微机原理课程设计：简单电子钟设计

I微机原理课程设计：简单电子钟设计目录课程设计任务书...................................错误!未定义书签。微机原理及应用课程设计成绩评定表.................错误!未定义书签。目录............................................................I中文摘要........................................................II一设计任务描述..................................................11.1设计题目：................................................11.2设计目的..................................................11.3设计要求..................................................11.4电子时钟..................................................2二概要设计......................................................32.1设计内容..................................................32.2设计环境与器材............................................32.3电路原理与主要芯片功能....................................32.3.1电路原理............................................32.3.28255主要功能.......................................42.3.38259主要功能.......................................52.3.48254主要功能.......................................6三程序接线图及流程图............................................93.1实验接线图................................................93.2主程序流程图..............................................9四电子钟设计源程序.............................................11五总结体会.....................................................15六致谢........................................................16七参考文献.....................................................17中文摘要计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。微型计算机原理控制在这种情况下诞生了。截止今日，微型计算机原理控制应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开微型计算机原理控制。微机控制即微型计算机原理控制。是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。本文通过对一个基于微型计算机的能实现电子时钟的设计学习，详细介绍了微型计算机原理控制的应用中的数据转换显示，LED显示原理，微型计算机控制的定时中断原理。从而达到学习、了解微机原理控制的相关指令在各方面的应用。系统由8254、8255、8259等构成，能实现时钟显示的功能，能进行分、秒的显示。文章后附有电路原理图，电路接线图和程序清单，以供读者参考。因水平有限，难免有疏落不足之处，敬请老师和同学能给与批评指正。关键字：电子时钟、分频、定时中断原理、数据转换、LED显示1一设计任务描述1.1设计题目：简单电子钟设计1.2设计目的通过一个学期对《微型计算机原理及应用》学习，掌握的知识还停留在理论的上。但是这是一门实践性较强的课程，让学生在学完该课程之后，进行一次课程设计，使学生将课堂所学的知识和实践有机结合起来，初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法，提高分析和解决实际问题的能力。通过设计实践,培养学生查阅专业资料，工具书或参考书,了解有关工业标准，掌握现代设计手段和软件工具，并能以图纸和说明书表达设计思想和结果的能力。通过设计，不但要培养和提高学生解决工程具体问题,动脑动手的技术工作能力，而且还要逐步建立科学正确的设计和科研思想，培养良好的设计习惯，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。具体要求如下：1、中断工作原理，定时计数原理，并行通信原理工作原理。2、掌握8259芯片，8254芯片，8255芯片功能，结构。3、掌握8259芯片，8254芯片，8255芯片的编程。4、能运用所提到的芯片，设计系统并进行程序开发，满足用户需求。1.3设计要求1、总体内容：设计一电子时钟，能在数码管上显示时间并计时。2、接口设计：根据题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并在实验系统上完成电路的连接和调试通过.3、程序设计:要求画出程序框图,设计出全部程序并给出程序设计说明和程序注释。4、前期完成的实验有：8259A中断控制器实验，8254定时计数器实验，8255并行接口实验。1.4电子时钟电子时钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。传统的设计方法有两种,一是利用组合逻辑电路和时序电路等中小规模集成电路来设计；一是利用单片机编程技术来设计。这两种设计都存在硬件复杂,设计周期长,成本高等缺点。并且本学期通过对《微型计算机原理及应用》的学习，利用掌握的知识进行实践是必要的，以巩固基础知识，培养独立操作能力。而本次课程设计要实现的功能为：利用定时器从0开始进行计时，将计时的结果显示在数码管上。每隔1秒，秒钟计时一次，到60秒，分钟加1，到60分小时加1。根据需要，需选择的芯片有8254，8259，8255，系统时钟频率1.041667MHz；3二概要设计2.1设计内容本次课程设计的内容为电子时钟的设计与实现，利用定时器从0开始进行计时，将计时的结果显示在数码管上。每隔1秒，秒钟计时一次，到60秒，分钟加1。根据需要，需选择的芯片有8254，8259，8255，系统时钟频率1.041667MHz；2.2设计环境与器材（1）PC微机一台用于对程序的编译测试等，同时还需要对实验设备进行控制，提供整个程序的运行平台，并且收集和释放硬件信号，实现程序功能。（2）微机原理实验箱一台此设备必须能提供8254、8255、8259和数码管等必要芯片。并且能通过接受PC机传来的信息，显示出相应的功能。以支持电子时钟的实现。（8）导线若干条用于电路和芯片之间的连接。2.3电路原理与主要芯片功能2.3.1电路原理首先利用程序硬性规定分、秒的起始时间为零。然后通过8254计时器分频，并将以分得的频率接通8259中断控制器，进而通过CPU响应可屏蔽中断达到按秒计时的效果。具体做法是将四个七段管显示器接到两片可并行接口8255芯片上，以此来控制七段管显示器的位操作以及段操作。并为之在数据段开辟一处空间，专门存放将要显示的数位代码。8254计时器将由PC机给定的频率加以分频，得到的新频率加到8259中断控制器的中断请求输入端。主程序为此可屏蔽中断设置专门的中断向量码。CPU获取此中断向量码后转向待需解决的程序进行操作。而这个程序便是整个主程序的心脏。通过它将使电子钟的显示时间以秒为进位，达到秒、分的增加。2.3.28255主要功能8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位、32位等。用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0--基本输入/出方式、方式1--选通输入/出方式、方式2--双向选通工作方式。8255的内部结构及引脚如图2.1所示：图2.1内部结构及引脚8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图2.2所示：图2.2置位/复位控制字格式52.3.38259主要功能中断控制器8259是Intel公司专为控制优先级中断而设计开发的芯片。它将中断源优先级排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集于一片中，因此无需附加任何电路，只需对8259A进行编程，就可以管理8级中断，并选择优先模式和中断请求方式，即中断结构可以由用户编程来设定。同时，在不需增加其他电路的情况下，通过多片8259A的级连，能构成多达64级的矢量中断系统。它的管理功能包括：1）记录各级中断源请求，2）判别优先级，确定是否响应和响应哪一级中断，3）响应中断时，向CPU传送中断类型号。8259A的内部结构和引脚如图2.3所示：图2.3内部结构和引脚8259的命令共有7个，一类是初始化命令字，另一类是操作命令。8259A的编程就是根据应用需要将初始化命令字ICW1-ICW4和操作命令字OCW1-OCW3分别写入初始化命令寄存器组和操作命令寄存器组。OCW1-OCW3各命令字格式如图2.4所示，其中OCW1用于设置中断屏蔽操作字，OCW2用于设置优先级循环方式和中断结束方式的操作命令字，OCW3用于设置和撤销特殊屏蔽方式、设置中断查询方式以及设置对8259内部寄存器的读出命令。图2.4OCW1-OCW3各命令字格2.3.48254主要功能8254是Intel公司生产的可编程间隔定时器。是8253的改进型，比8253具有更优良的性能。8254具有以下基本功能：●有3个独立的16位计数器；●每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数；每个计数器可编程工作于6种不同工作方式；每个计数器允许的最高计数频率为10MHz；●8254有读回命令，除了可以读出当前计数单元的内容外，还可以读出状态寄存器的内容。●计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。计数初值公式为n=fCLKi÷fOUTi，其中fCLKi是输入时钟脉冲的频率，fOUTi是输出波形的频率。7图2.5内部结构框图和引脚图上图是8254的内部结构框图和引脚图，它是由与CPU的接口、内部控制电路和三个计数器组成。8254的工作方式如下述：(1)方式0：计数到0结束输出正跃变信号方式。(2)方式1：硬件可重触发单稳方式。(3)方式2：频率发生器方式。(4)方式3：方波发生器。(5)方式4：软件触发选通方式。(6)方式5：硬件触发选通方式。8254的控制字有两个：一个用来设置计数器的工作方式，称为方式控制字；另一个用来设置读回命令，称为读回控制字。这两个控制字共用一个地址，由标识位来区分。当读回控制字的D4位为0时，由该读回控制字D1～D2位指定的计数器的状态寄存器内容将被锁存到状态寄存器中。状态字格式如图2.6所示：图2.68254状态字格式9三程序接线图及流程图3.1实验接线图系统的连线图主要由五个部分构成。8259中断控制器、8255并口控制器、8254定时计数器、键盘及数码管显示单元、开关及LED显示单元构成。如下图所示：芯片8254系统总线芯片8255LED数码管图3.4实验接线图3.2主程序流程图主程序的流程图是对整个程序的