模擬電梯的設(shè)計與實現(xiàn)實驗報告(微機原理)

2011年9月目錄\l"_Toc234206563#_Toc234206563"一理論局部2\l"_Toc234206564#_Toc234206564"1課題要求與內(nèi)容2\l"_Toc234206565#_Toc234206565"2系統(tǒng)方案設(shè)計3\l"_Toc234206566#_Toc234206566"3系統(tǒng)硬件設(shè)計3\l"_Toc234206567#_Toc234206567"4系統(tǒng)軟件設(shè)計5\l"_Toc234206568#_Toc234206568"二實踐局部5\l"_Toc234206569#_Toc234206569"1系統(tǒng)硬件原理簡介6\l"_Toc234206570#_Toc234206570"2系統(tǒng)硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施6\l"_Toc234206571#_Toc234206571"3系統(tǒng)軟件6\l"_Toc234206572#_Toc234206572"3.1軟件設(shè)計6\l"_Toc234206573#_Toc234206573"3.2軟件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施6\l"_Toc234206574#_Toc234206574"三附錄10一、理論局部理論設(shè)計課題名稱：模擬電梯的設(shè)計與實現(xiàn)1課題要求與內(nèi)容1.1設(shè)計根本要求用鍵盤、按鈕、發(fā)光二極管和LED顯示單元來模擬電梯工作過程。樓層設(shè)為8層，用鍵盤鍵入希望停的樓層，8個發(fā)光二極管顯示希望停的樓層，LED指示電梯當前所在樓層，按鈕用來啟、停電梯。電梯正常運行時以每2秒１層的速度上升或下降。并在到達相關(guān)樓層時發(fā)錯聲音提示。1.2提高要求設(shè)計幾個按鈕，模擬更多的電梯運行功能，如：直達按鈕。假設(shè)按此按鈕，電梯按直達方式運行，即對運行期間新鍵入的停靠樓層〔即使是同方向未到樓層〕亦不停，直達終點樓層；急停按鈕。電梯運行中，假設(shè)按此按鈕，那么電梯立即停在下一到達的樓層。2.實驗內(nèi)容電梯工作按以下方式運行：2.1假設(shè)當前電梯停在某層〔LED顯示相應樓層，8個發(fā)光二極管全滅〕。鍵入數(shù)字鍵，如鍵入的數(shù)字與當前電梯?？繉酉嗤?，那么什么也不做，假設(shè)不同那么相應樓層的發(fā)光二極管亮；電梯自動判別上升或下降〔在運行過程中用八段碼來顯示樓層變化〕一直到達希望停的樓層〔八段碼顯示該樓層，相應LED滅〕。2.2假設(shè)當前電梯正在上升或下降運行〔此時八段碼顯示樓層變化，LED指示希望抵達的樓層〕，假設(shè)鍵入新的希望停靠的樓層數(shù)字〔相應的LED亮〕，那么對同方向〔上升或下降〕未到的樓層能?？?，對其它情況那么先停靠原先希望停的樓層，然后繼續(xù)運行〕。如下幾例：設(shè)電梯當前在2層，向上運行，LED指示希望在4層停，此時假設(shè)鍵入3，那么電梯將在3樓停，然后繼續(xù)運行至4層停；同上情況，假設(shè)鍵入的不是3而是5，那么電梯將先停在4層，然后運行至5層停；同上情況，假設(shè)鍵入的不是3〔或5〕，而是1，那么電梯先停在4層，然后運行至１層停。2系統(tǒng)方案設(shè)計本設(shè)計主要是利用微機應用實驗平臺來模擬電梯的運行，用到了平臺上的一個非編碼鍵盤、LED顯示器、八段數(shù)碼管等模塊。有8個樓層，需要用8個按鍵模擬電梯中的請求按鈕，用5個按鍵模擬8個樓層每層向上請求的按鈕，再用8個模擬8個樓層每層向下請求的按鈕。非編碼鍵盤有16個鍵，可以用1-8號鍵模擬電梯內(nèi)的按鈕，用8-0號鍵模擬每層向上請求的按紐，A-H模擬每層向下請求的按紐。當電梯靜止狀態(tài)時，無論外部哪一層有請求，電梯都由靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)入向上或向下運行的狀態(tài)，直到到達請求的樓層；當電梯處于向上運行的狀態(tài)時，此時高于該樓層向上的請求和內(nèi)部請求級別最高，其次是所有樓層向下的請求，再次是低于該樓層向上的請求；當電梯處于向下運行的狀態(tài)時那么情況相反。由于中斷級別在隨著電梯所處樓層的不同而變化，而且中斷源比擬多。所以用每一個中斷源直接和中斷控制器相連，需要用到多個8259A級聯(lián)，很不方便。為解決這個問題，首先定義三個單字節(jié)變量REQ_U、REQ_D和REQ_IN分別存儲電梯每一層向上、向下和內(nèi)部的請求，每一個變量用低8位，每一位代表一層。例如，REQ_U為00000110B，這代表在2層和3層有向上的請求。8253定時器每隔20ms產(chǎn)生一次中斷，中斷程序便去執(zhí)行掃描鍵盤，當掃描到有電梯內(nèi)部或者外部按鍵時，將請求存儲到變量中。每到一個狀態(tài)時再檢查請求變量REQ_U、REQ_D和REQ_IN的值，根據(jù)電梯的運行方向和變量中的請求，來決定電梯下一步的運行。設(shè)電梯的當前樓層為floor〔floor=1~8〕，運行方向為dir〔dir=0，向上；dir=1，向下〕，在電梯運行的工程中，用數(shù)碼管輸出floor值顯示當前的樓層。LED輸出REQ_IN的值顯示電梯內(nèi)已經(jīng)請求的樓層。3系統(tǒng)硬件的設(shè)計由于采用了PC機資源和微機實驗平臺，不需要其他的硬件電路。利用了微機平臺上的8254定時/計數(shù)器、8255并行接口單元、LED單元、非編碼鍵盤、數(shù)碼管顯示單元等等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖主要的模塊如下：1．可編程定時/計數(shù)器8254定時/計數(shù)器8254主要是用于定時20ms，觸發(fā)中斷進行鍵盤掃描。電路連線是CLOCK0接Q6，分頻后頻率為46875Hz，OUT0接中斷IRQ2，每20ms中斷一次，GATE0接5v。計數(shù)器的初值應該是3A9H。2．8255并行接口單元 8255主要是用于鍵盤的掃描和發(fā)光二極管的數(shù)據(jù)輸出。所以用8255A口的低8位接8個發(fā)光二極管，B口低4位接非編碼鍵盤的列線，高4位接鍵盤的行線。3．LED顯示系統(tǒng)雖然只用了1格LED顯示器，但為了數(shù)字更新更方便，主程序更加簡單，故此系統(tǒng)選用動態(tài)顯示方式。由于系統(tǒng)的軟件局部的運行時的核心程序是一直循環(huán)的，因此顯示程序也是在循環(huán)過程中一直被調(diào)用，從而實時地被顯示出來。4．非編碼鍵盤本系統(tǒng)采用的是行反轉(zhuǎn)法來掃描鍵盤的，調(diào)用鍵盤掃描的程序TESTKEY后，程序中的變量KEY的值就是按下的鍵的值，如果KEY為0FFH那么表示無鍵盤輸入，為0～15那么按照上往下從左往右的順序分別代表每一個按鍵按下的信息。不過此掃描程序沒有考慮到多個按鍵同時按下的情況。又因為模擬電梯的按鍵一般不會有兩個按鍵同時按下的情況，所以，多個按鍵的情況可以不予考慮。4系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計的軟件設(shè)計的思路：通過軟件編程使8254輸出定時信號申請中斷，在中斷效勞程序中掃描鍵盤，如果有按鍵，修改相應的變量位，并輸出內(nèi)部請求變量REQ_IN到發(fā)光二極管顯示當前的內(nèi)部請求樓層。在主程序中，查詢變量的值，根據(jù)電梯調(diào)度算法運行電梯。1．主要設(shè)計模塊程序主要包括以下主要模塊：鍵盤掃描程序、LED顯示程序、電梯調(diào)度算法。鍵盤掃描程序：采用的是行反轉(zhuǎn)法來掃描鍵盤的，相應的程序設(shè)計請參考實驗指導書上實驗3中的相關(guān)介紹。LED顯示程序：本設(shè)計只用到了一個LED，只要將floor轉(zhuǎn)換為相應的段碼。先輸出位碼，再輸出段碼，循環(huán)輸出就可以動態(tài)顯示。為了循環(huán)的顯示，將LED顯示程序放在中斷效勞程序中。電梯調(diào)度算法：在設(shè)計時將電梯一次從下到上視為一次運行〔注意不一定從底層到頂層〕，同理，電梯一次從上到下也視為一次運行〔注意不一定從頂層到底層〕。當電梯向上運行時：位于當前層以下的向上請求都被忽略留到下次向上運行時處理。位于當前層以上的向上請求都被記錄留到此次運行處理。無論哪層的向下請求都被忽略留到下次向下運行時處理。當電梯向下運行時：位于當前層以上的向下請求都被忽略留到下次向下運行時處理。位于當前層以下的向下請求都被記錄留到此次運行處理。無論哪層的向上請求都被忽略留到下次向上運行時處理。二實踐局部1系統(tǒng)硬件原理簡介8255可編程外圍接口芯片8255有3個8為并行I/O口，8255有三通道3種工作方式的可編程并行接口芯片，其可以作為單片機與多種外圍接口設(shè)備連接時的中間接口電路。8255作為主機與外圍設(shè)備的芯片連接，必須提供與主機相連的3個總線接口：數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設(shè)連接的接口A\B\C口。其必須具有邏輯可控局部，8255內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分為3個局部：與CPU連接局部、與外設(shè)連接局部、可口局部。(1)8254定時/計數(shù)器的性能：有3個獨立的16位計數(shù)器；(2)每個計數(shù)器可二進制或十六進制計數(shù)；(3)每個可編程計數(shù)器有6種不同的工作方式(4)8254允許的最高的頻率是10MHz，計數(shù)脈沖可以是有規(guī)律的時鐘信號，也可是隨機信號。2系統(tǒng)硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施線路連接錯誤，無法實現(xiàn)預期功能，解決措施：仔細檢查電路，查找錯誤并改正。在接線的時候8254的GATE0沒有接5V電源，導致相關(guān)芯片無法工作，經(jīng)細心排查，將錯誤找錯并改正。有一次調(diào)試時試驗箱的電源沒開就運行軟件關(guān)聯(lián)進行調(diào)試，結(jié)果認為是某個芯片壞了，后來才發(fā)現(xiàn)時低級錯誤。解決措施：重啟電腦，翻開試驗箱電源，重新運行。另一次，8255的A口語8個發(fā)光二極管連接時端口的連接順序不小心連反了，結(jié)果實現(xiàn)不了預期功能，經(jīng)同學幫助排查才最終找到錯誤并將其改正過來。3系統(tǒng)軟件西安唐都TD-CMA計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學實驗系統(tǒng)3.1軟件設(shè)計程序流程圖1〕主程序框圖如圖21〕主程序框圖如圖2圖2主程序框圖2〕中斷效勞程序框圖如圖3圖3中斷效勞程序框圖3〕電梯算法流程圖如圖4其中，dir代表電梯的運行方向，0代表電梯向上運行，1代表向下運動。設(shè)REQ_U(n)代表第n層向上的請求，同樣，REQ_D(n)代表第n層向下的請求，REQ_IN(n)代表第n層內(nèi)部的請求。求next的方法為：電梯向上時，next為內(nèi)部請求的最小值和向上請求的大于floor的最小值之間的小者。電梯向下時，next為內(nèi)部請求的最大值和向下請求中小于floor的最大值之間的大者。沒有滿足要求的時返回0。圖4電梯算法流程圖3.2軟件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施程序編寫的時候，指令寫錯，導致軟件調(diào)試出現(xiàn)問題，解決措施：認真閱讀程序，把錯誤找出并改正。實驗儀器的電源沒翻開就開始運行程序，結(jié)果造成死機，解決措施：重新正確運行。相關(guān)參數(shù)設(shè)計錯誤導致流水燈與聲音無法同時滿足實驗要求。解決措施：經(jīng)過老師指出，發(fā)現(xiàn)是相關(guān)的指令與參數(shù)錯誤所致，經(jīng)同學幫助，將其改正。三附錄：參考程序清單INTR_IVADDEQU01C8H;INTR對應的中斷矢量地址INTR_OCW1EQU0A1H;INTR對應PC機內(nèi)部8259的OCW1地址INTR_OCW2EQU0A0H;INTR對應PC機內(nèi)部8259的OCW2地址INTR_IMEQU0FBH;INTR對應的中斷屏蔽字IOY1EQU3040H;片選IOY0對應的端口始地址MY8254_COUNT0EQUIOY1+00H*4;8254計數(shù)器0端口地址MY8254_COUNT1EQUIOY1+01H*4;8254計數(shù)器1端口地址MY8254_COUNT2EQUIOY1+02H*4;8254計數(shù)器2端口地址MY8254_MODEEQUIOY1+03H*4;8254控制存放器端口地址IOY2EQU3080H;片選IOY0對應的端口始地址IOY0EQU3000H;片選IOY0對應的端口始地址MY8255_AEQUIOY0+00H*4;8255的A口地址MY8255_BEQUIOY0+01H*4;8255的B口地址MY8255_CEQUIOY0+02H*4;8255的C口地址MY8255_MODEEQUIOY0+03H*4;8255的控制存放器地址STACK1SEGMENTSTACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENT;DTABLEDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDTABLEDB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HNOW_FLOORDB01H-01H;定義數(shù)據(jù)變量DIRDB1TARGET_FLOORDB01H-01H;02H為初始層，出事情況當前層和目標層一樣F_FLOORDB1;按鍵有效,空閑CS_BAKDW?;保存INTR原中斷處理程序入口段地址的變量IP_BAKDW?;保存INTR原中斷處理程序入口偏移地址的變量IM_BAKDB?;保存INTR原中斷屏蔽字的變量STR1DB'COUNT:$';顯示的字符串FREQ_LISTDW371,495,495,495,624,556,495,556,624;頻率表DW495,495,624,742,833,833,833,742,624 DW624,495,556,495,556,624,495,416,416,371 DW495,833,742,624,624,495,556,495,556,833 DW742,624,624,742,833,990,742,624,624,495DW556,495,556,624,495,416,416,371,495,0TIME_LISTDB4,6,2,4,4,6,2,4,4;時間表 DB6,2,4,4,12,1,3,6,2 DB4,4,6,2,4,4,6,2,4,4 DB12,4,6,2,4,4,6,2,4,4DB6,2,4,4,12,4,6,2,4,4 DB6,2,4,4,6,2,4,4,12DATAENDS;鍵值表，0～F對應的7段數(shù)碼管的段位值CODESEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATA MOVDS,AX ;初始化中斷處理 CLIMOVAX,0000H;替換INTR的中斷矢量MOVES,AXMOVDI,INTR_IVADDMOVAX,ES:[DI]MOVIP_BAK,AX;保存INTR原中斷處理程序入口偏移地址MOVAX,OFFSETMYISRMOVES:[DI],AX;設(shè)置當前中斷處理程序入口偏移地址ADDDI,2MOVAX,ES:[DI]MOVCS_BAK,AX;保存INTR原中斷處理程序入口段地址MOVAX,SEGMYISRMOVES:[DI],AX;設(shè)置當前中斷處理程序入口段地址MOVDX,INTR_OCW1;設(shè)置中斷屏蔽存放器，翻開INTR的屏蔽位INAL,DXMOVIM_BAK,AL;保存INTR原中斷屏蔽字ANDAL,INTR_IMOUTDXSTI;初始化8254MOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式MOVAL,0B6H;計數(shù)器2，方式3OUTDXMOVDX,MY8254_COUNT2;裝入計數(shù)初值MOVAL,00H;18432分頻OUTDXMOVAL,48HOUTDXMOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式MOVAL,76H;計數(shù)器1，方式3OUTDXMOVDX,MY8254_COUNT1;裝入計數(shù)初值MOVAL,0C8H;100分頻OUTDXMOVAL,00HOUTDX;初始化8255MOVDX,MY8255_MODE;初始化8255工作方式MOVAL,81H;方式0，A口、B口輸出，C口低4位輸入 OUTDX MOVDX,IOY2;用IO-32輸出控制8個LED,剛開始默認為全滅 MOVAL,0OUTDXMOVDX,MY8255_MODEMOVAL,00001110B;PC7=0OUTDXMOVAL,NOW_FLOORMOVBX,OFFSETDTABLE ANDAX,00FFH ADDBX,AX MOVAL,[BX];將鍵值作為偏移和鍵值基地址相加得到相應的鍵值MOVDX,MY8255_B OUTDXBEGIN: CALLCCSCAN;掃描按鍵 JNZPLAY;有鍵按下那么跳置GETKEY1MOVAH,1;判斷PC鍵盤是否有按鍵按下INT16HJZBEGIN;無按鍵那么跳回繼續(xù)循環(huán)，有那么退出 ;退出程序前的一個"太子換貍貓"QUIT:CLIMOVAX,0000H;恢復INTR原中斷矢量MOVES,AXMOVDI,INTR_IVADDMOVAX,IP_BAK;恢復INTR原中斷處理程序入口偏移地址MOVES:[DI],AXADDDI,2MOVAX,CS_BAK;恢復INTR原中斷處理程序入口段地址MOVES:[DI],AXMOVDX,INTR_OCW1;恢復INTR原中斷屏蔽存放器的屏蔽字MOVAL,IM_BAKOUTDXSTIMOVAX,4C00H;返回到DOSINT21HGETKEY1:CALLDALLYCALLDALLY CALLCCSCAN;再次掃描按鍵 JNZGETKEY2;有鍵按下那么跳置GETKEY2 JMPBEGIN;否那么跳回開始繼續(xù)循環(huán)PLAY:MOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式MOVAL,36H;定時器0、方式3OUTDXMOVSI,OFFSETFREQ_LIST;裝入頻率表起始地址MOVDI,OFFSETTIME_LIST;裝入時間表起始地址MOVDX,0FH;輸入時鐘為1.0416667MHz，1.0416667M=0FE502HMOVAX,0E502HDIVWORDPTR[SI];取出頻率值計算計數(shù)初值，0F4240H/輸出頻率MOVDX,MY8254_COUNT0OUTDX,AL;裝入計數(shù)初值MOVAL,AHOUTDXMOVDL,[DI];取出演奏相對時間，調(diào)用延時子程序CALLDALLYADDSI,2INCDI;判斷是否到曲末？JEGETKEY1GETKEY2:CALLDALLY1MOVDX,MY8254_MODE;退出時設(shè)置8254為方式2，OUT0置0MOVAL,10HOUTDXMOVCH,0FEH MOVCL,00H;設(shè)置當前檢測的是第幾列COLUM:MOVAL,CH;選取一列，將X1～X4中一個置0MOVDX,MY8255_A OUTDXMOVDX,MY8255_C;讀Y1～Y4，用于判斷是哪一行按鍵閉合 INAL,DXL1:TESTAL,01H;是否為第1行JNZL2;不是那么繼續(xù)判斷MOVAL,00H;設(shè)置第1行第1列的對應的鍵值 JMPKCODEL2:TESTAL,02H;是否為第2行JNZL3;不是那么繼續(xù)判斷MOVAL,04H;設(shè)置第2行第1列的對應的鍵值JMPKCODEL3:TESTAL,04H;是否為第3行JNZL4;不是那么繼續(xù)判斷MOVAL,08H;設(shè)置第3行第1列的對應的鍵值 JMPKCODEL4:TESTAL,08H;是否為第4行JNZNEXT;不是那么繼續(xù)判斷MOVAL,0CH;設(shè)置第4行第1列的對應的鍵值KCODE:ADDAL,CL;將第1列的值加上當前列數(shù)，確定按鍵值 CMPF_FLOOR,1 JNZKON2 CALLPUTBUF;保存按鍵值KON2: PUSHAXKON: CALLCCSCAN;掃描按鍵，判斷按鍵是否彈起 JNZKON;未彈起那么繼續(xù)循環(huán)等待彈起 POPAXNEXT:INCCL;當前檢測的列數(shù)遞增 MOVAL,CH TESTAL,08H;檢測是否掃描到第4列JZKERR;是那么跳回到開始處ROLAL,1;沒檢測到第4列那么準備檢測下一列 MOVCH,AL JMPCOLUMKERR:JMPBEGINMYISRPROCNEAR;中斷處理程序MYISRPUSHAXMOVAL,DIRCMPAL,0JZDOWNCMPAL,2JZUPJMPOVERDOWN: MOVAL,NOW_FLOOR DECAL MOVNOW_FLOOR,ALMOVBX,OFFSETDTABLE ANDAX,00FFH ADDBX,AX MOVAL,[BX]MOVDX,MY8255_B OUTDX JMPBIJIAOUP: MOVAL,NOW_FLOOR INCAL MOVNOW_FLOOR,ALMOVBX,OFFSETDTABLE ANDAX,00FFH ADDBX,AX MOVAL,[BX]MOVDX,MY8255_B OUTDXBIJIAO:MOVAL,NOW_FLOORMOVAH,TARGET_FLOORCMPAH,ALJZGUANBIJMPOVERGUANBI: MOVDX,MY8255_MODEMOVAL,00001110B;PC7=0OUTDXMOVDIR,1HMOVAL,0MOVDX,IOY2;用IO-32輸出控制8個LED，顯示目標樓層OUTDXMOVF_FLOOR,1;置1，恢復按鍵有效MOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式MOVAL,36H;定時器0、方式3OUTDXMOVSI,OFFSETFREQ_LIST;裝入頻率表起始地址MOVDI,OFFSETTIME_LIST;裝入時間表起始地址MOVDX,0FH;輸入時鐘為1.0416667MHz，1.0416667M=0FE502HMOVAX,0E502HDIVWORDPTR[SI];取出頻率值計算計數(shù)初值，0F4240H/輸出頻率MOVDX,MY8254_COUNT0OUTDX,AL;裝入計數(shù)初值MOVAL,AHOUTDXMOVDL,[DI];取出演奏相對時間，調(diào)用延時子程序CALLDALLYADDSI,2INCDICALLDALLY1MOVDX,MY8254_MODE;退出時設(shè)置8254為方式2，OUT0置0MOVAL,10H