微機(jī)原理課設(shè)：霓虹燈閃爍控制系統(tǒng)

1、微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目： 可控制霓虹燈 班 級(jí)： 電氣本151 小組組長(zhǎng)： 徐 明（2015040104） 小組成員： 王軍三 （2015040107） 黃國(guó)濤 （2015040108） 劉飛鴻 （2015040113） 指導(dǎo)教師： 劉微 日 期： 2017年10月11日 齊齊哈爾工程學(xué)院機(jī)電工程系一、設(shè)計(jì)可控制霓虹燈目的及意義 霓虹燈其設(shè)計(jì)目的主要為： (1) 進(jìn)一步熟悉8255A并行接口的基本工作原理 (2) 運(yùn)用CES-86通用微機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置,了解鍵盤(pán)的基本結(jié)構(gòu),學(xué)會(huì)編寫(xiě)程序. (3) 在熟悉了小鍵盤(pán)的基礎(chǔ)上,加上LED發(fā)光二極管的使用設(shè)計(jì)出絢麗閃耀的霓虹燈.本課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專

2、業(yè)學(xué)生的一次較全面的的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，是配合“微機(jī)與接口技術(shù)”課堂教學(xué)的最后一個(gè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它將起到鞏固課堂和書(shū)本上所學(xué)的知識(shí)、加強(qiáng)綜合能力、提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平、啟發(fā)創(chuàng)新思想的作用。當(dāng)然，雖然程序最后達(dá)到了預(yù)期控制要求，但是由于實(shí)際情況和理想情況存在差距，我知道還有很多地方有待改進(jìn)，同時(shí)我還是個(gè)初學(xué)者，各方面肯定存在不足，如果老師發(fā)現(xiàn)了缺陷之處，請(qǐng)指出，我們一定會(huì)虛心接受。 二、芯片介紹本次課程設(shè)計(jì)中所使用的芯片8255A（如右圖）是Intel公司采用CHMOS工藝生產(chǎn)的一種高性能通用可編程輸入/輸出并行接口芯片，可以方便地應(yīng)用在Intel系列微處理器系統(tǒng)中。下面對(duì)8255A芯片進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

3、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255A是40引腳雙列直插式芯片，片內(nèi)有A,B,C三個(gè)8位I/O端口，可提供24條可編程的輸入/輸出端口線。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三部分電路組成：把他用線路與8086CPU的接口電路、內(nèi)部控制邏輯電路和與外設(shè)連接的輸入/輸出接口電路。8086內(nèi)部介紹8086 CPU 中寄存器總共為 14 個(gè)，且均為 16 位 。即 AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，F(xiàn)LAG，CS，DS，SS，ES 共 14 個(gè)。而這 14 個(gè)寄存器按照一定方式又分為了通用寄存器，控制寄存器和段寄存器。與CPU的接口電路(1)與CPU的接口電路由數(shù)據(jù)總線緩沖器和讀/寫(xiě)控制邏輯組成。數(shù)據(jù)總線緩

4、沖器是一個(gè)三態(tài)、雙向、8位寄存器，8條數(shù)據(jù)線D7D0與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接，構(gòu)成CPU與8255A之間信息傳送的通道，CPU通過(guò)執(zhí)行輸出指令向8255A寫(xiě)入控制命令或往外設(shè)傳送數(shù)據(jù)，通過(guò)執(zhí)行輸入指令讀取外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)。讀寫(xiě)控制邏輯電路用來(lái)接收CPU系統(tǒng)總線的讀信號(hào)RD，寫(xiě)信號(hào)WR，片選擇信號(hào)CS，端口選擇信號(hào)A和復(fù)位信號(hào)RESET，用于控制8255A內(nèi)部寄存器的讀寫(xiě)操作和復(fù)位操作。（2)內(nèi)部控制邏輯電路內(nèi)部控制邏輯包括A組控制與B組控制兩部分。A組控制寄存器用來(lái)控制A口PA7PA0和C口的高四位PC7PC4；B組控制寄存器用來(lái)控制B口PB7PB0和低四位PC3PC0。它們接收CPU發(fā)送來(lái)的控制命令

5、，對(duì)A,B,C3個(gè)端口的輸入/輸出方式進(jìn)行控制。（3）輸入輸出接口電路 8255A片內(nèi)有A,B,C3個(gè)8位并行端口，A口和B口分別有1個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器，C口有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器，用于存放CPU與外部設(shè)備交換的數(shù)據(jù)。 對(duì)于8255A的3個(gè)數(shù)據(jù)端口和1個(gè)控制端口，數(shù)據(jù)端口既可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)也可以讀出數(shù)據(jù)，控制端口只能寫(xiě)入命令而不能讀出，讀、寫(xiě)控制信號(hào)（RD,WR）和端口選擇信號(hào)（CS,A1,A0）的狀態(tài)組合可以實(shí)現(xiàn)A,B,C3個(gè)端口和控制端口的讀寫(xiě)操作。8255A的端口分配及讀寫(xiě)功能見(jiàn)下表:CS WR RDA1 A0 功 能0 0 10 0數(shù)據(jù)寫(xiě)入A口0

6、0 10 1數(shù)據(jù)寫(xiě)入B口0 0 11 0 數(shù)據(jù)寫(xiě)入C口0 0 11 1命令寫(xiě)入控制寄存器0 1 00 0讀出A口數(shù)據(jù)0 1 00 1讀出B口數(shù)據(jù)0 1 01 0讀出C口數(shù)據(jù)0 1 01 1非法操作引腳信號(hào) 8255A的引腳如下圖示，分為數(shù)據(jù)線、地址線、讀寫(xiě)控制線、輸入/輸出端口線和電源線。 D7D0:三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)線，與數(shù)據(jù)總線連接，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)。 CS:片選信號(hào)線，低電平有效時(shí)，芯片被選中。 A1,A0：地址線，用來(lái)選擇內(nèi)部端口。 RD:讀出信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)讀出。WR:寫(xiě)入信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)寫(xiě)入。RESET:復(fù)位信號(hào)線，高電平有效時(shí)，將所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器

7、）清0。PA7PA0:A口輸入/輸出信號(hào)線。PB7PB0:B口輸入/輸出信號(hào)線。PC7PC0:C口輸入/輸出信號(hào)線。VCC:+5V電源。GND:電源地線。 8255A的工作方式及初始化編程8255A有三種工作方式：基本輸入/輸出方式，單向選通輸入/輸出方式和雙向選通輸入/輸出方式。(1）方式0：基本輸入輸出方式方式0是8255A的基本輸入輸出方式，其基本特點(diǎn)是與外部傳送數(shù)據(jù)時(shí)，不需要設(shè)置專用的信號(hào)聯(lián)絡(luò)（應(yīng)答）信號(hào)，可以無(wú)條件的直接進(jìn)行I/O端口傳送。A,B,C三個(gè)端口都可以工作在方式0。A口和B口工作在方式0時(shí)，只能設(shè)置以8位數(shù)據(jù)格式輸入輸出；C口工作在方式0時(shí)，可以將高4位和低4位分別設(shè)置為

8、數(shù)據(jù)輸入或數(shù)據(jù)輸出方式。方式0常用于與外設(shè)無(wú)條件數(shù)據(jù)傳送或查詢方式數(shù)據(jù)傳送。(2) 方式1：?jiǎn)雾?xiàng)選通輸入/輸出方式方式1是一種帶選通信號(hào)的單方向輸入/輸出工作方式，其特點(diǎn)是：與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，需要聯(lián)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，允許用查詢或中斷方式傳送數(shù)據(jù)。由于C口的PC0，PC1和PC2定義為B口工作在方式1的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線，PC3,PC4和PC5定義為A口工作方式1的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線，因此只允許A口和B口工作在方式1。(3)方式2：雙向選通輸入/輸出方式 方式2為雙向選通輸入輸出方式，是方式1輸入和輸出的組合，即同一端口的信號(hào)線既可以輸入又可以輸出。由于C口的PC7PC3定義為A口工作在方式2時(shí)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線，因此

9、只允許A口工作在方式2。 8255A的A,B,C三個(gè)端口的工作方式是在初始化編程時(shí)，通過(guò)向8255A的控制端口寫(xiě)入控制字來(lái)設(shè)定的。8255A由編程寫(xiě)入的控制字有兩個(gè)：方式控制字和置位/復(fù)位控制字。方式控制字用于設(shè)置端口A，B，C的工作方式和數(shù)據(jù)傳送方向；置位/復(fù)位控制字用于設(shè)置C口的PC7PC0中某一條口線PCi（i=07）的電平。兩個(gè)控制字公用一個(gè)控制字公用一個(gè)端口地址，由控制字的最高位最為區(qū)分這兩個(gè)控制字的標(biāo)志位。8255A工作方式控制字的格式如圖所示：三、硬件設(shè)計(jì) 21塊積木的具體電路為：A：?jiǎn)蚊}沖發(fā)生器電路； B： 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器電路；C：數(shù)/模轉(zhuǎn)換（DAC0832）電路； D： 可編

10、程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器（8253）電路；E：模/數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC0809）電路 ； F： 單板機(jī)I/O地址電路；G：邏輯電路芯片插座區(qū)； H：電平開(kāi)關(guān)電路；I： 發(fā)光二極管（LED）顯示電路； J：計(jì)數(shù)器分頻電路；K：可編程并行通信接口（8255A）電路；L：可編程串行通信接口（8251A）電路M：十六進(jìn)制鍵盤(pán)電路；N：七段數(shù)碼顯示電路；O：隨機(jī)存儲(chǔ)（RAM6116）電路；P：中繼電路；Q：直流電源及控制電路；R：PC總線接口；S：與PC機(jī)連接的接口電路；S R O QCBAPDGNEMFL萬(wàn) 用 表KHJI“單板積木式”示意圖 本課程設(shè)計(jì)使用了F（單板機(jī)IO地址電路），H（電平開(kāi)關(guān)電路）, I發(fā)光二

11、極管顯示電路, K（可編程并行通信接口即8255A電路）。設(shè)計(jì)電路圖如下圖所示，A口為輸出，連接8個(gè)發(fā)光二極管，B口為輸入，其中的PB0，PB1接開(kāi)關(guān)K1，K2。開(kāi)關(guān)的四個(gè)狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)霓虹燈的四種變化狀態(tài)，做試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)與閉合，可以觀察到霓虹燈的閃爍。同時(shí)CPU通過(guò) B端口將K1，K2的信息讀 入，然后轉(zhuǎn)換成ASCII碼任務(wù) 外設(shè)的8個(gè)發(fā)光二極管在2個(gè)開(kāi)關(guān)K1，K2的控制下按照不同的規(guī)律閃爍，同時(shí)在電腦屏幕上顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)，二極管閃爍規(guī)律如下：（1）開(kāi)關(guān)狀態(tài)為K1關(guān)，K2關(guān)時(shí)，前四燈同時(shí)亮，熄滅后，接著后四個(gè)同時(shí)亮。（2） 開(kāi)關(guān)狀態(tài)為K1關(guān)，K2開(kāi)時(shí)，8燈依次點(diǎn)亮。（3） 本次課程

12、設(shè)計(jì)所使用的主要設(shè)備是CES-86型通用實(shí)驗(yàn)裝置。CES-86型通用PC機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是“單板積木式”電路。而且可以和任何一種PC機(jī)相連組成系統(tǒng)，相連后即可在此裝置上進(jìn)行硬件拼接，組成各種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 它所實(shí)現(xiàn)的功能是實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)對(duì)發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)控制，并將開(kāi)關(guān)狀態(tài)在屏幕上顯示出來(lái)。在運(yùn)行程序后按任意鍵發(fā)光二極管根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)始閃爍，同時(shí)在程序運(yùn)行過(guò)程中按任意鍵可返回DOS。四、軟件設(shè)計(jì)流程圖如下:結(jié)束初始化編程寫(xiě)入控制字開(kāi)始讀取開(kāi)關(guān)狀態(tài)在屏幕上顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示提示信息開(kāi)關(guān)狀態(tài)裝入ALAL=03HAL=01HAL=02HAL=00H返回DOS調(diào)用子程序DELAY0調(diào)用子程序DELAY1

13、調(diào)用子程序DELAY2調(diào)用子程序DELAY3有鍵按下是是是是否否否否是主程序代碼段START: MOV AX,DATA ;數(shù)據(jù)段裝入初始地址 MOV DS,AX MOV ES,AX MOV AH,09H ;顯示提示信息 MOV DX,OFFSET MESS INT 21H MOV DX,31BH ;控制字端口 MOV AL,10000010B ;控制字，B口輸入A口輸出 OUT DX,AL ;寫(xiě)入控制字 A: MOV DX,319H ;端口B IN AL,DX ;讀開(kāi)關(guān)狀態(tài) AND AL,03H ;保留B1,B0位，其他位置0 MOV X,AL ;將AL暫時(shí)裝入X MOV CX,02H B:

14、MOV DL,AL ;AL裝入DL以備子程序使用 CALL DISP ;調(diào)用顯示子程序，顯示PB2的狀態(tài) SHL AL,1 LOOP B ;循環(huán)2次，顯示2個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài) MOV AL,X ;開(kāi)關(guān)狀態(tài)裝入AL CMP AL,00H ;比較開(kāi)關(guān)狀態(tài)，00調(diào)用STATE0 JNZ M CALL STATE0 M: CMP AL,01H ;比較開(kāi)關(guān)狀態(tài)，01調(diào)用STATE1 JNZ N CALL STATE1 N: CMP AL,02H ;比較開(kāi)關(guān)狀態(tài)，10調(diào)用 STATE2 JNZ O CALL STATE2 O: CMP AL,03H ;比較開(kāi)關(guān)狀態(tài)，11調(diào)用STATE3 JNZ M CALL ST

15、ATE3 STATE0子程序： 前四燈同時(shí)亮，熄滅后，接著后四個(gè)同時(shí)亮流程圖如下標(biāo)號(hào)S子程序開(kāi)始顯示子程序信息在CX中置入循環(huán)次數(shù)為4次控制A口使前4個(gè)燈亮，后4個(gè)燈滅調(diào)用延時(shí)子程序控制A口使前4個(gè)燈滅，后4個(gè)燈亮CX=0是否調(diào)用延時(shí)子程序 STATE0 PROC NEAR MOV AH,09H MOV DX,OFFSET ZERO INT 21H MOV DX,318H MOV CX,04H ;端口A H: MOV AL,0FH OUT DX,AL CALL DELAY10 MOV AL,0F0H OUT DX,AL CALL DELAY10 LOOP H JMP S RETSTATE0 E

16、NDPSTATE1子程序: 8燈依次點(diǎn)亮流程圖如下子程序開(kāi)始顯示子程序信息在CX中置入循環(huán)次數(shù)為8次輸出狀態(tài)寫(xiě)入AL調(diào)用延時(shí)子程序CX=0標(biāo)號(hào)S是否AL邏輯右移一位燈顯示輸出狀態(tài)STATE1 PROC NEAR MOV AH,09H MOV DX,OFFSET ONE INT 21H MOV DX,318H ;端口A MOV CX,08H D: MOV AL,80H NOT AL ROR AL,1 OUT DX,AL CALL DELAY10 LOOP D JMP S RETSTATE1 ENDP總結(jié) 開(kāi)關(guān)控制霓虹燈實(shí)驗(yàn)總結(jié)（1）.在設(shè)置霓虹燈閃爍控制系統(tǒng)中，先確定設(shè)置霓虹燈的大致思路，有一個(gè)主程序，四個(gè)分別控