基于微机原理电子时钟课程设计.docx
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基于微机原理电子时钟课程设计
基于微机原理电子时钟课程设计
一、课程设计要求及目的
1、用8255的A口驱动六个七段数码管（LED）的字段，C口驱动六位七段数码管（LED）的为控制端，右侧两位显示分值，左侧两位显示秒值，
2、数码管采用动态扫描方式，用8253做定时器（采用查询方式），每位显示的时间<5ms，扫描频率>50HZ。
3以5ms为基本时间单位，计数产生秒时间值，秒计数到60时对分计数，分计数到60时对时计数。
二、开发环境及设备
1、设计环境
PC机一台、windowsXP系统、实验箱、导线若干。
2、设计所用设备
8254定时器：
用于产生秒脉冲，其输出信号可作为中断请示信号送IRQ2。
8255并口：
用做接口芯片，和小键盘相连。
8259中断控制器：
用于产生中断。
LED：
七个LED用于显示时：
分：
秒值。
小键盘：
用于控制设置。
三、设计思想与原理
1、设计思想
本系统设计的电子时钟以8088微处理器作为CPU，用8254做定时计数器产生时钟频率，8255做可编程并行接口显示时钟和键盘电路，8259做中断控制器产生中断。
在此系统中，8254的功能是定时，接入8254的CLK信号为周期性时钟信号。
8254采用计数器0，工作于方式2，使8254的OUT0端输出周期性的负脉冲信号。
即每隔20ms，8254的OUT0端就会输出一个负脉冲的信号，此信号接8259的IR2，当中断到50次数后，CPU即处理，使液晶显示器上的时间发生变化。
其中8259只需初始化ICW1，其功能是向8259表明IRx输入是电瓶触发方式还是上升沿触发方式，是单片8259还是多片8259。
8259接收到信号后，产生中断信号送CPU处理。
2、设计原理
利用实验台上提供的定时器8254和扩展板上提供的8259以及键盘和数码显示电路，设计一个电子时钟，由8254中断定时，小键盘控制电子时钟的启停及初始值的预置。
电子时钟的显示格式HH：
MM：
SS由左到右分别为时、分、秒，最大记时59：
59：
59超过这个时间时分秒位都清零从00：
00：
00重新开始。
基本工作原理：
每百分之一秒对百分之一秒寄存器的内容加一，并依次对秒、分、小时寄存器的内容加一，六个数码管动态显示时、分、秒的当前值。
1、内容
利用实验台上提供的定时器8254和扩展板上提供的8259以及键盘和数码显示电路，设计一个电子时钟，由8254中断定时，小键盘控制电子时钟的启停及初始值的预置。
电子时钟的显示格式HH：
MM：
SS由左到右分别为时、分、秒，最大记时59：
59：
59超过这个时间时分秒位都清零从00：
00：
00重新开始。
2、要求
本实验要求设计一个定时显示装置，用六个数码管显示时间，用小键盘控制计时，设置和显示时间。
系统一运行就从00点00分00秒开始计时，并在数码管上显示时、分、秒当前值，而且，可以用键盘设置当前时间。
基本工作原理：
每百分之一秒对百分之一秒寄存器的内容加一，并依次对秒、分、小时寄存器的内容加一；六个数码管动态显示时、分、秒的当前值。
C键：
置初值，显示00：
00：
00
G键：
显示动态变化（启动表）；
D键：
显示静态不变（表停止）；
E键：
终止程序，返回DOS；
P键：
设置时：
分：
秒的值
3、设计环境
PC机一台、windowsXP系统、实验箱，导线若干。
4、设计所用设备
8254定时器：
用于产生秒脉冲，其输出信号可作
为中断请示信号送IRQ2。
8255并口：
用做接口芯片，和小键盘相连。
8259中断控制器：
用于产生中断。
LED：
七个LED用于显示时：
分：
秒值。
小键盘：
用于控制设置。
三、设计所用芯片结构
1、8259A芯片的内部结构及引脚
中断控制器8259A是Intel公司专为控制优先级中断而设计开发的芯片。
它将中断源优先排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集中于一片中。
因此无需附加任何电路，只需对8259A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。
在MD微机系统中，8259芯片工作于单片方式。
8259引脚图如图1，各引脚功能如下。
D7~D0——八条双向数据线；
WR（低电平有效）——写输入信号；
RD（低电平有效）——读输入信号；
CS（低电平有效）——片选输入信号；
图18259A引脚图
A0——地址信号；
INT——中断请求信号；
INTA（低电平有效）——中断响应信号；
CAS0~CAS2——级联信号，形成一条专用8259A总线，以便多片8259A的级联；
SP/EN——从编程/允许级联。
在缓冲方式中，可用做输出信号以控制总线缓冲器的接收和发送。
在非缓冲方式中，作为输入信号用于表示主片还是从片；
IR0~IR7——外部中断请求输入线。
要求输入的中断请求信号是由低电平到高电平的上升沿（并保持高电平到CPU响应时为止）或者是高电平。
8259中断矢量地址与中断信号之间的关系如表3.1所示：
表3.18259A中断矢量表
中断序号
0
1
2
3
4
5
6
7
功能调用
08H
09H
0AH
0BH
0CH
0DH
0EH
0FH
矢量地址
20H
~
23H
24H
~
27H
28H
~
2BH
2CH
~
2FH
30H
~
33H
34H
~
37H
38H
~
3BH
3CH
~
3FH
说明
时钟
键盘
可用
可用
串行口
可用
可用
可用
2、8255芯片的内部结构及引脚
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，用+5V单电源供电，
能在以下三种工作方式下工作：
方式0—基本输入/输出方式
方式1—选通输入/输出方式
方式2—双向选通输入/输出方式
8255引脚图如图2示，各引脚功能如下。
D7~D0——与CPU侧连接的八条双向数据线；
WR（低电平有效）——写输入信号；
RD（低电平有效）——读输入信号；图28255引脚图
CS（低电平有效）——片选输入信号；
A0、A1——片内寄存器选择输入信号；
PA7~PA0——A口外设双向数据线；
PB7~PB0——B口外设双向数据线；
PC7~PC0——C口外设双向数据线；
RESET——复位输入信号
3、8255端口地址
表3.28255端口地址表
信号线
寄存器
编址
IOY3
A口
60H
B口
61H
C口
62H
控制寄存器
63H
4、8254芯片的内部结构及引脚
8254可编程定时/计数器是Intel公司生产的通用外围芯片之一，有3个独立的十六位计数器，技术频率范围为0~2MHZ，它所有的技术方式和操作方式都通过编程控制。
8254的功能用途是：
（1）延时中断
（2）可编程频率发生器
（3）事件计数器
（4）二进倍频器
（5）实时时钟
（6）数字单稳
（7）复杂的电机控制器
8254有六种工作方式：
（1）方式0：
计数结束中断
（2）方式1：
可编程频率发生器
（3）方式2：
频率发生器
（4）方式3：
方波频率发生器
（5）方式4：
软件触发的选通信号
（6）方式5：
硬件触发的选通信号
5、8254引脚图如图3示，各引脚功能如下。
D7~D0——八条双向数据线；
WR（低电平有效）——写输入信号；
RD（低电平有效）——读输入信号；
CS（低电平有效）——片选输入信号；
A0、A1——片内寄存器地址输入信号；
CLK——计数输入，用于输入定时基准脉冲或计数脉冲；
OUT——输出信号，以相应的电平指示计数的完成，或输出脉冲波形；
图38254引脚图
GATE——选通输入（门控输入），用于启动或禁止计数器的操作，以使计数器和计测对象同步。
2、8254端口地址
表3.38254端口地址表
信号线
寄存器
编址
IOY2
0#计数器
40H
1#计数器
41H
2#计数器
42H
控制寄存器
43H
四、具体模块设计
1、概述
本系统设计的电子钟以8088微处理器作为CPU，用8254做定时计数器产生时钟频率，8255做可编程并行接口显示时钟和键盘电路，8259做中断控制器产生中断。
在此系统中，8254的功能是定时，接入8254的CLK信号为周期性时钟信号。
8254采用计数器0，工作于方式2，使8254的OUT0端输出周期性的负脉冲信号。
即每隔5ms，8254的OUT0端就会输出一个负脉冲的信号，此信号接8259的IR2，当中断到50次数后，CPU即处理，使液晶显示器上的时间发生变化。
程序由以下模块组成：
系统共有5个功能模块，分别为，主控模块，显示模块，定时模块，中断模块，小键盘模块。
系统框图如下：
图4系统框图
2、主程序模块
主控模块是系的核心模块，对8254、8255A进行初始化，设置中断向量，扫描键盘根据按键值作相应的处理。
主要由软件实现。
它的主要功能是调用其它模块对系统工作进行协调，它的主要功能是读小键盘输入键值并执行要做的工作，如果键值为C则将显示初始值00：
00：
00置入显示缓冲，并调用显示模块显示。
如果键值为G则开中断，（中断程序为秒最低位加一）。
如果键值为D则关中断，停止动态显示。
如健值为P则连续六次调用小键盘模块，将键值依次存入显示缓冲。
并调用显示模块显示。
如果健值为E，则终止程序，返回DOS。
3、小键盘模块
小键盘模块送入主控模块的子功能模块。
由软件和硬件实现，硬件上由小键盘和8255互连，将小键值由8255送入主控模块。
软件上使用行扫描法获得键值并送回主控模块。
本课题只考虑去抖动。
执行一个约10ms的延时程序后再扫描键盘，若F0=1表示真正有键按下，从而消除了抖动影响。
实现代码如下：
KEYROCNEAR
PUSHCX
KST:
MOVAL,82H
MOVDX,P55CTL
OUTDX,AL
MOVAL,00H
MOVDX,PA55
OUTDX,AL
MOVDX,PB55
INAL,DX
ORAL,0F8H
CMPAL,0FFH
JZDELAY
MOVCX,0300H
DLY:
LOOPDLY
MOVCL,08H
MOVAH,0FEH
SCAN1:
MOVDX,PA55
MOVAL,AH
OUTDX,AL
MOVDX,PB55
INAL,DX
ORAL,0F8H
CMPAL,0FFH
JNZKEYN
ROLAH,1
DECCL
JNZSCAN1
JMPKST
KEYN:
PUSHAX
MOVDX,PB55
RELEA:
INAL,DX
ORAL,0F8H
CMPAL,0FFH
JNZRELEA
POPAX
NOTAX
MOVSI,OFFSETTABLE
MOVDI,OFFSETCHAR
MOVCX,24
TT:
CMPAX,[SI]
JZNN
DECCX
JZKST
ADDSI,02
INCDI
JMPTT
NN:
MOVDL,[DI]
MOV[CHAR1],DL
MOVAH,02H
INT21H
POPCX
JMPYANG
DELAY:
CALLDISPLY
JMPKST
YANG:
RET
KEYENDP
4、显示模块
显示模块是将显示缓冲区的数值送到LED显示的功能模块，显示缓冲区是由六个字节构成，分别保存小时的高位和低位，分钟的高位和低位，秒钟的高位和低位。
硬件上由六个LED构成，软件上由扫描显示的方法实现。
实现代码如下：
DISPLAYPROCNEAR
MOVCX,77FFH
LED52:
CALLDISUP
LOOPLED52
DISUP:
PUSHCX
MOVDI,OFFSETMIN1
MOVCL,01
DISUP1:
MOVAL,0
MOVDX,PORTBIT
OUTDX,AL
MOVAL,[DI]
MOVBX,OFFSETLED
XLAT
MOVDX,PORTSEG
OUTDX,AL
MOVAL,CL
MOVDX,PORTBIT
OUTDX,AL
MOVBX,35H
DELAY1:
DECBX
JNZDELAY1
CMPCL,20H
JZDISUP2
INCDI
SHLCL,1
JMPDISUP1
DISUP2:
POPCX
RET
DISPLAYENDP
5、定时模块
定时模块是为8259提供中断请求信号的。
由一片8254实现，选用定时器0#，工作在方式3，由4时钟应该1秒走动一次，所以输出值应为1S，其输出信号可作为8259的中断请求信号。
6、中断处理模块
中断模块实现动态显示的，硬件为一片8259，由于中断请求信号为每秒一次，中断程序该为时间按秒增加，并显示，只要开中断，便可实现每秒显示时间增加一秒，从而达到动态显示的效果。
7、芯片引脚
按如下图4接线图连接好试验箱上的芯片引脚，主要用到器件有8255,8254,LED,8259,小键盘。
8254的片选接地址208-20F，OUT1,OUT0接灯（测试用），GATE0,GATE1接+5V，CLK1接8259的IRQ2，CLK0接Ｑ12（12分频）。
8255的片选接地址218-21F，实验箱已将其和小键盘相连。
LED的片选接地址210-217。
图5试验接线图
五、程序流程图
1、主程序流程图如图6所示
2、键盘扫描程序流程图：
（KEY）如图7所示
图7键盘扫描程序流程图
3、中断处理程序流程图如图8所示：
图8中断处理程序流程图
六、心得体会
经过以上步骤，课程设计所要求设计的电子钟显示设计软件便成功完成了，它能显示数字式的时钟，并且能设置初值和时钟进制。
整个页面简洁清晰，方便用户读取，且操作简捷，符合课程设计中的各项要求。
通过这次课程设计，我们对日常生活中司空见惯的时钟的工作原理有了一个比较深入的了解，将书本中的知识更好地与实际生活中的应用结合在了一起。
通过这次微机原理课程设计学到了很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
而且我第一次感受到在写一个程序的时候，一定要事先把程序原理方框图画出来的重要性。
在课程设计中碰到的那些需要很多代码才能完成的任务，画程序方框图是很有必要的。
因为通过程序方框图，在做设计的过程中，我们每一步要做什么，每一步要完成什么任务都有一个很清楚的思路，而且在程序测试的过程中也有利于查错。
本次课程设计的过程中遇到了很多问题，比如时间走得太快、光标的位置无法定位等等。
对每个问题的解决都是一种对知识的重新整理和考察。
我更加感到愉悦的，此次的课程设计锻炼了我的编程能力。
到此为止，我们接近两周的课程设计也告一段落。
通过这次课程设计，使我认识到理论与实际相结合的重要性，对课本上的只是在实际生活中的运用也有了进一步的了解，同时基本上能够掌握汇编语言编程中编程的步骤，可以说是从中受益匪浅。
通过本次课设我也学到很多课堂上学不到的调试知识。
很感谢学校给我们提供了这么好的学习机会，感谢老师的指导，从老师的身上学到了对知识真正严谨细致的态度，让我受益匪浅。
附录一：
参考书目
1、戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用（第三版）.北京：
清华大学出版社,2003
2、周明德编著.微型计算机系统原理及应用（第四版）.北京：
清华大学出版社,2002
3、李顺增，吴国东，赵河明等.微机原理及接口技术.北京：
机械工业出版社,2006
4、杨立新.微型计算机原理和应用[M].北京：
科学技术文献出版社，1986.11
5、李大友.微型计算机原理[M].北京：
清华大学出版社，1998.7
6、眭碧霞.微型计算机原理与组成[M].人民邮电出版社，2003.8
附录二相关程序
电子时钟程序
;8255用作读键盘信息
;8253提供时钟信号
;led采用动态显示
modelsmall
.stack50
，数据段
data
bufd60,0,0,0,0,0;显示缓冲区
;数码管笔形码
ledd63FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,80h
hourd608h;时缓冲单元
mindb30h;分缓冲单元
seed630h;秒缓冲单元
mseod60;毫秒缓冲单元
dexdb0;笔形码索引值
;键盘编码表
keytabDW57FH,5BFH,5DFH,5EFH,5FEH,5FDH,5FBH,5F7H
DW67FH,6BFH,6DFH,6EFH,6FEH,6FDH,6FBH,6F7H
keyenddw7ffh
agekeydb12;键龄
oldkeydw0;键码字保存
keynumd60;键号
keyokdb0;按键响应标记
stated60;系统状态，。
一运行态;1一修改态
keymddb0;修改键标记，B一修改时;C一修改分;D-修改秒
somed60;时间设定单元，保存键盘输入的时间
二代码段
code
;主程序:
;实现8253的设置，中断向量的设置，检测系统大键盘信号，有按键就结束程序返回系统。
mainprocfar
start:
movax,data;设置数据段和附加段
movds,ax
moves,ax
cli;关中断
;设置8253，2l，方式2,输入250kHz,输出200Hz
movdx,233h
mova1,74h
outdx,al
m-dx.231h
movax,1250
outdx,al
moval,ah
outdx,al
;保存原中断向量
a1,Obh
ah,35b
21h
esbxds
︸︸intnushvushPush
;设置新中断向量
movdx,offsetintpro
movax,segintpro
movds,ax
mova1,Obh
movah,25h
tm21h
;打开中断屏蔽
Popds
ina1,21h
Andal,Of7h
out21h,a1
sti;开中断
;等持按键，返回系统
wat:
movah,l
intlbh
jzwat
;回复中断向量
popdx
popds
mova1,Obh
movah,25h
int21h
;退出程序，返回系统
movax,4e00h
In21h
，中断一f程序:
;完成时钟处理、键盘监控和显示功能
tntproprocnear
pushds;保存寄存器
pushax
pushcx
ax
ax,data;设置数据段和代码段寄存器
ds,ax
;不是修改状态才走时钟
nush
;时钟处理模块，以5毫秒为单位调整时、分秒。
elk:
incmsec
nU
鱿、h
cn]nlmmladdamlcn]nl抑mI
addal,l
min,al
min,60h
daa﹄cmP
jnenext
movmin,0
moval,hour
addal,l
daa
movhour,al
cmphour,24h
jnenext
movhour,0
，键盘监控模块
next:
decagekey
jznextl
jmpdsp
nextl:
movagekey,12
movdx,223h;设置PA输出，PB输入
mova1,82h
outdx,al
mova1,0;A口输出低电平，读B口
movdx,220h
outdx,al
movdx,221h
inal,dx
movbh,al
movdx,223h;设置PB输出，PA输入
mova1,90h
outdx,al
moval,（）;b
movdx,22lh
outdx,al
movdx,220b
inal,dx
movbl,al;i?
andbx,7ffh;去除键码中无用位数
cmpbx,7ffh
jnekeyon;有按键则进入按键处理
movkeyok,0;无按键则清除响应标志退出按键处理
jmpdsp
keyon:
cmp.bx,oldkey
jekeyonl;已经去抖动则直接处理按键
movagekey,4;有新按键则设置键龄退出中断
movkeyok,0
movoldkey,bx
impdsp
keyonl:
cmpkeyok,l
jneII;按键已响应则退出键盘处理
impdsp
11:
movkeyok,l;设立按键响应标记
std
leadi,keyend;指向键码表
movax,bx;读取键号，地址递减，cx的值为键号
movcx,17
repnescasw
jekeyon2
impdsp
keyon2:
movkeynum,cl;保存键号
cmpstate,0;系统在修改态否?
jnekeyon3;跳到修改态的处理
cmpkeynum,0ah;为A键否
jnekeyb
movkeymd,l;作a键修改标志
movhour,0aah沙时显示为一
movstate,l;进入修改态
impdsp
keyb:
cmpkeynum,Obh;为B键否
jnekeye
movkeymd,2;作b键修改标志
movmin,0aah;分钟异示为..
movstate,l;进入修改态
impdsp
keyc:
cmpkeynum,Och;为c键否
jekeycl
impdsp
keycl:
movkeymd,3;作c键修改标志
movsec,0aah
movstate,l;秒显示为..
impdsp
keyon3:
cmpkeynum,9;在修改态，判断是否为数字键
jbekeys;<=9则认为是数字键
impkeyen;否则判断是否为确定键
keyn:
moval,stime滋取输入时间，十进制格式
movc1,4
shlal,cl;在确定以前最后输入的两个十进制数有效
oral,keynum
movstime,al
impdsp
keyen:
cmpkeynum,Ofh;处理f键
jekeyenl
impdsp
keyenl:
movstate,0;恢复到运行态
cmpkeymd,l;将修改内容送小时单元
jnekeyen2
movkeymd,0;清除修改小时标志
empstime,24h;判断输入时间是否>=24
jbkey-3
movhour,0;大于24时，输入为。
movsdme,0;清除时间单元
impdsp
key-3:
moval,stime
movhour,al;
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