微机原理课设：可控制霓虹灯.doc

《微机原理与接口技术》课程设计

题 目： 可控制霓虹灯
班 级： 电气本151
小组组长： 徐 明（2015040104）
小组成员： 王军三 （2015040107）
黄国涛 （2015040108）
刘飞鸿 （2015040113）
指导教师： 刘微
日 期： 2017年10月11日

齐齐哈尔工程学院机电工程系

一、设计可控制霓虹灯目的及意义
霓虹灯其设计目的主要为：
(1) 进一步熟悉8255A并行接口的基本工作原理
(2) 运用CES-86通用微机实验装置,了解键盘的基本结构,学会编写程序.
(3) 在熟悉了小键盘的基础上,加上LED发光二极管的使用设计出绚丽闪耀的霓虹灯
.本课程设计是自动化专业学生的一次较全面的的设计训练，是配合“微机与接口技术”课堂教学的最后一个重要的实践教学环节，它将起到巩固课堂和书本上所学的知识、加强综合能力、提高系统设计水平、启发创新思想的作用。
霓虹灯的意义：
随着改革的不断深入，社会主义市场经济的不断繁荣与发展，大中小城市都在进行亮化工程。企业为发展自己的形象和产品，一般都会采用通过霓虹灯广告屏这种广告手法，所以当我们夜晚走在大街上，马路两旁各色各样的霓虹灯广告随处可见，一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管，另一种为日光灯管或白炽灯管作为光源，另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果，大部分是采用霓虹灯。这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等诸多控制问题，如何去快捷、可靠、简单的去控制，成为人们考虑的重点。
当然，虽然程序最后达到了预期控制要求，但是由于实际情况和理想情况存在差距，我知道还有很多地方有待改进，同时我还是个初学者，各方面肯定存在不足，如果老师发现了缺陷之处，请指出，我们一定会虚心接受。
二、总体方案
（一）概述
本次课程设计中所使用的芯片8255A（如右图）是Intel公司采用CHMOS工艺生产的一种高性能通用可编程输入/输出并行接口芯片，可以方便地
应用在Intel系列微处理器系统中。
（二）芯片介绍
1.8255A的内部结构
8255A是40引脚双列直插式芯片，片内有
A,B,C三个8位I/O端口，可提供24条可编程的
输入/输出端口线。它的内部结构由三部分电路组成：把他用线路与8086CPU的接口电路、内部控制逻辑电路和与外
设连接的输入/输出接口电路。

图1

2.8086内部介绍
8086 CPU 中寄存器总共为 14 个，且均为 16 位 。
即 AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，FLAG，CS，DS，SS，ES 共 14 个。
而这 14 个寄存器按照一定方式又分为了通用寄存器，控制寄存器和段寄存器。
3.与CPU的接口电路
(1)与CPU的接口电路由数据总线缓冲器和读/写控制逻辑组成。
数据总线缓冲器是一个三态、双向、8位寄存器，8条数据线D7~D0与系
统数据总线连接，构成CPU与8255A之间信息传送的通道，CPU通过执行输出指令向8255A写入控制命令或往外设传送数据，通过执行输入指令读取外设输入的数据。
读写控制逻辑电路用来接收CPU系统总线的读信号RD，写信号WR，片选择信号CS，端口选择信号A和复位信号RESET，用于控制8255A内部寄存器的读写操作和复位操作。
（2)内部控制逻辑电路
内部控制逻辑包括A组控制与B组控制两部分。A组控制寄存器用来控制A口PA7~PA0和C口的高四位PC7~PC4；B组控制寄存器用来控制B口PB7~PB0和低四位PC3~PC0。它们接收CPU发送来的控制命令，对A,B,C3个端口的输入/输出方式进行控制。
（3）输入输出接口电路
8255A片内有A,B,C3个8位并行端口，A口和B口分别有1个8位的数据输出锁存/缓冲器和1个8位数据输入锁存器，C口有一个8位数据输出锁存/缓冲器，用于存放CPU与外部设备交换的数据。
对于8255A的3个数据端口和1个控制端口，数据端口既可以写入数据也可以读出数据，控制端口只能写入命令而不能读出，读、写控制信号（RD,WR）和端口选择信号（CS,A1,A0）的状态组合可以实现A,B,C3个端口和控制端口的读写操作。8255A的端口分配及读写功能见下表:

CS WR RD
A1 A0
功 能
0 0 1
0 0
数据写入A口
0 0 1
0 1
数据写入B口
0 0 1
1 0
数据写入C口
0 0 1
1 1
命令写入控制寄存器
0 1 0
0 0
读出A口数据
0 1 0
0 1
读出B口数据
0 1 0
1 0
读出C口数据
0 1 0
1 1
非法操作
图2

3.引脚信号
8255A的引脚如下图示，分为数据线、地址线、读写控制线、输入/输出端口线和电源线。
D7~D0:三态、双向数据线，与数据总线连接，用来传送数据。
CS:片选信号线，低电平有效时，芯片被选中。
A1,A0：地址线，用来选择内部端口。
RD:读出信号线，低电平有效时，允许数据读出。
WR:写入信号线，低电平有效时，允许数据写入。
RESET:复位信号线，高电平有效时，将所有内部寄存器（包括控制寄存器）清0。
PA7~PA0:A口输入/输出信号线。
PB7~PB0:B口输入/输出信号线。
PC7~PC0:C口输入/输出信号线。
VCC:+5V电源。
GND:电源地线。
4.8255A的工作方式及初始化编程
8255A有三种工作方式：基本输入/输出方式，单向选通输入/输出方式和双向选通输入/输出方式。
(1）方式0：基本输入输出方式
方式0是8255A的基本输入输出方式，其基本特点是与外部传送数据时，不需要设置专用的信号联络（应答）信号，可以无条件的直接进行I/O端口传送。A,B,C三个端口都可以工作在方式0。A口和B口工作在方式0时，只能设置以8位数据格式输入输出；C口工作在方式0时，可以将高4位和低4位分别设置为数据输入或数据输出方式。方式0常用于与外设无条件数据传送或查询方式数据传送。
(2) 方式1：单项选通输入/输出方式
方式1是一种带选通信号的单方向输入/输出工作方式，其特点是：与外设传送数据时，需要联络信号进行协调，允许用查询或中断方式传送数据。由于C口的PC0，PC1和PC2定义为B口工作在方式1的联络信号线，PC3,PC4和PC5定义为A口工作方式1的联络信号线，因此只允许A口和B口工作在方式1。
(3)方式2：双向选通输入/输出方式
方式2为双向选通输入输出方式，是方式1输入和输出的组合，即同一端口的信号线既可以输入又可以输出。由于C口的PC7~PC3定义为A口工作在方式2时的联络信号线，因此只允许A口工作在方式2。
8255A的A,B,C三个端口的工作方式是在初始化编程时，通过向8255A的控制端口写入控制字来设定的。8255A由编程写入的控制字有两个：方式控制字和置位/复位控制字。方式控制字用于设置端口A，B，C的工作方式和数据传送方向；置位/复位控制字用于设置C口的PC7PC0中某一条口线PCi（i=0~7）的电平。两个控制字公用一个控制字公用一个端口地址，由控制字的最高位最为区分这两个控制字的标志位。
8255A工作方式控制字的格式如图所示：

图3

（三）、硬件设计
积木的具体电路为：
A：单脉冲发生器电路；
B： 时钟脉冲发生器电路；
C：数/模转换（DAC0832）电路；
D： 可编程计数器/定时器（8253）电路；
E：模/数转换（ADC0809）电路 ；
F： 单板机I/O地址电路；
G：逻辑电路芯片插座区；
H：电平开关电路；
I： 发光二极管（LED）显示电路；
J：计数器分频电路；
K：可编程并行通信接口（8255A）电路；
L：可编程串行通信接口（8251A）电路
M：十六进制键盘电路；
N：七段数码显示电路；
O：随机存储（RAM6116）电路；
P：中继电路；
Q：直流电源及控制电路；
R：PC总线接口；
S：与PC机连接的接口电路；

S

R O

Q
C
B
A
P
D

G
N
E
M
F
L
万 用 表
K
H
J
I
“单板积木式”图4
本课程设计使用了F（单板机IO地址电路），H（电平开关电路）, I发光二极管显示电路, K（可编程并行通信接口即8255A电路）。
设计电路图如下图所示，
A口为输出，连接8个发光二极管，B口为输入，其中的PB0，PB1接开关K1，K2。开关的四个状态分别对应霓虹灯的四种变化状态，做试验时，通过控制开关的断开与闭合，可以观察到霓虹灯的闪烁。同时CPU通过 B端口将K1，K2的信息读 入，然后转换成ASCII码
图5

图6

外设的8个发光二极管在2个开关K1，K2的控制下按照不同的规律闪烁，同时在电脑屏幕上显示开关状态，二极管闪烁规律如下：
（1）开关状态为K1关，K2关时，前四灯同时亮，熄灭后，接着后四个同时亮。
（2） 开关状态为K1关，K2开时，8灯依次点亮。
（3） 本次课程设计所使用的主要设备是CES-86型通用实验装置。CES-86型通用PC机实验装置的特点是“单板积木式”电路。而且可以和任何一种PC机相连组成系统，相连后即可在此装置上进行硬件拼接，组成各种实验系统。
它所实现的功能是实现开关对发光二极管的亮灭状态控制，并将开关状态在屏幕上显示出来。在运行程序后按任意键发光二极管根据开关状态开始闪烁，同时在程序运行过程中按任意键可返回DOS。

三、软件设计
（一）1.流程图如下:
结束
初始化编程
写入控制字
开始
读取开关状态
在屏幕上显示开关状态开关状态
显示提示信息
开关状态装入AL
AL=03H
AL=01H
AL=02H
AL=00H
返回DOS
调用子程序DELAY0
调用子程序DELAY1
调用子程序DELAY2
调用子程序DELAY3
有键按下
是
是
是
是
否
否
否
否
是

2.主程序代码段
START: MOV AX,DATA ;数据段装入初始地址
MOV DS,AX
MOV ES,AX
MOV AH,09H ;显示提示信息
MOV DX,OFFSET MESS
INT 21H
MOV DX,31BH ;控制字端口
MOV AL,10000010B ;控制字，B口输入A口输出
OUT DX,AL ;写入控制字
A: MOV DX,319H ;端口B
IN AL,DX ;读开关状态
AND AL,03H ;保留B1,B0位，其他位置0
MOV X,AL ;将AL暂时装入X
MOV CX,02H
B: MOV DL,AL ;AL装入DL以备子程序使用
CALL DISP ;调用显示子程序，显示PB2的状态
SHL AL,1
LOOP B ;循环2次，显示2个开关状态
MOV AL,X ;开关状态装入AL
CMP AL,00H ;比较开关状态，00调用STATE0
JNZ M
CALL STATE0
M: CMP AL,01H ;比较开关状态，01调用STATE1
JNZ N
CALL STATE1
N: CMP AL,02H ;比较开关状态，10调用 STATE2
JNZ O
CALL STATE2
O: CMP AL,03H ;比较开关状态，11调用STATE3
JNZ M
CALL STATE3

（二）1.STATE0子程序： 前四灯同时亮，熄灭后，接着后四个同时亮
流程图如下
标号S
子程序开始
显示子程序信息
在CX中置入循环次数为4次
控制A口使前4个灯亮，后4个灯灭
调用延时子程序
控制A口使前4个灯灭，后4个灯亮
CX=0
是
否
调用延时子程序

2.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
RET
STATE0 ENDP
STATE1子程序: 8灯依次点亮
流程图如下
子程序开始
显示子程序信息
在CX中置入循环次数为8次
输出状态写入AL
调用延时子程序
CX=0
标号S
是
否
AL逻辑右移一位
灯显示输出状态

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
RET
STATE1 ENDP

四、心得体会
开关控制霓虹灯总结
（1）.在设置霓虹灯闪烁控制系统中，先确定设置霓虹灯的大致思路，有一个主程序，四个分别控制红灯、绿灯、黄灯闪烁规律的子程序，还有按键返回DOS子程序；
（2）.通过设计霓虹灯闪烁规律控制系统深刻的理解了8255A的端口控制的方式以及输入输出状态。
（3）.在做课程设计的过程中熟悉了汇编语言、各种跳转指令、子程序调用、循环指令以及返回DOS指令更全面的了解了微机原理与接口技术的内容。
五、参考资料
1. 马春燕，段承先.微机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，2007 
2. 马春燕，段承先.微机原理与接口技术实验与学习指导.北京：电子工业出版社，2007
3. 
13