| 基于Proteus 8086设计的多功能时钟（课程大作业） | 您所在的位置：网站首页 › 8253实验心得 › 基于Proteus 8086设计的多功能时钟（课程大作业） |
基于Proteus 8086设计的多功能时钟（课程大作业）
|
一、 实验目的
1、熟悉8086的最小模式，掌握基本的硬件编程步骤。 2、熟练掌握使用可编程并行接口 8255A芯片，体会并行通信。 3、熟练掌握使用8253 定时计数器的方法，体会分频器的用途。 4、熟练掌握中断控制器接口 8259 进行中断的方法，体会中断系统的威力。 5、熟练掌握A/D数模转换器，对计算机数据捕获有一定理解 5、培养硬件思维，提高设计实验方案的能力和虚拟仿真的能力。 6、培养解决问题能力，能够读借助现有工具和资源解决问题。 7、锻炼硬件编程代码能力，能够编写逻辑清楚，风格规范的代码 二、 实验介绍实验名称：基于8086微处理器以及8255A、8253、8259、A\D0808等接口芯片的多功能时钟 实验背景：根据接口技术实验课的课程安排，要实现一个功能合理的使用芯片丰富的项目，我们力求功能丰富的同时，又能够有一定的实际意义，我们选择了多功能时钟。同时由于项目的复杂性要求我们的有更好的工具去编写项目，所以我们在尝试仅使用汇编后，选择了使用c语言和汇编混合编写。 实验项目功能： 1.时间显示功能：能够实时的显示小时/分钟/秒 2.闹钟设置功能：能够简单的设置二十四小时内的闹钟 3.闹钟到时响铃功能：时间到闹钟时能够发出声音提醒 4.开启/关闭闹钟功能：在闹钟提醒时或其他平常工作时能够关闭闹钟提醒功能或者开启闹钟提醒功能 5.显示周围温度功能：能够实时的显示从周围环境获取的温度信息 实验前置依赖： Proteus Professional 8.98086最小模式的知识8255A、8253、8259、A/D0809接口芯片的基础知识基本汇编语法知识基本C语言语法知识 三、 实验设计与实现1、功能需求分析： （1） 显示时间： 选择显示的器件：7段数码管 为什么选择7段数码管？想要显示时间就需要使用显示器，而显示器种类繁多，功能有简易的有复杂的，在这里针对我们显示时间的需要来说，使用7段数码管最为合适，原因有二：一是显示时间的根本是显示数字，而7段数码管的数字显示以一致的方式进行，每个数字都用相同的7个段表示。这一致性有助于提高数字的可读性，使人们容易识别和理解时间。二是数字时钟通常需要显示小时和分钟，有时甚至包括秒。使用7段数码管，每个数字可以通过点亮或熄灭相应的LED段来表示，使得数字时钟的控制电路相对简单。 时间显示的范围：24小时/60分钟/60秒 为什么要使用这个时间范围？原本考虑要加年/日/天，但是年/日/天和小时/分钟/秒实际上在实现上比较重复，仅仅是在小时/分钟/秒的基础上添加几个变量，增添几个进位逻辑，考虑到重复实现的意义不是很大，所以我们就没有再去重复实现。 （2） 闹钟设置： 设置闹钟的方式：我们使用的是类似滑动选择器一样，用户可以使用按钮来选择小时和分钟。这种界面设计可以更直观地让用户增加到他们想要的确切时间。 闹钟响铃方式：我们使用的扬声器发声响铃。 关闭闹钟的方式：使用按钮关闭闹钟 （3） 温度收集： 温度收集的方式：需要使用温度传感器来采集周围温度数据 2、模块化设计： 为什么使用模块化设计？一是如果不使用模块化设计，不能实现代码的复用，要写很多重复的代码，花费更多的时间，二是使用模块化设计的代码能够的更加明确功能，然后用清晰的逻辑编写代码，三是使用模块化设计更容易定位bug，解决bug（这点最重要的优点，在我们项目后期帮了我们很大的忙），其次使用模块化设计还有很多优点不知不觉已经帮我们解决了一堆问题，帮了很大的忙。所以我们强烈推荐用模块化设计的方式来设计，来写代码。 （1） 显示模块 功能：负责接收要显示的数据，然后输出数据给7段数码管，让7段数码管正常显示。 输入：要显示的数据 输出：使用对应的片选信号，让7段数码管正常显示 （2）闹钟模块 功能1：响铃 输入：无 输出：使用8255A对应的片选信号，输出对应的数据，让扬声器播放声音 功能2：停止响铃 输入：无 输出：使用8255A对应的片选信号，输出对应的数据，让扬声器停止播声音 功能3：屏蔽响铃（关闭闹钟功能） 输入：当前屏蔽响铃的状态 输出：更新当前屏蔽响铃状态（更新内存中变量的值）。 （2） 温度模块 功能1：获取当前温度 输入：无 输出：通过输出响应的触发信号，接收来自0808的转换完成后的数据 （3） 调度模块（程序入口） 功能1：循环调用显示模块 输入：无 输出：无 功能2：维护全局变量（如温度、时间、闹钟时间） 输入：要修改的变量的值 输出：无 功能3：提供封装好的输入输出方法 输入：要让CPU输入输出的地址和数据 输出：无 功能4：初始化接口芯片 输入：无 输出：无 （4） 中断处理模块 功能1：初始化8259芯片 输入：无 输出：无 功能2：初始化中断向量表 输入：无 输出：无 功能3：中断服务程序，在有中断产生后进行处理 输入：中断的信号 输出：无 每一个模块，都可以在我们代码中很清晰的找到。 3、电路设计与代码编写 我们在进行项目的实现过程中，不自觉的就将电路设计和代码编写放在了一起进行，而且非常行之有效，并且我们总结出了设计实现的一般步骤： 需求分析，功能结构设计逻辑步骤分析使用电路图实现功能编写程序代码驱动硬件 基于此设计实现的一般步骤我们对每个模块进行了实现 （1） 8086最小模式
最小模式介绍： 高老师在ppt上讲的8086最小模式是3片地址锁存器8282或74LS273、 2片双向数据缓冲器8286或74LS245，但是这里我们仅使用了3片地址锁存器，而没有使用数据锁存器，因为我们当时使用74LS245时，总时获取不到数据，也就时74LS245不工作，这里我们就调了几乎一上午，发现仍然不工作，可能是软件bug也有可能是该芯片的引脚，没有分配正确，然后询问了其他组成员，发现都没有使用数据缓存器，并且发现在我们的项目中数据缓存器是可有可无的，我们可以直接使用数据线上的数据而不进行缓存。 为什么使用地址锁存器？ 由于的8086的总线是数据线和地址线复用的（总线既是数据线也是地址线），我们要使片选和数据同时所存就要使用到锁存器来锁存其中一个，我们锁存的是地址线。工作实例解释：8086在向外输出数据时，是先向地址总线输出地址，然后我们使用的74LS273芯片锁存地址，再当8086输出数据时，我们就可以使用锁存的地址来片选到想要输出的地方，然后该芯片再获取的数据总线上的数据。同时我们又可以发现一个问题既然8086是地址线和数据线复用的那我们该如何区别是数据还是地址呢？可以带着这个问题往下看。 为什么使用三片74LS245? 8086的地址总线一共20位，一片芯片可以锁存8位所以使用了3片74LS245 74LS273 芯片引脚介绍： CLK：时钟信号，用来控制芯片工作的，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0D7的数据通过芯片；为0时将数据锁存，D0D7的数据不变。 MR: MR引脚用于将74HC273的所有触发器置于复位状态。当MR引脚为低电平（或使能）时，所有的触发器将被复位，即其输出将被强制为低电平。这意味着，无论之前的输入数据是什么，触发器的输出都将被清零。当MR引脚为高电平时，触发器将根据输入信号进行正常的工作，即根据时钟信号和D输入信号更新其输出状。（74HC273的MR引脚我们没有用到，如果有用到可以不让它接高电平） 为什么74LS273 芯片CLK要连接8086的ALE？ 首先要清楚8086ALE引脚的作用：当8086处理器需要将地址传输到外部总线上时，它会通过ALE引脚发出一个脉冲信号。这个脉冲信号的上升沿会触发外部设备对地址进行锁存，以便外部设备可以读取或响应该地址。简单来说就是8086在输出地址之前会通过ALE发出一个脉冲信号。也就是通过这个信号来判断总线上是地址而不是数据（还有其他引脚来判断总线上数据而不是地址）。 了解了这个几个问题我们大概也就清楚了8086的最小模式了，然后我们就可以继续基于8086的最小模式往下开发了。 （2） 显示模块 使用芯片：7SEG-MPX2-CC(7段数码管),74154(4-16译码器)，8255A 连接电路： 在这里地址线怎么用，片选信号怎么设置，都可以自己定义了，但是要主要这里定义了之后写的程序就需要使用这个地址。 我们使用A端口输出数据就是让7段数码管显示的数据，B端口进行片选哪个7段数码管（在这里我们使用数据来进行了片选） 为什么使用数据线进行片选7段数码管？ 因为我们使用该8255A专门用来显示，只要用地址线片选到该8255A就可以了，然后用数据线来显示就可以，没有必要使用地址再来片选哪一个数码管的了。 8255A的引脚连接说明： RD/WR:是出入口，8086告诉8255A当前是要读数据，还是要写数据 CS：是片选信号，低电平有效，我们讲4-16译码器的译出来的码连接到这里进行片选。 对应的代码：可以看我们项目文件中的 show.c 文件 代码逻辑：将传入的数据转化为数码管的显示信号，并输出，使数码管能够显示 （3） 闹钟模块 使用芯片：SOUNDER 连接电路： 对应代码： 代码逻辑：判断是否是闹钟的1分钟之内，如果是则响铃，如果已经不是了就停止响铃。 停止闹钟：这个功能是嵌入在中断处理模块的。 （4） 温度模块 使用芯片：POT-HG，ADC0808 连接电路： 对应代码：获取温度也是在中断系统中实现的。 （5） 调度模块 对应代码（main.c、main.h）： 全局变量： 这里实现的是并发的逻辑，首先初始化，然后进入一个循环程序，我们在代码中看到的是串行的但是实际在运行的过程中，我们看起来更像是并行，所以称其为并发的。 （6） 中断处理模块（interrupt.c） 连接电路： 8259引脚连接说明# INT：是向8086申请中断的引脚，连接8086的INTR INTA：是8086向8259返回的响应中断的引脚，连接8086的INTA 对应代码：在interrupt.c文件中这里由于篇幅问题就不在详细介绍了。 代码逻辑：就是提供8259初始化，中断向量表的初始化 四、 实验中出现的问题与解决相信你看完前面已经了解的我们的项目了，你一定会想，这么简单的逻辑，这么简单的电路谁不行啊？我们一开始在实现项目之前也是这样想的，但是实际实现的过程花费了大量的时间，在“发现问题——解决问题——出现新问题”的周期中无线循环着，似乎永远见不到光明一样，不知道其他的组是否和我们一样举步维艰。但是最后的最后我们终于走出来了，现在把我们的探索出的武功秘籍赠与你。 发现的问题和解决： 1.8086编写汇编后不能运行 解决：改了8086内存大小，load_segement大小 2.地址不能缓存，debug乱跳（不是一步一步执行的） 解决：使用了样例的汇编模板，和我们课上学习一般的汇编程序有所不同 3.数据不能用74芯片缓冲缓冲 解决：直接用数据线，不缓冲 4.7段数码管不亮或者只亮一个 解决：没有搞清楚他的工作方式，是并发的，不是并行的，要分时复用，要写一个循环程序。 这段代码是让每一个数码管亮一次，然后再外面循环调用这个程序才能看起来是同时亮的。 然后重中之重就是要delay 就是让cpu空跑一下，如果不延时一下会导致所有芯片彻底停止工作（具体原因还不知道为啥） 但是delay多久可能取决于电脑的性能。不能delay太久那样会导致显示会一个一个闪，看起来就不是同时显示数字了。 5.7段数码管的片选可以通过数据片选 6.汇编编译立即数无法用16进制表示出错 解决：因为16进制数如果是字母开头的，编译器会认为他是个变量，要添加一个0才能被识别为立即数 7．汇编的函数调用太过于麻烦 解决：用c语言建项目 在新建项目时选择DigitalMarsC编译器 选择编译器配置 下载安装这个编译器 8.C语言无法编译语法问题 解决：镶嵌在c语言的汇编的立即数语法和之前汇编立即数不一样 C语言16进制使用0x开头的，且末尾不加H 9.C语言无法实时模拟（fatal simulation error s encountered） 解决：项目设置问题 点工程设置 然后这两个要选对 10.8255A不工作 解决：8255A控制字只能在一开始设置一次，不能没回show一次就设置一次，不然会导致8255A无法正常工作 11.8253仅使用一个无法实现完整足够的分频 使用通道级联的方式 12.8253A不工作 解决：老师上课讲的8253 控制字其中x不能用0得用1不然无法识别，无法正常工作 13.如何判断分频后是不是1秒 解决：使用示波器，但是示波器一直显示不是1s，但是最后直接用频率查看后才是1s，虽然显示出现的不是1s但是看两点只差的数据是1s 14.Cpu一直不响应中断（卡了好久好久） 解决：原来项目生成的时候自动给生成了关中断的代码注释掉就好了 15.7段数码管显示不正常：： 解决：每个显示中要delay一下 proteus 出现 No model specified for D1和Simulation FAILED due to partition analysis error(s)错误 解决：右键编辑器件，点附加层次模块（但是这个没有解决问题，会导致芯片不工作） 最终解决是更换正确的芯片总结出的规律： 17.C语言分模块写，调用其他文件的函数，不用提前声明函数 18.proteus8086这个芯片中内部已经整合了内存不用再用内存芯片了（问的老师） 19.我们写的指令就相当于再写一个非常非常小的功能不健全的操作系统，放在cpu上一个一个指令执行 20.总嵌入汇编，直接用_asm{}指出然后汇编里可以直接使用c语言中的变量 21.用C语言编写的实质，就是封装了汇编的指令，实际上还是基于汇编的。 22.out指令的流程：先向总线发送地址然后发送数据，实现了总线的复用 23.in指令的流程：先向总线获取地址数据，然后获取数据，并不会阻塞 24.使用.h文件代码更加简洁高效 五、 总结与感悟“真正的勇士，敢于直面惨淡的人生，敢于正视淋漓的鲜血”，鲁迅先生如是说，当我们在解决无数问题的时候，我的脑中，突然蹦出了小时候学到的鲁迅先生的教诲，原来先贤的声音早已刻在了我们记忆深处，只不过有时我们并未察觉。虽然我们没有像刘和珍先辈一样抛头颅洒热血，但是我们普通人也能在她事迹中受到鼓舞，并且受到鲁迅先辈的支持和勉励。很难想象如果一个人的命运像我们的项目一样坎坷的的话，她该如何面对，虽然我们的项目的坎坷只是九牛一毛，但是我们已经痛不欲生了。 我们逐渐在解决问题中成长了，收获了，我们已经培养了一定的硬件思维和硬件编程能力了，最重要的是我们培养了解决问题的自信，相信这个项目对我们的影响会十分深远。 六、 待完善和发展的地方如果你看到了我们的实验项目，你应该可以很轻松的走过我们走过的路，但是也不用担心，剩下的路还有很长可以给你来探索。下面我们来给出一些可以基于我们项目来发展的地方。 1． 闹钟铃声的更改，改为用8253实现的音乐播放 2． 时间维度的扩展，增加年、月、日（甚至可以增加农历） 3． 增加闹钟的数量（你应该也发现了，谁的闹钟只能定一个闹钟的啊） 4． 增加闹钟的功能（比如可以倒计时、正向计时等） 5． 其他（比如增加设置自定义闹铃等等） 部分代码 ： /* Main.c file generated by New Project wizard * * Created: 周日 11月 5 2023 * Processor: 8086 * Compiler: Digital Mars C * * Before starting simulation set Internal Memory Size * in the 8086 model properties to 0x10000 */ #include "main.h"; void main(void) { init();//初始化 while(1)//并行 { if (flag==0) { //如果是显示设置闹钟模式 show(hour_alarm,minute_alarm,second_alarm,heat); } else { show(hour,minute,second,heat); } if(hour==hour_alarm&&minute==minute_alarm&&flag2==0) { output(0x204,1); } else if(minute!=minute_alarm) { output(0x204,0); } //heat=readHeat(); //delay(200); } } void init() { _asm { CLI;//关中断 } initInt(); initClock(); _asm { STI;//开中断 } output(0x206, 0x80); } int getHeat(){ return heat; } void setHeat(int t){ heat=t; } int getHour() { return hour; } int getSecond() { return second; } int getMinute() { return minute; } int getFlag(){ return flag; } int getFlag2(){ return flag2; } int getMinute_alarm(){ return minute_alarm; } int getSecond_alarm() { return second_alarm; } int getHour_alarm() { return hour_alarm; } void setHour(int t) { hour=t; } void setSecond(int t) { second=t; } void setMinute(int t) { minute=t; } void setFlag(int t){ flag=t; } void setMinute_alarm(int t){ minute_alarm=t; } void setSecond_alarm(int t) { second_alarm=t; } void setHour_alarm(int t) { hour_alarm=t; } void setFlag2(int t) { flag2=t; } /* 函数类型：初始化函数 功能：初始化8253 */ void initClock() { //写控制字 写初始值 output(0x406, 0b00011110); output(0x400, 100); output(0x406, 0b01011110); output(0x402, 100); output(0x406, 0b10011110); output(0x404, 100); } /* 函数类型：输出函数 功能：封装out命令 */ void output(unsigned int port, int data)// 输出,对标汇编中的out { _asm { mov dx, port mov al, data out dx, al } } /* 函数类型：延时函数 功能：延时 */ void delay(int t) { int i = 0; for (i = 0; i |
【本文地址】