【正文】 合肥工業(yè)大學(xué) 微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題名稱： 數(shù)據(jù)采集儀的日歷時(shí)鐘接口電路的設(shè)計(jì) 學(xué)生班級(jí)： 姓名學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 成績(jī)?cè)u(píng)定： 摘 要 ： 本設(shè)計(jì)是以 8086CPU 為控制核心， 本設(shè)計(jì)以微機(jī)原理與接口技術(shù)為基礎(chǔ) ,以 8086CPU為核心 ,利用 INTER 8253可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ,通過(guò)引入時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行精準(zhǔn)定時(shí)，經(jīng)定時(shí)器產(chǎn)生中斷源 ,采用可編程中斷控制器 8259A進(jìn)行中斷擴(kuò)展，用可屏蔽中斷方式進(jìn)行時(shí)間的采集，以可編程并行 I/O 接口芯片8255A 擴(kuò)展接口，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)間顯示。 關(guān)鍵詞： 8086CPU、 825定時(shí)、中斷 8259A、 8255A、數(shù)碼管 正 文： 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，微機(jī)原理的應(yīng)用正在不 斷深入，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件和軟件兩部分組成。硬件包括中央處理機(jī)、存儲(chǔ)器和外部設(shè)備。中央處理機(jī)是計(jì)算機(jī)的核心部部件，由運(yùn)算器的控制器兩部分組成，主要功能是解釋指令、控制指令執(zhí)行、控制和管理機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)，以及實(shí)時(shí)處理中央處理機(jī)內(nèi)部和外部出現(xiàn)和各種應(yīng)急事件；存儲(chǔ)器分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器，主存儲(chǔ)器的主要功能是存儲(chǔ)信息和與中央處理機(jī)直接交換信息；輔助存儲(chǔ)器包括磁盤(pán)機(jī)、磁帶機(jī)和光盤(pán)機(jī)等，通常只與主存儲(chǔ)器交換信息；外部設(shè)備包括輸入和輸出設(shè)備、轉(zhuǎn)換設(shè)備、終端設(shè)備等，如鍵盤(pán)、打印機(jī)、繪圖儀和鼠標(biāo)器等。軟件通常分為兩大類(lèi) ：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件最靠近硬件層，是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)軟件，如操作系統(tǒng)、高級(jí)語(yǔ)言處理程序等。系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)廠家預(yù)先設(shè)計(jì)好的。操作系統(tǒng)主要用于組織管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有便件和軟件資源，使之協(xié)調(diào)一致、高效地運(yùn)行；高級(jí)語(yǔ)言處理程序包括編譯程序和解釋程序等。編譯程序能將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯成計(jì)算機(jī)執(zhí)行的目標(biāo)程序，解釋程序是邊解釋邊執(zhí)行源程序。應(yīng)用軟件處于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最外層，是按照某種特定的應(yīng)用而編寫(xiě)的軟件。 本設(shè)計(jì)是根據(jù)利用數(shù)據(jù)采集儀來(lái)顯示日歷，它用到 8253 可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，根據(jù)時(shí)鐘脈沖的邊 沿觸發(fā)來(lái)使 8259 可編程中斷控制器產(chǎn)生中斷，再以可編程并行 I/O 接口芯片 8255A 擴(kuò)展接口，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)間顯示，進(jìn)而在數(shù)據(jù)采集儀上進(jìn)行顯示。 本設(shè)計(jì)的基本要求：根據(jù)題目要求編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)源程序；再根據(jù)所編寫(xiě)的程序連接硬件電路圖 ， 本設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的： 軟件程序能夠無(wú)錯(cuò)誤的運(yùn)行； 硬件電路有顯示， 能夠自動(dòng)產(chǎn)生年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息； 具有功工作穩(wěn)定可靠、外圍接口簡(jiǎn)單。 一、 總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)以微機(jī)原理與接口技術(shù)為基礎(chǔ) ,以 8086CPU 為核心 ,利用 INTER 8253可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ,通過(guò)引入時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行精準(zhǔn)定時(shí)；經(jīng)定時(shí)器產(chǎn)生中斷源 ,采用可編程中斷控制器 8259A 進(jìn)行中斷擴(kuò)展，用可屏蔽中斷方式進(jìn)行時(shí)間的采集；以可編程并行 I/O 接口芯片 8255A 擴(kuò)展接口，驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管 進(jìn)行時(shí)間顯示 ，共分為四個(gè)主要模塊， 8086 中央處理器， 8253 時(shí)間定時(shí)器， 8259 中斷發(fā)生器， 8255 數(shù)碼管顯示器。各模塊之間關(guān)系如下圖所示： 圖 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 鍵盤(pán)輸入，時(shí)鐘初始化 主控制器 8086 8253 定時(shí) 8259 中斷 數(shù)碼管顯示 8255 初始化 個(gè)人 PC 主程序流程圖如下： 圖 主程序流程圖 （備注：詳細(xì)流程圖見(jiàn)附錄二。） 二、 設(shè)計(jì)方案論證 ，我們選擇了兩種方案。 方案一： 用 8255 的 PA 口 和 PB 口接數(shù)碼管的字碼端和位碼端驅(qū)動(dòng)其顯示時(shí)間，通過(guò)對(duì)它進(jìn)行編程 ,芯片可工作于不同的工作方式下。 8255A 芯片有三種工作方式 ,在本課程設(shè)計(jì)中 ,通過(guò)控制字 ,使其工作在方式 0 下，通過(guò) PA 口給數(shù)碼管送 字碼，讓其顯示世世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒，同時(shí)通過(guò) PB 口給數(shù)碼管送位碼，并不斷的掃描 8 個(gè)數(shù)碼管的片選段，讓其顯示連續(xù)的時(shí)間，但是本課題要求實(shí)現(xiàn)的功能中需要顯示世紀(jì)，年、月、日，時(shí)、分、秒。同時(shí)需要鍵盤(pán)設(shè)置時(shí)間初值，而 8255 的端口有限，同時(shí)在鍵盤(pán)的掃描過(guò)程中，要有防抖的功能，這就大大加大的軟件編程的難度，可實(shí)現(xiàn)性差。 方案二： 8279A 芯片是一種通用的可編程序的鍵盤(pán) /顯示接口器件，單個(gè)芯片就能完成鍵盤(pán)輸入和 LED 顯示控制兩種功能。 可與任何 8 位機(jī)接口。 8279A 芯片包括鍵盤(pán)輸入和顯示輸出兩個(gè)部分。 若采用 8279 作為鍵盤(pán) /顯示器接口，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)、顯示器自動(dòng)掃描， 8279 主要是管理鍵盤(pán)輸入和顯示器輸出的。 8279開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 時(shí)鐘定時(shí) 秒 +1 執(zhí)行 數(shù)碼管顯示 可編程鍵盤(pán)顯示器接口芯片具有動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、不占用 CPU 的時(shí)間、可自動(dòng)進(jìn)行鍵盤(pán)掃描、與計(jì)算機(jī)接口方便、編程容易、系統(tǒng)靈活等特點(diǎn)．所以用8279 來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示更容易實(shí)現(xiàn)。 基于上述論證，本次設(shè)計(jì)采用方案二。 ，我們用了兩種方案。 方案一： 原先我們的思路是把數(shù)據(jù)采集儀的系統(tǒng)時(shí)間提取出來(lái)放在顯示模塊上顯示，如果按這樣的思路，我們?cè)谥谱鞯倪^(guò)程中只需用到 8255 這塊芯片用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù) 碼管顯示就行，可是我們?cè)趯?shí)際的制作過(guò)程中遇到了無(wú)法解決的困難：在利用DOS 系統(tǒng)功能調(diào)用（功能號(hào)位 2AH、 2CH）的時(shí)候出現(xiàn)了麻煩，在軟件調(diào)試的時(shí)候采用單步調(diào)試，當(dāng)調(diào)試的 2A 號(hào)去系統(tǒng)時(shí)間時(shí)， PC 機(jī)自動(dòng)重啟，重新試了幾次，結(jié)果一樣，后來(lái)經(jīng)推測(cè)，可能是星研環(huán)境不支持該功能號(hào)調(diào)用。 方案二： 題目 要求：能夠自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，具有功耗低、精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。我們著眼于產(chǎn)生時(shí)間的功能上，再次把該題定位于電子鐘類(lèi)型的時(shí)鐘發(fā)生器。重新確定思路，選定器件，經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的團(tuán)結(jié)合 作，基本完成任務(wù)。 在本次課題的審定上，我們選擇了方案二。 三、軟件設(shè)計(jì)思路 在 數(shù)據(jù)采集儀的日歷時(shí)鐘 的設(shè)計(jì)過(guò)程中 ,我們需要用到的電子芯片主要有8255 和 825 8259。他們的工作原理和功能如下所述。 (一 )8253 芯片 Intel8253 芯片是一種可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,它可以利用硬件電路和中斷方法控制定時(shí) ,定時(shí)時(shí)間和范圍完全由軟件來(lái)確定和改變。在 8253 芯片內(nèi)部具有3個(gè)獨(dú)立的 16位計(jì)數(shù)器通道 ,通過(guò)對(duì)它進(jìn)行編程 ,最高計(jì)數(shù)頻率能達(dá)到 2MHz。 8253還適用于許多其它的場(chǎng)合 ,如用作可編程方法頻率產(chǎn)生器、分 頻率、程控單脈沖發(fā)生器等。在本課程設(shè)計(jì)中 ,8253 芯片的通道 0 工作在方式 2 下 ,外接 1M 的時(shí)鐘頻率 ,同時(shí)與通道 1 級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)兩節(jié)分頻，通過(guò)軟件編程使通道 1 工作在方式 3下 ,產(chǎn)生周期為 1S 的方波，觸發(fā) 8259 的可屏蔽中斷 IR0，進(jìn)行時(shí)鐘秒的 +1。 8253初始化編程如下： MOV DX,COM_ADDR 。8253 的控制端口 MOV AL,00110101B 。計(jì)數(shù)器 T0 設(shè)置在模式 2 狀態(tài) ,BCD 碼計(jì)數(shù) OUT DX,AL MOV DX,T0_ADDR MOV AL,00H OUT DX,AL 。CLK0/1000 MOV AL,10H OUT DX,AL MOV DX,COM_ADDR 。計(jì)數(shù)器 T1 為模式 3 狀態(tài)，輸出方波 ,BCD 碼計(jì)數(shù) MOV AL,01110111B OUT DX,AL MOV DX,T1_ADDR MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AL,20H OUT DX,AL (二 )8255A 芯片 8255A 是一種通用的可編程并行 I/O 接口芯片 ,它是為 Intel 系列微處理器設(shè)計(jì)的配套電路 ,也可用于其它微處理器 系統(tǒng)連接。通過(guò) 8255A 芯片 ,CPU 可直接同外設(shè)相連接 ,其負(fù)責(zé) CPU 和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送。通過(guò)對(duì)它進(jìn)行編程 ,芯片可工作于不同的工作方式下。 8255A 芯片有三種工作方式 ,在本課程設(shè)計(jì)中 ,通過(guò)控制字 ,使其工作在方式 0 下，通過(guò) PA口給數(shù)碼管送字碼，讓其顯示世世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒，同時(shí)通過(guò) PB 口給數(shù)碼管送位碼，并不斷的掃描 8 個(gè)數(shù)碼管的片選段，在人眼的分辨率外，看到的是一個(gè)連續(xù)的顯示過(guò)程。 8255A 初始化編程如下： LED_TAB DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH 。共陰數(shù)碼管 09 的代碼值 MOV DX, COM_ADD MOV AL,10000000B 。 PA PB PC 為基本輸出方式 OUT DX,AL 轉(zhuǎn)化為可顯示的 16 進(jìn)制數(shù)的子程序： ToChar PROC NEAR ADD AL,39。039。 CMP AL,39。939。 JBE ToChar1 ADD AL,07H ToChar1: RET ToChar ENDP (三 )8259A 芯片 8259A 是專(zhuān)門(mén)為了對(duì) 8085A 和 8086/8088 進(jìn)行中斷控制而設(shè)計(jì)的芯 片，它是可以用程序控制的中斷控制器。單個(gè)的 8259A 能管理 8 級(jí)向量?jī)?yōu)先級(jí)中斷。在不增加其他電路的情況下，最多可以級(jí)聯(lián)成 64 級(jí)的向量?jī)?yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)。 8259A有多種工作方式，能用于各種系統(tǒng)。各種工作方式的設(shè)定是在初始化時(shí)通過(guò)軟件進(jìn)行的。 在總線控制器的控制下 ,8259A 芯片可以處于編程狀態(tài)和操作狀態(tài) .編程狀態(tài)是 CPU 使用 IN 或 OUT 指令對(duì) 8259A 芯片進(jìn)行初始化編程的狀態(tài)循環(huán)等待中斷。 8259初始化編程： Init8259 PROC NEAR MOV DX,IO8259_0 MOV AL,13H OUT DX,AL MOV DX,IO8259_1 MOV AL,80H OUT DX,AL MOV AL,09H OUT DX,AL MOV AL,FE 。屏蔽寄存器 OUT DX,AL RET Init8259 ENDP 中斷服務(wù)程序： INT_0: PUSH DX PUSH AX CALL ClearInt JC INT_0_0 MOV DX,RD_IO8259 IN AL,DX IN AL,DX 。判斷由哪個(gè)中斷源引起的中斷 MOV AL,Counter ADD AL,1 DAA MOV Counter,AL MOV ReDisplayFlag,1 INT_0_0: MOV DX,IO8259_0 MOV AL,20H OUT DX,AL POP AX POP DX IRET 。中斷結(jié)束 四、硬件設(shè)計(jì)思路 本次課程設(shè)計(jì)硬件全部由星研實(shí)驗(yàn)板 STARES598PCI 提供。為確保連線正確，必須熟悉實(shí)驗(yàn)板上各個(gè)模塊的線路連接，地址總線、數(shù)據(jù)總線及片選端等的線路結(jié)構(gòu)；同 時(shí)要對(duì)自己設(shè)計(jì)的電路有清晰的認(rèn)識(shí)，腦海中有個(gè)整體的來(lái)龍去脈，這樣在布線時(shí)才可做到游刃有余。 具體各模塊連線如下所示： 8253 連線說(shuō)明： C5 區(qū)： CS、 A0、 A1 —— A3 區(qū)： CS A0、 A1 C5 區(qū)： CLK0 —— B2 區(qū)： 2M C5 區(qū)： OUT0 —— C5 區(qū)： CLK1 C5 區(qū)： OUT1 —— B3 區(qū)： IR0 C5 區(qū)： GATE0 、GATE1 —— C1 區(qū)的 VCC 8259 連線說(shuō)明： B3 區(qū)： CS、 A0 —— A3 區(qū)： CS A0 B3 區(qū)： INT、 INTA —— ES8688： INTR、 INTA B3 區(qū)： IR0 —— C5 區(qū)： OUT1 E5 區(qū)： CS、 A0 —— A3 區(qū)： CS A0 E5 區(qū)： CLK —— B2 區(qū)： 2M E5 區(qū)： A、 B、 C、 D —— G5 區(qū)： A、