方式2—双向选通输入输出方式，初始化，包括方式选择控制字，C口按位置位控制字及其应用。
8255A有三个八位的输入输出端口，由于内部电路原因，通常将A口（PA0-PA7）作为输入用，B口（PB0-PB7）作为输出用，C口作为辅助用，本实验，在设计程序时，选取8255A的工作方式0，通过A口输入，B口输出LED段控制，C口输出LED位控制。
5.4.2七段LED显示器
通过这次课程设计我掌握了作为终端显示的七段LED显示器物理构造，明白了其工作原理，数字成象的原理及相关技术参数。
5.4.3汇编语言
通过这
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