第七章 微機(jī)原理設(shè)計(jì)實(shí)例

微機(jī)原理設(shè)計(jì)實(shí)例第七章目錄8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器基于8279鍵盤(pán)顯示控制器的設(shè)計(jì)8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器

設(shè)計(jì)要求利用8253計(jì)數(shù)器功能，在方式2和方式3下多次計(jì)數(shù)仿真，觀察得到的波形之間的關(guān)系，驗(yàn)證是否符合芯片對(duì)應(yīng)的工作方式之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)原理（1）8086微處理器基本結(jié)構(gòu)Intel8086微處理器有16位寄存器和16位外部數(shù)據(jù)總線，20位地址總線，尋址為1MB的地址空間。8086內(nèi)部是由執(zhí)行單元EU和總線接口單元BIU兩大部分構(gòu)成的。8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器

圖7-1

8086微處理器的結(jié)構(gòu)8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器（2）8086兩種工作模式最小模式：是指系統(tǒng)中只使用一個(gè)8086微處理器，在這種模式下，所有的總線控制信號(hào)直接由8086產(chǎn)生，該模式適用于較小的微機(jī)系統(tǒng)。本次仿真電路是在8086最小模式下進(jìn)行的。最大模式：是指系統(tǒng)中至少包含兩個(gè)微處理器，主要應(yīng)用在中、大規(guī)模的微機(jī)系統(tǒng)中。其中一個(gè)為主處理器，其他的微處理器稱為協(xié)處理器。（3）8086微處理器引腳結(jié)構(gòu)8086微處理器采用40條引腳的雙列直插式封裝。為減少引腳，采用分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因而部分引腳具有兩種功能。在兩種工作方式下，部分引腳的功能是不同的

圖7-2

8086微處理器引腳圖8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253簡(jiǎn)介8253是Intel公司生產(chǎn)的三通道16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，是具有24根引腳的雙列直插式器件，它的最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)2MHz，使用單電源+5V供電（1）8253的工作方式8253每個(gè)計(jì)數(shù)器具有六種工作方式，工作方式0~工作方式5。

計(jì)數(shù)啟動(dòng)方式：由GATE端門(mén)控信號(hào)的形式?jīng)Q定計(jì)數(shù)啟動(dòng)方式。軟件啟動(dòng)：GATE端為高電平時(shí)用輸出指令寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值啟動(dòng)計(jì)數(shù)；硬件啟動(dòng)：用輸出指令寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值后并未啟動(dòng)計(jì)數(shù)，需要GATE端有一個(gè)上升沿時(shí)才啟動(dòng)計(jì)數(shù)。

圖7-3

8253引腳圖8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253簡(jiǎn)介（1）8253的工作方式1、方式0—計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式0為軟啟動(dòng)，控制字寫(xiě)入時(shí)輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?，在?jì)數(shù)初值寫(xiě)入后，下一個(gè)CLK脈沖為下降沿，計(jì)數(shù)初值寄存器中的內(nèi)容減1后裝入寄存器，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)為0時(shí)，輸出端OUT變?yōu)楦唠娖?，直到CPU寫(xiě)入新的控制字或者計(jì)數(shù)值，才能使輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?。故這種方式特點(diǎn)是低電平計(jì)數(shù)，不重復(fù)計(jì)數(shù)，若要重復(fù)計(jì)數(shù)，需再次寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值；在整個(gè)計(jì)數(shù)過(guò)程中，GATE端應(yīng)始終保持高電平，若變?yōu)榈碗娖?，則暫停計(jì)數(shù)，直到GATE端變高后接著計(jì)數(shù)

圖7-4工作方式0基本時(shí)序圖8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253簡(jiǎn)介（1）8253的工作方式2、方式1—可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器方式1為硬件啟動(dòng)，控制字寫(xiě)入OUT輸出端變?yōu)楦唠娖剑瑢?xiě)入計(jì)數(shù)初值OUT輸出端保持高電平不變，GATE的上跳沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)，啟動(dòng)后的下一個(gè)CLK脈沖，使OUT變?yōu)榈碗娖?，?jì)數(shù)初值才由初值寄存器傳送給減1寄存器。當(dāng)計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)為0時(shí)，輸出端OUT變?yōu)楦唠娖剑钡紾ATE再次出現(xiàn)上跳沿時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始重新計(jì)數(shù)

圖7-5方式1基本時(shí)序8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253簡(jiǎn)介（1）8253的工作方式3、方式2—頻率發(fā)生器方式2兩種啟動(dòng)方式均可以啟動(dòng)計(jì)數(shù)?？刂谱謱?xiě)入后，OUT輸出端變?yōu)楦唠娖剑瑔?dòng)計(jì)數(shù)后，寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值OUT輸出端保持高電平不變，在減1計(jì)數(shù)器由1到0的計(jì)數(shù)中，OUT輸出一個(gè)負(fù)脈沖，寬度為一個(gè)時(shí)鐘周期，然后初值寄存器自動(dòng)裝入減1計(jì)數(shù)器，開(kāi)始下一個(gè)周期的計(jì)數(shù)

圖7-6方式2的基本時(shí)序8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253簡(jiǎn)介（1）8253的工作方式4、方式3—方波發(fā)生器方式3兩種啟動(dòng)方式均可以啟動(dòng)計(jì)數(shù)?？刂谱謱?xiě)入后，OUT輸出端變?yōu)楦唠娖?，啟?dòng)計(jì)數(shù)后，寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值OUT輸出端保持高電平不變，若初始值N為偶數(shù)，則在前N/2計(jì)數(shù)期間，OUT端為高電平，后N/2計(jì)數(shù)期間，OUT為低電平，若N為奇數(shù)，則在前（N+1）/2計(jì)數(shù)期間，OUT為高電平，后（N-1）/2計(jì)數(shù)期間，OUT為低電平，計(jì)數(shù)為0時(shí)，OUT變?yōu)楦唠娖剑瑥亩瓿梢粋€(gè)周期，然后初值寄存器自動(dòng)裝入減1計(jì)數(shù)器，開(kāi)始下一個(gè)周期的計(jì)數(shù)，這樣產(chǎn)生連續(xù)的方波，方波的周期等于計(jì)數(shù)初值乘以時(shí)鐘周期

圖7-7方式3的基本時(shí)序8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253簡(jiǎn)介（1）8253的工作方式5、方式4—軟件觸發(fā)選通方式4為軟啟動(dòng)，控制字寫(xiě)入OUT輸出端變?yōu)楦唠娖?，?xiě)入計(jì)數(shù)初值OUT輸出端保持高電平不變，此時(shí)GATE為高電平時(shí)將啟動(dòng)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值由初值寄存器傳送給減1計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)為0時(shí)，OUT輸出端輸出一個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖，之后自動(dòng)變?yōu)楦唠娖剑⒁恢本S持高電平，直到重新啟動(dòng)，通常將此負(fù)脈沖可作為選通信號(hào)。GATE為低電平時(shí)禁止計(jì)數(shù)，當(dāng)GATE為高電平時(shí)允許計(jì)數(shù)，此時(shí)計(jì)數(shù)從暫停的地方連續(xù)計(jì)數(shù)

圖7-8方式4的基本時(shí)序8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253簡(jiǎn)介（1）8253的工作方式6、方式5—硬件觸發(fā)選通此方式的輸出波形特點(diǎn)與方式4相同，不同之處在于方式5的啟動(dòng)方式為硬啟動(dòng)，而方式4為軟啟動(dòng)（2）8253控制字8253必須先初始化才能正常工作，每個(gè)計(jì)數(shù)通道可分別初始化。CPU通過(guò)指令將控制字寫(xiě)入8253的控制寄存器，從而確定3個(gè)計(jì)數(shù)器分別工作于何種工作方式下

圖7-98253控制字格式與含義8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器硬件設(shè)計(jì)

圖7-10硬件框圖

圖7-11完整硬件電路原理圖8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器系統(tǒng)仿真（1）建立源程序在PROTEUS硬件電路中，右鍵單擊8086，選擇DisplayModelHelp幫助文檔。在幫助文檔中查看SupportedAssemblersandCompilers，找到Creatinga.exefilewithMASM32，復(fù)制以下的文本（下述代碼）到MASM32編譯器中，并另存為SAMPLE.asm至當(dāng)前工作目錄（2）建立批處理文件在PROTEUS中繪制的硬件原理圖，右鍵單擊8086，選擇DisplayModelHelp幫助文檔。在幫助文檔中查看SupportedAssemblersandCompilers，找到Creatinga.exefilewithMASM32，復(fù)制BUILD.bat以下的文本（下述代碼），復(fù)制到MASM32Editor應(yīng)用程序編譯器中，并另存為BUILD.bat至當(dāng)前工作目錄8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器系統(tǒng)仿真（3）執(zhí)行MASM32Editor應(yīng)用程序，F(xiàn)ile菜單下的CmdPrompt命令，轉(zhuǎn)至DOS當(dāng)前工作目錄。鍵入BUILD，完成編譯和連接，若有錯(cuò)誤,則修改源程序錯(cuò)誤后重新編譯

（4）打開(kāi)PROTEUS中繪制的硬件原理圖，雙擊8086CPU，在EditComponent界面下添加可執(zhí)行文件“8253.exe”，全速執(zhí)行或者單步執(zhí)行調(diào)試程序，觀察輸出波形的變化

圖7-12方式三計(jì)數(shù)初值為單數(shù)5輸出圖第一線是1MHz時(shí)鐘波形，第二線是T2輸出波形，由于T2設(shè)為方式三方波發(fā)生器，且計(jì)數(shù)初值設(shè)為5，是單數(shù)，所以前半周期是（5+1）/2個(gè)時(shí)鐘脈沖，后半周是（4-1）/2個(gè)時(shí)鐘脈沖。8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器系統(tǒng)仿真

圖7-13方式二計(jì)數(shù)初值為單數(shù)5的輸出圖第三線，是計(jì)數(shù)器T1輸出波形，方式二，計(jì)數(shù)初值為5，所以是（4-1）個(gè)脈沖周期的高電平，1個(gè)脈沖周期的低電平8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器系統(tǒng)仿真

圖7-14方式三計(jì)數(shù)初值為雙數(shù)6輸出圖第四線，它的波形由T0計(jì)數(shù)器經(jīng)示波器的D口輸出。T0設(shè)為方式3，T0計(jì)數(shù)初值6為偶數(shù)，所以是三個(gè)脈沖周期的高電平和三個(gè)脈沖周期的低電平，即標(biāo)準(zhǔn)方波?；?279鍵盤(pán)顯示控制器的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求

1、按鍵顯示，有按鍵輸入時(shí)，顯示在8位數(shù)碼管上2.

利用8279以及鍵盤(pán)和數(shù)碼顯示電路，設(shè)計(jì)電子鐘。電子鐘顯示格式如下：

XX—XX—XX由左向右分別為時(shí)、分、秒。要求按鍵具有如下功能：

（1）C鍵：清除，顯示全零。

（2）G鍵：?jiǎn)?dòng)，電子鐘計(jì)時(shí)。

（3）D鍵：停止，電子鐘停止計(jì)時(shí)。表7-1

按鍵顯示對(duì)應(yīng)表基于8279鍵盤(pán)顯示控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理

鍵盤(pán)顯示控制器8279簡(jiǎn)介8279

是集鍵盤(pán)、顯示功能于一體的可編程接口芯片。它既具有按鍵處理功能，又具有自動(dòng)顯示功能，因其綜合功能在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。

8279內(nèi)部集成了鍵盤(pán)FIFO（先進(jìn)先出堆棧）、傳感器以及雙重功能的8*8=64BRAM，鍵盤(pán)控制部分可控制8*8=64個(gè)按鍵或8*8陣列方式的傳感器。該芯片具有自動(dòng)消抖以及雙鍵鎖定保護(hù)功能。顯示RAM容量為16*8=128B，即顯示器最大配置可達(dá)16位LED數(shù)碼顯示。圖7-158279引腳圖基于8279鍵盤(pán)顯示控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理

8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器是內(nèi)部總線到外部總線的雙向緩沖器，用來(lái)傳送8279和CPU之間的信息。

I/O控制控制數(shù)據(jù)的輸入輸出操作控制與定時(shí)寄存器：用于寄存鍵盤(pán)及顯示器工作方式，鎖存操作命令，通過(guò)譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，使8279的各個(gè)部件完成一定的控制功能。定時(shí)控制：含有一個(gè)可編程的5位計(jì)數(shù)器，對(duì)外部輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，產(chǎn)生100kHZ的內(nèi)部定時(shí)信號(hào)。外部時(shí)鐘輸入信號(hào)的周期不小于500ns。圖7-168279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖基于8279鍵盤(pán)顯示控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理

8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)

掃描計(jì)數(shù)器掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式。分別為譯碼方式和編碼方式，由編程設(shè)定。譯碼方式：掃描計(jì)數(shù)器的最低兩位進(jìn)行解碼，并提供一個(gè)經(jīng)過(guò)解碼的掃描信號(hào)（四選一），由SL0～SL3輸出，作為鍵盤(pán)及顯示器的掃描信號(hào)（任何時(shí)刻,SL0～SL3只有一根線是低電平，實(shí)現(xiàn)四選一）編碼方式：在這種方式下提供二進(jìn)制計(jì)數(shù)，由外部對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行譯碼，以便為鍵盤(pán)或顯示提供掃描線（實(shí)現(xiàn)十六選一）。

回復(fù)緩沖器回復(fù)緩沖器具有鎖存功能，用來(lái)對(duì)8條回送線上的信息進(jìn)行緩沖和鎖存，在鍵盤(pán)方式中，這些回送線被逐個(gè)掃描，以尋找出在該行中被按下的鍵。若去抖動(dòng)電路找到某一被按下的鍵，則等待10ms,以檢查此鍵是否確實(shí)被按下。若鍵保持閉合，則該鍵在陣列中的地址，加上SHIFT狀態(tài)以及CONTROL一起被送入FIFO中。在掃描傳感器陣列中，回送線的內(nèi)容在每次按鍵掃描時(shí)被直接存儲(chǔ)到傳感器RAM(FIFO)的相應(yīng)的單元中去。在選通輸入方式中，回送線的內(nèi)容在CNTL/STB信號(hào)的脈沖上升沿被送到先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（FIFO）?；?279鍵盤(pán)顯示控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理

8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)FIFO/傳感器RAM

FIFO/傳感器RAM是雙功能8×8RAM，用于存儲(chǔ)按鍵數(shù)據(jù)。在鍵盤(pán)輸入方式或選通輸入方式中，先入

先出存儲(chǔ)器（FIFO）中的每一條新的進(jìn)入信息都會(huì)被順序?qū)懭胂鄳?yīng)的RAM中，然后又按寫(xiě)入的順序讀出。FIFO狀態(tài)則跟蹤FIFO中字符數(shù)目，并監(jiān)視著FIFO的“滿”還是“空”。在掃描傳感器陣列下，該存儲(chǔ)器用作傳感器RAM，傳感器RAM每一位代表傳感器對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。在這種方式中，若檢測(cè)出某一位的變化，則IRQ信號(hào)即變?yōu)楦唠娖健?/p>

顯示RAM及顯示地址寄存器

顯示RAM16×8位：存儲(chǔ)字符的字形碼，顯示時(shí)，從OUTA3～OUTA0和OUTB3～OUTB0輸出。它們既可單獨(dú)送數(shù)，也可組成一個(gè)8位的字節(jié)。顯示地址寄存器：顯示RAM的內(nèi)部地址，可由命令直接設(shè)定，或設(shè)置為每次讀/寫(xiě)后自動(dòng)加1?；?279鍵盤(pán)顯示控制器的設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)

圖7-17鍵盤(pán)顯示控制器總設(shè)計(jì)圖

8279的SL2--SL0輸出000-111循環(huán)漸變的編碼信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)3--8譯碼器產(chǎn)生8個(gè)數(shù)碼管的位選信號(hào)，對(duì)應(yīng)于某個(gè)數(shù)碼管位選信號(hào)代碼，OUTA3--A0和OUTB3--B0輸