8086按键控制流水灯设计课程设计.docx
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8086按键控制流水灯设计课程设计
课程设计
题目
8086按键控制流水灯设计
学院
专业
自动化
班级
姓名
指导教师
2016
年
6
月
30
日
引言
微型计算机简称微机，由于具备人脑某些功能，所有又叫做微机。
是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。
它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出接口电路和相应的辅助电路构成的裸机。
把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机。
学习微机原理与接口技术，主要内容包括微型计算机体系结构、8086微处理器和指令系统、汇编语言、设计以及微型计算机各个组成部分，而其中很大一块就是汇编语言的学习。
汇编语言是面向机器的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。
用汇编语言编写的程序由于目标程序占用内存少，运行速度快，它有着高级语言不可替代的用途。
因此，学习汇编语言是很必要的，通过学习汇编语言可以体会它的作用。
通过本次课程设计让我们进一步深入汇编语言的学习，掌握简单的接口设计技术，将理论知识联系实际，进一步学习微机原理与接口技术的相关知识，为以后深入学习打下良好的基础。
1总体方案论证
1.1功能分析
此次课程设计的要求为，设计微型计算机最小系统，实现跑马灯的模拟显示功能。
具体要求为：
（1）、输入设备三个启动按钮、一个停止按钮，输出设备为八个跑马灯；
（2）、三个启动按钮对应三种跑马灯显示效果，按下任意一个启动按钮，跑马灯显示对应的效果，按下停止按钮则跑马灯全部熄灭。
由上分析可知，我们的硬件的电路需要另行搭建，电路中需包含四个按钮和八个跑马灯以及相关芯片，既有输入设备又有输出设备，经过分析可以使用芯片8255A来实现输入与输出，再加上锁存地址芯片74LS273、译码芯片74LS154以及相关门电路即可构成本设计的硬件电路基础。
进一步分析最终决定用8255A的A口作为输出去控制跑马灯，B口作为按钮信号输入，CPU通过接收输入信号从而发出对应命令去控制8255A芯片A口输出，从而A口输出相应电平控制跑马灯有规律的亮灭。
连接好硬件电路后的主要任务就是编写相应程序，通过程序去控制和调度硬件电路的输入与输出。
1.2系统连接图设计
8255A是一种通过可编程并行I/O接口芯片。
广泛用于几乎所有系列的微机系统中,8255A具有三个带锁存或缓冲的数据端口,可与外设并行进行数据交换,8255A有多种操作方式,通用性较强,可为CPU与外设之间提供输入/输出通道。
8255A和各端口内具有中断控制逻辑,在外设与CPU之间可用中断方式进行信息交换,使用条件传输方式时可用“联络”线进行控制。
在本次课程设计中,我们运用8255A为CPU与外设之间提供输入输出输出通道来实现对跑马灯花样变换的控制。
8086微处理器，选择最小工作模式，所有的总线控制信号均由8086产生；8086CPU的地址\数据总线AD15-AD0和地址\状态总线A16/S3-A19/S6是复用的，必须通过地址锁存器把地址总线和数据总线分离。
跑马灯硬件电路如图1所示。
电路包括8个LED彩灯、三片74LS273、一片74LS154、一片8086CPU、一片8255A以及若干导线和电阻。
用LED可以观测在不同按键输入下，跑马灯花样的变化效果。
如图1所示我们利用启动按钮作为输入信号，通过8255A端口扩展芯片，调节输出端口的电平变化，来控制共阳极的LED灯的亮与灭，实现跑马灯不同的花样变化。
图1跑马灯硬件电路图
1.2.1锁存控制电路
锁存控制电路电路如图2所示，在微控制器单元（MCU）中，寄存器是十分重要的资源。
寄存器的主要作用是快速寄存算术逻辑运算单元（ALU）运算过程中的数据，其锁存功能利用74LS273来实现，74LS273是一种带清除功能的8D触发器，1D~8D为数据输入端，1Q~8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作数据锁存器，地址锁存器。
D0~D7：
输入，Q0~Q7：
输出；
第一脚WR：
主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；
CP（CLK）：
触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0~D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0~D7的数据不变。
CPU向外部发出地址锁存允许信号，从而使74LS273锁存地址信号，在通过译码芯片74LS154控制接口芯片8255A，在此系统中充当一个桥梁的作用。
这部分电路将相应信号传送给8255A的A0、A1和CS片选，进而CPU开始控制8255A从而驱动发光二极管显示不同的样式。
图2锁存控制电路
1.2.2可编程并行通信接口芯片8255A
芯片8255A有三种工作方式，他们分别是方式0、方式1、方式2，电路如图3所示。
方式0为简单I/O，查询方式，端口A、端口B、端口C均可使用；
方式1为选通I/O，中断方式，端口A、端口B可以使用，选通的输入/输出方式；
方式2为双向I/O，中断方式，只有端口A可以使用，双向的传输方式。
方式0也叫基本输入/输出方式。
一种方式，不需要应答联络信号，端口A、端口B和端口C的高4位及低4位都可以作为输入或输出端口。
方式0的应用场合有无条件传送和查询传送2种；故根据我们系统设计的要求，综上可知，选择8255A为工作方式0，A口作为输出、B口作为输入。
8255A的3种基本工作方式由方式控制字来决定，D7＝1（特征位）表明是设定方式选择控制字；D7=0，则表示是端口C按位置位/复位控制字。
端口C分成高4位（PC7～PC4）和低4位（PC3～PC0），可分别设置成输入端口或输出端口；端口C的高4位与端口A配合组成A组，端口C的低4位与端口B配合组成B组。
综上可得此系统需要满足A端口为输出，输出数据给到8个LED彩灯；端口B为输入，需要检测按键的输入情况。
图3芯片8255A接口电路
1.3算法说明
本程序涉及芯片8255A的初始化，因此首先需要确定端口地址，CPU向8255A送出方式控制字，进而8255A的A口作为输出、B口作为输入；定义控制LED灯的相应数据段，由于需要LED亮后持续一段时间这就需要一个相应的延时程序片段，需要确定B口那个按钮开关按下，这就需要一个扫描B口开关按下的子程序，从而CPU发出相应控制等操作给A口送出相应电平，LED显示相应的亮灭。
因此，主要要点就是找对端口地址，这个是程序能够运行的必需品，通过分析硬件线路可以正确找到A口、B口以及控制口的地址。
2程序流程图设计及其说明
主程序流程图如图4所示：
初始化程序
开始
送控制字
通过A口输出
使灯全灭
调用ledflash子程序
图4主程序流程图
检测按键延时控制LED子程序流程图如图5所示：
开始
检测B口信号输入
是否为按键1
是否为按键2
是否为按键3
将1型走马灯的偏移地址送给SI
将2型走马灯的偏移地址送给SI
将3型走马灯的偏移地址送给SI
是否终止开关
Num是否为0
延时
Y
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
N
结束
图5子程序流程图
3关键程序段落说明
3.1数据段定义
dsegsegment
numdw0
data1db0FEh,0FCh,0F8h,0F0h,0E0h,0C0h,80h,00h,00h
data2db
00h,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,80h,0C0h,0E0h,0F0h,0F8h,0FCh,0FEh,0FFh
data3db
7Eh,3Ch,18h,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,18h,3Ch,7Eh,0FFh
dsegends
三种灯光变幻组合为：
第一种为每隔1s依次亮起8个灯后保持2s然后全部熄灭
第二种为8个灯全亮2s后闪烁3次,然后依次熄灭
第三种为每个1s从两头同时依次亮起（即先亮1、8，然后2、7，然后3、6，然后4、5），8个灯全部亮起后闪烁3次，然后向两头依次熄灭
dw为灯光循环的控制次数。
3.2程序初始化
csegsegmentparapublic'code'
assumess:
sseg,cs:
cseg,ds:
dseg
start:
movax,dseg
movds,ax
初始化程序。
3.3芯片初始化
movdx,0206h;取8255A的控制端口的地址
moval,82h;初始化8255A的A口为输出模式，B口为输入模式
outdx,al
82h即为10000010b，也就是说将A口定义在方式0下并且作为输出，B口定义在方式0下并且作为输入，因此这个方式控制字不是唯一的，其通用形式为1000X01X，C口没有定义故可以为任意二进制数。
movdx,0200h;取8255的端口A的地址
moval,0FFh;使8255的PA0-PA7全为1
outdx,al
上边这个程序段是往外送数据置LED亮灭的。
movdx,0202h;取8255的端口B的地址
inal,dx;检测B口输入信号
这个是将B口开关闭合信息读回来的，从而发出相应控制命令。
3.4初始LED亮灭状态
movdx,0200h;取8255的端口A的地址
moval,0FFh;使8255的PA0-PA7全为1
outdx,al;使所有的灯LED全灭
电路上电工作后首先要使所有的LED灯全灭，防止对后面的显示造成影响。
3.5检测按键开关子程序
ledflashproc;检测开关闭合,以便确定哪种闪烁方式
movdx,0202h;取8255A的端口B的地址
inal,dx;检测B口输入信号
choice1:
cmpal,0feh
jnechoice2
movsi,offsetdata1;置第一种灯光变幻组合
jmphere
choice2:
cmpal,0fdh
jnechoice3
movsi,offsetdata2;置第二种灯光变幻组合
jmphere
choice3:
cmpal,0fbh
jnechoice4
movsi,offsetdata3;置第三种灯光变幻组合
jmphere
choice4:
;每盏灯亮完检测开关，如果停止开关没有按下跳到choice5，如果停止开关按下灯全灭
cmpal,0f7h
jnechoice5
jmpexut
choice5:
cmpnum,0h;检测num是否为0，若为0扫描开关，若不为0继续执行
jnehere
jmpledflash
here:
movbx,num
moval,[si+bx]
movdx,0200h;取8255的端口A的地址
outdx,al;输出加电数据到端口A
incnum;改变数字变量的值
cmpnum,09h
jeexit
movcx,005fh
dl4:
movbx,00ffh
dl3:
decbx
jnzdl3
deccx
jnzdl4
jmpledflash
exit:
movnum,0
ret
ledflashendp
检测到开关闭合置相应灯光变换。
3.6延时程序片段
movcx,04c9h
dl4:
movbx,04c9h
dl3:
decbx
jnzdl3
deccx
jnzdl4
通过双层循环从而实现软件延时，延时计算公式为（（cx）*（bx））/f，f为CPU的频率，CPU频率为1500kHz，可以计算得到程序大致延时为1s。
3.7灯光变换控制
here:
movbx,num
moval,[si+bx]
movdx,0200h;取8255的端口A的地址
outdx,al;输出加电数据到端口A
incnum;改变数字变量的值
cmpnum,09h
jeexit
通过指针移动，逐个选中相应的数据置相应的灯光变换，共八种即一轮LED显示完成。
4程序调试说明
（1）、内存空间分配，汇编语言的重要特点之一是能够直接利用机器指令或者伪指令为数据或者代码程序分配内存空间，86系列（如8086微处理器）的存储器结构是分段的，有代码段，数据段，堆栈段或附加段，在程序设计时要充分考虑分段结构，要执行的程序段应设在当前段（活动段）中；分配内存空间：
直接在proteus里面将8086CPU的internalmemorysize设置成一个足够用的空间大小，如0x1000，默认的空间大小是0x00000，如不改则仿真不成功。
程序在运行时所需要的工作单元应尽可能的设在CPU寄存器中，这样存取速度快，而且操作方便；在此系统源程序中都采用8086CPU的全部通用寄存器：
累加器AX，基数寄存器BX，基数寄存器CX，数据寄存器DX；和堆栈指针寄存器SI。
（2）、调试过程中出现了问题，UNKOWN2-BYTEOPCODEAT1010：
0192（EXTRAPARTISDECOMPOSED）!
FE07.检查了无数次后无果，凭我目前的能力并无法解决。
（3）、8255A隐藏引脚问题，需要设置芯片HiddenPins里的GND改为VSS，
（4）、程序一开始是将延时环节作为一个独立子程序，运行过程中由于部分情况下不满足题设，故将延时子程序改为程序段落写到检测按键的子程序中问题得以解决。
5结果记录及分析
无数次的失败之后我并没有得到想要的结果，为此我请教了已经就业的亲戚，也没能彻底解决问题。
最终我选择将我的所有目前成果上交，虽然没能运行到最后一步，但我确实没有更多的时间去改变。
希望老师看到我的作业能够给我提出建议并改正我的错误，在此感谢！
附录
程序清单
ssegsegment
dw200dup（?
）
ssegends
dsegsegment
numdw0;初始化数字变量为0
;3种不同的灯光变幻组合
data1db0FEh,0FCh,0F8h,0F0h,0E0h,0C0h,80h,00h,00h
data2db
00h,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,80h,0C0h,0E0h,0F0h,0F8h,0FCh,0FEh,0FFh
data3db
7Eh,3Ch,18h,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,0FFh,00h,18h,3Ch,7Eh,0FFh
dsegends
csegsegmentparapublic'code'
assumess:
sseg,cs:
cseg,ds:
dseg
start:
movax,dseg
movds,ax
movdx,0206h;取8255的控制端口的地址
moval,82h;初始化8255的A口为输出模式，B口为输入模式
outdx,al
exut:
movnum,0h
movdx,0200h;取8255的端口A的地址
moval,0FFh;使8255的PA0-PA7全为1
outdx,al;使所有的灯LED全灭
begin:
callledflash;调用灯光变幻过程
jmpexit
ledflashproc;检测开关闭合,以便确定哪种闪烁方式
movdx,0202h;取8255的端口B的地址
inal,dx;检测B口输入信号
choice1:
cmpal,0feh
jnechoice2
movsi,offsetdata1;置第一种灯光变幻组合
jmphere
choice2:
cmpal,0fdh
jnechoice3
movsi,offsetdata2;置第二种灯光变幻组合
jmphere
choice3:
cmpal,0fbh
jnechoice4
movsi,offsetdata3;置第三种灯光变幻组合
jmphere
choice4:
;每盏灯亮完检测开关，如果停止开关没有按下跳到choice5，如果停止开关按下灯全灭
cmpal,0f7h
jnechoice5
jmpexit
choice5:
;检测num是否为0，若为0扫描开关，若不为0继续执行
cmpnum,0h
jnehere
jmpledflash
here:
movbx,num
moval,[si+bx]
movdx,0200h;取8255的端口A的地址
outdx,al;输出加电数据到端口A
incnum;改变数字变量的值
cmpnum,09h
jeexit
movcx,04c9h
dl4:
movbx,04c9h
dl3:
decbx
jnzdl3
deccx
jnzdl4
jmpledflash
exit:
movnum,0
ret
ledflashendp
csegends
endstart
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教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。
教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。
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