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1、课程设计报告 微机原理与接口技术 LED 数码管倒计时系统LED数码管倒计时系统 摘要：本次设计用了 8086 CPU 芯片以及 8255A 芯片、8253芯片和数码管等辅助硬件电 路，进行了数码管倒计时的设计。进行了软件设计并编写了源程序。数码管倒计时在人 们的日常生活中运用广泛。本系统采用 8086 为中心器件来设计数码管倒计时系统，系 统实用性强、操作简单、扩展强。本设计就是采用 8086 最小方式下在 Protues7.8 软件下 模拟倒计时显示时间。本设计系统由 8255AI/O 口扩展系统、LED 数码显示系统等几大部 分组成，本系统采用 8086 汇编语言编写，主要编写了主程序，
2、LED数码管显示程序等。总体上完成了软件的编写。关键词：8086 微机系统；倒计时；LED 显示系统 1 概述 1.1 课程设计应达到的目的 通过本课程设计，使学生掌握控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法。使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入/输出（I/O）接口技术，应用程序 设计技术，并能结合专业设计简单实用的微型计算机应用系统。针对课堂重点讲授内容使学生加 深对微型计算机硬件原理的理解及提高汇编语言程序设计的能力，为以后的毕业设计搭建了微机 系统应用平台，提高学生的开发创新能力。1.2 课题训练内容 设计一个基于 8086 微型计算机的一个 LED
3、数码管倒计时系统，要求能完成基本的倒计时功 能；要求学生了解 80868 微型计算机控制系统的基本设计方法与思路，能独立查阅资料并汇总，具备一定的控制系统设计能力，掌握绘制电路原理图的能力，能编写一定难度的汇编程序并调试。1.3 设计一个模拟交通信号灯控制系统，要求：1）系统功能：闭合倒计时开关后，LED 数码管能自动开始倒计时，能在数码管每隔 1 秒钟，计时器减 1，并具有随时能够暂停的功能，重新闭合开关后能继续倒计时，直到倒计时结束，数 码管显示为 0 为止。2）给出系统设计方案，画出硬件连线图，并说明工作原理；3）画出程序框图并编写程序。2 总体设计方案与说明 2.1 系统总体设计方案
4、本设计是基于 Windows 环境下的 Proteus7.8 软件，在其中进行硬件电路的的设计，汇编语言 源程序的编写以及以上两部分工作完成后的软件系统的调试。本设计的处理控制系统由 Intel 8086 微处理器在最小模式下组成的单处理器系统构成，用来 进行对外围硬件电路进行信息采集、数据处理和控制。2.2 系统结构框图如图 2-2 结构图 2-2 结构图 3 系统硬件部分设计 3.1 Intel 8086 微处理器的简介 Intel 8086 是Intel公司于 1978年推出的 16位微处理器。它采用 HMOS 工艺制造，片内有 2.9 万个晶体管，单一电源+5V 供电，时钟频率 4.7
5、7-10MHz，片内数据总线、寄存器和外部数据 总线都为 16 位，最大可寻址的物理地址为 1M。要掌握一个 CPU 的工作性能及使用方法，首先应该了解它的编程结构。在 8086CPU 的编程 结构上，从功能上，分为两部分，即总线接口部件（BIU）和执行部件（EU）。8086 的逻辑地址 为 20 位，物理地址为 16 位，对于编程员来说，只需要考虑逻辑地址即可。8086 为 40 只引脚双 列直插式封装。Intel 8086 可以工作在最大和最小两种模式下，最小模式和最大模式的确定是通过一条 MN/MN 所接的逻辑电平是“1”还是“0”来完成。在最小方式下，微处理器被用来构成一个小规模的单处
6、理机系统，微处理器本身必须提供全 部的的控制信号给外围电路。微处理器被用来构成一个较大规模的多机系统。在最小模式下的信 号如下：(1)AD15AD0(address data bus)地址/数据复用引脚(双向工作)分时复用的地址/数据线。(2)A19/S6A16/S3(Address/Status)输出，是分时复用的地址/状态线。用作地址线时，A19A16 与 A15A0 一起构成访问存储器的 20 位物理地址。(3)BHE/S7(Bus High Enabale/Status)总线高字节有效信号。三态输出，低电平有效，用来 表示当前高 8 位数据线上的数据有效。(4)NMI(Non Mask
7、able Interrupt Request)不可屏蔽中断请求信号。由外部输入，上升沿触发，不受中断允许标志的限制。(5)INTR(Interrupt Request)可屏蔽中断请求信号。由外部输入，电平触发，高电平有效。(6)RD(Read)读信号。三态输出，低电平有效，表示当前 CPU正在读存储器或 IO 端口。(7)CLK(Clock)主时钟引脚(输入)。由 8284时钟发生器输入。8286CPU 可使用的最高时 钟频率随芯片型号不同而异，8086 为 5MHz，8086-1 为 10MHz，8086-2 为 8MHz。(8)RESET(reset)复位信号。由外部输入，高电平有效。(9
8、)READY(ready)准备就绪信号。由外部输入，高电平有效，表示 CPU 访问的存储器或 IO 端口已准备好传送数据。(10)TEST 测试信号。由外部输入，低电平有效。CPU 执行 WAIT 指令时，每隔 5 个时钟周 期对 TEST 进行一次测试，若测试 TEST 无效，则 CPU 处于踏步等待状态，直到 TEST 有效，CPU 才继续执行下一条指令。(11)MN/MX 工作模式选择信号。由外部输入，MN/MX 为高电平时，CPU 工作在最小模式；MN/MX 为低电平时，CPU 工作在最大模式。(12)GND/VCC 电源地和电源。8086CPU 只需要单一的+5V 电源，由 VCC
9、引脚输入。(13)INTA 中断响应信号。向外部输出，低电平有效。在中断响应周期，该信号表示 CPU 响 应外部发来的 INTR 信号，用作读中断类型码的选通信号。(14)ALE 地址锁存允许信号。向外部输出，高电平有效。在最小模式系统中用作地址锁存器 的片选信号。(15)DEN 数据允许信号，三态输出，低电平有效。(16)DT/R 数据发送/接收控制信号。（17）M/IO 存储器/IO 端口访问信号。（18）WR 写信号。三态输出，低电平有效，表示当前 CPU正在写存储器或 IO 端口。（19）HOLD 总线请求信号。由外部输入、高电平有效。表示有其他共享总线的处理器/控制 器向 CPU请求
10、使用总线。（20）HLDA 总线请求响应信号。向外部输出，高电平有效。CPU 一旦测试到有 HOLD 请求，就在当前总线周期结束后，使 HLDA 有效，表示响应这一总线请求，并立即让出总线使用权。在 不要求使用总线的情况下，CPU 中指令执行部件可继续工作。HOLD 变为无效后，CPU 也将 HLDA 置成无效，并收回对总线的使用权，继续操作。3.2 8255A 芯片的工作原理 8255 是 Intel 公司生产的可编程并行 I/O 接口芯片，有 3 个 8 位并行 I/O 口。具有 3 个通道 3 种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。825
11、5 可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的 3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口 A、B、C口。由于 8255可编程,所以必须具有逻辑 控制部分，因而 8255内部结构分为 3个部分：与 CPU 连接部分、与外设连接部分、控制部分。1）与 CPU 连接部分 根据定义，8255 能并行传送 8 位数据，所以其数据线为 8 根 D0 D7。由于 8255 具有 3 个 通道 A、B、C，所以只要两根地址线就能寻址 A、B、C 口及控制寄存器，故地址线为两根 A0 A1。此外 CPU要对 8255进行读、
12、写与片选操作，所以控制线为片选、复位、读、写信号。各信 号的引脚编号如下：（1）数据总线 DB：编号为 D0D7，用于 8255与CPU传送 8位数据。（2）地址总线 AB：编号为 A0 A1，用于选择 A、B、C 口与控制寄存器。（3）控制总线 CB：片选信号、复位信号 RST、写信号、读信号。当 CPU 要对 8255 进行读、写操作时，必须先向 8255 发片选信号选中 8255 芯片，然后发读信号或写信号对 8255 进行读或 写数据的操作。2）与外设接口部分 根据定义，8255有 3 个通道 A、B、C与外设连接，每个通道又有 8 根线与外设连接，所以 8255 可以用 24 根线与
13、外设连接，若进行开关量控制，则 8255 可同时控制 24 路开关。各通道的 引脚编号如下：1）A 口：编号为 PA0PA7，用于 8255 向外设输入输出 8 位并行数据。（2）B 口：编号为 PB0PB7，用于 8255向外设输入输出 8 位并行数据。（3）C 口：编号为 PC0PC7，用于 8255向外设输入输出 8位并行数据，当 8255 工作于应 答 I/O 方式时，C 口用于应答信号的通信。3）控制器部分 8255将 3个通道分为两组，即 PA0PA7与PC4PC7组成 A 组，PB0PB7与 PC0PC3 组成 B组。如图 7.5所示，相应的控制器也分为 A组控制器与 B组控制器
14、，各组控制器的作用如 下：（1）A 组控制器：控制 A 口与上 C 口的输入与输出。（2）B 组控制器：控制 B 口与下 C 口的输入与输出。引脚功能:RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清 除，所有 I/O 口均被置成输入方式。CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0 时,表示芯片被选中，允许 8255 与 CPU 进行通讯;/CS=1 时,8255 无法与 CPU 做数据传输.RD:读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD 产生一个低脉冲且/CS=0 时,允许 8255 通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即
15、 CPU 从 8255 读取信息或数据。WR:写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR 产生一个低脉冲且/CS=0 时,允许 CPU 将数据或控制字写入 8255。D0D7:三态双向数据总线，8255与 CPU数据传送的通道，当 CPU执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。8255 具有 3 个相互独立的输入/输出通道端口，用+5V 单电源供电，能在以下三种方式下工 作。方式 0基本输入输出方式；方式 1选通输入/出方式；方式 2双向 选通输入/输出方式；PA0PA7:端口 A 输入输出线，一个 8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个 8
16、位的数据输入锁 存器。工作于三种方式中的任何一种；PB0PB7:端口 B 输入输出线，一个 8位的 I/O 锁存器，一个 8 位的输入输出缓冲器。不能 工作于方式二；PC0PC7:端口 C 输入输出线，一个 8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个 8位的数据输入缓 冲器。端口 C可以通过工作方式设定而分成 2个4位的端口，每个 4位的端口包含一个 4位的锁 存器，分别与端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。不能工作 于方式一或二。A1,A0:地址选择线,用来选择 8255 的 PA 口,PB 口,PC 口和控制寄存器。当 A1=0,A0=0 时,PA 口被选择；当
17、A1=0,A0=1 时,PB 口被选择；当 A1=1,A0=0 时,PC 口被选择；当 A1=1，A0=1 时,控制寄存器被选择。3.3 多位数码管的工作原理 led 数码管由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只 需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数 点就是 8 个。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 dp 不亮。L
18、ED 数码管有一般 亮和超亮等不同之分，也有 0.5 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光 二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的 管压降为 1.8V 左右，电流不超过 30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共 阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用 LED 数码管 显示的数字和字符是 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。LED 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数 字，因此根据 LED 数码管的驱动方式的不
19、同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口 进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显 示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 5 8=40 根 I/O 端口来驱 动，要知道一个 89S51 单片机可用的 I/O 端口才 32 个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱 动，增加了硬件电路的复杂性。动态显示 LED 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有 数码管的 8 个显示笔划 的同名端连在一
20、起，另外为每个数码管的公共极 COM 增 加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流 受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1 2ms，由于人的 视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速 度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是 一样的，能够节省大量的 I/
21、O 端口，而且功耗更低。3.4 74LS273 芯片简介 74LS273 是 8 位数据锁存器。主要用于数码管、按键等等的控制，其真值表如下：表 1 74LS273 真值表 DN LE OE ON H H L H L H L L L L Q0 H Z 芯片管脚图如下：图 1 74LS273 引脚图 U2 的功能是实现 AD0.7 的锁存，由于 8086 CPU 的总线是地址/数据复用总线，因此需要在 传送地址信号的时候，将数据信号锁存起来，即将数据信号锁存在 74273 触发器中，待地址传送 完毕后再按需要将数据信号输出。3.5 系统电路图设计 系统总电路图如下图所示：图 2 系统总电路图 8
22、086 最小系统原理图如下所示:图 3 8086 最小系统原理图 8086最小系统由 Intel 8086微处理器、74273 TTL 带公共时钟复位八 D触发器、以及 74154 TTL 4 线 16 线译码器等组成。8086 有 20 位地址线，其中高 4 位 A19-A16 与状态线 S6-S3 分时复用，低 16 位 AD15-AD0 与数据线分时复用。在总线周期的 T1 时将地址送出后，就必须用锁存器将它们锁存起来，以便 在 T2 及以后搞死位地址线改为状态输出，低 16 位地址线该做数据线使用。另外，表明八位数据 线是否起作用的数据总线允许信号是与状态线 S7 分时复用的，故也需要
23、锁存。21 条线需采用 3 片 8 位地址锁存器，这里采用 74273。与外围硬件电路的连接的 I/O 部分由 4 线-16 线译码器 74154 组成，用来分配 I/O 硬件地址。4 系统软件部分设计 4.1 定义 8255 的工作方式 MOV DX,KZ_8255 MOV AL,10001011B OUT DX,AL 4.2 定义 8253 的工作方式以及时间分频 MOV DX,KZ_8253 MOV AL,00110111B OUT DX,AL MOV DX,DSQ0_8253 MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AL,10H OUT DX,AL 4.3 中断服务程序 DE
24、C MIAO CMP MIAO,-01D JZ TINGZHI JZHONGDUAN:JMP DISPLAY 5 系统仿真过程与结果 5.1 系统调试 将编写好的汇编语言源程序在 Tangdu 软件中进行汇编、连接生成可执行文件，并将其载入 到 8086 芯片进行仿真。倒计时数码管显示 8 如图 5-1 倒计时 8 倒计时数码管显示 4 如图 5-2 倒计时 4 图 5-2 倒计时 4 倒计时结束，数码管显示 0，如 图 5-3 倒计时 0图 5-1 倒计时 8 图 5-3 倒计时 0 通过以上的调试过程和仿真调试结果可知，所设计的电路和所编写的程序满足实验要求。6 结论 本次课程设计是要设计
25、一个 LED 数码管倒计时系统，主要功能如上已有细述。在本次对 LED 数码管倒计时系统的设计过程中以此来加深对微机接口技术的理解，提高了自己的动手能力。首 先着手对硬件电路的设计，本次课程设计主要采用了 8255A 接口电路。由于对各个芯片不熟悉，通过课本了解到了它们的引脚及功能、工作方式、内部结构和控制字。然后就是对程序的设计，想要设计出一个实用的控制系统需要了解程序流程，先画出了流程图，然后对代码进行编写，在 编写过程中遇到了很多问题，对芯片的不了解也导致编程的很多的问题。最后经过一段时间的研 究，查阅了很多资料并和同学讨论后终于一一解决。经过为期一个星期的课程设计，我获益颇多。将微机接
26、口技术中的理论与实践相结合起来，对芯片的功能也有了进一步认识理解。最后希望通过以后的学习，不断提升自身各方面的能力，如对专业知识的掌握程度，动手实践能力等。经过此次的课程设计，我们学会了合作。我们要形 成自己的设计思想，以便在今后的专业课形成自己的风格。同时在多多锻炼自己的动手能力，以 便在以后的工作能独立完成一些设计项目。附件：源程序及其说明 AK_8255 EQU 11100000B 定片选 CS0 KZ_8255 EQU 11100110B KZ_8253 EQU 11110110B 器 0 初值 DSQ0_8253 EQU 11110000B DSEG SEGMENT;自定义数据段 P
27、IANYI DW 0000H JIZHI DW 0000H MIAO DB 09D TABLEDU DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH DSEG ENDS CSEG SEGMENT ASSUME CS:CSEG,DS:DSEG;定义各段分别用哪个寄存器寻址 START:MOV AX,DSEG;初始化 MOV DS,AX CLI;关中断 ;设置 1时间 MOV DX,KZ_8255;8255 写控制字 MOV AL,10001011B OUT DX,AL;8255,A 口为方式 0 输出，B、C 口暂时不使用 为输入 MOV DX,KZ_8253
28、 MOV AL,00110111B;定时器 0，16 位读写，方式 3，十进制 OUT DX,AL MOV DX,DSQ0_8253;分频 1000 倍 MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AL,10H;定义 A 口和控制字端口，高四位决;定义定时器 8253 控制字端口，定时 OUT DX,AL MOV PIANYI,OFFSET ZHONGDUAN MOV JIZHI,SEG ZHONGDUAN MOV AX,00H MOV ES,AX MOV BX,08H 02 MOV AX,PIANYI MOV ES:BX,AX MOV AX,JIZHI MOV ES:BX+2,AX;初
29、始化中断服务函数;中断号 02H*4 送到 BX，NMI 非可屏蔽中断号;中断服务偏移值给 AX;装入偏移地址;装入段基址 MOV DX,AK_8255 LEA BX,TABLEDU;数码管显示初始化 至 BX 寄存器中，然后将待查字节与其在表格中距表首地址位移量送;应将 TABLE 先送 AL,执行 XLAT 将使 待查内容送到累加器 DISPLAY:MOV AL,MIAO 一个字节内容送到 AL 累加器中 XLAT OUT DX,AL;把待查表格的 MOV CX,30D 以直接延时 W10MS:LOOP W10MS;经过测试，此处调用函数，无法正常显示，所;数码管每次赋值的延时 JMP DISPLAY;程序在此进行死循环 TINGZHI:MOV MIAO,00D JMP JZHONGDUAN;返回中断函数 ZHONGDUAN PROC 堆栈进行现场保护和还原现场，会出现无法正常使用的问题 DEC MIAO CMP MIAO,-01D JZ TINGZHI JZHONGDUAN:JMP DISPLAY;中断返回,经过测试使用 IRET 会出现无法返 回的问题，用跳转指令 JMP 代替，可正常使用，虽然不规范 ZHONGDUAN ENDP CSEG ENDS END START;中断服务函数，经过测试，内部使用