數(shù)字鐘設(shè)計.doc

學(xué)號微型計算機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計（2008級本科）題目：數(shù)字鐘設(shè)計系（部）院：物理與機電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化作者姓名：指導(dǎo)教師：職稱：副教授完成日期：2011年6月29日目錄一、設(shè)計目的.1二、設(shè)計任務(wù)要求.1三、總體方案論證.11.方案1.12.方案2.33.選擇解決方案.4四、硬件設(shè)計.4五、軟件設(shè)計.51.程序設(shè)計思路.52.程序中功能調(diào)用技術(shù).53.流程圖設(shè)計.64.編寫源程序（見附錄）.8六、程序調(diào)試運行.81.上機編譯與調(diào)試.82.運行結(jié)果.9七、總結(jié).12八、參考文獻(xiàn).13附錄.14微機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計成績評定表.201一、設(shè)計目的1.進(jìn)一步加深對微機系統(tǒng)的理解和認(rèn)識，提高微機系統(tǒng)的應(yīng)用水平。2.進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握匯編語言程序的編寫和應(yīng)用的方法，通過較大規(guī)模程序的編寫，提高編寫匯編語言程序的水平和學(xué)習(xí)程序調(diào)試方法。3.初步加強自己的科學(xué)研究方法訓(xùn)練和實踐鍛練，增強分析問題和解決問題的能力，了解微機原理和接口技術(shù)的新發(fā)展。二、設(shè)計任務(wù)與要求1.設(shè)計一個接口與七段LED顯示器，顯示一個計時時鐘，顯示初值為0，每隔一秒改變一次顯示值，60s為一分鐘，60min為一小時，LED顯示器循環(huán)顯示時、分、秒的動態(tài)值。2.在設(shè)計中可以引用所需的參考資料，避免重復(fù)工作，加快設(shè)計進(jìn)程，但必須和題目的要求相符合，保證設(shè)計的正確。要在老師的指導(dǎo)下制定好自己各環(huán)節(jié)的詳細(xì)設(shè)計進(jìn)程計劃，按給定的時間計劃保質(zhì)保量的完成個階段的設(shè)計任務(wù)。設(shè)計中問題答疑與調(diào)試和方案修改相結(jié)合，提高設(shè)計的效率，保證按時完成設(shè)計工作并交出合格的設(shè)計報告。三、總體方案論證根據(jù)本次設(shè)計的設(shè)計目的及設(shè)計要求，可有下列兩種方案：1.方案1用硬件實現(xiàn)，可選擇計數(shù)器芯片8253和可編程并行接口8255。（1）選擇芯片8253選擇8253A芯片，8253A是一種定時準(zhǔn)確、使用方便、靈活性大的可編程定時器/計數(shù)器，其定時的時間長度可以通過軟件來設(shè)置，對芯片設(shè)置處置初值后，計數(shù)器開始工作，微處理器就可以去做其他工作，定時時間到，電路會產(chǎn)生一個信號，向微處理器提出中斷請求，告訴處理器定時時間已到。（2）8255與LED數(shù)碼管接口發(fā)光二級管數(shù)碼顯示器簡稱為LED（LightEmittingDiode）數(shù)碼顯示器，它由七段發(fā)光二級管組成。這種顯示器價格低廉、體積小、功耗低，而可靠性有很好，因此，從單板微型機、袖珍計算機到許多微型機控制系統(tǒng)及數(shù)字化儀器都用LED作為輸出顯示。LED數(shù)碼管的主要部分是七段發(fā)光二極管，如圖1所示。這七段發(fā)光二極管分別稱為a、b、c、d、e、f、g，有的產(chǎn)品還附帶有一個小數(shù)點h，通過7個發(fā)光段的不同組合，可以顯示09和AF共16個字母數(shù)字或其它異形字符。LED數(shù)碼管有共陽極、共陰極兩種結(jié)構(gòu)，如圖2所示：如為共陽極結(jié)構(gòu)，則共用的陽極應(yīng)接高電平，各段則輸入低電平，方為有效。如為共陰極結(jié)構(gòu)，共用2的陰極必須接低電平，而各段處于高電平時便發(fā)光。圖2LED數(shù)碼管共陽極、共陰極結(jié)構(gòu)表1表示了共陰極與共陽極結(jié)構(gòu)字符0F的編碼表。編碼的低位為a，高位為g。數(shù)字DPgfedcba二進(jìn)制編碼（字形）0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH表1七段LED編碼表陽極abcdefgh陰極abcdefgh+5V共陽極結(jié)構(gòu)共陰極結(jié)構(gòu)3要實現(xiàn)計算器的顯示功能，需要用6位七段LED數(shù)碼管來實現(xiàn)多位顯示。在這種方案中，硬件上用公共的驅(qū)動電路來驅(qū)動各數(shù)碼管；軟件上用掃描方法實現(xiàn)數(shù)字顯示。由于要顯示6位十進(jìn)制數(shù)，因此采用6位七段LED動態(tài)顯示電路，需要一個8位I/O口和一個6位I/O口，其中8位I/O控制段選碼，6位I/O控制位選。進(jìn)行6位字符顯示時，采用掃描顯示方式，即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符，在此瞬間，段選控制I/O輸出相應(yīng)字符段選碼，位選控制I/O口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平，共陽極送高電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符，如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延遲一段時間（15ms），以造成視覺暫留效果，不斷循環(huán)送出相應(yīng)的段選碼、位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。只要CPU通過段控制端口送出段代碼，然后通過位控制端口送出位代碼，指定的數(shù)碼管便顯示相應(yīng)的數(shù)字。如果CPU順序地輸出段碼和位碼，依次讓每個數(shù)碼管顯示數(shù)字，并不斷地重復(fù)，當(dāng)重復(fù)頻率達(dá)到一定程度，利用人眼的視覺暫留特性，從數(shù)碼管上便可見到相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)字顯示。圖3是一個由8255A控制的6位共陰極顯示系統(tǒng)，A口輸出LED字符7段代碼信息，C口輸出6個LED位選信號，由程序控制依次使Q0Q5低電平輪流有效，使得LED0LED5輪流顯示。2.方案2用匯編語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用程序的功能，從而實現(xiàn)簡易計算器匯編程序的設(shè)計與實現(xiàn)。(1)使用設(shè)備PA078255APC05驅(qū)動器驅(qū)動器LED0LED1LED2LED3LED4LED5圖3多位數(shù)碼管顯示電路示意圖4含有Windows匯編編譯環(huán)境的MASM軟件及Office2003軟件的計算機一臺。(2)參數(shù)定義為實現(xiàn)1秒長度的設(shè)定，可執(zhí)行一個循環(huán)程序，通過循環(huán)次數(shù)和循環(huán)嵌套的層數(shù)來調(diào)節(jié)計時時間的長短，該方法的優(yōu)點是不需要專用的硬件，從而成本低，方法簡單靈活，使用起來也比較容易。3.選擇解決方案通過以上分析，硬件實現(xiàn)1秒的設(shè)定雖然較準(zhǔn)確，但用軟件來實現(xiàn)可以極大的節(jié)約成本，而且通過周密的計算循環(huán)的次數(shù)和循環(huán)嵌套的層數(shù)也可以將計時的準(zhǔn)確度提高，所以在實現(xiàn)計時時間方面選擇軟件是比較好的方案。四、硬件設(shè)計8086的8位數(shù)據(jù)線D7D0與8255的D7D0相連，地址線經(jīng)74LS373鎖存后其低位A0、A1分別與8255的A0、A1相連，其他地址線經(jīng)74LS138譯碼后，其CS0接8255的片選CS引腳，其入口地址為00E0H00E3H。8255的A口PA0PA7分別與邏輯開關(guān)的K1K8相連，其中開關(guān)量K7用于判斷是否修改時間，K5K6用于判斷修改哪一位，K1K4為要修改的值；B口作為段選；C口作為位選段碼信號。硬件原理圖如圖4：圖4硬件原理圖2B系統(tǒng)總線信號5五、軟件設(shè)計1.程序設(shè)計思路(1)開始設(shè)置其工作方式。(2)設(shè)置初值，定義對應(yīng)十六進(jìn)制數(shù)的七段代碼表及其時間區(qū)表。(3)顯示計時并循環(huán)判斷，當(dāng)1秒時間到是則秒位加1計時顯示,若不需要修改則繼續(xù)顯示并循環(huán)判斷。(4)從初始值開始顯示，當(dāng)顯示了1s時，秒位加1，并判斷秒位是否為60，若不是，則直接顯示時間；若是，則將秒位置0，分位加1，接著判斷分位是否為60，若不是，則直接顯示；若是，則將分位置0，時位加1，然后判斷時位是否為25，若不是，則直接顯示；若是，則將時位置0，重新計時。如此循環(huán)。經(jīng)分析，本程序設(shè)計思路如圖5所示：圖5程序設(shè)計思路圖2.程序中功能調(diào)用技術(shù)微機的系統(tǒng)軟件提供了很多可供用戶調(diào)用的功能子程序，包括控制臺輸入輸出，基本硬件操作，文件管理，進(jìn)程管理。它們?yōu)橛脩舻膮R編語言程序設(shè)計提供輸入操作數(shù)，操作符送一秒時間常量開始計數(shù)，判斷低位，修改各位值輸出結(jié)果結(jié)束6了許多方便，用戶可在自己的程序中直接調(diào)用這些功能，而無需再自行編寫程序來實現(xiàn)它們。系統(tǒng)軟件中提供的功能調(diào)用有兩種，一種稱為DOS功能調(diào)用，另一種稱為BIOS功能調(diào)用。用戶程序在調(diào)用這些系統(tǒng)服務(wù)程序時，不是用CALL命令，而是軟中斷指令I(lǐng)NTn來實現(xiàn)。所用的DOS系統(tǒng)功能調(diào)用都是利用軟中斷指令I(lǐng)NT21來實現(xiàn)的，它是一個具有90多個子功能的中斷服務(wù)程序。這些子功能大致可以分為四個方面：設(shè)備管理，目錄管理，文件管理等。用戶就可以通過指定功能號來調(diào)用INT21H的不同子功能。DOS系統(tǒng)功能調(diào)用的使用方法如下：(1)功能號送AH；(2)在指定寄存器中放入該功能所要求的入口參數(shù)；(3)執(zhí)行INT21指令；(4)分析出口參數(shù)。INT21H指令:01H號功能：等待從標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸入一個字符，將該字符的ASCII碼送給AL，并在標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備上顯示該字符。入口參數(shù)：無。出口參數(shù)：AL的內(nèi)容為輸入字符的ASCII碼。02H號功能：顯示器單字符輸出，用文本坐標(biāo)下設(shè)置光標(biāo)位置。入口參數(shù)：DL的內(nèi)容為輸出字符的ASCII碼。出口參數(shù)：無。09H號功能：在標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備上顯示某個字符串。入口參數(shù)：DS:DX的內(nèi)容為字符緩沖區(qū)首址。出口參數(shù)：無。2CH號功能：取時間。入口參數(shù)：無。出口參數(shù)：CX:DX的內(nèi)容為時間。2DH好功能：置時