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接口技术课程设计
--8路抢答器

一． 实验功能
1.实验要求
设计一个具有8路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键。逻辑开关K1---K8代表抢答按钮，当某个逻辑开关闭合时，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将其号码显示出来，并使喇叭响一声（或者以发光二极管代替）。
2、实现过程
启动计算机，计算机自动为系统各芯片进行初始化，抢答器开始工作。
比赛开始，在主持人按下开始键，绿灯亮后，选手才可开始抢答，否则违规。若选手抢答成功，LED显示器显示选手号码，扬声器鸣叫。若选手抢答违规（主持人未按开妈键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警，并根据比赛规则进行对该选手进行扣分。
若系统提示某号选手抢答违规，主持人仍未按开始键，此时该号选手又按下抢答键，LED显示器显示该选手的号码。本系统开机后，若主持人既未按复位键又未按开始键，此时有选手按下抢答键，系统提示红灯亮，并报警。
注：
1、抢答成功，置8253通道2计数值为1000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/1000=1KHz。
2、抢答失败，置8253通道2计数值为2000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/2000=0.5KHz。
3、扬声器鸣叫或报警的时间为12s。
二．实验原理
1.芯片控制字要求
（1）中断优先级管理器8259A控制字要求
芯片控制字：采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字
中断类型码控制字：设置IR0~IR7的中断类型码依次为08H、09H、…、0FH
方式控制字：优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，主片工作在缓冲方式下,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。

（2）可编程并行接口芯片8255A控制字要求
A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7~PA0依次对应按键1~8）；B口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1连接LED显示器（PB7~PB0依次对应连接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段数码管管脚）；C口也必须工作在方式0，高4 位做输入端口（本次设计中只用PC4、PC5,分别用于连接复位键和开始键），低4位做输出端口（PC3~PC0，经驱动器2后PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到8253的GATE1端，以控制通道1的计数）。

（3）可编程定时器／计数器8253控制字要求
通道0：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为4000。
通道1：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为3000。
通道2：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。
2．总体设计框图
由于本次实验要用到数码显示、中断控制、倒计时等功能，故初步分析，需要8255、8259、8253等芯片。
经过分析，实验的关键是准确判断出最先抢答者的信号并锁存，而同时不理睬其他抢答者的信号。为此，可将8个抢答按钮信号通过一个8位并行输入口接至微机中。当主持人启动抢答过程后，微机通过该并行输入口循环对8路抢答信号进行采样。当采样到那一组的抢答信号已经发出，则立即停止采样，并记录下该组的组号，每路抢答按钮电路可以参考图2.1进行设计。
+5V
1

图2.1 抢答按钮电路
由图可知,当8组均未按下抢答按钮时,送入到并行接口的8位抢答状态都是0,而当微机采样到这8位数据不为0时,则表示有一组获得了抢答机会,然后通过逐位查询个位状态,即可判断出哪一组抢答成功,最后利用并行输出接口将抢答成功的组号现实出来.在实验中,可以仅用一位7段数码管来显示抢答选手的组号.
为了对抢答后的回答时间进行计时控制,可以利用一个可编程定时计时器，先置计数初值，再计时，当计时时间到后，由并行接口输出一个响铃信号提示抢答选手的回答时间已到。
由于本系统要求对犯规的组亮红灯警告，所以要设置一个启动按键，在主持人按下启动按键之前，如果有抢答钮被按下，则该抢答选手犯规，可以通过并行接口输出一个信号使该组的红色发光二级管点亮以示该组选手犯规。
综上所述，本实验的硬件电路设计如图2.2。
微机扩展总线插孔
AB
译码电路
并行接口
定时器
驱动器
七段数码显示器
犯规指示LED
抢答按钮电路
时钟电路
启动按钮及电路

8由于本系统要求对犯规的组亮红灯警告，所以要设置一个启动按键，在主持人按下启动按键之前，如果有抢答钮被按下，则该抢答选手犯规，可以通过并行接口输出一个信号使该组的红色发光二级管点亮以示该组选手犯规。在设计中可以采用中断的方式输入启动按键的状态，为此可以将启动按键信号直接接到微机的某根中断请求线上。
综上所述，本实验的硬件电路可参考下图1示的硬件结构示意图进行设计。

图2.2 硬件结构示意图

其中8255与8086连接图如下图2.3

图2.3 8086与8255连接图
3． 硬件总体设计
（1）系统方案
该抢答器所要器件：中断优先级管理器8259A、可编程并行接口芯片8255、可编程定时器／计数器8253，三个一样的驱动器，黄、红、绿三个发光二极管，十三个电阻，一个8输入与非门，一个非门，一个扬声器，一个LED显示器，10个按键。

（2）内存单元编址
①中断优先级管理器8259A的端口地址为20H、21H
②可编程并行接口接口芯片8255A的端口地址为80H、81H、82H、83H
③ 可编程定时器／计数器8253的端口地址为40H、41H、42H、43H

（3）键盘、扬声器及显示功能的定义
10个按键中，一个开始键一个复位键，另外8个用做8位选手的抢答按键。扬声器用与黄、红、绿三个发光二极管配合使用，黄灯亮扬声器鸣叫表示抢答成功，红灯亮扬声报警表示抢答违规报警，绿灯亮扬声器不鸣则表示主持人已按下开始键。LED显示器显示的内容与选手号对应，抢答成功或违规都要显示。

4． 软件总体设计
（1）存储单元的分配、标志位的含义
① 定义一个TAB变量用来存储1~9的字形码信息，如下表
LED的管脚
对应的字形
对应存放在内存
单元的字形码
dp、g、f、e 、d、c、b、a
0 0 0 0 0 1 1 0
0 1 0 1 1 0 1 1
0 1 0 0 1 1 1 1
0 1 1 0 0 1 1 0
0 1 1 0 1 1 0 1
0 1 1 1 1 1 0 0
0 0 0 0 0 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 0 1 1 1 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7CH
07H
7FH
6FH
② 定义一个BZ变量作为标志位，用来选手抢答是否违规，BZ=0FFH时表示主持人已经按下开始键选手可以抢答，BZ=00H表示主持人未按下开始按键，选手不可以抢答。

5． 硬件设计
【1】 ．芯片的介绍
（1）中断优先级管理器8259A
①8259A内部结构
8259A采用NMOS工艺制成，有28根引脚，所有输入、输出端与TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电。8259的内部主要组成部分，包括处理部件（中断请求寄存器IRR、优先级鉴别器PR及现行服务寄存器ISR）、控制部件（控制逻辑及中断屏蔽寄存器IMR）、数据总路线缓冲器、读／写逻辑以及级联缓冲器／比较器等5个部分。

②8259A主要的外部引脚

图3.1 8259A引脚图
D0~D7：双向数据线，CPU与8259间利用这个数据总路线传送数据及命令。
：写控制输入信号，同控制总路线上的 信号相连。
：读控制输入信号，同控制总路线上的信号相连。
A0：地址选择信号，用来对8259A内部的两个可编程寄存器进行选择。
：片选输入信号，低电平有效。有郊时可通过数据总路线设置命令并对内部寄存器进行读出。当进入中断响应时序时，该引脚状态与进行的处理无关。
INT：由8259A向CPU发出的中断请求信号。
：输入信号，接收CPU送来的中断响应信号INTA。
IR0~IR7：8个中断请求输入信号，高电平或上升沿有效。用于接收外设接口来的中断请求。

③8259A工作方式
a. 优先级设置方式：全嵌套方式（固定优先级方式）、特殊全嵌套方式（可响应同级中断方式）、轮转优先级方式、特殊轮转优先级方式。
b. 中断源屏蔽方式：普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。
c. 中断结束方式：中断自动结束方式、中断非自动结束方式（包括一般中断结束方式、特殊中断结束方式）。
d. 系统总路线连接方式：缓冲方式、非缓冲方式。
e. 中断请求信号触发方式：边沿触发方式、电平触发方式。

④8259A初始化控制字格式
ICW1(芯片控制字)
D7 D6 D5
D4
D3
D2
D1
D0
0 0 0
特征位
1
触发方式
0 边沿触发
1 电平触发
0
单片选择信号
0 多片8259级联
1 单片8259
是不要ICW4
0 不要(8080/8085)
1 要(80X86)
ICW2（中断类型码控制字,D7~D3设置中断类型码）
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
×
×
×
×
×
0
0
0
ICW3（主片，级联时才用设置，各位为1则表示接有从片）
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
IR7
IR6
IR5
IR4
IR3
IR2
IR1
IR0

ICW3（从片，级联时才用设置）
D7
D6
D5
D4
D3
D2 D1 D0
0
0
0
0
0
ID2 ID1 ID0 从片INT接于主片的引脚
0 0 0 IR0
0 0 1 IR1
… … … …
1 1 1 IR7
ICW4（方式控制字）
D7 D6 D5
D4
D3
D2
D1
D0
0 0 0
嵌套方式
0 全嵌套方式
1特殊全嵌套方式
缓冲方式
0非缓冲方式
1缓冲方式
缓冲方式下
0本片为从片
1本片为主片
中断结束方式
0中断非自动结束
1中断自动结束
系统类型
0 8080/8085
1 80X86

⑤8259A操作命令字格式
OCW0（中断屏蔽字,各位为1则被屏蔽）
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
IR7
IR6
IR5
IR4
IR3
IR2
IR1
IR0
OCW1（轮转优先级和中断结束字）
D7
D6
D5
D4 D3
D2 D1 D0
轮转位
0 非轮转
1 轮转
选择标志位
0 L2~L0无效
1 L2~L0有效
中断结束位
0 非中断结束
1 中断结束
特征位
00
标志位
000 IR0 优先级最低
001 IR1 优先级最低
OCW2（特殊屏蔽、查询和状态读取字）
D7
D6
D5
D4 D3
D2
D1
D0
0
特殊屏蔽方式允许位
0 禁止特殊屏蔽方式
1 允许特殊屏蔽方式
特殊屏蔽方式位
0 非特殊屏蔽方式
1 特殊屏蔽方式
特征位
01
中断查询位
0非中断查询
1中断查询
读寄存器
0 禁止读
1 允许读
0读IRR
1读ISR

（2）可编程并行接口接口芯片8255A

①8255A内部结构
8255A芯片是一个采用NMOS工艺制造的40引脚双列直插式（DIP）封装组件。8255A有3个8位数据端口，即A口、B口及C口，它们都可以分别作为输入口或输出口使用；A组控制与B组控制；读／写控制逻辑；数据总路线缓冲器。

②8255A主要的外部引脚

图3.2 8255A引脚图

PA7~PA0：A口的8条I／O线。8条线只能同时作为输入或输出，不能分开使用，可设置成双向口，也只有A口允许这样做。
PB7~PB0：B口的8条I／O线。不可以设置成双向口，其它和A口一样。
PC7~PC0：C口的8条I／O线。不可以设置成双向口，但它可以分拆为两组即高4位和低4位，这两组可以任意设置为输入或输出。除了作为独立的I／O线外，C口还经常为A口、B口服务，配合A口、B口作联络线使用。
A1、A0：端口地址选择信号。用于选择8255A的3个数据端口和一个控制口。当A1A0=00时，选择端口A；为01时，选择端口B；为10，选择端口C；为11时，选择控制口。

③8255A工作方式
方式0：基本的输入／输出方式。A口、B口、C口都可以工作在些方式下。
方式1：选通输入／输出方式（应答方式）。A口、B口工作在此方式下。
方式2：双向传输方式。只有A口可以工作在此方式下。

④8255A方式控制字格式
D7
D6、D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
A口
A口
C口高4位
B口
B口
C口低4位

00 方式0
01 方式1
1x 方式2
0 输出
1 输入
0 输出
1 输入
0方式0
1方式1
0 输出
1 输入
0 输出
1 输入

（3）可编程定时器／计数器8253

①8253的内部结构
8253采用NMOS工艺制成，有24个引脚，所有输入、输出端均TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电，最高计数速率为2.6MHz。它包括3个计数器（即计数器0、1、2）、数据总路线缓冲器、读／写逻辑以及控制寄存器等4个部分。

②8253的外部引脚

图3.3 8253引脚图

A1、A0：地址输入线，用来址8253内部的4个端口，即3个计数器和1个控制字寄存器与CPU系统地址线相连。
CLK0、CLK1、CLK2：时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。CLK可以是系统的时钟脉冲，也可以由系统时钟分频或者其他脉冲源提供。当用于定时时，这个脉冲必须是均匀的、连续的、周期精确的，而用于计数时，这个脉冲可以是不均匀的、断续的、周期不定的。
GATE0、GATE1、GATE3：门控输入端，用于外部控制计数器的启动计数和停止计数的操作。两个或两个以上计数器连用时，可用此信号同步，也可用于与外部某信号的同步。
OUT0、OUT1、OUT2：计数输出，当计数器从初值开始完成计数操作进，OUT引脚输出相应的信号。

③8253的工作方式
方式0：减1计数到0，产生中断请求信号。
方式1：减1计数到0，产生可重复触发的单稳态负脉冲信号。
方式2：减1计数到1，分频器（速率信号发生器）。
方式3：减1计数到初值的1／2，方波发生器。
方式4：减1计数到0，软件触发产生选通负脉冲信号。
方式5：减1计数到0，硬件触发产生选通负脉冲信号。

④8253方式控制字格式
D7 D6
D5 D4
D3 D2 D1
D0
00 选计数器0
01 选计数器1
10 选计数器2
00 计数器锁存
01 只读写低8位
10 先读写高8位
11 先读写低8位
再读写高8位
000 方式0
001 方式1
X10 方式2
X11 方式3
100 方式4
101 方式5
0 二进制计数
2 BCD计数

【2】 芯片的连接
（1）各芯片与CPU的连接
8259A、8255A、8253的数据总线D7~D0端、端、端、端、端、INT端分别与CPU的D7~D0数据总线、片选端、端、端、端、INTR端。8255A、8253的A1、A0端分别接入CPU地址线的A1、A0端，8259的A0端接到CPU地址线的A0端；

（2）各芯片之间的连接和与外设的连接
8259A的IR2端接选手按键信息输出端；8255A的A口的PA7~PA0依次接“按键1”~“按键8”，B口的PB7~PB0通过驱动器1接到LED显示器，C口的PC4、PC5分别接复位键和开始键，PC3、PC2、PC1经驱动器2分别接绿灯发光二极管、红灯发光二极管、黄灯发光二极管，PC0接到8253的GATE1端；8253的GATE0端接+5V电压，OUT0的输出接入CLK1端，OUT1的输出经反相器后接入GATE2端，CLK0和CLK1接入1MHz的频率发生器，CLK2经驱动器3接扬声器。

三．电路原理图

IOR
IOW

PC4
PC5

D7~D0

8255
PB7~PC0

CS

A0
A1 PC3~PC0
GATE0
D7~d0 OUT0
CLK1
GATE1
OUT1
8253
CS
A0
GATE2
A1 CLK0
CLK1
CLK2
驱动器
1
驱动器2

D7~D0

8259

CS
A0

驱动器3
与非门
按键1
按键2
按键8
按键3
按键7
按键6
按键5
按键4
+5V
D7~D0
D7~D0
D7~D0
(80H~83H)
(80H~83H)
A0
A1
A0
A1
1MHz
(20H~21H)
A0
PC0
PB0
PB7
PC1
PC2
PC3
红灯
绿灯
黄灯
8段
LED
显示器
INT
IR0
IR1
IR3
IR4
IR5
IR6
IR7
IR2
+5V
+5V
开始
键
复位
键
扬声器
PA7~PA0

四．程序流程图
（1） 主程序流程图：
开始
设置LED字形码初值、标志位初值
对8259A、8255A、8253进行初始化
设置抢答按键中断向量
并使IF置1开放中断

关闭LED显示器
检测开始键是否按下

检测开始键是否弹起

点亮绿灯
置标志位值为FFH
使IF=1开放中断
检测复位键是否按下

检测复位键是否弹起

关闭LED显示器、指标灯
将标志位清零，使IF=1开入中断
结束
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N

先从82H 口中读一个字
先从82H 口中读一个字
先从82H 口中读一个字
先从82H 口中读一个字

（2）子程序流程图：
开始
保护现场，将各寄存器值压入堆栈
将本次中断压入堆栈中，并置IF=0关闭中断
设置循环次数为8次
将AL中的值逻辑右移1位
从8255的A端口获取选手按键信息，并将其值取反
判断CX是否为0或ZF是否为1
获取选手号码，并将值传给AX
通过XLAT指令将选手号转换成LED显示相应的字形码
将转换好的字形码值传给8255的B端口
判断标志位是否为FFH
置8253 通道2计数值
将黄灯点亮，抢答成功，扬声器鸣叫
置8253 通道2计数值
将红灯点亮，抢答违规，扬声器报警
给8259发中断结束命令
中断返回
Y
Y
N

五．实验程序
（1）主程序：
DATA SEGMENT
TAB DB 06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H ;1~9的段码
;（字形码）
BZ DB 00H
DATA ENDS
STACK SEGMENT PARA STACK ‘STACK’
DB 100H DUP(?)
STACK ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME DS:DATA,CS:CODE
START: MOV AX,,DATA
MOV DS,AX
;8259A初始化
MOV AL,13H ;初始化8259A的ICW1
OUT 20H,AL
MOV AL,08H ;送中断类型码基值,8259A的ICW2
OUT 21H,AL
MOV AL,0DH ;一般中断结束方式,8259A的ICW4
OUT 21H,AL

;8255A初始化
MOV AL,98H ;置8255A工作方式
OUT 83H,AL
XOR AL,AL ;B口、C口初始化
OUT 81H,AL
OUT 82H,AL

;8253初始化
MOV AL,37H ;置8253通道0控制字
OUT 43H,AL
MOV AL,00H ;置8253通道0计数初值为4000
OUT 40H,AL
MOV AL,40H
OUT 40H,AL
MOV AL,73H ;置8253 通道1控制字
OUT 43H,AL
MOV AL,00H ;置8253通道1计数初值为3000
OUT 41H,AL
MOV AL,30H
OUT 41H,AL
MOV AL,B7H ;置8253通道2控制字
OUT 43H,AL
MOV AL,00H ;置8253通道2控制字
OUT 42H,AL
MOV AL,00H ;置8253通道2计数初值0
OUT 42H,AL
MOV AL,00H
OUT 42H,AL
;中断设置
MOV AH,25H ;设置抢答按键中断向量
MOV AL,0AH ;中断类型号为入口参数
MOV BX,SEG KEYINT ;DS：DX指向4字节地址
MOV DS,BX
MOV DX,OFFSET KEYINT
INT 21H
STI ;使IF置1,开放可屏蔽中断
;主循环
LOPM: IN AL,82H ;检测开始键
TEST AL,20H ;检测C口的PC5端
JZ LOP2 ;开始键未按下即PC5=0,则跳转检测
;复位键
LOP1: IN AL,82H ;检测开始键是否已经弹起,即PC5=0
TEST AL,20H
JNZ LOP1 ;开始键没有弹起再重新检测
MOV AL,00H ;关LED显示器
OUT 81H,AL ;送到B口
MOV AL,08H ;绿灯亮
OUT 82H,AL ;送到C口
MOV BZ,0FFH ;置标志
STI
LOP2: IN AL,82H ;检测复位键
TEST AL,10H ;检测C口的PC4端
JZ LOPM ;复位键未按下即PC4=0,则跳转再检
;测开始键
LOP3: IN AL,82H ;检测复位键是否弹起,即PC4=0
TEST AL,10H
JNZ LOP3 ;位键没有弹起,则重新检测
MOV AL,00H ;关LED显示器、指标灯
OUT 81H,AL
OUT 82H,AL
MOV BZ,00H ;清标志
STI
JMP LOPM
;中断服务子程序……
CODE ENDS
END START

（2）子程序：
;中断服务子程序
KEYINT PROC FAR
PUSH AX ;保护现场
PUSH BX
PUSH DX
PUSH DS
CLI ;并使本次中断压入堆栈中的IF=0
;（关中断）
IN AL,80H ;从8255的A口获取选手按键信息
NOT AL ;将按键字节信息取反
MOV CX,8 ;计数8次
LOP4: SHR AL , 1 ;获取选手号码
LOOPNZ LOP4
MOV AX,CX ;把选手号传给AX
MOV BX,OFFSET TAB ;查段码（字形码）
XLAT ;将选手号转换成TAB中对应的LED
;字形码
OUT 81H,AL
TEST BZ,OFFH ;判断标志位是否为FFH
JZ LOP5
MOV AL,00H ;置8253通道2计数值
OUT 42H,AL
MOV AL,10H
OUT 42H,AL
MOV AL,03H ;黄灯亮，抢答成功
OUT 82H,AL
JMP KKK
LOP5: MOV AL,00H ;置8253通道2计数值
OUT 42H,AL
MOV AL,20H
OUT 42H,AL
MOV AL,05H ;红灯亮，抢答违规
OUT 82H,AL
KKK: MOV AL,20H ;给8259发中断结束命令,写OCW2
OUT 20H,AL
POP AX ;恢复现场
POP BX
POP DX
POP DS
IRET
KEYINT ENDP