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微机原理课程设计：

简单电子钟设计

课程设计任务书 I

微机原理及应用课程设计成绩评定表 IV

目录 I

中文摘要 II

一设计任务描述 1

1.1设计题目：

1.2设计目的 1

1.3设计要求 1

1.4电子时钟 2

二概要设计 3

2.1设计内容 3

2.2设计环境与器材 3

2.3电路原理与主要芯片功能 3

2.3.1电路原理 3

2.3.28255主要功能 4

2.3.38259主要功能 5

2.3.48254主要功能 6

三程序接线图及流程图 9

3.1实验接线图 9

3.2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

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；

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

2.3.38259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。

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

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

D0PB0

D1PB1

D2PB2

D3PB3

D4PB4

D5PB5

D6PB6

D7PB7

RDPA0

CSPA1

A0PA2

A1PA3

XD0

XD1

XD2

XD3

XD4

XD5

XD6

XD7

IOW#

IOR#

IOY3IOY0

XA1

XA2

Clk

Mir7

+5V

CLK0

OUT0

GATE0

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逻辑的图象表示。

首先是设置8254、8255、8259的各个端口地址。

接着初始化各个芯片，开始计时，并通过8259中断控制时间的正确显示。

在整个过程中都在检测是否有铵键响应。

有则停止，没有则返回继续执行。

图3.3系统实现流程图

四电子钟设计源程序

MY8255_AEQU0600H

MY8255_BEQU0602H

MY8255_CEQU0604H

MY8255_MODEEQU0606H

A8254EQU06C0H

B8254EQU06C2H

C8254EQU06C4H

CON8254EQU06C6H

SSTACKSEGMENTSTACK

DW32DUP（?

）

SSTACKENDS

DATASEGMENT

DTABLE DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H

DB7FH,6FH

MSEC DW0

SECDB0

MIN DB0

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA,SS:

SSTACK

START:

PUSHDS

MOVAX,0000H

MOVDS,AX

MOVAX,OFFSETMIR7 ;取中断入口地址

MOVSI,003CH ;中断矢量地址

MOV[SI],AX ;填IRQ7的偏移矢量确定地址

MOVAX,CS ;段地址

MOVSI,003EH

MOV[SI],AX ;填IRQ7的段地址矢量

CLI

POPDS ;初始化主片8255

MOVDX,MY8255_MODE

MOVAL,81H

OUTDX,AL ;初始化主片8254

MOVDX,CON8254

MOVAL,36H

OUTDX,AL

MOVDX,A8254

MOVAL,0E8H

OUTDX,AL

MOVAL,03H

OUTDX,AL ;初始化主片8259

MOVAL,11H

OUT20H,AL ;ICW1

MOVAL,08H

OUT21H,AL ;ICW2

MOVAL,04H

OUT21H,AL ;ICW3

MOVAL,01H

OUT21H,AL ;ICW4

MOVAL,6FH ;OCW1

OUT21H,AL

STI

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MOVSI,3000H

MOVAL,00H

MOV[SI],AL

MOV[SI+1],AL

MOV[SI+2],AL

MOV[SI+3],AL

MOVDI,3003H

BEGIN:

CALLDIS

CALLCLEAR

JMPBEGIN

MIR7:

STI

PUSHAX

PUSHSI

MOVAX,MSEC

INCAX

MOVMSEC,AX

CMPAX,1000

JBMRET

MOVAX,0

MOVMSEC,AX

MOVAL,SEC

ADDAL,1

DAA

MOVSEC,AL

CMPAL,60H

JBMTODIS

MOVAL,0

MOVSEC,AL

MOVAL,MIN

ADDAL,1

DAA

MOVMIN,AL

MTODIS:

MOVAL,SEC

MOVAH,AL

MOVSI,3000H

ANDAL,0FH

MOV[SI],AL

RORAH,1

ANDAH,0FH

MOV[SI+1],AH

MOVAL,MIN

MOVAH,AL

ANDAL,0FH

MOV[SI+2],AL

RORAH,1

ANDAH,0FH

MOV[SI+3],AH

MRET:

MOVAL,20H

OUT20H,AL ;中断结束命令

POPSI

POPAX

IRET

CLEAR:

MOVDX,MY8255_B

MOVAL,00H

OUTDX,AL

RET

DIS:

PUSHAX

MOVSI,3000H

MOVDL,0F7H

MOVAL,DL

AGAIN:

PUSHDX

MOVDX,MY8255_A

OUTDX,AL

MOVAL,[SI]

MOVBX,OFFSETDTABLE

ANDAX,00FFH

ADDBX,AX

MOVAL,[BX]

MOVDX,MY8255_B

OUTDX,AL

CALLDALLY

INCSI

POPDX

MOVAL,DL

TESTAL,01H

JZOUT1

RORAL,1

MOVDL,AL

JMPAGAIN

OUT1:

POPAX

RET

DALLY:

PUSHCX

MOVCX,000FH

T1:

MOVAX,002FH

T2:

DECAX

JNZT2

LOOPT1

POPCX

RET

CODEENDS

ENDSTART

五总结体会

通过近一周的课程设计时间，课程设计的基本目的达到了。

另外还有很多其它有益的地方。

本系统完成了电子时钟的基本功能。

利用8254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，秒钟个位计时一次；到10秒，秒钟十位计时一次；到60秒，分钟个位计时一次；到10分，分钟十位计时一次。

数字变动信息通过8255送数码管显示。

期间通过8259中断控制器实现秒到分的转变，准确实现了计时。

随着科技的进步电子时钟的实现方法已经很多，由传统的物理实现转变到软件实现，而且起精确程度也大大的提高，且实现方法也越来越简单。

在这里是在学完了《微型计算机原理及应用》进行的课程设计，所以这里是基于微机原理的基础知识来实现电子时钟的，首先应该画出硬件设计图，这个过程是基础，然后是流程图，这个是重点，流程图的完成在很大程度上等于程序的完成，然后是程序的编写。

通过辅导老师的指导，同学们的相互帮助，我收获了很多，也通过设计增强了自己动手的能力，同时也对自己所学到的知识作一个肯定。

学好这门课程在自己今后的学习和工作中都有很大的作用，对自己以后的帮助也很大.这次课程设计给我的最大的印象就是如果自己有了兴趣，就动手去做，困难在你的勇气和毅力下是抬不了头的。

而在这次课程设计中，也是对《微型计算机原理及应用》的复习。

同时在设计中使我的编程水平提高了一大步，使我认识到合作的可贵。

这次设计涉及到很多芯片的应用，最大特点是软，硬件的结合，对动手能里的要求很大。

也使我更加的体会到，在一定程度和科技水平上，硬件和软件是可以实现对等转化的。

电子时钟的发展史就很好的诠释了这个过程。

从物理硬件实现到软件实现。

六致谢

在这个课程设计的过程中得到了XXX和XX老师的悉心指导。

两位老师都多次询问课程设计的进程，并为我们指点迷津，帮助我开拓解决问题思路，精心点拨、热忱鼓励。

老师们一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我如何付诸于实践，虽然只有短短一周的时间，却给以终生受益无穷之道。

对两位老师的感激之情是无法用言语表达的。

感谢学校对我们此次课程设计的大力支持，为我们安排了充分的时间使用学校的机房。

为我们安排了两位出色并且负责的老师来解答我们的疑虑。

最后我要感谢我们组的其他成员，也谢谢你们的支持，让我充分的体会到团队意识的重要性。

七参考文献

[1]李伯成等《微型计算机原理及应用》西安电子科技大学出版社，1998.5

[2]陈忠强《现代微机原理与接口技术》冶金工业出版社.2006年

[3]郭兰英《微机原理与接口技术》清华大学出版社.2006年

[4]西安唐都科教仪器公司《32位微机原理与接口技术实验教程》2005年

[5]西安唐都科教仪器公司《32位微机原理与接口技术用户手册》2005年

[6]胡汉才《微机原理与接口技术课程设计》[M]北京：

清华大学出版，1996

[7]付家才《微型计算机及其接口技术学习指导与题典》[M].北京：

化学工业出版社，2004.5

[8]潘新民《微型计算机控制技术》[M]北京：

人民邮电出版社，1999.9

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