《競賽搶答器設計》word版

1、 競賽搶答器一題義分析及解決方案1題義與需求分析題目要求利用8086系統(tǒng)接口電路設計一個可供八人競賽使用的搶答器，并顯示競答者編號（18）。根據(jù)題義可知：本設計是要設計一個能夠提供給8個人使用的競賽搶答裝置，能夠使得搶答者的編號，顯示的裝置。首先是主持人發(fā)出搶答允許信號，當搶答者收到信號后，便立刻進行搶答，然后通過裝置，將最先搶答者的編號顯示出來。根據(jù)以上分析，提出以下幾個問題：主持人如何發(fā)出搶答的信息？競賽者如何進行搶答？如何將分辨搶答的順序，誰是最先搶答的？如何顯示搶答者的編號？搶答的總體規(guī)則是什么？怎樣控制？2解決問題的思路和方法（1）、解決思路：上述提出的問題發(fā)現(xiàn)第一、第二和第四個問題

2、需要用硬件來實現(xiàn)，而第三和第五個問題需要軟件編程來實現(xiàn)。組號器件名稱特 點1小鍵盤鍵盤（Keyboard）是常用的輸入設備，它是由一組開關矩陣組成，結(jié)構相對復雜邏輯開關結(jié)構簡單，使用方便，價格便宜28255A芯片8255芯片是可編程的并行接口芯片，不需要附加外部電路便可和大多數(shù)并行傳輸數(shù)據(jù)的外部設備相連，數(shù)據(jù)的各位同時傳送，使用十分方便8251A芯片8251芯片是可編程的串行接口芯片，數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，電路簡單，傳輸距離遠3L E DLED顯示器與LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。LED與LCD的功耗比大約為10:1，LED的最顯著特點是使用壽命

3、長，光電轉(zhuǎn)換效能高，綠色環(huán)保 表一：所用芯片功能首先我們可用列表比較的方法來選擇合理的器件，具體器件的名稱和特點如表一所示。對硬件選擇進行分析進行分析：通過對小鍵盤和微動開關比較，我們選擇結(jié)構簡單，使用方便微動開關作為搶答者的搶答器件。對8255和8251芯片進行比較，選擇方便易使用的8255作為本設計的主要芯片。對顯示設備的選擇，選擇LED更為經(jīng)濟實惠。通過以上分析，本次設計所選用的芯片為：8255A芯片、微動開關和LED發(fā)光二極管。（2）、解決問題的方法a硬件部分：首先選擇可編程并行接口芯片8255A，實現(xiàn)八個競賽搶答器的顯示換碼并輸出。使8255A工作在方式0基本輸入輸出，將PA口做為輸

4、入口，PB口做為輸出口，PC1 =0做位選碼。選用LED七段數(shù)碼顯示控制電路板一塊，使用其顯示18位搶答者編號。b軟件部分：通過編寫程序來實現(xiàn)搶答的功能。首先應當實現(xiàn)搶答器的最基本功能，即當搶答允許信號發(fā)出后，搶答者做出了搶答，要在LED上顯示最先搶答者的編號。這是基本功能，其次應該考慮同時有兩個人搶答的情況，如過出現(xiàn)了，這個情況，就在顯示設備上顯示E，表示錯誤，需要重新?lián)尨?。另外，在搶答結(jié)束后，需要進行下一輪的搶答，因此如果 出現(xiàn)有搶答者的開關沒有松開的情況，就無法進行下一輪的搶答。所以要對開關是否松開進行判斷。二硬件設計1芯片8255A（1）8255A在本設計中的作用 PA口送入開關量進行

5、鎖存，通過控制程序進行判斷和處理，最后從PB口輸出。（2） 8255A的主要功能分析8255A是一種可控制編程的并行接口芯片，本設計中將PA做輸入口，PB作輸出口，工作于方式0，PC1作為輸入口，C口其他位不用。8255A工作方式0又稱為基本輸入/輸出（同步傳送）方式，該方式下可將三個數(shù)據(jù)端口劃分為四個獨立的部分，A口和B口作為兩個8位端口，C口高四位和低四位可用作兩個4位端口。8255A在方式0下輸出的數(shù)據(jù)被鎖存，而輸入的數(shù)據(jù)是不鎖存的。8255A的端口錄址及操作功能如圖二所示： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01A組工作方式A口I/OC7-c4 I/OB組工作方式B口I/OC

6、3-c0 I/O | | | | | | | 特征位 00方式0 1輸入 1輸入 8255A的方式控制字： 0方式0 1輸入 1輸入 01方式1 0輸出 0輸出 1方式1 0輸出 0輸出 10方式2 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00×××寫入位編碼寫入內(nèi)容 寫入位 | 編碼 | D0 000 0寫入0 D1 001 1寫入1 D2 010 D3 011 D4 100 D5 101 D6 110 D7 111表二：8255A的置位/復位控制字A1A0端口號及其功能00010端口A>數(shù)據(jù)總線輸入操作（讀）01010端口B>數(shù)據(jù)總線10010

7、端口C>數(shù)據(jù)總線00100數(shù)據(jù)總線>端口A輸出操作（寫）01100數(shù)據(jù)總線>端口B10100數(shù)據(jù)總線>端口C11100數(shù)據(jù)總線>控制字寄存器xxxx1未選中8255A，數(shù)據(jù)總線>三態(tài)斷開功能1 1010 非法狀態(tài)xx110數(shù)據(jù)總線>三態(tài) 表三：8255A的端口錄址及操作功能表 2LED發(fā)光二極管（1）芯片在本設計中的作用 LED發(fā)光二極管用于顯示競賽者的編號（2）LED的功能分析 LED發(fā)光原理及特性：發(fā)光二極管是由-族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化 鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結(jié)，因此它具有一般P-N結(jié)的I-N

8、特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復合而發(fā)光。假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)m以內(nèi)產(chǎn)生。有段選碼和位選碼確定數(shù)字18的

9、輸出并在延時程序中保持復位。它是一種當外加電壓超過額定電壓字符而形成的。有段選碼和位選碼確定數(shù)字18的輸出并在延時程序中保持復位。它是一種當外加電壓超過額定電壓時發(fā)生擊穿，并因此而產(chǎn)生可見光的器件。這種數(shù)碼管是有7段或8段筆畫顯示器組成一個字符而形成的。時發(fā)生擊穿，并因此而產(chǎn)生可見光的器件。這種數(shù)碼管是有7段或8段筆畫顯示器組成一個（3）LED的技術參數(shù)分析LED發(fā)光二極管的壓降一般為1.5-2.0V，其工作電流一般取10-20Ma，發(fā)光二極管可應用于直流驅(qū)動電路、交流驅(qū)動電路和脈沖驅(qū)動電路。 由于8255A的最大驅(qū)動電流為4.0mA，而LED的工作電流一般為10-20mA，所以需要加一個驅(qū)動

10、器74LS244。圖一：數(shù)碼管結(jié)構 數(shù)字dpgfedcba二進制編碼0001111113Fh10000011006h2010110115Bh3010011114Fh40110011066h5011011016Dh6011111017Dh70000011107h8011111117FhE0111100179h表四：LED顯示管段選碼編碼表3微動開關（1）微動開關在本設計中的作用 當競賽者進行搶答時，可通過微動開關作為輸入信號。2）軟件部分對于設計中的搶答規(guī)則由軟件來實現(xiàn)，考慮到8位選手的各自按下?lián)尨鹧b置與自己的編號間的對應關系，8個信號有可能在同一時間段內(nèi)有兩個或以上信號輸入，各自之間在時間上不

11、會牽制，即涉及并行的方式輸入，后要對輸入的開關量進行處理、輸出，連接至LED顯示，其中需有一主控裝置，據(jù)此結(jié)合課程的所學的相關知識可知，使用可編程并行接口芯片825能夠滿足要求，實現(xiàn)相關功能。實現(xiàn)時，可設置8255的A口作為八個輸入信號，用邏輯電平開關K0K7代表搶答裝置的搶答開關18號。當某個邏輯開關置“1”時，顯示有效，當有兩個或以上選手同時按下?lián)尨鹌鲿r，信號無效，顯示“E”。將B口輸出信號與7段LED的ah連接，即可用LED顯示器輸出搶答結(jié)果。另外，用8255的C口中的PC7作為主控信號，高電平時表示允許搶答，低電平時禁止搶答。在實驗中需設置C口位控制選用新實驗箱的八個LED顯示中的一個

12、。5硬件總邏輯圖及其說明（見下頁）三控制程序設計1控制程序思路說明根據(jù)所設計的硬件邏輯圖，所需要編寫的控制程序主要有兩個方面：其一在程序中判斷最高優(yōu)先級者。再利用8255A進行換碼通過七段LED顯示器用其中的一個LED顯示搶答者編號。具體實現(xiàn)步驟如下：首先初始化8255A，使8255A工作在方式0，A口作輸入口，B口作輸出口，然后使按鍵復位并按復位鍵，通過8255A使LED顯示器顯示出0，示意搶答的開始，然后讀斷口A的狀態(tài)，并通過程序查表找出與斷口A狀態(tài)相同的數(shù)據(jù)，并以十進制在LED上進行顯示，以此來標志搶答器的按鍵號碼，然后重新復位進行新一輪搶答，如果有兩個或兩個以上的競答者同時按下開關，則

13、仍顯示零，作為搶答無效的標志。然后重新復位，為下一輪搶答作好準備。圖二：硬件總邏輯圖輯圖 2程序流程圖 3控制程序.MODELTINYPCIBAR3EQU1CH;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

14、8位I/O空間基地址時出錯$'COM_ADD DW00F3H;控制口偏移量PA_ADDDW00F0H;PA口偏移量PB_ADDDW00F1H;PB口偏移量PC_ADDDW00F2H;PC口偏移量.CODESTART:MOV AX,DATAMOV DS,AXNOP CALL InitPCI CALL ModifyAddress;根據(jù)PCI提供的基地址,將偏移地址轉(zhuǎn)化為實地址 mov dx,COM_ADD ;控制口地址 mov ax,90h ;10010000 out dx,ax ;設置工作方式0，A口輸入，B口輸出，C口輸出LED位選碼控制ctrl0: mov ax,00h ;禁止顯示L

15、ED全滅 mov dx,PB_ADD ;B口地址輸出 out dx,axctrl3: mov dx,PB_ADD mov ax,3fh ;輸出顯示0表示允許搶答 out dx,ax mov dx,PC_ADD ;設置數(shù)碼管位選碼 mov al,7Fh ;只使用最左邊一位 out dx,alctrl2: mov dx,PA_ADD ;通過A口地址讀輸入信號 in ax,dx ;讀A口狀態(tài) not ax ;取反，因為微動開關按下為低電平有效 cmp al,00h ;檢測是否有輸入 jz ctrl2 ;沒有則繼續(xù)檢測 mov dl,al mov bl,00h ;bl用于記錄有幾人同時按鍵 mov c

16、x,8h ;循環(huán)次數(shù)cheshi1: ror dl,1 ;循環(huán)右移一位，末位進CF jnc cheshi2 ;若沒有進位，即CF=0則跳轉(zhuǎn)recheshi繼續(xù)測試 inc bl ;有進位，bl自加記錄同時搶答人數(shù)cheshi2: loop cheshi1;循環(huán)測試8次 cmp bl,1 ja error ;有一人以上同時搶答，則報錯 mov bl,00h ;bl清零next: ror al,1 ;有搶答信號 jc print ;有則輸出 inc bl ;bl用來記錄是哪一位選手 jmp nexterror: mov bl,8print: mov al,bl lea bx,ssegment ;查

17、表 xlat ;將BX的內(nèi)容（代碼表首地址）+AL的內(nèi)容（表格偏移量）作為有效地;址，最終內(nèi)容存入AL中 mov dx,PB_ADD out dx,al mov dx,PC_ADD ;設置數(shù)碼管位選碼一位顯示 mov al,7Fh out dx,alctrl5: mov dx,PA_ADD in ax,dx cmp al,0ffh ;檢測開關是否已松開 jnz ctrl5 ;沒有松開繼續(xù)檢測 jmp ctrl0 ;松開開關，即結(jié)束則重新開始 retssegment:db 06hdb 5bhdb 4fhdb 66hdb 6dhdb 7dhdb 07hdb 7fhdb 79hDL4S PROC N

18、EARpush axpush dxmov dx,4mov ah,0ffhint 21hpop dxpop axRETDL4S ENDPInitPCIPROCNEARMOVAH,00HMOVAL,03HINT10H ;清屏MOVAH,0B1HMOVAL,01HINT1AHCMPAH,0JZInitPCI2LEADX,msg0InitPCI1:MOVAH,09HINT21HJMPExitInitPCI2:MOVAH,0B1HMOVAL,02HMOVCX,Device_IDMOVDX,Vendor_IDMOVSI,0INT1AHJNCInitPCI3;是否存在Star PCI9052板卡LEADX,

19、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,CXRETModifyAddressENDPExit:MOVAH,4CHINT21HENDSTART四、上機調(diào)試過程 1硬件

20、調(diào)試：在接線連接好以后，運行程序，發(fā)現(xiàn)在七段LED上顯示的結(jié)果少了一段，C段始終不顯示，后來將A口與B口對換，即A口輸出，B口輸入，顯示正確。2.軟件調(diào)試：1） 打開主持人開關，數(shù)碼管顯示1后沒有循環(huán)顯示2，而是8，檢查程序后發(fā)現(xiàn)，xlat命令是將BX的內(nèi)容（代碼首地址）與AL的內(nèi)容（表格偏移量）相加作為有效地址，并從中取出此地址單元中的內(nèi)容送到AL中，故AL中數(shù)據(jù)變換了，而程序要求循環(huán)顯示18，Al應保持從0開始，始終加1，這就要保存AL的內(nèi)容。2） 繼續(xù)調(diào)試，之間的都是一些判斷出錯問題，一一單步調(diào)試解決，程序通過。3） 程序全速運行還有一些細節(jié)問題，當有兩個搶答者分別先后按鍵，有時會顯示E

21、，按鈕反應速度太慢，將延時程序的延時由1s改為0.5s。4） 當8號參賽者按下按鈕時，數(shù)字8不能鎖存，將8255A控制字改為98H，C口高8位輸入，低8位輸出。解決了以上的一些主要問題后，具有搶答功能的程序就完成了，聯(lián)機調(diào)試一下就運行出來了。（1）、對硬件部分的調(diào)試，LED顯示少了一段，最初懷疑是LED出現(xiàn)問題，但是經(jīng)過驗證，發(fā)現(xiàn)LED完好無損，而段選編碼也是正確的。于是，便懷疑是8255A的PA口或者是PB口某個引腳出現(xiàn)了問題。因為本設計是一A口輸入，B口輸出，如果輸入的A口某個引腳出現(xiàn)了問題或者B口某個引腳出現(xiàn)了問題，都有可能導致LED顯示少某一段。因此，對設計進行了調(diào)整，以B口做為輸入，

22、A口作為輸出，并對程序進行了修改，發(fā)現(xiàn)此時LED顯示正確。因此可以斷定并非是8255A的問題，因為如果是A口或者B口某個引腳出現(xiàn)了問題，將A口與B口的功能交換是不可能出現(xiàn)顯示不少段的。因此對本問題的可能原因進行分析：可能是8255A的A口與B口的某個插針接觸不良，而在實驗中有疏忽大意了，導致這樣的結(jié)果。（2）、對軟件部分的調(diào)試，可以知道延時的需要于否是無關緊要的，因為這個延時是用來的等待搶答者信號的輸入，而在程序中，對搶答者有沒有輸入信號已經(jīng)做了判斷，如果沒有人搶答，就會返回重新判斷，直到有搶答者輸入信號為止，因此這個延時是不需要的。五、設計結(jié)果分析和問題討論1、課程設計結(jié)果：當LED上顯示了

23、“0”后，搶答者便可以進行搶答，如果沒有顯示便不可以。由于在本次設計中只需要1位數(shù)碼管，因而應將其余的數(shù)碼管置為無效，所以在程序中應向C口寫入控制字7FH；在搶答者搶答過后，在LED上就顯示出最先搶答的者的編號。如果出現(xiàn)了兩個人同時搶答的情況，顯示的結(jié)果為E，表示搶答無效。而在一輪搶答結(jié)束后，如果有搶答者沒有將開關松開，就無法進行下一輪搶答，必須將開關松開才可以。2、設計結(jié)果分析：本設計是以8255A的A口作為輸入，B口作為輸出的，搶答者是以A口輸入信號，C口全部作為輸出，通過程序來實現(xiàn)具體的功能，也就是將最先搶答者的編號輸出顯示，或者有兩人同時搶答的時候輸出顯示“E”。在設置8255A的工作

24、方式時，所以應為90h，否則結(jié)果出錯3、問題討論：（1）、輸入信號有無的判斷：在程序中，由于開關是低電平有效，所以首先對開關量取反，然后通過與00H比較，來判斷是否有輸入。如果沒有輸入，那么就等于0，跳回重新判斷，如果有輸入，就等于1，繼續(xù)執(zhí)行。（2）、同時搶答的判斷：在程序中，是通過開關量來判斷是否有同時搶答的情況。通過取反，將開關量存入DL中，將其循環(huán)右移，并添加清過零的BL寄存器，用來記錄進位次數(shù)。如過，DL循環(huán)右移有進位BL就進行加1操作，最后判斷BL是否大于1。如果大于1，就說明有2個或以上的人同時搶答。如果等于1，就表示，沒有同時搶答情況。（3）、輸出最先搶答者編號：通過對以上同時

25、輸入的判斷后，如過沒有同時輸入就可以進行最先搶答者的判斷。就是將已經(jīng)存入開關量的AL進行循環(huán)右移，同樣需要清過零的BL寄存器來記錄進位。當有進位后，停止循環(huán)右移，將BL的內(nèi)容容存入AL，然后通過查找段選表的首地址將BL的內(nèi)容加上AL的內(nèi)容，最終存入AL中，最后通過LED輸出顯示搶答者的編號。 （4）輸入信號有無的判斷的討論：在程序中，由于開關是低電平有效，所以都要與0FFH比較，來判斷是否有輸入。如果沒有輸入，那么就等于1，跳回重新判斷，如果有輸入，就等于0，繼續(xù)執(zhí)行。 （5）對同時搶答判斷的討論：在程序中，通過開關量來判斷是否有同時搶答的情況。將開關量存入DL中，將其循環(huán)右移，并添加清過零的BL寄存器，用來記錄進位次數(shù)。如有，DL循環(huán)右移有進位BL就進行加1操作，最后判斷BL是否大于1。如果大于1，就說明有2個或以上的人同時搶答。如果等于1，就表示，沒有同時搶答情況。 （6）輸出最先搶答者編號：通過對以上同時輸入的判斷后，如果沒有同時輸入就可以進行最先搶答者的判斷。就是將已經(jīng)存入開關量的AL進行循環(huán)右移，同樣需要清過零的BL寄存器來記錄進位。當有進位后，停止循環(huán)右移，將BL的內(nèi)容容存入AL，然后通過查找段選表的首地址將BL的內(nèi)容加上AL的內(nèi)容，最終存入AL