微機課程設(shè)計--搶答計時器

1、東南大學(xué)自動化學(xué)院微機實驗及課程設(shè)計專業(yè)綜合設(shè)計報告姓 名： XXX 學(xué) 號： xxxxxxxx 專 業(yè)： XXX 實 驗 室： 516 組 別： 同組人員： XXX 設(shè)計時間： 2011年 9月 19日 2011年 10月 17日評定成績： 審閱教師： 目 錄一專業(yè)綜合設(shè)計的目的與要求2二原理設(shè)計3三方案論證4四方案實現(xiàn)與測試8五分析與總結(jié)9附錄11一. 專業(yè)綜合設(shè)計的目的與要求1、課程設(shè)計目的（1）深入理解與運用匯編語言進行程序設(shè)計，加強對指令的靈活調(diào)用，以完成特定的課程設(shè)計課題要求；（2）將匯編程序設(shè)計與微機接口的連接相結(jié)合，從硬件角度深入理解與運用8255的并行輸入輸出功能；（3）通過

2、對實際應(yīng)用中的問題分析解剖，細(xì)化為一個個小功能，分別構(gòu)造微機實驗的模型。（4）加強團隊內(nèi)部隊員交流、合作的能力，增強合作意識。2、課程設(shè)計的指標(biāo)和要求搶答反應(yīng)測試儀1）基本要求 (難度系數(shù)1.0)設(shè)計一個用于智力競賽的搶答計時器，同時能測試人的反應(yīng)時間。按啟動鈕，測試開始，2 個八段碼倒計時開始（如從10 秒或20 秒倒計時），在隨機時間的內(nèi)點亮搶答允許燈，參賽雙方（或三方）分別按各自的搶答按鈕參與搶答。一旦其中一位按下按鈕，相應(yīng)的LED 顯示燈亮并響“嘟”的一聲，此時若其它按鈕按下均無效。若一直計數(shù)到零，無一人按下按鈕，則搶答結(jié)束（以后再按搶答鈕無效）。按測試鈕，在PC 機上顯示反應(yīng)時間XX

3、.XX 秒。要求：（1） 編制1 個隨機數(shù)產(chǎn)生子程序，由隨機數(shù)決定從按啟動鈕到點亮搶答允許燈的時間（如在3 秒15 秒之間內(nèi)任意變動），使被測試者對LED 亮的時間無法預(yù)見，以確保測試結(jié)果的可信；（2） 必須在見到LED 亮后按測試鈕才有效，即一直按著按鈕或提前按下按鈕無效；（3） 反應(yīng)時間顯示XX.XX 秒，準(zhǔn)確到百分之一秒。2）設(shè)計提示（1） 為確保從每次按啟動按鈕到LED 亮?xí)r間是不同的（真正隨機變化的），一開始可隨機讀取某100個RAM 單元值求和作為初始值，以后由測試到的反應(yīng)時間作為下一個隨機初始值；（2） 搶答允許燈亮后立即檢測搶答按鈕狀態(tài)，若未按下有效（若已按下無效），然后不斷掃

4、描按鈕狀態(tài)，直到有按下代表“響應(yīng)”動作。3）進一步設(shè)計要求（1）用88 點陣顯示反應(yīng)時間XX.XX 秒（用紅色代表秒, 綠色代表0.01 秒，交替顯示）；（2）在倒計時過程中附音樂伴奏；（3）增加測試功能，測試人對不同事物的反應(yīng)（響應(yīng)）時間。功能要求：按啟動鈕，測試開始，一旦紅燈亮，立即按紅燈測試鈕，一旦綠燈亮，立即按綠燈測試鈕，但黃燈亮為干擾。若按錯鈕，則顯示出錯并響“嘟”一聲。編制2 個隨機數(shù)產(chǎn)生子程序，一個決定從按啟動鈕到LED 亮的時間，另一個決定亮何種顏色燈。二. 原理設(shè)計實驗主要使用到8253和8255兩塊芯片。1、主體設(shè)計輸入為一系列開關(guān)量和時鐘，輸出為數(shù)碼管的7段碼和LED顯示

5、以及計算機屏幕信息。本次實驗使用8253和8255來實現(xiàn)搶答的功能，并且來測試選手的反應(yīng)時間。數(shù)碼管用于倒計時，LED燈來顯示允許搶答以及選手對應(yīng)的搶答燈，乒乓按鈕則用于主持人的各種操作和兩位選手的搶答。2、隨機數(shù)的產(chǎn)生為了使測試者對LED亮的時間無法預(yù)見，確保測試結(jié)果的可信性，程序使用隨機數(shù)（在3 秒15 秒之間內(nèi)任意變動）來確定按下啟動鈕到點亮搶答允許燈的時間。為確保從每次按啟動按鈕到LED 亮?xí)r間是不同的（真正隨機變化的），一開始可隨機讀取某100個RAM 單元值求和作為初始值，以后由測試到的反應(yīng)時間作為下一個隨機初始值。3、倒計時倒計時從20S開始，程序使用面板上的1MHZ脈沖，利用8

6、253進行 10000分頻得到0.01S的基本計數(shù)脈沖，然后利用計數(shù)器計數(shù)，例如計到N個脈沖，則反應(yīng)時間為（2000-N）*0.01S，取前兩位用于數(shù)碼管顯示倒計時，單位為S。4、數(shù)碼管顯示倒計時預(yù)置數(shù)碼管斷碼：LED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;共陰七段碼由于倒計時需使用兩位數(shù)碼管，故程序中將實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示，電路參考實驗書中的動態(tài)顯示模塊，通過8255的輸出口C口的C0、C1控制數(shù)碼管的亮滅，將計數(shù)得到的整數(shù)時間逐個顯示出來。5、PC機顯示反應(yīng)時間在檢測到測試牛按下后調(diào)用存在某內(nèi)存中的反應(yīng)時間進行顯示即可。主持人按下?lián)尨鹪试S鍵

7、則數(shù)碼管開始從20倒計時，一段隨機時間后，搶答允許燈亮，開始搶答，搶答到的選手對應(yīng)的搶答燈亮，并且其他人不可以再做搶答。這是主持人再按下讀數(shù)按鈕，則在PC機上顯示該選手的反應(yīng)時間。三. 方案論證1、系統(tǒng)實現(xiàn)硬件電路圖連接如圖2所示圖2 硬件連線圖8255設(shè)置為A口輸入，BC口輸出工作方式，A口檢測按鍵狀態(tài)。倒計時采用8253三個計數(shù)器級聯(lián)方式，計數(shù)器0接實驗箱上1MHZ脈沖，從計數(shù)器2的OUT端口輸出1HZ時鐘，設(shè)其初值為20，則從20開始倒計時，從而用硬件實現(xiàn)倒計時功能。2、程序流程圖圖1 程序流程圖3、重要模塊（1）倒計時 8253的計數(shù)器0接實驗箱上1MHZ脈沖，設(shè)初值為1000，工作方

8、式為2，OUT0產(chǎn)生頻率1KHZ低脈沖；OUT0接計數(shù)器1時鐘端，初值設(shè)為1000，工作方式為2，OUT1產(chǎn)生頻率為1HZ的第脈沖，所以計數(shù)器1表示倒計時MS；OUT1接計數(shù)器2時鐘端，初值設(shè)為20，工作方式設(shè)為2，實現(xiàn)20秒倒計時功能。 MOV DX , P8253M ; 8253初始化 MOV AL , 00111100B ;8253 CNT0=10000 方式2 B OUT DX , ALMOVAX , 1000 ;賦初值 MOV DX , P8253A OUT DX , AL MOVAL , AH OUTDX , AL MOV DX , P8253M MOV AL , 01011101

9、B ; CNT1=100 方式2 OUT DX , ALMOVAL , 1000 MOV DX , P8253B OUT DX , AL MOV DX , P8253M MOV AL , 10011101B ; CNT2=20 方式2 D OUT DX , ALMOVAL , 20H ;數(shù)碼管顯示初值為20 MOV DX , P8253C OUT DX , AL（2）隨機數(shù)產(chǎn)生為確保從每次按啟動鍵到LED燈點亮的時間是不同的，一開始可隨機讀取某100個RAM單元值求和作為初始值，這可以通過設(shè)置一個RANDOM變量，在程序初始化部分調(diào)用隨機數(shù)產(chǎn)生子程序RAND給其賦值實現(xiàn)：PRORAND PRO

10、CPUSH CXPUSH SIMOV CX , 100MOV SI , 34HADDR: XOR AL,ALMOV AL , SIADDRANDOM , ALINC SILOOPADDRAND RANDOM 07HPOPSIPOPCXRETPRORAND ENDP（3）反應(yīng)時間的計算在點亮搶答允許燈前提取當(dāng)前時間，記錄為START_S , START_MS 。在檢測到有選手搶答后，再次提取當(dāng)前時間，記錄為END_S，END_MS。兩次相減，考慮邊界條件，則得到反應(yīng)時間 REACT_S，REACT_MS。按測試鍵，再將反應(yīng)時間顯示在屏幕上。;取當(dāng)前時間MOVDX , P8253CINAL ,DX

11、MOVAH , ALMOVC_TIME , AL AND AL , 0FH MOVLEDL , AL MOVCL , 4RORAH , CLANDAH , 0FHMOVLEDH , AH;DOS功能調(diào)用取點亮搶答燈時的精確時間 用于計算反應(yīng)時間PUSH CX PUSH DX MOVAH , 2CH INT21H MOVSTART_S , DHMOVSTART_MS , DLPOPDX POPCX;計算反應(yīng)時間MOVAL,END_S MOVREACT_S , ALMOVAL , START_SSUBREACT_S , ALMOVAL,END_MSMOV REACT_MS , ALADD REAC

12、T_MS , 100DEC REACT_SMOVAL , START_MSSUBREACT_MS , ALCMP REACT_MS , 100JL NDEALSUBREACT_MS , 100INC REACT_S（4）搶答時“嘟”的響聲INT 21H的功能號02H 功能描述：響鈴。入口參數(shù)：AH02H。通過DL輸入ASCII碼為07。本程序用這個中斷響鈴。MOV DL,7 ;響鈴 ASCII碼為07MOV AH,2INT 21H（5）使搶答按鍵在搶答允許燈亮后按下才有效設(shè)置ENABLEA、ENABLEB變量表示選手有無搶答，如果搶答則屏蔽其答題信息。首先在搶答允許燈亮之前使其值賦0。在點亮搶

13、答燈后立即（下一行程序）檢測按鍵狀態(tài)，如果此時A鍵為1，則說明A提前按鍵了，跳過檢測B,否則使其賦1，表示沒有提前按鍵。同理檢測B有無提前。在檢測A、B誰先搶答前，要先判斷對應(yīng)的ENABLE值，如果為1，則繼續(xù)檢測A鍵是否為1，否則跳過再次循環(huán)檢測。四. 方案實現(xiàn)與測試調(diào)試分硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，在實驗時，應(yīng)先進行硬件調(diào)試，確保試驗箱、各個芯片、連線均完好，在進行軟件調(diào)試。硬件調(diào)試可通過一個簡單的方法進行:選取一個以前實驗調(diào)試好的標(biāo)準(zhǔn)程序運行，所選程序要用到本次試驗用到的各個部件（8255各口,8253各口，280和288口），觀察運行結(jié)果是否正常，如果正確，基本上說明硬件完好。也可DEBUG相

14、關(guān)指令測試各個部件。軟件調(diào)試可以使用TD單步跟蹤，但是在前期這樣很浪費時間，前期最好分模塊進行調(diào)試，將每個小功能分別寫成一個程序，一個一個調(diào)試，調(diào)試小程序較為簡單。確保每個模塊均能實現(xiàn)相應(yīng)功能的前提下，用“滾雪球”的方式，將他們拼起來。在調(diào)試拼接程序時盡量不要改每個模塊內(nèi)部代碼，因為最有可能的問題是時序和跳轉(zhuǎn)關(guān)系的問題。如果還是有問題，就可以用TD跟蹤。測試方案及結(jié)果如下表所示：測試方案實驗結(jié)果主持人按搶答允許（START）數(shù)碼管開始倒計時, 倒計時至系統(tǒng)產(chǎn)生的一個隨機數(shù)，搶答允許燈亮選手搶答搶答燈亮，并響“嘟”的一聲主持人按下讀數(shù)件PC機顯示反應(yīng)時間主持人按復(fù)位鍵開始新一輪的搶答按ESC退出

15、搶答狀態(tài)由上面的測試方案及結(jié)果可得：設(shè)計的程序符合課程設(shè)計的要求。五分析與總結(jié)1、分析這個實驗僅完成了基礎(chǔ)實驗的部分，還可以通過改進實現(xiàn)更多的功能。但是由于時間的問題就沒能完成進一步設(shè)計要求。時候?qū)嶒炛荒苓M行一次搶答，通過做了一些其它的修改終于可以進行多次搶答。由于程序框架設(shè)計的問題，程序的跳轉(zhuǎn)關(guān)系看起來有一些混亂。雖然，我僅僅完成了實驗的基本要求，但是，我覺得自己已經(jīng)學(xué)到了很多。2、總結(jié)這個課程設(shè)計實驗的驗收，意味著微機系統(tǒng)與接口這門課程的結(jié)束。通過這門課程的學(xué)習(xí)，我對硬件設(shè)計有了一個較為系統(tǒng)的認(rèn)識。而實驗課程的安排則讓我們對抽象理論知識有了一個更為直觀的認(rèn)識，也幫助我們加深了對這門課程的理

16、解。之前的小實驗我們緊緊是完成一些簡單的輸入輸出、中斷、一些芯片的使用、A/D及D/A轉(zhuǎn)換等待，而這次實驗將以前的小實驗結(jié)合并且加以修改，則實現(xiàn)了許多可以在現(xiàn)實生活中應(yīng)用的程序。雖然實驗的過程中遇到了一些問題，很多從未見過的問題都不知道該怎么解決，但是通過查閱書籍與其他同學(xué)的交流，最終還是克服了這些問題，完成了這個實驗。程序并不完美，還有許多可以加以修改的地方，但是在實驗的過程中學(xué)到了很多知識，并且弄明白了一些以前一直并不十分理解的問題。并且，通過本次設(shè)計實驗，我基本掌握了軟硬件調(diào)試問題，從硬件角度深入理解與運用8255的并行輸入輸出功能。同時這次課程設(shè)計也讓我體會到團隊合作的重要性和在已有的

17、學(xué)習(xí)實驗任務(wù)重的情況下如何合理安排時間和協(xié)調(diào)組員工作進度的重要性?？傊?，這次綜合設(shè)計實驗讓我收獲很多。參考書目：1 楊素行微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用，北京，清華大學(xué)出版社，2004年2 微機實驗及課程設(shè)計教程（試用版3.0），東南大學(xué)微機系統(tǒng)與接口課程組，2010年3月附錄DATA SEGMENTMESS1 DB *,0AH,0DH DB * QIANG DA QI *,0AH,0DH DB * 08009313 08009303 *,0AH,0DH DB * DU CONGYUAN WO YINGGE *,0AH,0DH DB *,0AH,0DH,$IOPORT EQU 0EC00H-280H

18、P8255A EQU IOPORT+288H;開關(guān)輸入P8255B EQUIOPORT+289HP8255CEQU IOPORT+28AHP8255M EQUIOPORT+28BHIO0832 EQU IOPORT+298HP8253AEQUIOPORT+280HP8253B EQUIOPORT+281HP8253C EQUIOPORT+282HP8253M EQUIOPORT+283HLED7EQUIOPORT+289H ;接數(shù)碼管七段輸入LED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;共陰七段碼START_S DB ?START_MS DB?

19、END_SDB?END_MSDB?REACT_S DB 0REACT_MS DB ?LEDHDB?LEDLDB?RANDOMDB0 C_TIMEDB?ENABLEADB?ENABLEBDB?DATA ENDSSTACKSSEGMENT STACKDB100 DUP(?)STACKSENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE , DS:DATA,SS:STACKSSTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV ES,AX MOV AH,09H MOV DX,OFFSET MESS1 ;顯示提示信息 INT 21H MOV AX , DATA MOV DS ,

20、AX MOV AX , STACKS MOVSS , AX MOVDX , P8255M ;8255初始化 MOV AL , 90H ;初始化8255控制字 A口輸入，B、C輸出 OUT DX , AL MOV DX , P8253M ;8253初始化 MOV AL , 00111100B ;8253 CNT0=10000 方式2 B OUT DX , ALMOVAX , 10000;賦初值 MOV DX , P8253A OUT DX , AL MOVAL , AH OUTDX , AL MOV DX , P8253M MOV AL , 01011101B ;8253 CNT1=100 方式

21、2 D OUT DX , ALMOVAL , 100 MOV DX , P8253B OUT DX , AL MOV DX , P8253M MOV AL , 10011101B ;8253 CNT2=20 方式2 D OUT DX , ALMOVAL , 20H MOV DX , P8253C OUT DX , AL CALL PRORAND ;產(chǎn)生初始隨機數(shù)WAIT_FOR_START : MOVAL , 00000110B MOVDX , P8255M OUTDX , ALMOVAL , 00001000B MOVDX , P8255M OUTDX , ALMOVAL , 0000110

22、0B MOVDX , P8255M OUTDX , ALMOVAL , 00001010B MOVDX , P8255M OUTDX , AL MOVAL , 0;7段LED滅 MOVDX , LED7 OUTDX , AL MOVAL , 00000100B MOVDX , P8255M OUTDX , AL;關(guān)斷7段MOVAL , 00000000B; 數(shù)字低位MOVDX , P8255M OUTDX , ALMOVAL , 00000010B ;數(shù)字高位MOVDX , P8255M OUTDX , AL MOV DX , P8255A IN AL , DX TEST AL , 01H ;

23、判斷主持人開關(guān)是復(fù)位還是啟動 JZ WAIT_FOR_START ;按下啟動鈕MOVAL , 00000111B MOVDX , P8255M OUTDX , AL;開始計數(shù);C2-GATE0,1,2MOVAL , 00000101B MOVDX , P8255M OUTDX , ALSTART_GAME : MOV DX , P8255A IN AL , DX TEST AL , 01H ;判斷主持人開關(guān)是復(fù)位還是啟動JZ WAIT_FOR_START;按下啟動鈕取當(dāng)前時間MOVDX , P8253CINAL ,DXMOVAH , ALMOVC_TIME , AL AND AL , 0FH

24、MOVLEDL , AL MOVCL , 4RORAH , CLANDAH , 0FHMOVLEDH , AH ;動態(tài)顯示7段MOV BL , LEDHMOV BH , 0LEA SI , LEDADD SI , BXMOV AL , BYTE PTR SIMOV DX , LED7OUT DX , AL;開啟CS0MOVAL , 0000001B MOVDX , P8255M OUTDX , ALCALLDELAY;延時一點 ;關(guān)閉CS0MOVAL , 00000000B MOVDX , P8255M OUTDX , ALMOV BL , LEDLMOV BH , 0LEA SI , LED

25、ADD SI , BXMOV AL , BYTE PTR SIMOV DX , LED7OUT DX , AL ;開啟CS1MOVAL , 00000011B MOVDX , P8255M OUTDX , ALCALLDELAY;延時一點;關(guān)閉CS1MOVAL , 00000010B MOVDX , P8255M OUTDX , AL MOVENABLEA , 0 ;屏蔽先搶答行為 MOVENABLEB , 0 MOVBL , C_TIME SUB BL , 20NEG BL ;求 20-BL MOVDL , RANDOM CMPBL , DL ;是否到了點亮搶答燈的時間 JGLIGHT1 J

26、MPSTART_GAME LIGHT1: PUSH CX ;DOS功能調(diào)用取點亮搶答燈時的精確時間 用于計算反應(yīng)時間 PUSH DX MOVAH , 2CH INT21H MOVSTART_S , DH MOVSTART_MS , DL POPDX POPCXLIGHT:MOVAL , 00001001B MOVDX , P8255M OUTDX , ALMOVDX , P8255A ;檢測開關(guān)狀態(tài)INAL , DX TESTAL , 01000000B;如果燈亮的時候是沒有按下就開啟搶答使能JNZNEXT1MOVENABLEA , 1NEXT1: TESTAL , 00100000B JNZ

27、NEXT2MOVENABLEB , 1NEXT2:CMPENABLEA , 1;如果搶答使能而且按下了搶答鍵JNENEXTBTEST AL , 01000000BJZNEXTBMOVAL , 00001101B ;點亮A搶答燈MOVDX , P8255M OUTDX , AL MOV DL,7 ;響鈴 ASCII碼為07MOV AH,2INT 21HJMPQUITNEXTB:CMPENABLEB , 1JNENEXT;B搶到了，亮L7TEST AL , 00100000BJZNEXTMOVAL , 00001111B ;點亮B搶答燈MOVDX , P8255M OUTDX , AL MOV D

28、L,7 ;響鈴 ASCII碼為07MOV AH,2INT 21HJMPQUITSKIP1: JMP WAIT_FOR_START;跳板NEXT:;A、B都搶答無效或A、B都沒搶答 MOV DX , P8255A IN AL , DX TEST AL , 01H ;判斷主持人開關(guān)是復(fù)位還是啟動 JZ SKIP1;取當(dāng)前時間MOVDX , P8253CINAL ,DXMOVAH , ALMOVC_TIME , AL AND AL , 0FH MOVLEDL , AL MOVCL , 4RORAH , CLANDAH , 0FHMOVLEDH , AH ;7段燈掃描不能停止MOV BL , LEDH

29、MOV BH , 0LEA SI , LEDADD SI , BXMOV AL , BYTE PTR SIMOV DX , LED7OUT DX , AL;開啟CS0MOVAL , 0000001B MOVDX , P8255M OUTDX , ALCALLDELAY;延時一點 ;關(guān)閉CS0MOVAL , 00000000B MOVDX , P8255M OUTDX , ALMOV BL , LEDLMOV BH , 0LEA SI , LEDADD SI , BXMOV AL , BYTE PTR SIMOV DX , LED7OUT DX , AL ;開啟CS1MOVAL , 000000

30、11B MOVDX , P8255M OUTDX , ALCALLDELAY;延時一點;關(guān)閉CS1MOVAL , 00000010B MOVDX , P8255M OUTDX , ALJMPLIGHT;繼續(xù)檢測按鍵，是否有人搶答QUIT:PUSH CX PUSHDX MOVAH , 2CH INT21H MOVEND_S , DHMOVEND_MS , DLPOPDX POPCXMOV AL,END_S ;計算反應(yīng)時間MOV REACT_S , ALMOV AL , START_SSUB REACT_S , ALMOV AL,END_MSMOV REACT_MS , ALADD REACT_MS , 100DEC REACT_SMOV AL , START_MSSUB REACT_MS , ALCMP REACT_MS , 100JL NDEALSUB REACT_MS , 100INC REACT_SNDEAL:MOVDX , P8