竞赛抢答器课程设计.docx

1、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.32.课程设计的要求.33.总体设计.44.硬件设计.95.软件设计.136.系统操作说明.167.心得体会.168参考文献.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、。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IR0IR7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（PA7PA0依次对应按键18）；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（PB7PB0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（PC3PC0，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

4、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

5、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、43H3.2.3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19的字形码信息

6、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、a0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 00 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 112345678906H5BH4FH66H6DH7CH07H7FH6FH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

7、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）DATA SEGMENTTAB DB 06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H ;19的段码;（字形码）BZ DB 00HDATA ENDSSTACK SEGMENT PARA STACK STACK DB 100H DUP(?)STACK ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,CS:CODESTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX ;8259A初始化 MOV AL,13H ;初始化8259A的ICW1 OUT 20H,AL

8、MOV AL,08H ;送中断类型码基值,8259A的ICW2 OUT 21H,AL MOV AL,0DH ;一般中断结束方式,8259A的ICW4 OUT 21H,AL ;8255A初始化 MOV AL,98H ;置8255A工作方式 OUT 83H,AL XOR AL,AL ;B口、C口初始化 OUT 81H,AL OUT 82H,AL ;8253初始化 MOV AL,37H ;置8253通道0控制字 OUT 43H,AL MOV AL,00H ;置8253通道0计数初值为4000 OUT 40H,AL MOV AL,40H OUT 40H,AL MOV AL,73H ;置8253 通道1

9、控制字 OUT 43H,AL MOV AL,00H ;置8253通道1计数初值为3000 OUT 41H,AL MOV AL,30H OUT 41H,AL MOV AL,B7H ;置8253通道2控制字 OUT 43H,AL MOV AL,00H ;置8253通道2控制字 OUT 42H,AL MOV AL,00H ;置8253通道2计数初值为0 OUT 42H,AL MOV AL,00H OUT 42H,AL ;中断设置 MOV AH,25H ;设置抢答按键中断向量 MOV AL,0AH ;中断类型号为入口参数 MOV BX,SEG KEYINT ;DS：DX指向4字节地址 MOV DS,B

10、X MOV DX,OFFSET KEYINT INT 21H STI ;使IF置1,开放可屏蔽中断;主循环LOPM: IN AL,82H ;检测开始键 TEST AL,20H ;检测C口的PC5端 JZ LOP2 ;开始键未按下即PC5=0,则跳转检测;复位键LOP1: IN AL,82H ;检测开始键是否已经弹起,即PC5=0 TEST AL,20H JNZ LOP1 ;开始键没有弹起再重新检测 MOV AL,00H ;关LED显示器 OUT 81H,AL ;送到B口 MOV AL,08H ;绿灯亮 OUT 82H,AL ;送到C口 MOV BZ,0FFH ;置标志 STI LOP2: IN

11、 AL,82H ;检测复位键 TEST AL,10H ;检测C口的PC4端 JZ LOPM ;复位键未按下即PC4=0,则跳转再检;测开始键LOP3: IN AL,82H ;检测复位键是否弹起,即PC4=0 TEST AL,10H JNZ LOP3 ;位键没有弹起,则重新检测 MOV AL,00H ;关LED显示器、指标灯 OUT 81H,AL OUT 82H,AL MOV BZ,00H ;清标志 STI JMP LOPM ;中断服务子程序CODE ENDS END START4.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8259A4.1.1.1 8259A内部结构8259

12、A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。4.1.1.2 8259A主要的外部引脚D0D7：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

13、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。IR0IR7：8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。4.1.1.3 8259A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

14、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8255A4.1.2.1 8255A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。4.1.2.2 8255A主要的外部引脚PA7PA0：A口的8条IO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。PB7PB0：B口的8条I

15、O线。不可以设置成双向口，其它和A口一样。PC7PC0：C口的8条IO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IO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。4.1.2.3 8255A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

16、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82534.1.3.1 8253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。4.1.3.2 8253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

17、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。4.1.3.3 8253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

18、信号发生器）。（4）方式3：减1计数到初值的12，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IR0IR7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

19、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（PA7PA0依次对应按键18）；（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（PB7PB0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（PC3PC0，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

20、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D7D0端、端、端、端、端、INT端分别与CPU的D7D0数据总线、片选端、端、端、端、INTR端。8255A、8253的A1、A0端分别接入C

21、PU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PA7PA0依次接“按键1”“按键8”，B口的PB7PB0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

22、.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）KEYINT PROC FAR PUSH AX ;保护现场 PUSH BX PUSH DX PUSH DS CLI ;并使本次中断压入堆栈中的IF=0;（关中断） IN AL,80H ;从8255的A口获取选手按键信息 NOT AL ;将按键字节信息取反 MOV CX,8 ;计数8次LOP4: SHR AL , 1 ;获取选手号码 LOOPNZ LOP4 MOV AX,CX ;把选手号传给AX MOV BX,OFFSET TAB ;查段码（字形码） XLAT ;将选手号转换成TAB中对应的LED;字形码 OU

23、T 81H,AL TEST BZ,OFFH ;判断标志位是否为FFH JZ LOP5 MOV AL,00H ;置8253通道2计数值 OUT 42H,AL MOV AL,10H OUT 42H,AL MOV AL,03H ;黄灯亮，抢答成功 OUT 82H,AL JMP KKKLOP5: MOV AL,00H ;置8253通道2计数值 OUT 42H,AL MOV AL,20H OUT 42H,AL MOV AL,05H ;红灯亮，抢答违规 OUT 82H,ALKKK: MOV AL,20H ;给8259发中断结束命令,写OCW2 OUT 20H,AL POP AX ;恢复现场 POP BX

24、POP DX POP DS IRET KEYINT ENDP6.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，

25、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

26、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

27、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. 6:70-932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: 90-1003阎石. 数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社,2006.8: 235-2404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: 153-1565 唐祎玲,毛月东. 32位微机原理与接口技术实验教程J.西安