微機(jī)原理與接口技術(shù)順序控制系統(tǒng)

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程名稱：微機(jī)原理與接口課程設(shè)計(jì)題 目： 順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 名： 信息工程系 專業(yè)班級(jí)： 軟件2101 姓 名： 伍燦燦 學(xué) 號(hào)： 10225610105 指導(dǎo)教師: 李朝純 2012 年12月28日18課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 伍燦燦 專業(yè)班級(jí)： 軟件2101 指導(dǎo)教師： 李朝純 工作單位： 信息工程系 設(shè)計(jì)題目：順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：1、7段LED數(shù)碼管引腳功能2、TDN86/88型多功能微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）主要任務(wù)：（在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成下列任務(wù)）1. 畫出硬件原理圖（接口芯片

2、和外設(shè)部分）和實(shí)驗(yàn)連線圖；2.利用8個(gè)LED燈分時(shí)（按順序）點(diǎn)亮，模擬18個(gè)工藝過程（每個(gè)工藝過程持續(xù)30秒，由8253實(shí)現(xiàn)延時(shí)）；3.由開關(guān)K7控制系統(tǒng)啟動(dòng)。要求系統(tǒng)在工作過程中，監(jiān)控外部事件，若有異常事件發(fā)生，則暫停系統(tǒng)工作，處理（紅燈閃爍10次）完后，繼續(xù)原工作。* 4.當(dāng)8個(gè)工藝過程全部完成后，顯示“END”。時(shí)間安排：(部分時(shí)間,某些工作可以重疊進(jìn)行)12月24日布置題目，確定任務(wù)、查找相關(guān)資料12月25日1月27日功能分析，硬件設(shè)計(jì)，擬定實(shí)驗(yàn)電路，編寫程序，調(diào)試程序、運(yùn)行系統(tǒng)；12月28日答辯后撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。具體要求：設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫格式要求（按提供的設(shè)計(jì)報(bào)告統(tǒng)一格式撰寫）具體內(nèi)容如下

3、： 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 總體方案與說明 硬件原理圖與說明 實(shí)驗(yàn)電路圖與說明 軟件主要模塊流程圖 源程序清單與注釋 問題分析與解決方案（包括調(diào)式記錄、調(diào)式報(bào)告，即在調(diào)式過程中遇到的主要問題、解決方法及改進(jìn)設(shè)想）； 小結(jié)與體會(huì)附錄： 源程序（必須有簡(jiǎn)單注釋） 使用說明 參考資料指 導(dǎo) 教 師 簽 字： 2012年 12 月 24 日系 主 任 簽 字： 年 月 日目 錄1 需求分析1章 1. 1設(shè)計(jì)目 11.2設(shè)計(jì)的原始資料及依據(jù)11.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求11.4電路設(shè)計(jì)及主要功能12、概要設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)環(huán)境及設(shè)備22.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖22.3 硬件接線圖32.4 設(shè)計(jì)流程圖43.詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 8

4、259芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳43.2 8255A的控制字 53.3 8255A引腳及功能示意圖53.4 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖63.5 8255芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳74、課程設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì) 7 參考文獻(xiàn) 8 附錄（程序代碼） 9 1. 需求分析1.1設(shè)計(jì)目的通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生更進(jìn)一步掌握微機(jī)原理及應(yīng)用課程的有關(guān)知識(shí)，提高應(yīng)用微機(jī)解決問題的能力，加深對(duì)微機(jī)應(yīng)用的理解。通過查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行軟、硬件的設(shè)計(jì)，使學(xué)生初步掌握應(yīng)用微機(jī)解決問題的步驟及方法。為以后學(xué)生結(jié)合專業(yè)從事微機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。1.2設(shè)計(jì)的原始資料及依據(jù)1、7段LED數(shù)碼管引腳功能；2、TDN86/88型多功能微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，及

5、可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口芯片8253，可編程并行芯片8255，或其他相關(guān)資料。1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求1. 畫出硬件原理圖（接口芯片和外設(shè)部分）和實(shí)驗(yàn)連線圖；2.利用8個(gè)LED燈分時(shí)（按順序）點(diǎn)亮，模擬18個(gè)工藝過程（每個(gè)工藝過程持續(xù)30秒，由8253實(shí)現(xiàn)延時(shí)）；3.由開關(guān)K7控制系統(tǒng)啟動(dòng)。要求系統(tǒng)在工作過程中，監(jiān)控外部事件，若有異常事件發(fā)生，則暫停系統(tǒng)工作，處理（紅燈閃爍10次）完后，繼續(xù)原工作。* 4.當(dāng)8個(gè)工藝過程全部完成后，顯示“END”。1.4電路設(shè)計(jì)及主要功能1功能簡(jiǎn)介整個(gè)順序控制實(shí)驗(yàn)我們將系統(tǒng)分為8個(gè)過程：第一步：1號(hào)指示燈亮10秒；第二步：2號(hào)指示燈亮10秒；第三步：3號(hào)指示燈

6、亮10秒；第四步：4號(hào)指示燈亮10秒；第五步：5號(hào)指示燈亮10秒；第六步：6號(hào)指示燈亮10秒；第七步：7號(hào)指示燈亮10秒；第八步：8號(hào)指示燈亮10秒；如果系統(tǒng)沒有故障產(chǎn)生（即控制紅外燈的開關(guān)沒有閉合），此時(shí)整個(gè)順序控制系統(tǒng)將循環(huán)運(yùn)行這五個(gè)功能。當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，即控制紅外線燈的開關(guān)閉合的時(shí)候，此時(shí)系統(tǒng)將不能循環(huán)進(jìn)行下去。所有的過程將停止下來，此時(shí)，紅外線燈亮，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。若此時(shí)斷開開關(guān)，系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。 2.概要設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)環(huán)境及設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)、windows 98系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)箱，導(dǎo)線若干。8255并口：用做接口芯片，與數(shù)碼管相連。 8259中斷控制器：用于產(chǎn)生中斷 開關(guān)K7控制系統(tǒng)L

7、ED燈2.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖顯示模塊 82558個(gè)LED燈對(duì)應(yīng)結(jié)果 主控模塊 中斷模塊 模擬異常事件 8259 K7開關(guān) 圖2.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖2.3 硬件接線圖 圖2.2 8255硬件連接 2.4 設(shè)計(jì)流程圖 部分設(shè)計(jì)流程圖:開始初始化，給8253送控制字和初值開關(guān)模擬有故障開關(guān)模擬無故障1-4號(hào)燈齊亮10次1-8號(hào)燈循環(huán)檢測(cè)發(fā)中斷結(jié)束命令，中斷返回 圖2.4.1設(shè)計(jì)流程圖3詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 8259芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳中斷控制器8259是Intel公司專為控制優(yōu)先級(jí)中斷而設(shè)計(jì)開發(fā)的芯片。它將中斷源優(yōu)先排隊(duì)、辨別中斷源以及提供中斷矢量的電路集中于一片中。因此無需附加任何電路，只需對(duì)8259編程，就可

8、以管理8級(jí)中斷，并選擇優(yōu)先模式和中斷請(qǐng)求方式，即中斷結(jié)構(gòu)可以由用戶編程來設(shè)定。在MD微機(jī)系統(tǒng)中，8259芯片工作于單片方式。8259引腳圖如圖3.2，各引腳功能如下。D7-D0八條雙向數(shù)據(jù)線； WR（低電平有效）寫輸入信號(hào)；RD（低電平有效）讀輸入信號(hào)；CS（低電平有效）片選輸入信號(hào)；A0地址信號(hào)；INT中斷請(qǐng)求信號(hào)；INTA（低電平有效）中斷響應(yīng)信號(hào)；CAS0-CAS2級(jí)聯(lián)信號(hào)，形成一條專用8259A總線，以便多片8259A的級(jí)聯(lián)；SP/EN從編程/允許級(jí)聯(lián)。在緩沖方式中，可用做輸出信號(hào)以控制總線緩沖器的接收和發(fā)送。在非緩沖方式中，作為輸入信號(hào)用于表示主片還是從片；IR0-IR7外部中斷請(qǐng)求

9、輸入線。要求輸入的中斷請(qǐng)求信號(hào)是由低電平到高電平的上升沿（并保持高電平到CPU響應(yīng)時(shí)為止）或者是高電平。8259中斷矢量地址與中斷信號(hào)之間的關(guān)系如表3.1所示：表3.1 8259中斷矢量表中斷序號(hào)01234567功能調(diào)用08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH矢量地址20H23H24H27H28H2BH2CH2FH30H33H34H37H38H3BH3CH3FH說明時(shí)鐘鍵盤可用可用串行口可用可用可用 圖3.1 8259引腳圖 圖3.2 8255引腳圖3.2 8255A的控制字 （1）工作方式選擇控制字  8255A的工作方式可由CPU寫一個(gè)工作方式選擇控制字到8255A的控制

10、寄存器來選擇?？刂谱值母袷剑梢苑謩e選擇端口A、端口B和端口C上下兩部分的工作方式。端口A有方式0、方式1和方式2共三種工作方式，端口B只能工作在方式0和方式1，而端口C僅工作在方式0。 注意：在端口A工作在方式1或方式2，端口B工作在方式1時(shí)，C口部分I/O線被定義為8255A與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線，此時(shí)，C口剩下的I/O線仍工作在方式0，是輸入還是輸出則由工作方式控制字的D0和D3位決定。 （2）C口按位置位/復(fù)位控制字 8255A的C口具有位控功能，即端口C的8位中的任一位都可通過CPU向8255A的控制寄存器寫入一個(gè)按位置位/復(fù)位控制字來置1或清0，而C口中其他位的狀態(tài)不變

11、?？刂谱指袷健?應(yīng)注意的是，C口的按位置位/復(fù)位控制字必須跟在方式選擇控制字之后寫入控制字寄存器，即使僅使用該功能，也應(yīng)先選送一個(gè)方式控制字。方式選擇控制字只需寫入一次，之后就可多次使用C口按位置位/復(fù)位控制字對(duì)C口的某些位進(jìn)行置1或清0操作。3.3 8255A引腳及功能示意圖B組A組（b） 功能示意圖（a）引腳圖 8255A引腳及功能示意圖 A口 C口8255A C口 B口CSD0D7WRRDA0A1RESETPA0PA78PC4PC74PC0PC34PB0PB781 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 8255A 3111 3012 2913 2814

12、 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21PA3 PA2PA1 PA0 RD CS GND A1A0 PC7 PC6 PC5 PC4PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 PA4 PA5PA6 PA7 WR RESET D0 D1D2 D3 D4 D5 D6D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 3.4 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖B組控制部件內(nèi)部DB（8）PA7 PA0D0D7數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯RESETA1A0WRRDCSA組端口A（8）A組端口C(高4位)B組端口C(低4位)B組端口B（8）A組控制部件PC7 PC4PC3 PC0

13、PB7 PB0圖 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.5 8255芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳8255可編程外圍接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三個(gè)并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種工作方式下工作：方式0基本輸入/輸出方式方式1選通輸入/輸出方式方式2雙向選通輸入/輸出方式8255引腳圖如圖示，各引腳功能如下。D7D0與CPU側(cè)連接的八條雙向數(shù)據(jù)線；WR（低電平有效）寫輸入信號(hào)；RD（低電平有效）讀輸入信號(hào)；CS（低電平有效）片選輸入信號(hào)；A0、A1片內(nèi)寄存器選擇輸入信號(hào)；PA7PA0A口外設(shè)雙向數(shù)據(jù)線；PB7PB0B口外設(shè)雙向數(shù)據(jù)線；PC7PC0C口外設(shè)雙向數(shù)據(jù)線

14、；RESET復(fù)位輸入信號(hào)8255端口地址表3.2 8255端口地址表信號(hào)線寄存器編址IOY3A口60HB口61HC口62H控制寄存器63H4.軟件設(shè)計(jì)子程序名稱：SHOW;子程序功能：依次點(diǎn)亮八個(gè)LED燈;子程序入口：無;子程序出口；無 SHOW PROC PUSH AXB1: MOV AL,82H OUT 63H,AL MOV AL,11111111B ;使燈開始處于熄滅狀態(tài) OUT 60H,AL MOV AL,BL ;按要求點(diǎn)亮燈 OUT 60H,AL CALL DELAYNORMAL ;顯示后延時(shí) ROR AL,1 ;移位 MOV BL,AL ;把初始工作過程保存在BL中 POP AX

15、RETSHOW ENDP 子程序名稱：DELAYSHANSHUO;子程序功能：延時(shí);子程序入口：無;子程序出口；無 DELAYSHANSHUO PROC PUSH CX MOV CX,8000H ;延時(shí)的長(zhǎng)短由CX寄存器內(nèi)容來決定AGAIN0:NOP LOOP AGAIN0 POP CX RETDELAYSHANSHUO ENDP子程序名稱：DELAYNORMAL;子程序功能：延時(shí);子程序入口：無;子程序出口；無 DELAYNORMAL PROC PUSH AX PUSH CX MOV AX,0FFFFH ;用雙重循環(huán)來控制較長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)AGAIN1:MOV CX,0003HAGAIN2:NO

16、P LOOP AGAIN2 DEC AX CMP AX,0000H JNZ AGAIN1 POP CX POP AX RETDELAYNORMAL ENDPCODE ENDSEND START 5.設(shè)計(jì)中所遇到的各種問題及解決1. 如何引入中斷？答：取中斷程序入口地址、填8259中斷7中斷矢量 、填偏移量矢量 、 填段地址矢量 、關(guān)中斷 、把初始工作過程保存在BL中、 請(qǐng)取8259中斷屏蔽字 、開放8259中斷IRQ7 、啟動(dòng)工作過程及用初始化命令隊(duì)8259A設(shè)置為電平觸發(fā)方式，那么，8259A便把中斷請(qǐng)求輸入端出現(xiàn)的高電平作為中斷請(qǐng)求信號(hào)2. 8258初始化P A 口輸出的作用是什么？答：發(fā)

17、送信息來控制LED燈小結(jié)一周的微機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)，順序控制系統(tǒng)從無到有，這個(gè)過程使我感觸很多，當(dāng)然也獲益匪淺。我們通信專業(yè)的學(xué)生對(duì)微機(jī)原理硬件知道了解太少，對(duì)其中有些具體的知識(shí)點(diǎn)了解很膚淺，在整整一星期的實(shí)驗(yàn)過程中我們可以學(xué)到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過對(duì)數(shù)字鬧鐘的匯編實(shí)現(xiàn)，對(duì)硬件特別是8253、8255、8259并行口的原理和實(shí)現(xiàn)都有了很深的了解。更加深了對(duì)匯編語言的使用.以前接觸的那些程序都是很短、很基礎(chǔ)的，但是在課程設(shè)計(jì)中碰到的那些需要很多代碼才能完成的任務(wù)。所以在編寫程序之前必須有一個(gè)完整清晰的思路設(shè)計(jì)好各個(gè)模塊所

18、實(shí)現(xiàn)的功能。其次，以前對(duì)于編程工具的使用還處于一知半解的狀態(tài)上，但是經(jīng)過一段上機(jī)的實(shí)踐，對(duì)于怎么去排錯(cuò)、查錯(cuò)，怎么去看每一步的運(yùn)行結(jié)果，怎么去了解每個(gè)寄存器的內(nèi)容以確保程序的正確性上都有了很大程度的提高。剛看到課設(shè)題目的時(shí)候不知道該從哪開始編起，后來老師給我們講了大概的設(shè)計(jì)思路和各個(gè)芯片的功能，才有了點(diǎn)頭緒。因?yàn)榛A(chǔ)知識(shí)學(xué)得不是很扎實(shí)，所以在編寫程序的過程中還是遇到了很多問題。最后通過老師耐心的指導(dǎo)和講解我們的程序終于完成了。剛看見數(shù)碼管能顯示數(shù)而且時(shí)間計(jì)數(shù)還很準(zhǔn)的時(shí)候別提有多激動(dòng)了，只是六個(gè)數(shù)碼管都顯示一樣的數(shù)，就因?yàn)橐粋€(gè)小小的疏忽讓我們查了很長(zhǎng)時(shí)間，所以編程的時(shí)候一定要細(xì)心地思考和編寫每一

19、個(gè)語句。當(dāng)顯示正常的時(shí)候我們都忍不住地叫起來，大家都很興奮。 參考文獻(xiàn) 1 戴梅萼，史嘉權(quán)編著.微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用(第三版).北京：清華大學(xué)出版社,2003 2 周明德編著.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用(第四版).北京：清華大學(xué)出版社,2002 3 李順增，吳國東，趙河明等.微機(jī)原理及接口技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006 4 楊立新.微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用M.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1986.11 附錄源程序代碼：STACK SEGMENT STACK DW 64 DUP(?)STACK ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: MOV AL,82H ;方式

20、控制字為10000010,A口方式0作為輸出,C口未使用 OUT 63H,AL ;B口方式0,作為輸入 MOV AL,11111111B ;使燈開始為熄滅狀態(tài) OUT 60H,ALBEGIN: IN AL,61H ;讀取啟動(dòng)開關(guān)狀態(tài) TEST AL,01H JZ BEGIN ;測(cè)試啟動(dòng)開關(guān)是否按下，若未按下，繼續(xù)測(cè)試 PUSH DS ;保存數(shù)據(jù)段 MOV AX,0000H MOV DS,AX ;數(shù)據(jù)段清零 MOV AX,OFFSET IRQ7 ;取中斷程序入口地址 MOV SI,003CH ;填8259中斷7中斷矢量 MOV SI,AX ;填偏移量矢量 MOV AX,CS MOV SI,003

21、EH MOV SI,AX ;填段地址矢量 CLI ;關(guān)中斷 POP DS MOV BL,01111111B ;把初始工作過程保存在BL中 IN AL,21H ;請(qǐng)取8259中斷屏蔽字 AND AL,7FH ;開放8259中斷IRQ7 OUT 21H,ALA1: STI CALL SHOW ;啟動(dòng)工作過程 JMP A1 IRQ7: PUSH AX ;中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)異常事件處理 PUSH CX MOV CX,10 ;紅燈閃爍次數(shù)SNOP: MOV AL,11111111B ;使燈開始處于熄滅狀態(tài) OUT 60H,AL MOV AL,00001111B OUT 60H,AL CALL DELAYSHANSHUO MOV AL,11111111B OUT 60H,AL CALL DELAYSHANSHUO LOOP SNOP MOV AL,20H ;中斷結(jié)束返回 OUT 20H,AL POP CX POP AX CLI IRET ;子程序名稱：SHOW;子程序功能：依次點(diǎn)亮八個(gè)LED燈;子程序入口：無;子程序出口；無 SHOW PROC PUSH AXB1: MOV AL,82H OUT 63H,AL MOV AL,11111111B ;使燈開始處于熄滅狀態(tài) OUT 60H,AL MOV AL,BL ;按要求點(diǎn)亮燈 OUT