微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)基于PROTEUS的跑馬燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真

1、學(xué) 號(hào)： 課 程 設(shè) 計(jì)題 目基于proteus的跑馬燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師2012年1月12日任務(wù)書目 錄引 言11總體方案論證21.1功能分析21.2系統(tǒng)連接圖設(shè)計(jì)21.2.1鎖存控制電路51.2.2可編程并行通信接口芯片8255a62程序流程圖設(shè)計(jì)及其說明93關(guān)鍵程序段落說明113.1數(shù)據(jù)段定義113.2程序初始化113.3芯片初始化123.4初始led亮滅狀態(tài)123.5檢測按鍵開關(guān)子程序123.6延時(shí)程序片段143.7燈光變換控制154程序調(diào)試說明165結(jié)果記錄及分析17心得體會(huì)19參考文獻(xiàn)20引 言微型計(jì)算機(jī)簡稱微機(jī)，由于具備人腦某些功能，所

2、有又叫做微機(jī)。是由大規(guī)模集成電路組成的、體積較小的電子計(jì)算機(jī)。它是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器及輸入輸出接口電路和相應(yīng)的輔助電路構(gòu)成的裸機(jī)。把微型計(jì)算機(jī)集成在一個(gè)芯片上即構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)。學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)，主要內(nèi)容包括微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、8086微處理器和指令系統(tǒng)、匯編語言、設(shè)計(jì)以及微型計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部分，而其中很大一塊就是匯編語言的學(xué)習(xí)。匯編語言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。用匯編語言編寫的程序由于目標(biāo)程序占用內(nèi)存少，運(yùn)行速度快，它有著高級(jí)語言不可替代的用途。因此，學(xué)習(xí)匯編語言是很必要的，通過學(xué)習(xí)匯編語言可以體會(huì)它的作用。通過本次課程設(shè)

3、計(jì)讓我們進(jìn)一步深入?yún)R編語言的學(xué)習(xí)，掌握簡單的接口設(shè)計(jì)技術(shù)，將理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)一步學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，為以后深入學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。1總體方案論證1.1功能分析此次課程設(shè)計(jì)的要求為，設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跑馬燈的模擬顯示功能。具體要求為：（1）、輸入設(shè)備三個(gè)啟動(dòng)按鈕、一個(gè)停止按鈕，輸出設(shè)備為八個(gè)跑馬燈；（2）、三個(gè)啟動(dòng)按鈕對(duì)應(yīng)三種跑馬燈顯示效果，按下任意一個(gè)啟動(dòng)按鈕，跑馬燈顯示對(duì)應(yīng)的效果，按下停止按鈕則跑馬燈全部熄滅。由上分析可知，我們的硬件的電路需要另行搭建，電路中需包含四個(gè)按鈕和八個(gè)跑馬燈以及相關(guān)芯片，既有輸入設(shè)備又有輸出設(shè)備，經(jīng)過分析可以使用芯片8255a來實(shí)現(xiàn)輸入

4、與輸出，再加上鎖存地址芯片74ls273、譯碼芯片74ls154以及相關(guān)門電路即可構(gòu)成本設(shè)計(jì)的硬件電路基礎(chǔ)。進(jìn)一步分析最終決定用8255a的a口作為輸出去控制跑馬燈，b口作為按鈕信號(hào)輸入，cpu通過接收輸入信號(hào)從而發(fā)出對(duì)應(yīng)命令去控制8255a芯片a口輸出，從而a口輸出相應(yīng)電平控制跑馬燈有規(guī)律的亮滅。連接好硬件電路后的主要任務(wù)就是編寫相應(yīng)程序，通過程序去控制和調(diào)度硬件電路的輸入與輸出。1.2系統(tǒng)連接圖設(shè)計(jì)8255a是一種通過可編程并行i/o接口芯片。廣泛用于幾乎所有系列的微機(jī)系統(tǒng)中,8255a具有三個(gè)帶鎖存或緩沖的數(shù)據(jù)端口,可與外設(shè)并行進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,8255a有多種操作方式,通用性較強(qiáng),可為cp

5、u與外設(shè)之間提供輸入/輸出通道。8255a和各端口內(nèi)具有中斷控制邏輯,在外設(shè)與cpu之間可用中斷方式進(jìn)行信息交換,使用條件傳輸方式時(shí)可用“聯(lián)絡(luò)”線進(jìn)行控制。在本次課程設(shè)計(jì)中,我們運(yùn)用8255a為cpu與外設(shè)之間提供輸入輸出輸出通道來實(shí)現(xiàn)對(duì)跑馬燈花樣變換的控制。8086微處理器，選擇最小工作模式，所有的總線控制信號(hào)均由8086產(chǎn)生；8086cpu的地址數(shù)據(jù)總線ad15-ad0和地址狀態(tài)總線a16/s3-a19/s6是復(fù)用的，必須通過地址鎖存器把地址總線和數(shù)據(jù)總線分離。跑馬燈硬件電路如圖1所示。電路包括8個(gè)led彩燈、三片74ls273、一片74ls154、一片8086cpu、一片8255a以及若

6、干導(dǎo)線和電阻。用led可以觀測在不同按鍵輸入下，跑馬燈花樣的變化效果。如圖1所示我們利用啟動(dòng)按鈕作為輸入信號(hào)，通過8255a端口擴(kuò)展芯片，調(diào)節(jié)輸出端口的電平變化，來控制共陽極的led燈的亮與滅，實(shí)現(xiàn)跑馬燈不同的花樣變化。圖1 跑馬燈硬件電路圖1.2.1鎖存控制電路鎖存控制電路電路如圖2所示，在微控制器單元（mcu）中，寄存器是十分重要的資源。寄存器的主要作用是快速寄存算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（alu）運(yùn)算過程中的數(shù)據(jù)，其鎖存功能利用74ls273來實(shí)現(xiàn)，74ls273是一種帶清除功能的8d觸發(fā)器， 1d8d為數(shù)據(jù)輸入端，1q8q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作數(shù)據(jù)鎖存器，地址鎖存器。d0d

7、7：輸入，q0q7：輸出；第一腳wr：主清除端，低電平觸發(fā)，即當(dāng)為低電平時(shí)，芯片被清除，輸出全為0（低電平）；cp（clk）：觸發(fā)端，上升沿觸發(fā)，即當(dāng)cp從低到高電平時(shí)，d0d7的數(shù)據(jù)通過芯片，為0時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存，d0d7的數(shù)據(jù)不變。cpu向外部發(fā)出地址鎖存允許信號(hào)，從而使74ls273鎖存地址信號(hào)，在通過譯碼芯片74ls154控制接口芯片8255a，在此系統(tǒng)中充當(dāng)一個(gè)橋梁的作用。這部分電路將相應(yīng)信號(hào)傳送給8255a的a0、a1和cs片選，進(jìn)而cpu開始控制8255a從而驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示不同的樣式。圖2 鎖存控制電路1.2.2可編程并行通信接口芯片8255a芯片8255a有三種工作方式，他們分

8、別是方式0、方式1、方式2，電路如圖3所示。方式0為簡單i/o，查詢方式，端口a、端口b、端口c均可使用；方式1為選通i/o，中斷方式，端口a、端口b可以使用，選通的輸入/輸出方式；方式2為雙向i/o，中斷方式，只有端口a可以使用，雙向的傳輸方式。方式0也叫基本輸入/輸出方式。一種方式，不需要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，端口a、端口b和端口c的高4位及低4位都可以作為輸入或輸出端口。方式0的應(yīng)用場合有無條件傳送和查詢傳送2種； 故根據(jù)我們系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，綜上可知，選擇8255a為工作方式0，a口作為輸出、b口作為輸入。8255a的3種基本工作方式由方式控制字來決定，d71（特征位）表明是設(shè)定方式選擇控制字；

9、d7=0，則表示是端口c按位置位/復(fù)位控制字。端口c分成高4位(pc7pc4)和低4位(pc3pc0)，可分別設(shè)置成輸入端口或輸出端口；端口c的高4位與端口a配合組成a組，端口c的低4位與端口b配合組成b組。綜上可得此系統(tǒng)需要滿足a端口為輸出，輸出數(shù)據(jù)給到8個(gè)led彩燈；端口b為輸入，需要檢測按鍵的輸入情況。圖3 芯片8255a接口電路1.3算法說明本程序涉及芯片8255a的初始化，因此首先需要確定端口地址，cpu向8255a送出方式控制字，進(jìn)而8255a的a口作為輸出、b口作為輸入；定義控制led燈的相應(yīng)數(shù)據(jù)段，由于需要led亮后持續(xù)一段時(shí)間這就需要一個(gè)相應(yīng)的延時(shí)程序片段，需要確定b口那個(gè)按

10、鈕開關(guān)按下，這就需要一個(gè)掃描b口開關(guān)按下的子程序，從而cpu發(fā)出相應(yīng)控制等操作給a口送出相應(yīng)電平，led顯示相應(yīng)的亮滅。因此，主要要點(diǎn)就是找對(duì)端口地址，這個(gè)是程序能夠運(yùn)行的必需品，通過分析硬件線路可以正確找到a口、b口以及控制口的地址。2程序流程圖設(shè)計(jì)及其說明主程序流程圖如圖4所示：初始化程序開始送控制字通過a口輸出使燈全滅調(diào)用ledflash子程序圖4 主程序流程圖檢測按鍵延時(shí)控制led子程序流程圖如圖5所示：開始檢測b口信號(hào)輸入是否為按鍵1是否為按鍵2是否為按鍵3將1型走馬燈的偏移地址送給si將2型走馬燈的偏移地址送給si將3型走馬燈的偏移地址送給si是否終止開關(guān)num是否為0延時(shí)yyyy

11、ynnnnn結(jié)束圖5 子程序流程圖3關(guān)鍵程序段落說明3.1數(shù)據(jù)段定義dseg segmentnum dw 0 data1 db 0feh,0fdh,0fbh,0f7h,0efh,0dfh,0bfh,7fh data2 db 7fh,0bfh,0dfh,0efh,0f7h,0fbh,0fdh,0feh data3 db 7eh,0bdh,0dbh,0e7h,0e7h,0dbh,0bdh,7eh dseg ends三種燈光變幻組合為：第一種為l1l2l3l4l5l6l7l8；第二種為l8l7l6l5l4l3l2l1；第三種為l1l8l2l7l3l6l4l5l3l6l2l7l1l8。dw為燈光循環(huán)的

12、控制次數(shù)。3.2程序初始化cseg segment para public code assume ss:sseg,cs:cseg,ds:dseg start: mov ax,dseg mov ds,ax初始化程序。3.3芯片初始化mov dx,0206h ;取8255a的控制端口的地址mov al,82h ;初始化8255a的a口為輸出模式，b口為輸入模式 out dx,al 82h即為10000010b，也就是說將a口定義在方式0下并且作為輸出，b口定義在方式0下并且作為輸入，因此這個(gè)方式控制字不是唯一的，其通用形式為1000x01x，c口沒有定義故可以為任意二進(jìn)制數(shù)。mov dx,020

13、0h ;取8255的端口a的地址mov al,0ffh ;使8255的pa0-pa7全為1out dx,al 上邊這個(gè)程序段是往外送數(shù)據(jù)置led亮滅的。mov dx,0202h ;取8255的端口b的地址 in al,dx ;檢測b口輸入信號(hào)這個(gè)是將b口開關(guān)閉合信息讀回來的，從而發(fā)出相應(yīng)控制命令。3.4初始led亮滅狀態(tài)mov dx,0200h ;取8255的端口a的地址mov al,0ffh ;使8255的pa0-pa7全為1out dx,al ;使所有的燈led全滅電路上電工作后首先要使所有的led燈全滅，防止對(duì)后面的顯示造成影響。3.5檢測按鍵開關(guān)子程序ledflash proc ;檢測

14、開關(guān)閉合,以便確定哪種閃爍方式mov dx,0202h ;取8255a的端口b的地址 in al,dx ;檢測b口輸入信號(hào)choice1: cmp al,0feh jne choice2 mov si,offset data1 ;置第一種燈光變幻組合 jmp herechoice2: cmp al,0fdh jne choice3 mov si,offset data2 ;置第二種燈光變幻組合 jmp herechoice3: cmp al,0fbh jne choice4 mov si,offset data3 ;置第三種燈光變幻組合 jmp here choice4: ;每盞燈亮完檢測開關(guān)

15、，如果停止開關(guān)沒有按下跳到choice5，如果停止開關(guān)按下燈全滅 cmp al,0f7h jne choice5 jmp exutchoice5: cmp num,0h;檢測num是否為0，若為0掃描開關(guān)，若不為0繼續(xù)執(zhí)行 jne here jmp ledflash here: mov bx,num mov al,si+bx mov dx,0200h ;取8255的端口a的地址 out dx,al ;輸出加電數(shù)據(jù)到端口a inc num ;改變數(shù)字變量的值 cmp num,09h je exit mov cx,005fh dl4: mov bx,00ffhdl3: dec bx jnz dl3

16、 dec cx jnz dl4 jmp ledflashexit: mov num,0 retledflash endp檢測到開關(guān)閉合置相應(yīng)燈光變換。3.6延時(shí)程序片段 mov cx,04c9h dl4: mov bx,04c9hdl3: dec bx jnz dl3 dec cx jnz dl4通過雙層循環(huán)從而實(shí)現(xiàn)軟件延時(shí)，延時(shí)計(jì)算公式為(cx)*(bx)/f，f為cpu的頻率，cpu頻率為1500khz，可以計(jì)算得到程序大致延時(shí)為1s。3.7燈光變換控制here: mov bx,num mov al,si+bx mov dx,0200h ;取8255的端口a的地址 out dx,al ;輸

17、出加電數(shù)據(jù)到端口a inc num ;改變數(shù)字變量的值 cmp num,09h je exit通過指針移動(dòng)，逐個(gè)選中相應(yīng)的數(shù)據(jù)置相應(yīng)的燈光變換，共八種即一輪led顯示完成。4程序調(diào)試說明（1）、內(nèi)存空間分配，匯編語言的重要特點(diǎn)之一是能夠直接利用機(jī)器指令或者偽指令為數(shù)據(jù)或者代碼程序分配內(nèi)存空間，86系列（如8086微處理器）的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是分段的，有代碼段，數(shù)據(jù)段，堆棧段或附加段，在程序設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮分段結(jié)構(gòu)，要執(zhí)行的程序段應(yīng)設(shè)在當(dāng)前段（活動(dòng)段）中；分配內(nèi)存空間：直接在proteus里面將8086cpu的internal memory size設(shè)置成一個(gè)足夠用的空間大小，如0x1000，默認(rèn)的空

18、間大小是0x00000，如不改則仿真不成功。程序在運(yùn)行時(shí)所需要的工作單元應(yīng)盡可能的設(shè)在cpu寄存器中，這樣存取速度快，而且操作方便；在此系統(tǒng)源程序中都采用8086cpu的全部通用寄存器：累加器ax，基數(shù)寄存器bx，基數(shù)寄存器cx，數(shù)據(jù)寄存器dx；和堆棧指針寄存器si。（2）、unknow 1-byte opcode at b900:7056! 61spiceerror-too many iterations without convergence在仿真過程中，出現(xiàn)以上兩行的錯(cuò)誤，太多的迭代沒有收斂性，和某個(gè)匯編語言在編碼過程中的地址不正確，經(jīng)過排查程序去除無用代碼，proteus不再報(bào)錯(cuò)。（3

19、）、8255a隱藏引腳問題，需要設(shè)置芯片hidden pins里的gnd改為vss，vcc改為vdd。（4）、程序一開始是將延時(shí)環(huán)節(jié)作為一個(gè)獨(dú)立子程序，運(yùn)行過程中由于部分情況下不滿足題設(shè)，故將延時(shí)子程序改為程序段落寫到檢測按鍵的子程序中問題得以解決。5結(jié)果記錄及分析第一種燈光變換效果：l1l2l3l4l5l6l7l8，如圖6所示。圖6 led第一種變換效果第二種燈光變換效果：l8l7l6l5l4l3l2l1；第一種變換效果反向即為第二種效果。第三種燈光變換效果：l1l8l2l7l3l6l4l5l3l6l2l7l1l8，如圖7所示。圖7 led第三種變換效果心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多使

20、用的東西，使我受益匪淺，將課堂上所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際，體會(huì)到了理論與實(shí)際聯(lián)系的重要性，同時(shí)進(jìn)一步學(xué)習(xí)了proteus這款軟件。第一，在做這次課程設(shè)計(jì)的一開始可以說是難度重重，接口電路設(shè)計(jì)出了問題，一開始由于電路沒有加入鎖存器，導(dǎo)致地址和數(shù)據(jù)沖突，從而電路不能正常工作，最后在電路里加入了鎖存器74ls273和譯碼器74ls154后解決了地址和數(shù)據(jù)沖突的問題。第二，由于對(duì)軟件proteus運(yùn)用不是很熟練，導(dǎo)致一些問題，比如說分配內(nèi)存空間：直接在proteus里面將8086cpu的internal memory size設(shè)置成一個(gè)足夠用的空間大小，如0x1000，默認(rèn)的空間大小是0x00000，如不

21、改則仿真不能成功。還有在運(yùn)行期間proteus仿真報(bào)錯(cuò)，由于不太懂報(bào)錯(cuò)信息就一步加大了設(shè)計(jì)的難度，還有一些其他小細(xì)節(jié)上的問題，可以說是細(xì)節(jié)決定成敗。第三，由于匯編語言運(yùn)用的不太熟練，對(duì)程序反復(fù)進(jìn)行修改，發(fā)現(xiàn)匯編語言由于語句在程序中放置的位置不同也會(huì)是不同的效果，對(duì)匯編語言有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。綜上所述，這次微機(jī)原理與接口技術(shù)的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，不是課堂上能夠?qū)W到的東西，通過仿真可以實(shí)實(shí)在在的看到成果，從而提高了對(duì)電子設(shè)計(jì)的興趣，我想這是一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，通過這樣的鍛煉不僅鞏固了課堂上學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)，而且學(xué)到了一些課外知識(shí)，比如說在網(wǎng)絡(luò)上怎樣去搜索你想要的信息等等，這些東西將使我終身獲益

22、。參考文獻(xiàn)1 彭虎等編著微機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）北京：電子工業(yè)出版社，2008 2 顧暉等編著微機(jī)原理與接口技術(shù)基于8086和proteus仿真北京：電子工業(yè)出版社，2011 3 沈美明，溫東禪ibm-pc匯編語句程序設(shè)計(jì)（第2版）北京：清華大學(xué)出版社，2001 4 任向明，盧惠林匯編語言程序設(shè)計(jì)實(shí)用教程北京：清華大學(xué)出版社，2009 5 馬力妮80x86匯編語言程序設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004附 錄程序清單sseg segment dw 200 dup (?)sseg endsdseg segmentnum dw 0 ;初始化數(shù)字變量為0;3種不同的燈光變幻組合 data1 db

23、0feh,0fdh,0fbh,0f7h,0efh,0dfh,0bfh,7fh data2 db 7fh,0bfh,0dfh,0efh,0f7h,0fbh,0fdh,0feh data3 db 7eh,0bdh,0dbh,0e7h,0e7h,0dbh,0bdh,7eh dseg endscseg segment para public code assume ss:sseg,cs:cseg,ds:dseg start: mov ax,dseg mov ds,ax mov dx,0206h ;取8255的控制端口的地址 mov al,82h ;初始化8255的a口為輸出模式，b口為輸入模式 out

24、 dx,al exut: mov num,0h mov dx,0200h ;取8255的端口a的地址 mov al,0ffh ;使8255的pa0-pa7全為1 out dx,al ;使所有的燈led全滅 begin: call ledflash ;調(diào)用燈光變幻過程 jmp exut ledflash proc ;檢測開關(guān)閉合,以便確定哪種閃爍方式 mov dx,0202h ;取8255的端口b的地址 in al,dx ;檢測b口輸入信號(hào)choice1: cmp al,0feh jne choice2 mov si,offset data1 ;置第一種燈光變幻組合 jmp herechoice

25、2: cmp al,0fdh jne choice3 mov si,offset data2 ;置第二種燈光變幻組合 jmp herechoice3: cmp al,0fbh jne choice4 mov si,offset data3 ;置第三種燈光變幻組合 jmp here choice4: ;每盞燈亮完檢測開關(guān)，如果停止開關(guān)沒有按下跳到choice5，如果停止開關(guān)按下燈全滅 cmp al,0f7h jne choice5 jmp exutchoice5: ;檢測num是否為0，若為0掃描開關(guān)，若不為0繼續(xù)執(zhí)行 cmp num,0h jne here jmp ledflash here: mov bx,num mov al,si+bx mov dx,0200h ;取8255的端口a的地址 out dx,al ;輸出加電數(shù)據(jù)到端口a inc num ;改變數(shù)字變量的值 cmp num,09h je exit mov cx,04c9h dl4: mov bx,04c9hdl3: dec bx jnz dl3 dec cx jnz dl4 jmp ledflashexit: mov num,0 retledflash endpcseg ends end start本科生課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表姓 名性 別男專業(yè)