微机原理设计报告.docx

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微机原理设计报告

微机原理课程设计

题目：

I/O接口卡设计

学院：

仪器与电子学院

专业：

测控技术与仪器

指导教师：

陈鸿

成员姓名：

设计日期：

2015.6.15-2015.6.28

目录

一．设计题目及设计要求

1.设计内容

2.设计要求

二．设计总体方案

三．主要元件

1.IBMPC/XT总线简介

2.ISA总线简介

3.8255芯片简介

4.驱动器

5.LED显示器

四．工作原理

五．硬件电路

六．程序设计及流程图

1.流程图

2.程序设计

七．设计心得

八．参考文献

1、设计题目及设计要求：

1.设计一块I/O卡，该卡具有3个8位I/O口（A、B、C口），利用该I/O卡控制该卡控制一个四位的LED显示器，该卡插在PC机的IMB-PC扩展总线插槽上（ISA），选用8255接口芯片

2.设计要求：

画出电路原理图，说明工作原理，编写利用该接口卡对键盘上键入的数字进行显示的程序（当回车键按下前，如果键入的数字的次数大于4时显示最后的4位数）

二．设计整体方案

该接口卡的主芯片是8255芯片，将ISA总线上的地址线A0-A19经过译码作为8255的片选信号，IOR、IOW分别作为8255的读写信号。

四位LED显示器采用共阴极接法，将8255的A端口的8个引脚经过驱动器与LED的a-h相连，用C端口的低四位来控制那个LED亮，B端口不使用。

三．主要元件

1.IBMPC/XT总线简介

总线在PC/XT机的底板上共有8个插头，称为IMBPC/XT总线。

PC/XT总线在每个插槽（扩展槽）配有62个引脚代表各种不同的信号。

IBMPC/XT总线的62条引线包括20位地址线、8位数据线、21根控制线、2根状态线和11根辅助线及电源线。

每一个插槽对应的引脚均有相同的意义，因此所有的接口卡可插于任何一个插槽上。

引脚间隔为2.54mm。

2.ISA总线简介

 ISA总线是IBM PC／AT机（CPU是80286）所用的系统总线，这是一个16位兼8位的总线标准。

如果忽略标准化细节，则可认为16位ISA总线就是PC／AT总线。

由于IBM PC／AT与IBM PC、IBM PC／XT机（CPU都是8088）所用的Pc总线兼容，所以可认为8位ISA总线（16位ISA总的低8位部分）就是PC总线。

ISA总线的主插槽与IBM总线的插槽兼容，如下：

注意事项：

（1）当设计非DMA方式的I／O接口时，应把AEN为低作为该接口工作的使能条件，以确保在总线上进行DMA传送时该接口不工作，否则DMA传送时所发出的地址与该接口设计地址相同时该接口会误操作。

（2）系统对ISA总线上的I／O端口地址采用部分译码方法，只译码A9～AO或A10～A0，在选择接口地址时应避开系统已占用的地址以及它们的重叠区。

（3）原则上讲，在用户自行设计接口插卡时，反未被占用的地址端口都可以使用，但要考虑到系统的现存配置情况，对端口地址的占用要留有余地，以免发生地址冲突。

一般用户可使用300H-31FH的地址，这些地址是留作实验卡用的。

3.8255芯片简介 

8255是可编程并行I／O口接口芯片。

如下图所示：

（1）8255具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口分别为A口,B口和C口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口（高4位,PC4~PC7）,B组包括B口及C口（低4位,PC0~PC3）.

（2）8255内部有4个寄存器：

分别为寄存器A、B、C和控制寄存器。

A、B、C寄存器的数据就是引脚PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0上输入或输出的数据。

其中，{1}PA0～PA7:

端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入锁存器。

{2}PB0～PB7:

端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。

（3） PC0～PC7:

端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。

端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。

而控制寄存器的数据则表明PA、PB、PC的工作方式。

通过CS、A0、A1、RD和WR对4个寄存器进行操作。

CS为低电平时选通8255；A1、A0为地址选通。

具体如下：

当A0=0,A1=0时,PA口被选择;     

当A0=0,A1=1时,PB口被选择;     

当A0=1,A1=0时,PC口被选择;     

当A0=1.A1=1时,控制寄存器被选择. 

RD和WR为读、写信号：

RD为低、WR为高时为读方式，RD为高、WR为低时为写方式。

（3）8255引脚功能 

RESET:

复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。

CS:

芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输。

RD:

读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。

WR:

写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。

D0～D7:

三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。

（4）8255有三种基本的工作方式：

方式0（基本的输入输出方式），方式1（选通输入输出方式），方式2（双向传输方式）。

具体如下：

{1}方式0：

这种方式不需要任何选通信号。

A口、B口及C口的两个4位口中的任何一个端口都可以被设定为输入或输出。

输出锁存，输入不锁存；{2}方式1：

这种方式下，A口、B口、C口分为两组。

A组包括A口和C口的高4位，A口可由编程设定为输入口或输出口，C口的高四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；B组包括B口和C口的低4位，B口可由编程设定为输入口或输出口，C口的低四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号。

A口和B口的输入输出数据都被锁存；{3}方式2：

这种方式下，A口为8位双向总线口，C口PC3~PC7用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；B口和C口的PC0~PC2则可编程为方式0或方式1工作。

4.驱动器

74LS07同向能够驱动共阴极起端数码管显示，8255C端口为LED显示器的控制端口需用74LS04进行反向驱动。

5.LED显示

LED数码管的主要部分是七段发光管，分别称为abcdefg，通过七个发光段的不同组合，可以显示0-9和A-F共16个字母数字，从而实现16进制的显示。

LED数码管有两种结构，分为共阳极接法和共阴极接法，如为共阴极结构，各字段阴极控制端共接低电平，而各段阳极控制端凡接高电平者便发光。

四．工作原理  

首先由I/O卡的RESET将8255A芯片复位，由微机系统的扩展槽中20根地址线来决定8255A片选信号是否选通，由其工作原理图可知A端口地址300H，B端口地址301H，C端口地址302H，控制口地址303H。

（为避免地址冲突，因此选用300H-303H）。

经MS—DOS功能调用从键盘输入一串字符，（调用OAH号功能，输入的字符串可达254个字符，其入口参数为DS：

DX，在DX第一个字节必须存放输入字符的最大字节量，第二个单元存放是实际输入字符的个数，字符串本身从第三个字节开始有效，由终止回车符生成的码作为穿的最后一个字符输入。

），通过软件设计，不管输入多少个数，始终只显示最后输入的四个数。

同时也将由键盘输入的四个ASCII码数转换成相应的BCD码，取个位数，将此BCD码转换成字形码，在将字形码送入到8255A的A端口，而将状态字送入C端口，用来控制哪一个显示器亮，并调用5ms延迟程序。

依此类推，取十位，百位，千位进行相同的操作，只是送C端口的数据不同，依次为O7H，O5H，03H、O1H。

由于四个显示器依次点亮的时间间隔短，利用发光管的余晖和人眼视觉的暂留作用，使人感觉好像4位LED显示器都在显示（动态显示）。

五．硬件原理图：

六．程序设计及流程图

1.流程图

2.程序设计

DATASEGMENT

STRING1DB“pleaseinputchar”

STRING2DB100DUP（?

）

STRING3DB100DUP（?

）

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA

START:

MOVAX,DATA

MOVDS,AX;数据段寄存器的初始化

MOVAL,80H;8255的初始化

MOVDX,300H

OUTDX,AL

LEADX,OFFSETSTRING1

MOVAH,09H;显示字符串功能

INT21H

NEXT1:

LEADX,OFFSETSTRING2

MOVAH,0AH;从键盘读入数字

INT21H

MOVCL,STRING2+1；实际读入的数字的个数送至CL

CMPCL,0

JZNEXT1;没有读入数字则继续等待

MOVSI,DX

ADDCL,1

MOVCH,0

ADDSI,CX

MOVAL,[SI];个位数转化为BCD码

ANDAL,0FH

LEADI,OFFSETSTRING3

MOV[DI],AL

DECSI;十位数转化为BCD码

MOVAL,[SI]

ANDAL,0FH

MOV[DI+1],AL

DECSI;百位数转化为BCD码

MOVAL,[SI]

ANDAL,0FH

MOV[DI+2],AL

DECSI;千位数转化为BCD码

MOVAL,[SI]

ANDAL,0FH

MOV[DI+3],AL

NEXT2:

LEABX,OFFSETLEDADD;将千位数字转化为对应的字型码

MOVAL,[DI+3]

XLAT;查表转换

MOVDX,302H

OUTDX,01H;将与之对应的数码管的位选打开

OUT300H,AL;将转换后的字型码送A口

CALLDELAY;调用5ms的延时子程序

LEABX,OFFSETLEDADD；将百位数字转化为对应的字型码

MOVAL,[DI+2]

XLAT

MOVDX,302H

OUTDX,03H

OUT300H,AL

CALLDELAY

LEABX,OFFSETLEDADD;将十位数字转化为对应的字型码

MOVAL,[DI+1]

XLAT

MOVDX,302H

OUTDX,05H

OUT300H,AL

CALLDELAY

LEABX,OFFSETLEDAD;将个位数字转化为对应的字型码

MOVAL,[DI]

XLAT

MOVDX,302H

OUTDX,07H

OUT300H,AL

CALLDELAY

LOOPNEXT2

DELAYPROC;延时子程序

PUSHBX

PUSHCX

MOVCX,4167

NEXT3:

LOOPNEXT3

POPCX

POPBX

RET

DELAYENDP

LEDADD:

DB40H

DB79H

DB24H

DB30H

DB19H

DB12H

DB02H

DB78H

DB00H

DB10H

CODEENDS

ENDSTART

七．课程设计心得：

通过这次课程设计，我们受益匪浅。

最大的收获就是将理论与实际相结合，但同时也知道了自己的操作能力不行，希望以后加强这方面的锻炼。

在做完这个设计后发现自己所学知识有限觉的惭愧，以后会加强对这方面的知识的学习。

本次设计过程中，我们了解了计算机控制技术发展史，I/O接口、8255芯片、ＰＲＯＴＥＬ发展和使用等。

使我巩固了在课堂上学到的东西，加深了印象。

本次课程设计，同时也 使我们进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，还进一步了解了波形发生器的原理及汇编语言的应用，加深了自己对理论知识的理解，提高了动手能力，独立分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。

提高了在应用方面的实技践能，树立了严谨的科学作风。

通过电路和程序的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

通过课程设计要实现以下两个目标：

第一，让学生初步掌握计算机控制技术的试验、设计方法。

即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基。

通过实验训练，掌握单片机应用的基本操作方法，为今后从事相关工作打下扎实的基础，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

八． 参考文献 

[1]彭沛夫、张桂芳编著.《微机控制技术与实验指导》清华大学出版社，2005

[2]李顺增、吴国东、赵河明、乔志伟.《微机原理及接口技术》机械工业出版社,2004.  

[3]林敏编著.《微机控制技术及应用》高等教育出版社，2004

[4]于海生编著.《微型计算机控制技术》清华大学出版社，1999 

[5]张大明编著.《单片微机控制应用技术》 机械工业出版社，2006