微机接口课程设计竞赛抢答器.docx
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微机接口课程设计竞赛抢答器
《微机原理与接口技术》
课程设计
设计题目:
竞赛抢答器
院系：
专业：
班级：
学号：
姓名：
实验日期：
年月日
一、前言
一、课程设计的意义
《微机原理与接口技术》是计算机、电子类专业的专业基础课。
在课程体系种占有重要的位置。
课程设计的目的是配合平时的教学和实验，以达到巩固和消化课堂教学内容，进一步加强综合应用能力，启发创新思维的目的。
是培养学生综合素质，提高动手能力，提高发现问题和解决问题能力的重要阶段。
二、课程设计的目的和要求
（一）课程设计的目的
1、掌握微机系统的开发步骤
2、掌握8259A、8255A、8253数码管的用法
3、掌握汇编程序的设计
（二）课程设计的要求
设计一个具有8路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键。
逻辑开关K0---K7代表抢答按钮，当某个逻辑开关闭合时，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将其号码显示出来，并使喇叭响一声（或者以发光二极管代替）。
1、中断优先级管理器8259A控制字要求
芯片控制字：
采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字
中断类型码控制字：
设置IR0~IR7的中断类型码依次为08H、09H、…、0FH
方式控制字：
优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，主片工作在缓冲方式下,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。
2、可编程并行接口接口芯片8255A控制字要求
A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7~PA0依次对应按键1~8）；B口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1连接LED显示器（PB7~PB0依次对应连接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段数码管管脚）；C口也必须工作在方式0，高4位做输入端口（本次设计中只用PC4、PC5,分别用于连接复位键和开始键），低4位做输出端口（PC3~PC0，经驱动器2后PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到8253的GATE1端，以控制通道1的计数）。
3、可编程定时器／计数器8253控制字要求
通道0：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为4000。
通道1：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为3000。
通道2：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。
三、总体设计
（一）基本工作原理
主持人按开始键，绿灯这后，选手才可抢答，否则违规。
若抢答成功，LED显示器显示选手号码，黄灯亮，扬声器鸣叫；若抢答违规（主持人示按开始键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警。
（二）硬件总体设计
1、系统总成方案
该竞赛抢答器所要器件：
中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255、可编程定时器／计数器8253，三个一样的驱动器，黄、红、绿三个发光二极管，十三个电阻，一个8输入与非门，一个非门，一个扬声器，一个LED显示器，10个按键。
2、内存单元编址
（1）、中断优先级管理器8259A的端口地址为20H、21H
（2）、可编程并行接口接口芯片8255A的端口地址为80H、81H、82H、83H
（3）、可编程定时器／计数器8253的端口地址为40H、41H、42H、43H
3、键盘、扬声器及显示功能的定义
10个按键中，一个开始键一个复位键，另外8个用做8位选手的抢答按键。
扬声器用与黄、红、绿三个发光二极管配合使用，黄灯亮扬声器鸣叫表示抢答成功，红灯亮扬声报警表示抢答违规报警，绿灯亮扬声器不鸣则表示主持人已按下开始键。
LED显示器显示的内容与选手号对应，抢答成功或违规都要显示。
（三）软件总体设计
1、存储单元的分配、标志位的含义
（1）、定义一个TAB变量用来存储1~9的字形码信息，如下表
LED的管脚
对应的字形
对应存放在内存
单元的字形码
dp、g、f、e、d、c、b、a
00000110
01011011
01001111
01100110
01101101
01111100
00000111
01111111
01101111
1
2
3
4
5
6
7
8
9
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7CH
07H
7FH
6FH
（2）、定义一个BZ变量作为标志位，用来选手抢答是否违规，BZ=0FFH时表示主持人已经按下开始键选手可以抢答，BZ=00H表示主持人未按下开始按键，选手不可以抢答。
2、主程序流程图及清单（带有注释）
（1）、主程序流程图如下：
（2）、主程序清单（带详细注释）
DATASEGMENT
TABDB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H;1~9的段码
;（字形码）
BZDB00H
DATAENDS
STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’
DB100HDUP（?
）
STACKENDS
CODESEGMENT
ASSUMEDS:
DATA,CS:
CODE
START:
MOVAX,,DATA
MOVDS,AX
;8259A初始化
MOVAL,13H;初始化8259A的ICW1
OUT20H,AL
MOVAL,08H;送中断类型码基值,8259A的ICW2
OUT21H,AL
MOVAL,0DH;一般中断结束方式,8259A的ICW4
OUT21H,AL
;8255A初始化
MOVAL,98H;置8255A工作方式
OUT83H,AL
XORAL,AL;B口、C口初始化
OUT81H,AL
OUT82H,AL
;8253初始化
MOVAL,37H;置8253通道0控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;置8253通道0计数初值为4000
OUT40H,AL
MOVAL,40H
OUT40H,AL
MOVAL,73H;置8253通道1控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;置8253通道1计数初值为3000OUT41H,AL
MOVAL,30H
OUT41H,AL
MOVAL,B7H;置8253通道2控制字
OUT43H,AL
MOVAL,00H;置8253通道2控制字
OUT42H,AL
MOVAL,00H;置8253通道2计数初值为0
OUT42H,AL
MOVAL,00H
OUT42H,AL
;中断设置
MOVAH,25H;设置抢答按键中断向量
MOVAL,0AH;中断类型号为入口参数
MOVBX,SEGKEYINT;DS：
DX指向4字节地址
MOVDS,BX
MOVDX,OFFSETKEYINT
INT21H
STI;使IF置1,开放可屏蔽中断
;主循环
LOPM:
INAL,82H;检测开始键
TESTAL,20H;检测C口的PC5端
JZLOP2;开始键未按下即PC5=0,则跳转检测
;复位键
LOP1:
INAL,82H;检测开始键是否已经弹起,即PC5=0
TESTAL,20H
JNZLOP1;开始键没有弹起再重新检测
MOVAL,00H;关LED显示器
OUT81H,AL;送到B口
MOVAL,08H;绿灯亮
OUT82H,AL;送到C口
MOVBZ,0FFH;置标志
STI
LOP2:
INAL,82H;检测复位键
TESTAL,10H;检测C口的PC4端
JZLOPM;复位键未按下即PC4=0,则跳转再检
;测开始键
LOP3:
INAL,82H;检测复位键是否弹起,即PC4=0
TESTAL,10H
JNZLOP3;位键没有弹起,则重新检测
MOVAL,00H;关LED显示器、指标灯
OUT81H,AL
OUT82H,AL
MOVBZ,00H;清标志
STI
JMPLOPM
;中断服务子程序……
CODEENDS
ENDSTART
四、硬件设计
（一）系统所选用各芯片的介绍
中断优先级管理器8259A
1、8259A内部结构
8259A采用NMOS工艺制成，有28根引脚，所有输入、输出端与TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电。
8259的内部主要组成部分，包括处理部件（中断请求寄存器IRR、优先级鉴别器PR及现行服务寄存器ISR）、控制部件（控制逻辑及中断屏蔽寄存器IMR）、数据总路线缓冲器、读／写逻辑以及级联缓冲器／比较器等5个部分。
2、8259A主要的外部引脚
D0~D7：
双向数据线，CPU与8259间利用这个数据总路线传送数据及命令。
：
写控制输入信号，同控制总路线上的
信号相连。
：
读控制输入信号，同控制总路线上的
信号相连。
A0：
地址选择信号，用来对8259A内部的两个可编程寄存器进行选择。
：
片选输入信号，低电平有效。
有郊时可通过数据总路线设置命令并对内部寄存器进行读出。
当进入中断响应时序时，该引脚状态与进行的处理无关。
INT：
由8259A向CPU发出的中断请求信号。
：
输入信号，接收CPU送来的中断响应信号INTA。
IR0~IR7：
8个中断请求输入信号，高电平或上升沿有效。
用于接收外设接口来的中断请求。
3、8259A工作方式
（1）、优先级设置方式：
全嵌套方式（固定优先级方式）、特殊全嵌套方式（可响应同级中断方式）、轮转优先级方式、特殊轮转优先级方式。
（2）、中断源屏蔽方式：
普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。
（3）、中断结束方式：
中断自动结束方式、中断非自动结束方式（包括一般中断结束方式、特殊中断结束方式）。
（4）、系统总路线连接方式：
缓冲方式、非缓冲方式。
（5）、中断请求信号触发方式：
边沿触发方式、电平触发方式。
ICW1（芯片控制字）
D7D6D5
D4
D3
D2
D1
D0
000
特征位
1
触发方式
0边沿触发
1电平触发
0
单片选择信号
0多片8259级联
1单片8259
是不要ICW4
0不要（8080/8085）
1要（80X86）
ICW2（中断类型码控制字,D7~D3设置中断类型码）
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
×
×
×
×
×
0
0
0
ICW3（主片，级联时才用设置，各位为1则表示接有从片）
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
IR7
IR6
IR5
IR4
IR3
IR2
IR1
IR0
4、8259A初始化控制字格式
ICW3（从片，级联时才用设置）
D7
D6
D5
D4
D3
D2D1D0
0
0
0
0
0
ID2ID1ID0从片INT接于主片的引脚
000IR0
001IR1
…………
111IR7
ICW4（方式控制字）
D7D6D5
D4
D3
D2
D1
D0
000
嵌套方式
0全嵌套方式
1特殊全嵌套方式
缓冲方式
0非缓冲方式
1缓冲方式
缓冲方式下
0本片为从片
1本片为主片
中断结束方式
0中断非自动结束
1中断自动结束
系统类型
08080/8085
180X86
5、8259A操作命令字格式
OCW0（中断屏蔽字,各位为1则被屏蔽）
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
IR7
IR6
IR5
IR4
IR3
IR2
IR1
IR0
OCW1（轮转优先级和中断结束字）
D7
D6
D5
D4D3
D2D1D0
轮转位
0非轮转
1轮转
选择标志位
1L2~L0无效
1L2~L0有效
中断结束位
0非中断结束
1中断结束
特征位
00
标志位
000IR0优先级最低
001IR1优先级最低
OCW2（特殊屏蔽、查询和状态读取字）
D7
D6
D5
D4D3
D2
D1
D0
0
特殊屏蔽方式允许位
0禁止特殊屏蔽方式
1允许特殊屏蔽方式
特殊屏蔽方式位
0非特殊屏蔽方式
1特殊屏蔽方式
特征位
01
中断查询位
0非中断查询
1中断查询
读寄存器
0禁止读
1允许读
0读IRR
1读ISR
可编程并行接口接口芯片8255A
1、8255A内部结构
8255A芯片是一个采用NMOS工艺制造的40引脚双列直插式（DIP）封装组件。
8255A有3个8位数据端口，即A口、B口及C口，它们都可以分别作为输入口或输出口使用；A组控制与B组控制；读／写控制逻辑；数据总路线缓冲器。
2、8255A主要的外部引脚
PA7~PA0：
A口的8条I／O线。
8条线只能同时作为输入或输出，不能分开使用，可设置成双向口，也只有A口允许这样做。
PB7~PB0：
B口的8条I／O线。
不可以设置成双向口，其它和A口一样。
PC7~PC0：
C口的8条I／O线。
不可以设置成双向口，但它可以分拆为两组即高4位和低4位，这两组可以任意设置为输入或输出。
除了作为独立的I／O线外，C口还经常为A口、B口服务，配合A口、B口作联络线使用。
A1、A0：
端口地址选择信号。
用于选择8255A的3个数据端口和一个控制口。
当A1A0=00时，选择端口A；为01时，选择端口B；为10，选择端口C；为11时，选择控制口。
3、8255A工作方式
（1）、方式0：
基本的输入／输出方式。
A口、B口、C口都可以工作在些方式下。
（2）、方式1：
选通输入／输出方式（应答方式）。
A口、B口工作在此方式下。
（3）、方式2：
双向传输方式。
只有A口可以工作在此方式下。
4、8255A方式控制字格式
D7
D6、D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
A口
A口
C口高4位
B口
B口
C口低4位
00方式0
01方式1
1x方式2
0输出
1输入
0输出
1输入
0方式0
1方式1
0输出
1输入
0输出
1输入
可编程定时器／计数器8253
1、8253的内部结构
8253采用NMOS工艺制成，有24个引脚，所有输入、输出端均TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电，最高计数速率为2.6MHz。
它包括3个计数器（即计数器0、1、2）、数据总路线缓冲器、读／写逻辑以及控制寄存器等4个部分。
2、8253的外部引脚
A1、A0：
地址输入线，用来址8253内部的4个端口，即3个计数器和1个控制字寄存器与CPU系统地址线相连。
CLK0、CLK1、CLK2：
时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。
CLK可以是系统的时钟脉冲，也可以由系统时钟分频或者其他脉冲源提供。
当用于定时时，这个脉冲必须是均匀的、连续的、周期精确的，而用于计数时，这个脉冲可以是不均匀的、断续的、周期不定的。
GATE0、GATE1、GATE3：
门控输入端，用于外部控制计数器的启动计数和停止计数的操作。
两个或两个以上计数器连用时，可用此信号同步，也可用于与外部某信号的同步。
OUT0、OUT1、OUT2：
计数输出，当计数器从初值开始完成计数操作进，OUT引脚输出相应的信号。
3、8253的工作方式
（1）、方式0：
减1计数到0，产生中断请求信号。
（2）、方式1：
减1计数到0，产生可重复触发的单稳态负脉冲信号。
（3）、方式2：
减1计数到1，分频器（速率信号发生器）。
（4）、方式3：
减1计数到初值的1／2，方波发生器。
（5）、方式4：
减1计数到0，软件触发产生选通负脉冲信号。
（6）、方式5：
减1计数到0，硬件触发产生选通负脉冲信号。
4、8253方式控制字格式
D7D6
D5D4
D3D2D1
D0
00选计数器0
01选计数器1
10选计数器2
00计数器锁存
01只读写低8位
10先读写高8位
11先读写低8位
再读写高8位
000方式0
001方式1
X10方式2
X11方式3
100方式4
101方式5
0二进制计数
1BCD计数
（二）系统所选用各芯片的工作方式
1、中断优先级管理器8259A的工作方式
（1）、芯片控制ICW1：
采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字
（2）、中断类型码ICW2：
设置IR0~IR7的中断类型码依次为08H、09H、…、0FH
（3）、方式控制ICW4：
优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，系统总线连接方式为主片工作在缓冲方式下,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。
2、可编程并行接口接口芯片8255A的工作方式
（1）、A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7~PA0依次对应按键1~8）；
（2）、B口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1连接LED显示器（PB7~PB0依次对应连接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段数码管管脚）；
（3）、C口也必须工作在方式0，高4位做输入端口（本次设计中只用PC4、PC5,分别用于连接复位键和开始键），低4位做输出端口（PC3~PC0，经驱动器2后PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到8253的GATE1端，以控制通道1的计数）。
3、可编程定时器／计数器8253的工作方式
（1）、通道0：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。
（2）、通道1：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为0。
（3）、通道2：
操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。
（三）系统所选用各芯片的连接
1、各芯片与CPU的连接
8259A、8255A、8253的数据总线D7~D0端、
端、
端、
端、
端、INT端分别与CPU的D7~D0数据总线、片选端、
端、
端、
端、INTR端。
8255A、8253的A1、A0端分别接入CPU地址线的A1、A0端，8259的A0端接到CPU地址线的A0端；
2、各芯片之间的连接和与外设的连接
8259A的IR2端接选手按键信息输出端；8255A的A口的PA7~PA0依次接“按键1”~“按键8”，B口的PB7~PB0通过驱动器1接到LED显示器，C口的PC4、PC5分别接复位键和开始键，PC3、PC2、PC1经驱动器2分别接绿灯发光二极管、红灯发光二极管、黄灯发光二极管，PC0接到8253的GATE1端；8253的GATE0端接+5V电压，OUT0的输出接入CLK1端，OUT1的输出经反相器后接入GATE2端，CLK0和CLK1接入1MHz的频率发生器，CLK2经驱动器3接扬声器。
五、软件设计
2、子程序的框图和程序清单（带注释）
;中断服务子程序
KEYINTPROCFAR
PUSHAX;保护现场
PUSHBX
PUSHDX
PUSHDS
CLI;并使本次中断压入堆栈中的IF=0
;（关中断）
INAL,80H;从8255的A口获取选手按键信息
NOTAL;将按键字节信息取反
MOVCX,8;计数8次
LOP4:
SHRAL,1;获取选手号码
LOOPNZLOP4
MOVAX,CX;把选手号传给AX
MOVBX,OFFSETTAB;查段码（字形码）
XLAT;将选手号转换成TAB中对应的LED
;字形码
OUT81H,AL
TESTBZ,OFFH;判断标志位是否为FFH
JZLOP5
MOVAL,00H;置8253通道2计数值
OUT42H,AL
MOVAL,10H
OUT42H,AL
MOVAL,03H;黄灯亮，抢答成功
OUT82H,AL
JMPKKK
LOP5:
MOVAL,00H;置8253通道2计数值
OUT42H,AL
MOVAL,20H
OUT42H,AL
MOVAL,05H;红灯亮，抢答违规
OUT82H,AL
KKK:
MOVAL,20H;给8259发中断结束命令,写OCW2
OUT20H,AL
POPAX;恢复现场
POPBX
POPDX
POPDS
IRET
KEYINTENDP
六、系统操作说明
启动计算机，计算机自动为系统各芯片进行初始化，抢答器开始工作。
比赛开始，在主持人按下开始键，绿灯亮后，选手才可开始抢答，否则违规。
若选手抢答成功，LED显示器显示选手号码，扬声器鸣叫。
若选手抢答违规（主持人未按开妈键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警，并根据比赛规则进行对该选手进行扣分。
若系统提示某号选手抢答违规，主持人仍未按开始键，此时该号选手又按下抢答键，LED显示器显示该选手的号码。
本系统开机后，若主持人既未按复位键又未按开始键，此时有选手按下抢答键，系统提示红灯亮，并报警。
注：
1、抢答成功，置8253通道2计数值为1000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/1000=1KHz。
2、抢答失败，置8253通道2计数值为2000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/2000=0.5KHz。
3、扬声器鸣
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