可任意启动停止的电子秒表的设计

可任意启动/停止的电子秒表的设计

一、课程设计目的和任务

<<微机原理与接口技术>>是一门实践性很强的电子信息工程专业的技术基础课程。因此，微机接口课程设计是一项实践性很强的实训环节，结合运用所学的汇编语言及8086微处理芯片设计一个电子秒表，通过实践能够加深对汇编语言的理解以及对8086微处理器、8253可编程定时器、8259A可编程中断控制器、8255A可编程并行I/O接口芯片等的基本功能的认识。从而在设计过程中，提高学生的实践编程能力和硬件设计能力。也可以进一步巩固和融会贯通所学的汇编语言，并且可以培养学生查找资料的能力和自己分析问题解决问题的能力。

本实验利用8253可编程定时器等芯片的定时和记数的原理，结合实验箱上的集成电路芯片8086、LED数码管以及实验箱上的按键来设计秒表。将软、硬件有机地结合起来，要求实现计时单位为1/100秒，利用功能键进行启/停控制，上电后计时器清0，当第一次按下KEY1启/停键时开始计数，按一下KEY2键清零，重新开始计时，在系统能够正确地进行计时，使6位LED 数码管能够正确地显示时间。

二、分析与设计

1．设计任务分析：

可任意启动/停止的电子秒表的实现用按键中断来控制整个程序，当按一下KEY1启动电子秒表，再按一下暂停，按一下KEY2键清零，用六个七段数码管显示时间。整个程序涉及到8255、8253和8259三个芯片。给8253的CLK0提供一个频率为10KHZ的时钟信号， 8253的OUT0连接8259的IRQ7，8253的GATE2连接正5伏电压，采用计数器0每隔0.01秒产生一次中断并且计数，写入以偏移地址4000H开始的6个内存单元，然后利用8255将内存单元的数据输出到七段数码管。由于按键中断优先于8259的7号中断，所以程序只有在按一下KEY1才启动电子秒表，再按一下暂停，按一下KEY2键清零，如果超出了60分，整个程序自动重新开始。

2．设计方案论证：

根据课程设计的要求和我们所要增加的功能写好程序流程图，在程序流程图的基础上，结合芯片的功能写出相应的程序。然后再进行程序调试和相应的修改，以达到能够实现所要求实现的功能的目的。

在微机原理定汇编调试软件上编辑源程序，并进行汇编，在汇编成功无误后，选择端口进行调试，然后装入程序，至此，本次设计的软件工作准备完毕。再根据硬件原理设计图完成各芯片之间的连接，打开实验箱电源开关总体进行调试。

在整个实验过程中，在8253可编程定时器CLK端输出管脚处接上一个计数的频率为10KHZ 的时钟信号，由8253定时/计数器产生0.01秒的中断并进行计数，可编程并行I/O接口芯片8255A将偏移地址写入内存单元，进中断更新数据，然后将内存数据送给LED数码管显示。定时器中断就是定义初值，然后开中断，剩下的就在中断里写了。保存数据段后，取中断程序入口地址，定义可编程中断控制器8259中断7中断矢量，读8259中断屏蔽字，开8259中断7，

逻辑电路连接LED灯的各个控制输入端。

3．硬件设计：

（1）8086（16位微处理器）

8086CPU的工作电源为单一5V, 它的外部数据总线为16位，地址线为

20根，故寻址的地址空间为1MB。8086具有一个功能相对完善的指令系统，

能对各种类型的数据进行处理。它可以在两种不同的模式下工作，即最大工

作模式和最小工作模式。所谓最小模式，就是微型计算机系统中只有8086

或8088一个微处理器，在这个系统，所有的总线控制信号直接由CPU提供。

最大模式就是微型计算机系统中包含有两个或多个微处理器，其中一个主处

理器是8086或8088微处理器，其他处理器称为协处理器，它们协助主处理

器工作。

（2）8253（可编程定时器/计数器）

首先此设计中选用工作方式2，用输出指令向控制寄存器写入

一个控制字，用输出指令向选中的计数器端口地址写入一个计数初

值，然后，定时/计数器按控制字要求计数。计数从“计数初始值”

开始，每当CLK信号出现一次，计数值减1，当计数值减为0时，

从OUT端输出一个低电平（具体形式与工作模式有关）。当CLK信号

出现时，计数值是否减1（即是否计数），一般，仅当GATE有效时，

才减1.门控信号GATE如何影响计数操作，以及输出端OUT在各种

情况下输出的信号形式与定时/计数器的工作模式有关。

（3）8255A（可编程并行I/O接口芯片）

8255A可为86系列CPU与外部设备之间提供并行输入/输

出的通道。由于它是可编程的，可以通过软件来设置芯片的

工作方式。

在输入过程中，输入设备把数据送给接口，并且使状态线

“输入准备好”有效。接口把数据存放在“输入缓冲寄存器”

中，同时使“输入回答”线有效，作为对外设的响应。外设

在收到这个回答信号后，就撤消数据和“输入准备好”信号。

数据到达接口中后，接口会在“状态寄存器”中设置输入准

备好标志，或者向CPU发一个中断请求。CPU可用查询方式或

中断方式从接口中读取数据。接口中的数据被读取后，接口

会自动清除状态寄存器中的标志，且撤消对CPU的中断请求。

在输出过程中，每当输出寄存器可以接收数据，接口就会

将状态寄存器中“输出准备好”状态置1或向CPU发一个中断请求，CPU可用查询或中断方式向接口输出数据。当CPU输出的数据到达接口后，接口会清除“输出准备好”状态，把数

据送往外设，并向外设发一个“数据输出准备好”信号。外设受到驱动后，便接收数据，并向接口电路发一个“输出回答”信号，接口收到该回答信号后，又将状态寄存器中“输出准备好”置位，以便CPU输出下一个数据。

（4）8259A（可编程中断控制器）

IR（外设中断请求线）线上提出了中断请求的中断源， IRR

中断请求寄存器（共有8位D7～D0）对应于连接在IR0～IR7线上

的外设的中断请求，输入线有请求的置1。若OCW1（IMR中断屏

蔽寄存器）未使该中断请求屏蔽，该请求被送入PR（优先权分析

器）比较。否则，不送入PR比较。PR把新进入的请求与ISR（服

务中寄存器）中正在被处理的中断进行比较。如果新进入的请求

优先级较低，则8259不向CPU提出请求。如果新进入的请求优先

级较高，则8259使INT引脚输出高电平，向CPU提出请求。

（5）LED（数码管）

LED为发光二极管构成的显示器件，由7个字符段和一个小数点段组成，每段对应一个发光二极管，当发光二极管点亮时，相应的字符段点亮。LED有共阴极和共阳极两种供应状态。共阴极显示时，将LED显示的COM接地，将八个字符段端a、b、c、d、e、f、g、dp依次与一个8位I/O口的最低到最高位连接，当I/O给LED的字符段送入一个高电平时，该段就被点亮，从而从这7个被点亮的字符段中构成相应的字符显示出来。同理，COM阳极即将COM 端接Vcc，其显示原理与COM阴极的基本相同，但I/O口送入低电平是相应的段才被点亮。

硬件设计原理图如下：

4．程序流程图和源代码清单：

(1)程序流程图：