可任意启动停止的电子秒表的设计

可任意启动/停止的电子秒表的设计一、课程设计目的和任务微机原理与接口技术是一门实践性很强的电子信息工程专业的技术基础课程。因此，微机接口课程设计是一项实践性很强的实训环节，结合运用所学的汇编语言及8086微处理芯片设计一个电子秒表，通过实践能够加深对汇编语言的理解以及对8086微处理器、8253可编程定时器、8259A可编程中断控制器、8255A可编程并行I/O接口芯片等的基本功能的认识。从而在设计过程中，提高学生的实践编程能力和硬件设计能力。也可以进一步巩固和融会贯通所学的汇编语言，并且可以培养学生查找资料的能力和自己分析问题解决问题的能力。本实验利用8253可编程定时器等芯片的定时和记数的原理，结合实验箱上的集成电路芯片8086、LED数码管以及实验箱上的按键来设计秒表。将软、硬件有机地结合起来，要求实现计时单位为1/100秒，利用功能键进行启/停控制，上电后计时器清0，当第一次按下KEY1启/停键时开始计数，按一下KEY2键清零，重新开始计时，在系统能够正确地进行计时，使6位LED数码管能够正确地显示时间。二、分析与设计1．设计任务分析：可任意启动/停止的电子秒表的实现用按键中断来控制整个程序，当按一下KEY1启动电子秒表，再按一下暂停，按一下KEY2键清零，用六个七段数码管显示时间。整个程序涉及到8255、8253和8259三个芯片。给8253的CLK0提供一个频率为10KHZ的时钟信号，8253的OUT0连接8259的IRQ7，8253的GATE2连接正5伏电压，采用计数器0每隔0.01秒产生一次中断并且计数，写入以偏移地址4000H开始的6个内存单元，然后利用8255将内存单元的数据输出到七段数码管。由于按键中断优先于8259的7号中断，所以程序只有在按一下KEY1才启动电子秒表，再按一下暂停，按一下KEY2键清零，如果超出了60分，整个程序自动重新开始。2．设计方案论证：根据课程设计的要求和我们所要增加的功能写好程序流程图，在程序流程图的基础上，结合芯片的功能写出相应的程序。然后再进行程序调试和相应的修改，以达到能够实现所要求实现的功能的目的。在微机原理定汇编调试软件上编辑源程序，并进行汇编，在汇编成功无误后，选择端口进行调试，然后装入程序，至此，本次设计的软件工作准备完毕。再根据硬件原理设计图完成各芯片之间的连接，打开实验箱电源开关总体进行调试。在整个实验过程中，在8253可编程定时器CLK端输出管脚处接上一个计数的频率为10KHZ的时钟信号，由8253定时/计数器产生0.01秒的中断并进行计数，可编程并行I/O接口芯片8255A将偏移地址写入内存单元，进中断更新数据，然后将内存数据送给LED数码管显示。定时器中断就是定义初值，然后开中断，剩下的就在中断里写了。保存数据段后，取中断程序入口地址，定义可编程中断控制器8259中断7中断矢量，读8259中断屏蔽字，开8259中断7，六位数码管用动态显示，挨个点亮，六个I/O控制位，十二个I/O控制段码，将8259的定时器设置在0.01秒进入一次中断，交替输出高低电平（形成时钟频率），在计数器输出使用组合-1-逻辑电路连接LED灯的各个控制输入端。3．硬件设计：（1）8086（16位微处理器）8086CPU的工作电源为单一5V,它的外部数据总线为16位，地址线为20根，故寻址的地址空间为1MB。8086具有一个功能相对完善的指令系统，能对各种类型的数据进行处理。它可以在两种不同的模式下工作，即最大工作模式和最小工作模式。所谓最小模式，就是微型计算机系统中只有8086或8088一个微处理器，在这个系统，所有的总线控制信号直接由CPU提供。最大模式就是微型计算机系统中包含有两个或多个微处理器，其中一个主处理器是8086或8088微处理器，其他处理器称为协处理器，它们协助主处理器工作。（2）8253（可编程定时器/计数器）首先此设计中选用工作方式2，用输出指令向控制寄存器写入一个控制字，用输出指令向选中的计数器端口地址写入一个计数初值，然后，定时/计数器按控制字要求计数。计数从“计数初始值”开始，每当CLK信号出现一次，计数值减1，当计数值减为0时，从OUT端输出一个低电平（具体形式与工作模式有关）。当CLK信号出现时，计数值是否减1（即是否计数），一般，仅当GATE有效时，才减1.门控信号GATE如何影响计数操作，以及输出端OUT在各种情况下输出的信号形式与定时/计数器的工作模式有关。（3）8255A（可编程并行I/O接口芯片）8255A可为86系列CPU与外部设备之间提供并行输入/输出的通道。由于它是可编程的，可以通过软件来设置芯片的工作方式。在输入过程中，输入设备把数据送给接口，并且使状态线“输入准备好”有效。接口把数据存放在“输入缓冲寄存器”中，同时使“输入回答”线有效，作为对外设的响应。外设在收到这个回答信号后，就撤消数据和“输入准备好”信号。数据到达接口中后，接口会在“状态寄存器”中设置输入准备好标志，或者向CPU发一个中断请求。CPU可用查询方式或中断方式从接口中读取数据。接口中的数据被读取后，接口会自动清除状态寄存器中的标志，且撤消对CPU的中断请求。在输出过程中，每当输出寄存器可以接收数据，接口就会将状态寄存器中“输出准备好”状态置1或向CPU发一个中断请求，CPU可用查询或中断方式向接口输出数据。当CPU输出的数据到达接口后，接口会清除“输出准备好”状态，把数-2-据送往外设，并向外设发一个“数据输出准备好”信号。外设受到驱动后，便接收数据，并向接口电路发一个“输出回答”信号，接口收到该回答信号后，又将状态寄存器中“输出准备好”置位，以便CPU输出下一个数据。（4）8259A（可编程中断控制器）IR（外设中断请求线）线上提出了中断请求的中断源，IRR中断请求寄存器（共有8位D7～D0）对应于连接在IR0～IR7线上的外设的中断请求，输入线有请求的置1。若OCW1（IMR中断屏蔽寄存器）未使该中断请求屏蔽，该请求被送入PR（优先权分析器）比较。否则，不送入PR比较。PR把新进入的请求与ISR（服务中寄存器）中正在被处理的中断进行比较。如果新进入的请求优先级较低，则8259不向CPU提出请求。如果新进入的请求优先级较高，则8259使INT引脚输出高电平，向CPU提出请求。（5）LED（数码管）LED为发光二极管构成的显示器件，由7个字符段和一个小数点段组成，每段对应一个发光二极管，当发光二极管点亮时，相应的字符段点亮。LED有共阴极和共阳极两种供应状态。共阴极显示时，将LED显示的COM接地，将八个字符段端a、b、c、d、e、f、g、dp依次与一个8位I/O口的最低到最高位连接，当I/O给LED的字符段送入一个高电平时，该段就被点亮，从而从这7个被点亮的字符段中构成相应的字符显示出来。同理，COM阳极即将COM端接Vcc，其显示原理与COM阴极的基本相同，但I/O口送入低电平是相应的段才被点亮。硬件设计原理图如下：4．程序流程图和源代码清单：(1)程序流程图：-3-（2）源代码清单：主程序：PUSHDS；保存数据段MOVAX,0000HMOVDS,AX；数据段清零MOVAX,OFFSETIRQ7；取中断程序入口地址ADDAX,2000H；加装时IP＝2000地址开始初始化KEY1是否按下赋值子程序开中断DELAY子函数KEY2是否按下显示子函数结束NYKEY2按下偶数次或没按下KEY1被按下奇数次-4-MOVSI,003C；填8259中断7中断矢量MOVW[SI],AX；填偏移量矢量MOVAX,0000H；段地址CS＝0000HMOCSI,003EHMOVW[SI],AX；填段地址矢量POPDS；弹栈INAL,21H；读8259中断屏蔽字ANDAL,7FH；开8259中断7OUT21H,ALMOVAL,39H;8253的计数器0为方式2，采用BCD码计数，先写低8位，后写高8位。方式控制字为00110101OUT43H,AL;写入方式控制字到控制字寄存器MOVAL,00H；计数初值低8位OUT42H，AL；写入计数初值低8位到通道0MOVAL,10H；计数初值高8位OUT42H，AL；写入计数初值高8位到通道0MOVAL,81H;8255的A口位方式0输出，B口为方式0输出，C口下部输入10000001OUT63H,AL；写方式控制字CALLFIRST；调用first子程序，赋计数初值BEGI:HLT;延时等待STI；开中断MOVAH,01HINT16H；检测是否按了键JZBEJIMOVAH,00H；读键值INT16HCMPAL,0DH；是否按了KEY2JNZA1MOVSI,4000HNOT[SI+04H]；偏移地址为4004H的内存单元内容取反JMPBEGIA1:CMPAL,1BH；是否按了KEY1键JNZA2CALLFIRST；重新赋初值，相当于清零-5-A2:JMPBEGI中断程序：IRQ7：CAKKDIS；调用DISP子程序，用来在数码管显示数据MOVSI4000HCMP[SI+04H],00H；判断是否按了第2次回车键JEA4CALLADDN；调用ADDN子程序，用来计数A4:MOVAL,20HOUT20H,ALCLI；关中断IRET；返回ADDN程序：ADDN:MOVSI,4000HADD[SI+05H],01H；百分之一秒加1CMP[SI+05H],0AH；判断是否大于10JZA5JMPA11A5:MOV[SI+05H],00HADD[SI+04H],01H；十分之一秒加1CMP[SI+04H],0AH；判断是否大于10JZA6JMPA11A6:MOV[SI+04H],00HADD[SI+03H],01H；秒位加1CMP[SI+03H],0AH；判断是否大于10JZA7JMPA11A7:MOV[SI+03H],00HADD[SI],01H；十秒位加1A8:MOV[SI+02H],00HADD[SI+01H],01H；分位加1CMP[SI+01H],0AH；判断是否大于10JZA7JMPA9A9:MOV[SI+01H],00H-6-ADD[SI],01H；十分位加1CMP[SI],06H；判断是否大于6JZA8JMPA9A10:MOV[SI],00；大于60：00重新开始A11:RET显示程序：DSP:PUSHAX；保存AXMOVSI,4000H；指向数据缓冲区MOVDL,F7H；11110111指向数码管MOVAL,DL;AL=11110111AGAIN:OUT60H,AL；写端口AMOVAL,[SI]MOVBX,4100H；指向数码缓冲区BX=0100000100000000ANDAX,00FFH；BX=00000000alADDBX,AX；得到显示代码BX=01000001alMOVAL,[BX]OUT61H,AL；写端口BCALLDELAY：调用延时程序DELAYINCSIMOVAL,DLTESTAL,01HJZOUTRORAL,1；指向下一个数码管MOVDL,ALJMPAGAINOUT:POPAX；弹出AXRETLEDMAP:；数码管显示代码：DB3FH,06H,5BH,4FH,66HDB6DH,7DH.07H,7FH,6FHDELAY:PUSHCX;延时程序PUSHAXMOVCX,0010HT1:MOVAX,0010H-7-T2:DECAXJNZT2LOOPT1POPAXPOPCXRET三、系统方案实施1．我们小组刚开始由于程序本身的一些问题和对微机原理知识的掌握不够全面，导致无法对程序的有效汇编，如将程序多次汇编均显示“Outofmemory”，后来在其他组同学的帮助下，我们将源代码重新组合修改后成功运行，其中，曾多次出现代码段等未定义的错误警示，如后来通过逐步分解测试的方法进行了解决。2.在基本确定了程序的框架和初步写出了源程序代码的情况下，我们按如上方式连线进行了硬件调试，最终当按下“KEY1”键，开始计数，但数码管显示从0000.00开始不能准确按每微秒自动加0.01，只能无准确规律变化；再按下“KE