夜班防睡控制系統(tǒng)設計與開發(fā)

1、目錄1 需求分析和解決問題的思路 - 1 需求分析- 1 解決問題方法及思路- 12 硬件設計- 2 芯片8255-A- 22.2 LED顯示器- 4 單刀雙擲開關- 5 揚聲器- 62.5 硬件總邏輯圖及其說明- 63 控制程序設計- 7 控制程序設計思路說明- 7 控制程序流程圖- 7 控制程序- 84 設計結果分析及問題討論- 134.1 上機調試過程- 134.2 課程設計結果及分析- 134.3 收獲、體會和建議-131需求分析和解決問題的思路 需求分析 任務分析1）每5分鐘用一次較柔和的聲音提醒值班者按復位鍵，之后計時重新開始。2）若計時到6分鐘時，還沒人按復位鍵，則以較急促的聲音

2、報警，黃燈閃爍。3）當?shù)?5分鐘的時候紅燈閃爍，并以持續(xù)尖銳的聲音報警，以LED顯示分和秒。 功能分析本設計主要是為了解決值班人員在值夜班時容易睡覺的問題。設計中主要通過揚聲器發(fā)生來防止值班人員睡覺，每隔5分鐘用較柔和的聲音提醒值班人員一次，值班人員按下復位鍵重新即時，說明值班人員并未睡著；如果及時到6分鐘值班人員還沒有按復位鍵，說明此時值班人員可能已經(jīng)開始打盹，揚聲器發(fā)出較急促的聲音報警，并且黃燈閃爍，若此按下復位鍵，又重新計時；如果到了15分鐘還沒有人按復位鍵，那么此時值班人員可能已經(jīng)完全睡著，揚聲器發(fā)出尖銳的聲音報警，紅燈閃爍，并以LED記錄睡著的時間。 需要解決的問題需要發(fā)聲提醒，發(fā)聲

3、提醒又分為3種（較柔和，較急促，尖銳的聲音），通過鍵盤復位，要紅，黃燈閃爍。還要將時間動態(tài)顯示在LED顯示器上，每秒刷新一次。而且分秒顯示共需4位數(shù)字，所以要有4個LED數(shù)碼管進行控制。秒控制的兩位要在60秒后進位，分鐘的兩位加1，秒清零。揚聲器可用專門的揚聲器電路，也要用PC機的喇叭實現(xiàn)。1.2 解決問題方法及思路 硬件部分 1) PC機一臺，并行接口8255A一片，LED數(shù)碼管4只，發(fā)光二極管2只(紅、黃各一只)，開關一個，揚聲器一只。2) 利用揚聲器發(fā)聲報警，節(jié)拍由延時程序決定.3) 使不同顏色的發(fā)光二極管按一定規(guī)律發(fā)光。4) 使實驗箱上的8255A作為輸出接口，驅動二極管發(fā)光。所用端口

4、工作在方式0、輸出即可。5) 定義開關清零。6) PC7接開關，用作輸入，控制復位。7) 通過8255A來控制LED發(fā)光二極管的亮滅。8) PC0接揚聲器、PC1接紅燈、PC2接黃燈。9) 二極管閃爍：開|關 輸出為0則亮，輸出為1則滅。 軟件部分 程序部分首先進行初始8255,然后進行時間顯示,初值顯示00分00秒,四個顯示器每個顯示10ms,接著秒個位加1,進行下一次顯示,當秒個位為10時,秒十位加1,同時秒個位清零.當秒十位為6時,分個位加1,秒位清零,依次顯示.當顯示為5分00秒時,發(fā)出控制信號使揚聲器發(fā)出柔和的聲音,此時,若有人撥動開關,則四個顯示器全清零,又從00分00秒開始顯示.

5、當顯示6分00秒時,發(fā)出控制信號使黃燈亮,并使揚聲器發(fā)出急促的報警聲音.當顯示為15分00秒時,發(fā)出控制信號使紅燈亮,并使揚聲器持續(xù)發(fā)出尖銳的報警聲.2 硬件設計 芯片8255-A 8255A在本設計中的作用8255A作為輸出接口，驅動二極管發(fā)光。所用端口工作在方式0。控制發(fā)光二極管的亮滅。A口,B口控制LED數(shù)碼顯示管，C口低四位分別接揚聲器，紅燈，黃燈。高四位中的Pc4接開關，用于輸入信號，使系統(tǒng)復位。 8255A的功能分析 8255方式0是基本輸入/輸出方式，A、B、C三個口中任何一個口都可提供簡單的輸入和輸出操作，不需要應答聯(lián)絡信號，即可用于無條件傳送的場合，也可以用作查詢方式傳送。當

6、采用查詢方式傳送時，原則上可用A、B和C三個口的任一位充當查詢信號，但通常都是選用C口充當查詢信號，這和C口的編程有關。通常把C口的4位(高4位或低4位)規(guī)定為輸出口，用以輸出一些控制信號，把C口的另4位規(guī)定為輸人口，用以輸入外設的狀態(tài)。 8255A原理圖及功能表圖 2-1 8255A原理圖表 2-1 8255A的操作功能表 A1 A0操 作數(shù) 據(jù) 傳 送 方 式 0 0 1 0 0讀 A 口A口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 0 1讀 B 口B口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 1 0讀 C 口C口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線 0 1 0 0 0寫 A 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) A口 0 1 0 0 1寫 B 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)

7、 B口 0 1 0 1 0寫 C 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) C口 0 1 0 1 1寫控制口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) 控制口8255A有三種工作方式，用戶可以通過編程來設置。 8255A的方式控制字圖 2-2 8255A方式控制字 方式0的工作特點這種方式通常不用聯(lián)絡信號，不使用中斷，三個通道中的每一個都有可以由程序選定作為輸入或輸出。其功能為：1)兩個8位通道：通道A、B。兩個四位通道：通道C高4位和低四位；2)任何一個通道可以作輸入/輸出；3)輸出是鎖存的；4)輸入是不鎖存的；5)在方式0時各個通道的輸入/輸出可有16種不同的組合。 8255部分技術參數(shù)表 2-2 8255A技術參數(shù)SymbolParamete

8、rMinMaxUnitVILInput Low VoltageVVIHInput High VoltageVCCVVOL(DB)Output Low Voltage(Date Bus)0.45*VVOL(PER)Output Low Voltage(Peripheral Port)0.45*VVOH(DB)Input Low Voltage(Date Bus)VVOH(PER)Input Low Voltage(Peripheral Port)VIDAR(1)Dartington Drive CurrentmAICCPower Supply Current120mAIILInput Load

9、Current±10AIOFLOutput Float Leakage±10A輸入最低電壓：min -0.5V,max 0.8 V，輸入最高電壓：2.0 V。輸出最低電壓：0.45 V輸出最高電壓：2.4 V。2.2 LED顯示器作用LED發(fā)光二級管（Light-Emitting Diode），在本設計中采用7段數(shù)字發(fā)光二級管，做為終端顯示。 LED功能分析 圖 2-3 LED圖示(1)物理構造：LED發(fā)光二級管，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結構為一個PN結，具有單向導電性。(2)工作原理：當在發(fā)光二極管PN結上加正向電壓時，PN結勢壘降低，載流子的擴散運

10、動大于漂移運動，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會產(chǎn)生復合，復合時產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)。(3) 數(shù)字成像：將七個發(fā)光管進行組合，排列成數(shù)字圖形8，再根據(jù)需要控制七個管的亮與滅，即可顯示出定義數(shù)字。實驗中采用的是共陰極七段LED顯示器，他由多個發(fā)光二極管組成，七段或八段筆畫顯示器，當段組發(fā)亮時，便可顯示數(shù)字1位，七段代碼的各位用作a-g和Dp的輸入，當對應的位為1時，則該段亮。圖2-4 LED內(nèi)部結構示意圖 LED顯示管段選碼編碼表表 2-3 LED段選碼數(shù)字DPgfedcba二進制編碼（字形）0001111113FH10000001103

11、H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FHA0111011177HB011111007CHC0011100169HD010111105EHE0111100179HF0111000171H 技術參數(shù)表 2-4 LED技術參數(shù)PCWIfVrIrIfRP對應型號散射顏色BT-235-270255200SEL-10紅色 單刀雙擲開關 開關的作用本次設計需要用1位開關，用于檢測值班者是否睡著。+5V圖 2-5 單刀雙擲開關 開關的功能分析開關閉合輸入0，

12、開關斷開輸入1。 技術參數(shù)開關高電平：+5V、低電平：0V實驗中單刀雙擲開關接地，即通過8255，PC5檢測到為0，當值班者撥動開關接+5V電壓時，PC5檢測到為1（即相當于值班者按動按扭。2.4 揚聲器 作用本次設計需要揚聲器發(fā)出三種不同頻率的響聲，由8255的PC0控制（第0位控制） 功能分析如果使該位交替為0為1則產(chǎn)生一個脈沖電流，該電流放大后驅動揚聲器發(fā)出聲音。2.5 硬件總邏輯圖及其說明圖 2-8 硬件總邏輯圖上圖所示為數(shù)碼顯示管邏輯總圖，圖中所用到的為一片8255芯片、1位開關、4個七段LED數(shù)碼顯示管、紅燈和黃燈。將PCI的CS、A0、A1分別接8255A的CS、A0、A1，82

13、55A的PA0PA7接入數(shù)碼管選擇腳， PB0PB7分別與數(shù)碼管段碼相連，作為段選擇。8255的A口,B口控制LED數(shù)碼顯示管，C口低四位作輸出口，PC0接揚聲器，PC1接黃燈，PC2接紅燈，高四位作輸入口，PC7接開關。3 控制程序設計 控制程序設計思路說明首先將8255初始化（設置8255A的控制方式，A口、B口用于輸出C口高四位輸入，低四位輸出），LED動態(tài)顯示時間（分、秒），用軟件查詢判斷分秒的情況：當顯示5：00 、6：00、15：00時，分別調用不同的發(fā)聲子程序。顯示期間若按復位鍵則時間從00：00顯示。 控制程序流程圖 圖 3-1 控制程序流程圖 3.3 控制程序.MODELTI

14、NYPCIBAR3EQU1CH;8位I/O空間基地址(它就是實驗儀的基地址, 也為DMA & 32 BIT RAM板卡上的8237提供基地址) Vendor_IDEQU 10EBH;廠商ID號Device_IDEQU8376;設備ID號.STACK100.DATAIO_Bit8_BaseAddressDW?msg0DB'BIOS不支持訪問PCI $'msg1DB'找不到Star PCI9052板卡 $'msg2DB'讀8位I/O空間基地址時出錯$'COM_ADDDW00F3H;控制口偏移量PA_ADDDW00F0H;PA口偏移量PB_AD

15、DDW00F1H;PB口偏移量PC_ADDDW00F2H;PC口偏移量.CODESTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXNOPCALLInitPCICALLModifyAddress;根據(jù)PCI提供的基地址,將偏移地址轉化為實地址main: mov dx,COM_ADD ;寫8255A方式控制字 mov al,88h ;設置端口A為工作方式0輸出端口；端口Pc7到Pc4為輸入，Pc3到Pc0為輸出；端口B為輸出并工作在方式0 out dx,al mov dx,PC_ADD mov al,0ffh out dx,al mov si,offset m1;設置m1的偏移地址于SI中l(wèi)op:

16、mov ah,0 mov si,ah;初始化4位時間的初值 mov si+1,ah mov si+2,ah mov si+3,ah lop4: mov ah,30;設置一秒鐘顯示之間的間隔時間 waite: mov di,offset m1+3;顯示四個時間量 mov cl,0feh;位選碼送入CL低位為1110;將tab內(nèi)的段選碼傳送入m1空間內(nèi)的相對位置，根據(jù)位選碼決定 disp: mov al,di mov bx,offset tab xlat mov dx,PB_ADD;寫入端口B out dx,al;將從tab空間內(nèi)讀取的段選碼輸入到端口B mov al,cl mov dx,PA_A

17、DD out dx,al;將位選碼送入端口A call delay;調用延時子程序延時低于20um則不閃爍 mov al,0ffh mov dx,PA_ADD out dx,al;關閉顯示 cmp cl,0f7h;判斷該位選碼是否指向最后一個時間值（一次時間顯示有四個時間值顯示在LED上） jz exit2;是最后一個時間值則轉向將時間加一秒的程序 mov dx,PC_ADD mov al,0ffh out dx,al dec di;指向下一個時間值以待顯示 rol cl,1;將位選碼左移一位 jmp disp;重新顯示下一位exit2: dec ah jnz waite;若一秒未顯示30次則

18、轉向以上顯示四個時間量的程序顯示30次 mov dx,PC_ADD ;判斷C口開關端口pc7輸入是否為0 in al,dx test al,10000000B jnz lop;為零則轉向初始化時間量的程序段 ； 是否復位 mov al,0 mov ah,1 mov bl,5 mov bh,6 mov ch,10 add si+3,ah;秒個數(shù)的時間量加1 cmp si+1,bl;分個位是否為5 jnz aa cmp si,al;為5則判斷分十位是否為0 call softspk ;為0則執(zhí)行柔和子程序 jmp a1aa: cmp si+1,bh;判斷分個位是否為6 jnz bb;不為6則跳轉繼

19、續(xù)執(zhí)行以下程序 cmp si,al;判斷分十位是否為0 call ylgspk;為0則調用急促子程序 jmp a1bb: cmp si,ah;判斷分十位是否為1 jnz a1 call rlgspka1: cmp si+3,ch;判斷秒個位是否為10，不為則轉向以上顯示四個時間量的程序段中 jnz lop4; mov si+3,al;若秒個位為10則將其置零 add si+2,ah;秒十位加1 cmp si+2,bh jnz lop4;判斷秒十位是否為6，是則轉向顯示時間量的程序段 mov si+2,al;若不為6則將其清零 add si+1,ah;并分個位加1 pp: cmp si+1,ch

20、 jnz asd;若分個位不為10則轉向顯示時間量 mov si+1,al;若為10則將其清零 add si,ah;并分十位加1 asd:jmp lop4 ;控制時間進位 tab db 3fh,06h, 5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh;存儲表示數(shù)字的各段選碼分別表示為0-9m1 db 00h,00h,00h,00h;存儲要顯示的四個時間量softspk proc ;柔和聲音提醒子程序push axpush bxpush cxmov bx,5;bx為叫聲次數(shù)sound1:mov dx,PC_ADD mov al,11111110bout dx,al ;揚聲器mov

21、 cx,00fffh;延時wait1:loop wait1 mov al,0ffhout dx,al dec bxjne sound1mov cx,00effh;延時, ;每次叫聲持續(xù)的時間wai1:loop wai1pop cxpop bxpop axretsoftspk endpylgspk proc ;黃燈，急促叫聲 ,子程序push axpush bxpush cxmov bx,8sound2:mov dx,PC_ADD mov al,11111100bout dx,al ;揚聲器mov cx,01f00hwait2:loop wait2 mov al,0ffhout dx,almov

22、 cx,000ffhwai2:loop wai2 dec bxjne sound2pop cxpop bxpop axretylgspk endprlgspk proc ;紅燈最急促叫聲子程序push axpush bxpush cxmov bx,10sound3:mov dx,PC_ADD mov al,11111010bout dx,al ;揚聲器mov cx,01f00hwait3:loop wait3 mov al,0ffhout dx,almov cx,000f0hwai3:loop wai3 dec bxjne sound3pop cx pop bx pop axrlgspk en

23、dpdelay proc;延時子程序 push cx mov bl,10del: mov cx,1000wait5: loop wait5 dec bl jnz del pop cx ret delay endp InitPCIPROCNEARMOVAH,00HMOVAL,03HINT10H;清屏MOVAH,0B1HMOVAL,01HINT1AHCMPAH,0JZInitPCI2LEADX,msg0InitPCI1:MOVAH,09HINT21HJMPExitInitPCI2:MOVAH,0B1HMOVAL,02HMOVCX,Device_IDMOVDX,Vendor_IDMOVSI,0INT

24、1AHJNCInitPCI3;是否存在Star PCI9052板卡LEADX,msg1JMPInitPCI1InitPCI3:MOVDI,PCIBAR3MOVAH,0B1HMOVAL,09HINT1AH;讀取該卡PCI9052基地址JNCInitPCI4LEADX,msg2JMPInitPCI1InitPCI4:ANDCX,0FFFCHMOVIO_Bit8_BaseAddress,CXRETInitPCIENDPModifyAddressPROCNEARADDCOM_ADD,CXADDPA_ADD,CXADDPB_ADD,CXADDPC_ADD,CXRETModifyAddressENDPEx

25、it:MOVAH,4CHINT21HENDSTART4 設計結果分析及問題討論 上機調試過程1）上機過程中由于事先對實驗室設備不了解，所以導致實驗方案失敗，重新修改了方案，耽誤了不少時間；2）聯(lián)機運行后，數(shù)碼管顯示數(shù)字不對，經(jīng)檢查，發(fā)線問題出在數(shù)碼轉換表定義有誤；3）在揚聲器發(fā)聲的時候，LED數(shù)碼顯示管停止顯示時間，這將導致當前時間顯示太長。4.2 課程設計結果及分析 設計結果程序開始運行時，四個LED燈從00分00秒開始顯示時間，并隔相應的時間加一秒，一直顯示到59分59秒，然后又從00分00秒開始顯示，如此循環(huán)下去。當時間顯示到50分00秒時，揚聲器發(fā)出較柔和的聲音，到60分00秒時，揚聲器發(fā)出較急促的聲音，黃燈閃爍，到15分00秒時，揚聲器發(fā)出尖銳的報警聲，紅燈閃爍。每次撥開關為高電平時，LED燈就變成從00分00秒開始顯示。 結果分析8255的A口低4位用來控制LED燈的位選碼，B口8位用來控制段選碼，通過A口和B口的