倒计时数字钟解析.docx
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倒计时数字钟解析
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1学期
课程
微机原理与接口技术
课程设计名称
倒计时数字钟
学生姓名
昌飞霞
学号
0604032012
专业班级
网络工程专业（06网工2）
指导教师
肖连军老师
2009年2月
一、题意分析及解决方案
1.题义与需求分析
用STARES598PCI单板开发机设计一个接口与七段LED显示器，显示一个倒计时数字钟，显示初值为60分00秒，每隔一秒改变一次显示值，60秒为一分钟，LED显示器显示分、秒的动态值。
根据题目要求需要考虑以下几方面问题：
1初值的设置及输入问题倒计时时需要从一个固定的值开始倒计时，这个初值
需要用输入一个输入设备输入。
2接口设计当初值设置完毕，应将时间信息传送到外设中，即设计CPU与外设
之间传送信息的接口。
3动态值的显示从初始值开始每隔一秒就要动态的改变这个初值，并且把这个
值用显示设备显示出来。
4显示设备为了使用者能够清楚方便的使用该产品，倒计时数字钟要把每隔
一秒后相应数值动态的显示出来，这样才会使得设计出来的产品有应用价值。
5一秒的控制倒计时钟需要每隔一秒改变一下显示值，所以需要一个操作来
控制一秒这个固定延时。
需要注意的是，在选择芯片或选择其它元器件时，应当考虑所选器件在设计中所起的实验效果、产品成本、产品可靠性、可行性以及使用的难易程度等等，这都是我们在设计过程中需要考虑的因素。
2.解决问题的方法与思路
1）硬件部分
①初值的设置及输入问题
倒计时钟是从初值开始一秒一秒的倒计时，可以使用一组八位二进制逻辑开关作为输入设备。
需要输入的有秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位，用K7~K5来选择要输入的是哪位,000时表示设置的是秒个位，001时设置的是秒十位，010时设置的是分个位，011时设置的是分十位，100时设置的是时个位，101时设置的是时十位。
K4~K1用来表示需要设置位的具体值，0000~1001分别表示十进制数的0~9。
K8作为主控开关，为1时表示需要设置初值，为0时不需设置初值及开始倒计时。
②接口设计
接口芯片是CPU与外设之间的界面，一方面要接收CPU进行输入/输出所发出的一系列信息，另一方面又要与外设交换数据以及一些联络信号等。
为增加本设计的灵活性，在接口的选择上要求是可编程的输入/输出接口，而可编程的输入/输出接口又分为可编程并行接口（8255A）和可编程串行接口（8251A）。
8255A芯片是一种可编程通用并行接口芯片，它有24条可编程的I/O引脚，采用40脚双列直插式封装，单一+5V电源，全部输入/输出均与TTL电平兼容。
在8255A中有A、B、C三个并行输入/输出端口，其功能全部由程序设定，每个端口都有自己的特点。
A口、B口通常作为独立的I/O端口使用，C口也可以作为一般的I/O端口使用，但当A口、B口作为应答式的I/O端口使用时，C口分别以来为A口、B口提供应答控制信号。
8251A芯片是一种可编程通用串行接口芯片，是通用的同步异步接收/发送器，它的作用是把计算机的并行数据转换成串行数据发送出去，把接收到的外部串行数据转换成并行数据送入计算机内部，它可以通过编程选用同步/异步通信方式，它具有独立的发送器和接收器，能够以单工、半双工或全双工方式进行通信，并提供相应的控制信号。
如果采用8251A作为计时时钟的输入/输出接口，那么就需要把计算机的并行数据转换成串行数据发送出去，把接收到的外部串行数据转换成并行数据送入计算机内部，这个过程是需要时间的，所以从时间效率方面来说并没有8255A芯片合适；另外，可编程并行接口（8255A）的是数据传输速度快，虽然使用的通信线多，但是传输距离并不算远，所以在解决接口问题时，采用可编程并行接口（8255A）是比较合适的。
采用8255A作为计时时钟的输入/输出接口，那么8255A的三个端口设置如下：
PA口工作与方式0，作为输出口，其PA0~PA3分别与外设的位选码相连，用以确定显示的是秒还是分的值；PB口工作与方式0，作为输出口，其PB0~PB7分别与外设相连，作为段选线；PC口用来为PA口、PB口提供应答控制信号。
③显示设备
倒计时钟的显示问题可以通过LED数码管来解决，LED是发光二级管（Light-EmittingDiode）的简称，它是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在本设计中采用7段数字发光二级管，做为终端显示，因为它的成本低，可靠性高，从显示的效果上来说也可以满足显示计时时钟的需要。
2）软件部分（汇编语言编写程序）
①动态值控制问题
该部分可通过软件编程来实现。
首先将秒个位减一判断结果是否小于0，如果小于0则置秒个位为9，否则直接显示。
再将秒十位减一判断结果是否小于0，如果小于0则置秒十位为5，否则直接显示。
同理再判断分个位、分十位、时个位、时十位直到减为00：
00：
00。
②一秒的控制
可以通过做N次空操作来实现。
可以先将循环部分每句程序的时钟周期从参考资料中查到再相加，算出该部分运行的时间T。
最后用1S除以T就得到了N。
二、硬件设计
1．选择芯片8255A
1）8255A在本设计中的作用
PA口、PB口作为作为输出口，PA口的低4位与LED显示器的位选信号LED0到LED3相连作为位选码的输出口，高4位禁止。
PB口与LED0~LED3的段选信号相连作为段选码的输出口。
PC口与逻辑开关相连把读入的二进制数送8086CPU。
PA、PB、PC三口均工作在方式０状态。
PC0～PC7与逻辑开关Ｋ1～Ｋ8相连。
当控制程序运行到读开关变量时，逻辑开关状态经PC口送8086CPU。
PA0～PA3与LED0～LED3相连当控制呈现运行至显示16进制数时送出位选码选中相应位，对应的七段LED显示器显示16进制数的字型,PB0~PB3与LED的段选信号相连，对显示位进行控制。
在使用8255Ａ前首先要对它进行初始化设置，设置它的方式选择控制字。
2）8255A的功能分析
图2-18255A的内部框图
8255A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。
8255A的工作只有当片选CS效时才能进行。
而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。
8255有三种工作方式。
方式0：
基本输入输出，端口与外设之间无联络信号，只能使用无条件传送方式输入输出数据；方式1：
是选通输入输出方式，PC口用作联络信号；方式2：
双向数据传送方式，仅A口有此功能。
本设计用到工作方式0。
表2-18255A的操作功能
A1A0
操作
数据传送方式
00100
读A口
A口数据→数据总线
00101
读B口
B口数据→数据总线
00110
读C口
C口数据→数据总线
01000
写A口
数据总线数据→A口
01001
写B口
数据总线数据→B口
01010
写C口
数据总线数据→C口
01011
写控制口
数据总线数据→控制口
3）8255A的技术参数
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，若低位地址（比如A5、A4、A3）组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，8255A被选中。
只有当其有效时，读信号写才对8255A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：
A1、A0为00时，选中A端口；
A1、A0为01时，选中B端口；
A1、A0为10时，选中C端口；
A1、A0为11时，选中控制口。
③参数说明：
输入最低电压：
min＝-0.5V，max＝0.8V
输入最高电压：
2.0V
输出最低电压：
0.45V
输出最高电压：
2.4V
8255A的方式控制字
D7D6D5D4D3D2D1D0
1
0
0
0
1
0
0
1
1:
工作方式A口方式0输出B口方式0输出
C口高4位输入C口低4位输入
图2-28255A的方式控制字表
方式0的工作特点：
这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。
通道的功能为：
两个8位通道：
通道A和B。
两个四位通道：
通道C高4位和低四位，任何一个通道可以作输入/输出，输入是不锁存的，输出是锁存的，在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。
D7D6D5D4D3D2D1D0
0
X
X
X
写入位编码
写入内容
写入位编码0写入0
D0-D7000-1111写入1
图2-38255A的置位/控制字表
8255主要用作数据的输入输出端口，电源为5V，输入最低电压：
-0.5V~0.8V，输入最高电压：
2.0V，输出最低电压：
0.45V，输出最高电压：
2.4V。
8255的达林顿驱动电流最大4.0mA
表2—28255A技术参数
8255A技术参数
测试条件
规范值
单位
大
小
输入低电平电压ＶIL
０.８
－０.５
Ｖ
输入高电平电压ＶIH
ＶCC
２.０
Ｖ
输出低电平电压ＶOL（数据端口）
ＩOL＝２.５ＭＡ
０.４５
Ｖ
输出低电平电压ＶOL（外围端口）
ＩOL＝１.７ＭＡ
０.４５
Ｖ
输出高电平电压ＶOH（数据端口）
ＩOR＝－４００ＭＡ
２.４
Ｖ
输出高电平电压ＶOH（外围端口）
ＩOH＝－２００ＭＡ
２.４
Ｖ
达林顿驱动电流ＩOAR
－４.０
－１.０
mA
电源电流 ＩCC
１２０
mA
输入负载电流 ＩIL
ＩIN＝０～ＶＣＣ
Ｉ／Ｏ
mA
输出浮动电流 ＩOF
ＶOR＝０.４５～VＣＣ
Ｉ／Ｏ
mA
2．选择芯片LED
1）LED在本设计中的作用
LED为发光二极管（Light-EmittingDiode），在本设计中采用7段数字发光二级管，做为终端显示，主要是作为动态显示计时的秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位的值。
2）LED的功能分析
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。
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。
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。
有段选码和位选码确定数字1~8的输出并在延时程序中保持复位。
它是一种当外加电压超过额定电压时发生击穿，并因此而产生可见光的器件。
这种数码管是有7段或8段笔画显示器组成一个字符而形成的。
图2-4LED数码管内部结构
表2-3LED显示管段选码编码表
dp
g
f
e
d
c
b
a
显示数码
二进制编码
0
0
1
1
1
1
1
1
0
3FH
0
0
0
0
0
0
1
1
1
O6H
0
1
0
1
1
0
1
1
2
5BH
0
1
0
0
1
1
1
1
3
4FH
0
1
1
0
0
1
1
0
4
66H
0
1
1
0
1
1
0
1
5
6DH
0
1
1
1
1
1
0
1
6
7DH
0
0
0
0
0
1
1
1
7
07H
0
1
1
1
1
1
1
1
8
7FH
0
1
1
0
1
1
1
1
9
6FH
（1）静态：
数码管显示过程持续得到信号，与数码管接口的I/O口线为专用。
特点是无闪烁，元器件多，占I/O线多，无须扫描，节省CPU时间，编程简单。
（2）动态：
数码管显示过程轮流得到信号，与各数码管接口的I/O口线为共用。
特点是有闪烁，元器件少，占I/O线少，必须扫描，花费CPU时间，编程复杂（有多个LED时尤为突出）。
3）LED的技术参数
消耗功率PM＝150mW
最大工作电流IFM＝100mA
正常工作电流IF＝40mA
正向压降VF≤1.8V
燃亮电压为5V
共阴极LED的PM＝300mW,IFM＝200mA,IF＝60mA,VF≤1.8V,VR≥5V，发红光。
发光颜色有：
红色光、黄色光、绿色光、红外光等。
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2-4LED技术参数
PCW
IF
Vr
Ir
If
^P
对应型号
散射颜色
BT235-2
70
25
5
≥1.5
≤2.5
200
SEL-10
红色
BT1441529
100
40
5
≥0.5
≤2.5
565
绿色
BT1341529
100
40
5
≥0.5
≤2.5
585
蓝色
3．选择芯片逻辑开关
1）逻辑开关在本设计中的作用
4位开关作为倒计时的初始值的设定，3位开关作为位选，1位作为主控开关。
开关K4~K1位设置输入的时间数字（0~9）,K7~K5用来控制对时分秒位数的修改，k8控制程序的运行与否，仅当K8为1时即程序停止运行时才可以修改时间。
表2-5开关设置的位
K5K6K7
对应的操作
000
修改秒的个位
001
修改秒的十位
010
修改分的个位
011
修改分的十位
100
修改时的个位
101
修改时的十位
表2-6开关编码表
K4K3K2K1
数字
0000
0
0001
1
0010
2
0011
3
0100
4
0101
5
0110
6
0111
7
1000
8
1001
9
2）逻辑开关的功能分析
逻辑电平开关可以进行简单的高电平和低电平信号的输入。
在8255A可编程并行口的实验中，它作为一种简单的输入设备，当开关拨上时为1，拨下时为0。
3）逻辑开关的技术参数
当K接VCC=+5V时为1，接地时输出为0。
4、硬件总逻辑图及其说明
图2-5硬件总逻辑图
PC机的AD0~AD19经数据总线与8255A的D0~D7相连，地址线A1、A0与8255的A0、A1相连，即偶地址有效。
控制总线RD、WR、RESET分别与8255相应的控制信号线连接。
片选信号CS0与8255的CS信号连接，则8255的端口地址为04A0~04A6。
8255的PA口用于存放位选码，使用的是高四位，分别连接到四个七段LED显示器上。
使用的是共阴极接；PB口用于存放段选码，八位全部连接到八个二极管上；PC口用作信号输入。
三、控制程序设计
1.控制程序设计思路说明
本课程设计用到了6片LED显示器，分别显示倒计时时钟的秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位。
为节省硬件，所以采用动态扫描显示方式，每次只使一位LED显示器公共端的电平有效，因而每次只有一位LED显示器发光。
但由于人眼的视觉暂留的效应，只要间隔的时间足够短，则依次从右向左显示时就感觉是6位LED是同时点亮一样。
用8255的PA口接LED显示器的公共端作位选择，用PB口接LED的各片的发光二极管作段选择的控制，用PC口接二进制开关作初始值的控制输入。
同时要解决每隔一秒变化一次显示的问题，所以需要一个时间控制定时。
在本程序中用了一个延时子程序来完成这个功能的。
在LED显示器上显示的数字是从0~9共十个字符，将其相应的转换代码存入一个缓冲区中，用查表转换的方式来控制编程调用。
2．控制程序流程图
图3-1程序流程图
图3-2显示子程序流程图
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
lendb3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh;段码表
timedb00h,00h,00h,00h,04h,02h
len0db00h,10h,20h,30h,40h,50h;00：
秒个位，10：
秒十位，20：
分个位，30：
分十位，
len1db09h,05h,09h,05h,09h,09h
.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
;*********************************************************************
MOVal,89h;10001001b初始化工作方式控制字
MOVdx,COM_ADD;工作方式寄存器端口地址
OUTdx,al
loop3:
MOVdx,PC_ADD;PC口端口地址
INal,dx;读入八位开关量
ANDal,80h;判断最高位K8是否为1
CMPal,80h;为1时设置数据缓冲区初值
JEsetlen
CALLdisplay1;调用显示子程序，显示一秒
CALLalter;调用数据缓冲区修改子程序
JMPloop3
setlen:
MOVbx,offsettime;数据缓冲区送BX
MOVdx,PC_ADD;PC口端口地址
INal,dx;读八位开关量
MOVah,al;AH=AL保存数据,下面的操作会改变al的值
ANDax,0f70h;选取567进行输入选择判断，并保留ah中的低四位
MOVsi,offsetlen0;ah=要设置的具体的值，al=对哪位进行设置
loop0:
MOVcl,byteptr[si]
CMPal,cl
JNEloop00;不是要修改的位
MOVbyteptr[bx],ah;读入的开关量低四位存入缓冲
CALLdisplay1;调用显示子程序
JMPloop3
loop00:
INCsi;指针指向下一个需要修改的位
INCbx;指针指向下一个需要修改的数值
JMPloop0
;*********************************************************************
display1PROC;显示子程序
PUSHsi;保护SI
PUSHdx;保护DX
PUSHcx;保护CX
PUSHbx;保护BX
PUSHax;保护AX
PUSHdi;保护DI
MOVdi,50h;控制1s的计时
loop1:
MOVsi,offsettime;数据缓冲区首地址送SI
MOVcx,6
MOVah,0feh;设置位选选中秒的个位
loop2:
MOVal,byteptr[si];位移量
MOVbx,offsetlen;查表转换
XLAT;查数据段表，[al+bx]->al
MOVdx,PB_ADD;PB口地址
OUTdx,al;送段选码
MOVal,ah;位选码AL
MOVdx,PA_ADD;PA口地址
OUTdx,al
CALLdelay;调用延时子程序
MOVal,0ffh;禁止显示
OUTdx,al
ADDsi,1;
ROLah,1;选中前一位进行操作
LOOPloop2
DECdi;控制显示一秒
JNEloop1;总共循环50h次每次是一个delay时间
POPdi
POPax
POPbx
POPcx
POPdx
POPsi
RET
display1ENDP
;********************************************************************
alterPROC;数据缓冲区子程序
PUSHsi
PUSHax
PUSHbx
PUSHdx
MOVsi,offsettime;数据缓冲区首值送BX
MOVbx,offsetlen1;将每位要借位后下一次的初值读入bx
loop7:
MOVax,[si];缓冲区中的秒值取入ax
MOVdx,[bx]
SUBal,1
CMPal,-1
JGloop6
MOVal,dl
SUBah,1
CMPah,-1
JGloop6
MOVah,dh
MOV[si],ax
INCsi
INCsi
INCbx
INCbx
JMPloop7
loop6:
MOV[si],ax;修改后的值再保存回缓冲区
POPdx
POPbx
POPax
POPsi
RET
alterENDP
;*********************
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