竞赛抢答器课程设计.docx
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竞赛抢答器课程设计
竞赛抢答器设计
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
设计时间：
目录
1.课程设计的目的.....................................................................3
2.课程设计的要求.....................................................................3
3.总体设计.................................................................................4
4.硬件设计.................................................................................9
5.软件设计.................................................................................13
6.系统操作说明.........................................................................16
7.心得体会.................................................................................16
8参考文献.................................................................................18
竞赛抢答器设计
1.课程设计的目的
1、掌握微机系统的开发步骤。
2、掌握8259A、8255A、8253数码管的用法。
3、掌握汇编程序的设计。
2.课程设计的要求
设计一个具有8路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键。
逻辑开关K0---K7代表抢答按钮，当某个逻辑开关闭合时，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将其号码显示出来，并使喇叭响一声（或者以发光二极管代替）。
2.1中断优先级管理器8259A控制字要求
芯片控制字：
采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字
中断类型码控制字：
设置IR0~IR7的中断类型码依次为08H、09H、…、0FH
方式控制字：
优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，主片工作在缓冲方式下,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。
2.2可编程并行接口接口芯片8255A控制字要求
A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7~PA0依次对应按键1~8）；B口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1连接LED显示器（PB7~PB0依次对应连接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段数码管管脚）；C口也必须工作在方式0，高4位做输入端口（本次设计中只用PC4、PC5,分别用于连接复位键和开始键），低4位做输出端口（PC3~PC0，经驱动器2后PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到8253的GATE1端，以控制通道1的计数）。
2.3可编程定时器／计数器8253控制字要求
通道0：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为4000。
通道1：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为3000。
通道2：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。
3.总体设计
3.1基本工作原理
主持人按开始键，绿灯这后，选手才可抢答，否则违规。
若抢答成功，LED显示器显示选手号码，黄灯亮，扬声器鸣叫；若抢答违规（主持人示按开始键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警。
3.2硬件总体设计
3.2.1系统总成方案
该竞赛抢答器所要器件：
中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255、可编程定时器／计数器8253，三个一样的驱动器，黄、红、绿三个发光二极管，十三个电阻，一个8输入与非门，一个非门，一个扬声器，一个LED显示器，10个按键。
3.2.2内存单元编址
（1）、中断优先级管理器8259A的端口地址为20H、21H
（2）、可编程并行接口接口芯片8255A的端口地址为80H、81H、82H、83H
（3）、可编程定时器／计数器8253的端口地址为40H、41H、42H、43H
3.2.3键盘、扬声器及显示功能的定义
10个按键中，一个开始键一个复位键，另外8个用做8位选手的抢答按键。
扬声器用与黄、红、绿三个发光二极管配合使用，黄灯亮扬声器鸣叫表示抢答成功，红灯亮扬声报警表示抢答违规报警，绿灯亮扬声器不鸣则表示主持人已按下开始键。
LED显示器显示的内容与选手号对应，抢答成功或违规都要显示。
3.3软件总体设计
3.3.1存储单元的分配、标志位的含义
表1定义一个TAB变量用来存储1~9的字形码信息
LED的管脚
对应的字形
对应存放在内存
单元的字形码
dp、g、f、e、d、c、b、a
00000110
01011011
01001111
01100110
01101101
01111100
00000111
01111111
01101111
1
2
3
4
5
6
7
8
9
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7CH
07H
7FH
6FH
定义一个BZ变量作为标志位，用来选手抢答是否违规，BZ=0FFH时表示主持人已经按下开始键选手可以抢答，BZ=00H表示主持人未按下开始按键，选手不可以抢答。
3.3.2主程序流程图及清单（带有注释）
（1）、主程序流程图如下：
图1主程序流程图
（2）主程序清单（带详细注释）
DATASEGMENT
TABDB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H;1~9的段码;（字形码）
BZDB00H
DATAENDS
STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’
DB100HDUP（?
）
STACKENDS
CODESEGMENT
ASSUMEDS:
DATA,CS:
CODE
START:
MOVAX,,DATA
MOVDS,AX;8259A初始化
MOVAL,13H;初始化8259A的ICW1
OUT20H,AL
MOVAL,08H;送中断类型码基值,8259A的ICW2
OUT21H,AL
MOVAL,0DH;一般中断结束方式,8259A的ICW4
OUT21H,AL
;8255A初始化
MOVAL,98H;置8255A工作方式
OUT83H,AL
XORAL,AL;B口、C口初始化
OUT81H,AL
OUT82H,AL;8253初始化
MOVAL,37H;置8253通道0控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;置8253通道0计数初值为4000
OUT40H,AL
MOVAL,40H
OUT40H,AL
MOVAL,73H;置8253通道1控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;置8253通道1计数初值为3000
OUT41H,AL
MOVAL,30H
OUT41H,AL
MOVAL,B7H;置8253通道2控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;置8253通道2控制字
OUT42H,AL
MOVAL,00H;置8253通道2计数初值为0
OUT42H,AL
MOVAL,00H
OUT42H,AL;中断设置
MOVAH,25H;设置抢答按键中断向量
MOVAL,0AH;中断类型号为入口参数
MOVBX,SEGKEYINT;DS：
DX指向4字节地址
MOVDS,BX
MOVDX,OFFSETKEYINT
INT21H
STI;使IF置1,开放可屏蔽中断;主循环
LOPM:
INAL,82H;检测开始键
TESTAL,20H;检测C口的PC5端
JZLOP2;开始键未按下即PC5=0,则跳转检测;复位键
LOP1:
INAL,82H;检测开始键是否已经弹起,即PC5=0
TESTAL,20H
JNZLOP1;开始键没有弹起再重新检测
MOVAL,00H;关LED显示器
OUT81H,AL;送到B口
MOVAL,08H;绿灯亮
OUT82H,AL;送到C口
MOVBZ,0FFH;置标志
STI
LOP2:
INAL,82H;检测复位键
TESTAL,10H;检测C口的PC4端
JZLOPM;复位键未按下即PC4=0,则跳转再检;测开始键
LOP3:
INAL,82H;检测复位键是否弹起,即PC4=0
TESTAL,10H
JNZLOP3;位键没有弹起,则重新检测
MOVAL,00H;关LED显示器、指标灯
OUT81H,AL
OUT82H,AL
MOVBZ,00H;清标志
STI
JMPLOPM;中断服务子程序……
CODEENDS
ENDSTART
4.硬件设计
4.1系统所选用各芯片的介绍
4.1.1中断优先级管理器8259A
4.1.1.18259A内部结构
8259A采用NMOS工艺制成，有28根引脚，所有输入、输出端与TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电。
8259的内部主要组成部分，包括处理部件（中断请求寄存器IRR、优先级鉴别器PR及现行服务寄存器ISR）、控制部件（控制逻辑及中断屏蔽寄存器IMR）、数据总路线缓冲器、读／写逻辑以及级联缓冲器／比较器等5个部分。
4.1.1.28259A主要的外部引脚
D0~D7：
双向数据线，CPU与8259间利用这个数据总路线传送数据及命令。
：
写控制输入信号，同控制总路线上的
信号相连。
：
读控制输入信号，同控制总路线上的
信号相连。
A0：
地址选择信号，用来对8259A内部的两个可编程寄存器进行选择。
：
片选输入信号，低电平有效。
有郊时可通过数据总路线设置命令并对内部寄存器进行读出。
当进入中断响应时序时，该引脚状态与进行的处理无关。
INT：
由8259A向CPU发出的中断请求信号。
：
输入信号，接收CPU送来的中断响应信号INTA。
IR0~IR7：
8个中断请求输入信号，高电平或上升沿有效。
用于接收外设接口来的中断请求。
4.1.1.38259A工作方式
（1）、优先级设置方式：
全嵌套方式（固定优先级方式）、特殊全嵌套方式（可响应同级中断方式）、轮转优先级方式、特殊轮转优先级方式。
（2）、中断源屏蔽方式：
普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。
（3）、中断结束方式：
中断自动结束方式、中断非自动结束方式（包括一般中断结束方式、特殊中断结束方式）。
（4）、系统总路线连接方式：
缓冲方式、非缓冲方式。
（5）、中断请求信号触发方式：
边沿触发方式、电平触发方式。
4.1.2可编程并行接口接口芯片8255A
4.1.2.18255A内部结构
8255A芯片是一个采用NMOS工艺制造的40引脚双列直插式（DIP）封装组件。
8255A有3个8位数据端口，即A口、B口及C口，它们都可以分别作为输入口或输出口使用；A组控制与B组控制；读／写控制逻辑；数据总路线缓冲器。
4.1.2.28255A主要的外部引脚
PA7~PA0：
A口的8条I／O线。
8条线只能同时作为输入或输出，不能分开使用，可设置成双向口，也只有A口允许这样做。
PB7~PB0：
B口的8条I／O线。
不可以设置成双向口，其它和A口一样。
PC7~PC0：
C口的8条I／O线。
不可以设置成双向口，但它可以分拆为两组即高4位和低4位，这两组可以任意设置为输入或输出。
除了作为独立的I／O线外，C口还经常为A口、B口服务，配合A口、B口作联络线使用。
A1、A0：
端口地址选择信号。
用于选择8255A的3个数据端口和一个控制口。
当A1A0=00时，选择端口A；为01时，选择端口B；为10，选择端口C；为11时，选择控制口。
4.1.2.38255A工作方式
（1）方式0：
基本的输入／输出方式。
A口、B口、C口都可以工作在些方式下。
（2）方式1：
选通输入／输出方式（应答方式）。
A口、B口工作在此方式下。
（3）方式2：
双向传输方式。
只有A口可以工作在此方式下。
4.1.3可编程定时器／计数器8253
4.1.3.18253的内部结构
8253采用NMOS工艺制成，有24个引脚，所有输入、输出端均TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电，最高计数速率为2.6MHz。
它包括3个计数器（即计数器0、1、2）、数据总路线缓冲器、读／写逻辑以及控制寄存器等4个部分。
4.1.3.28253的外部引脚
A1、A0：
地址输入线，用来址8253内部的4个端口，即3个计数器和1个控制字寄存器与CPU系统地址线相连。
CLK0、CLK1、CLK2：
时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。
CLK可以是系统的时钟脉冲，也可以由系统时钟分频或者其他脉冲源提供。
当用于定时时，这个脉冲必须是均匀的、连续的、周期精确的，而用于计数时，这个脉冲可以是不均匀的、断续的、周期不定的。
GATE0、GATE1、GATE3：
门控输入端，用于外部控制计数器的启动计数和停止计数的操作。
两个或两个以上计数器连用时，可用此信号同步，也可用于与外部某信号的同步。
OUT0、OUT1、OUT2：
计数输出，当计数器从初值开始完成计数操作进，OUT引脚输出相应的信号。
4.1.3.38253的工作方式
（1）方式0：
减1计数到0，产生中断请求信号。
（2）方式1：
减1计数到0，产生可重复触发的单稳态负脉冲信号。
（3）方式2：
减1计数到1，分频器（速率信号发生器）。
（4）方式3：
减1计数到初值的1／2，方波发生器。
（5）方式4：
减1计数到0，软件触发产生选通负脉冲信号。
（6）方式5：
减1计数到0，硬件触发产生选通负脉冲信号。
4.2系统所选用各芯片的工作方式
4.2.1中断优先级管理器8259A的工作方式
（1）芯片控制ICW1：
采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字
（2）中断类型码ICW2：
设置IR0~IR7的中断类型码依次为08H、09H、…、0FH
（3）方式控制ICW4：
优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，系统总线连接方式为主片工作在缓冲方式下,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。
4.2.2可编程并行接口接口芯片8255A的工作方式
（1）、A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7~PA0依次对应按键1~8）；
（2）、B口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1连接LED显示器（PB7~PB0依次对应连接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段数码管管脚）；
（3）、C口也必须工作在方式0，高4位做输入端口（本次设计中只用PC4、PC5,分别用于连接复位键和开始键），低4位做输出端口（PC3~PC0，经驱动器2后PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到8253的GATE1端，以控制通道1的计数）。
4.2.3可编程定时器／计数器8253的工作方式
（1）、通道0：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。
（2）、通道1：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为0。
（3）、通道2：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。
4.3系统所选用各芯片的连接
4.3.1各芯片与CPU的连接
8259A、8255A、8253的数据总线D7~D0端、
端、
端、
端、
端、INT端分别与CPU的D7~D0数据总线、片选端、
端、
端、
端、INTR端。
8255A、8253的A1、A0端分别接入CPU地址线的A1、A0端，8259的A0端接到CPU地址线的A0端；
4.3.2各芯片之间的连接和与外设的连接
8259A的IR2端接选手按键信息输出端；8255A的A口的PA7~PA0依次接“按键1”~“按键8”，B口的PB7~PB0通过驱动器1接到LED显示器，C口的PC4、PC5分别接复位键和开始键，PC3、PC2、PC1经驱动器2分别接绿灯发光二极管、红灯发光二极管、黄灯发光二极管，PC0接到8253的GATE1端；8253的GATE0端接+5V电压，OUT0的输出接入CLK1端，OUT1的输出经反相器后接入GATE2端，CLK0和CLK1接入1MHz的频率发生器，CLK2经驱动器3接扬声器。
5.软件设计
5.1子程序流程图
图2子程序流程图
5.2子程序的框图和程序清单（带注释）
KEYINTPROCFAR
PUSHAX;保护现场
PUSHBX
PUSHDX
PUSHDS
CLI;并使本次中断压入堆栈中的IF=0;（关中断）
INAL,80H;从8255的A口获取选手按键信息
NOTAL;将按键字节信息取反
MOVCX,8;计数8次
LOP4:
SHRAL,1;获取选手号码
LOOPNZLOP4
MOVAX,CX;把选手号传给AX
MOVBX,OFFSETTAB;查段码（字形码）
XLAT;将选手号转换成TAB中对应的LED;字形码
OUT81H,AL
TESTBZ,OFFH;判断标志位是否为FFH
JZLOP5
MOVAL,00H;置8253通道2计数值
OUT42H,AL
MOVAL,10H
OUT42H,AL
MOVAL,03H;黄灯亮，抢答成功
OUT82H,AL
JMPKKK
LOP5:
MOVAL,00H;置8253通道2计数值
OUT42H,AL
MOVAL,20H
OUT42H,AL
MOVAL,05H;红灯亮，抢答违规
OUT82H,AL
KKK:
MOVAL,20H;给8259发中断结束命令,写OCW2
OUT20H,AL
POPAX;恢复现场
POPBX
POPDX
POPDS
IRET
KEYINTENDP
6.系统操作说明
启动计算机，计算机自动为系统各芯片进行初始化，抢答器开始工作。
比赛开始，在主持人按下开始键，绿灯亮后，选手才可开始抢答，否则违规。
若选手抢答成功，LED显示器显示选手号码，扬声器鸣叫。
若选手抢答违规（主持人未按开妈键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警，并根据比赛规则进行对该选手进行扣分。
若系统提示某号选手抢答违规，主持人仍未按开始键，此时该号选手又按下抢答键，LED显示器显示该选手的号码。
本系统开机后，若主持人既未按复位键又未按开始键，此时有选手按下抢答键，系统提示红灯亮，并报警。
注：
1、抢答成功，置8253通道2计数值为1000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/1000=1KHz。
2、抢答失败，置8253通道2计数值为2000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/2000=0.5KHz。
3、扬声器鸣叫或报警的时间为12s。
7.心得体会
通过本次实验掌握了微机系统的开发步骤，掌握了中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器／计数器8253和数码管的用法，掌握了汇编程序的设计。
本次设计需要熟练掌握汇编语言，熟悉中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器／计数器8253的内部结构、外部引脚和功能，熟悉LED显示器的结构及译码方式。
中断优先级管理器8259A在本系统中用来管理选手按键中断信息。
可编程并行接口接口芯片8255A在本系统中用来连接选手的按键，主持人的开始键和复位键，用来连接黄灯、红灯、绿灯三个发光二极管，用来提示抢答信息，用来连接LED显示器控制显示器的输出，还连接到8253的GATE1端，控制计数器的启动计数和停止计数的操作。
可编程定时器／计数器8253用来设定扬声器的发声频率和发声时间。
LED显示器用来连接到8255A的B口，用来显示选手号。
本次设计既没有硬件环境，也没模拟的软件环境，设计起来比较的困难，只能通过查找一些资料和大脑抽象来设计该课程设计。
希望学校以后能够提供一些硬件或软件上的支持，让我们能够更好的掌握接口芯片的设计。
本人在本本次课程设计中获得了许多收益，通过本次课程设计让我更好的掌握了中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器／计数器8253的工作原理、方式及其应用。
通过本次课程设计也学会了如何设计一个简单的微机系统，以及设计一个简单微机系统所需要的步骤和设计中需要注意的地方。
本人在设计中遇到很多困难，大都是对和芯片的应用还不是很熟练，还需更加努力更加深入的了解微机系统和芯片功能。
图3系统原理图
8.参考文献
[1]刘红玲,邵晓根.微机原理与接口技术[M].北京：
中国电力出版社，2008.6:
70-93
[2]江正战，沈志鸿.三级偏硬考试教程[M].江苏：
东南大学出版社,2009.7:
90-100
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社,2006.8:
235-240
[4]张雪兰，谭毓安.汇编语言程序设计[M].北京：
清华大学出版社,2010.12:
153-156
[5]唐祎玲,毛月东.32位微机原理与接口技术实验教程[J].西安
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