微機原理課程設計

1、 微機原理與接口技術課程設計說明書摘 要本次簡易計算器設計硬件部分采用 4×4小鍵盤作為輸入，該小鍵盤上有 09、+、-、*、/和清零 C共 16個按鍵構(gòu)成的；四位七段 LED數(shù)碼管作為輸出顯示，數(shù)碼管采用的是共陽極的數(shù)碼管；8086CPU作為運算處理核心來完成計算器的主要功能，包括計算數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)保存、發(fā)出控制信號等；用 8255A并行通行接口來完成本次計算器系統(tǒng)的接口電路，而 74LS138譯碼器、或門電路以及導線是用來產(chǎn)生并行接口芯片 8255的片選信號，產(chǎn)生接口電路的端口地址，其中 8255的 A0、A1分別接 CPU的 A1、A2而使它的端口地址為偶地址。本次設計的軟件部分是

2、采用 8086匯編語言來完成的，主要通過讀寫端口來實現(xiàn)鍵值的輸入和顯示數(shù)字的輸出，依靠乘法運算指令來實現(xiàn)計算器的計算。關鍵詞：計算器小鍵盤數(shù)碼顯示鍵盤掃描1 微機原理與接口技術課程設計說明書目 錄1設計目的與要求.12計算器系統(tǒng)的組成方框圖及總述.23系統(tǒng)硬件與其詳細功能介紹 .43.1 8086CPU芯片.43.2 8255A并行通信接口芯片.43.3譯碼電路.53.4小鍵盤電路.53.5四位七段 LED數(shù)碼管顯示電路.64計算器系統(tǒng)軟件設計 .84.1總體程序流程圖.84.2模塊程序流程圖.94.2.1鍵盤掃描獲取鍵值部分.94.2.2數(shù)碼管顯示部分.104.2.3數(shù)據(jù)運算部分.114.3

3、相關程序講解.124.3.1鍵盤掃描程序段.124.3.2輸入數(shù)保存程序段.124.3.3數(shù)據(jù)算法決定程序段.134.3.4顯示數(shù)分解顯示程序段.145設計小結(jié)與體會.16參考文獻 .17附錄.182 微機原理與接口技術課程設計說明書簡易計算器的設計1設計目的與要求本次課程設計的目的主要是通過設計環(huán)節(jié)的實際訓練，加深學生對微機原理與接口技術這門課程基礎知識和基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，使之在理論分析、設計、計算、制圖、運用標準和規(guī)范、查閱設計手冊與資料以及計算機應用能力等方面得到初步訓練，促進學生養(yǎng)成嚴謹求實的科學態(tài)度。本次課程設計的任務是用 8086CPU、8255

4、A并行通信接口、七段 LED數(shù)碼管接口、小鍵盤控制電路接口、外圍電路芯片及元器件實現(xiàn)一個簡易計算器，完成相應的程序編寫。具體要求如下：1計算器可進行 2位十進制的加減乘除法運算。2鍵盤輸入數(shù)據(jù)，同時 LED數(shù)碼管顯示，模擬計算器的工作。3鍵盤上要求有 09數(shù)字鍵，+、-、×、÷、=功能鍵，清除鍵 C。本次微機原理與接口技術課程設計采用分組設計共同完成，這部分設計是設計簡易計算器的乘法運算以及結(jié)果顯示部分。1 微機原理與接口技術課程設計說明書2計算器系統(tǒng)的組成方框圖及總述四位七段LED數(shù)碼管譯碼電路8255A并行通信接口8086CPU4×4小鍵盤圖 1計算器系統(tǒng)的組

5、成方框圖本次設計的簡易計算器系統(tǒng)是由 8086CPU、8255A并行通信接口芯片、四位七段 LED數(shù)碼管、小鍵盤、74LS138譯碼器芯片及部分門電路芯片組成，系統(tǒng)組成方框圖如圖 1所示。整個計算器系統(tǒng)通過 4×4小鍵盤控制接口輸入需要計算的原始數(shù)據(jù)和運算符號，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過 8255A并行通信接口輸入給 8086CPU并保存起來，CPU接收數(shù)據(jù)后根據(jù)不同的運算符來處理數(shù)據(jù)，然后 CPU把運算處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過 8255A并行通信接口輸出給給四位七段 LED數(shù)碼管，最后后數(shù)碼管把接收到的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管屏幕上，而 74LS138譯碼器和相應的或門是給 8255提供譯碼片選信號而設計的，只

6、有 CPU輸出 8255選通的地址才能使 8255處于正常工作模式，系統(tǒng)才能有效工作，整個計算器系統(tǒng)詳細電路圖如圖 2所示。2 微機原理與接口技術課程設計說明書3 微機原理與接口技術課程設計說明書3系統(tǒng)硬件與其詳細功能介紹3.1 8086CPU芯片8086CPU芯片是本次簡易計算器系統(tǒng)的核心部件，其主要功能包括完成數(shù)據(jù)的加減乘除運算，把需要顯示的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成與之對應在數(shù)碼管上顯示的十六進制代碼，配合小鍵盤形成不同鍵值對應的特定十六進制代碼。在該次計算器系統(tǒng)中，8086CPU工作在最小模式，通過 AD0AD7八位地址/數(shù)據(jù)總線接口與 8255A并向通信接口交換計算器系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的交

7、換方向是通過 RD和 WR輸出的低電平有效控制信號來控制的，同時 CPU執(zhí)行系統(tǒng)所有軟件程序，控制著系統(tǒng)中其他部件的工作。3.2 8255A并行通信接口芯片8255A并行通信接口芯片，如圖 3所示，是該計算器系統(tǒng)的接口部件，其具有數(shù)據(jù)緩沖和鎖存作用，可以讓多個外設同時工作而又互不干擾，同時也解決了高速 CPU與低速外設的工作不同步問題。在本次計算器系統(tǒng)中，8255A工作在 0方式下，PA口、PB口和PC口的低四位輸出，PC口高四位輸入，其控制口輸入的控制字為 88H，PA口接七段 LED數(shù)碼管的陰極，PB口的低四位接數(shù)碼管的四個陽極，PC口接 4×4小鍵盤的八個接口。圖 3 8255

8、A并行通信接口芯片圖4 微機原理與接口技術課程設計說明書3.3譯碼電路譯碼電路由一片 74LS138譯碼器和一個或門電路組成，其接線如圖 4所示，根據(jù)譯碼器及或門的接線知道 8255被選通的條件是 AD0、AD3、AD4、AD5、AD7低電平有效，AD6高電平有效，而 AD1和 AD2分別接 8255的 A0和 A1,故經(jīng)過譯碼后 8255的控制口、PA口、PB口、PC口端口地址分別是 40H、42H、44H、46H。圖 4系統(tǒng)譯碼電路部分截圖3.4小鍵盤電路4×4小鍵盤是計算器系統(tǒng)的輸入部件，其功能是輸入計算器系統(tǒng)中的所有運算數(shù)據(jù)以及運算符號。小鍵盤上有 16個按鍵分為四行四列，2

9、，而每一個按鍵就相當于是一個開關，每當按鍵被按下，該開關就閉合了，于是位于該行與該列的兩接線在鍵盤內(nèi)部閉合。本次計算器系統(tǒng)讓小鍵盤的縱向接口從上向下分別與 PC口低四位從低位到高位5 微機原理與接口技術課程設計說明書圖 5小鍵盤電路截圖相連，橫向接口從左向右分別與 PC口高四位從低位到高位相連，由于 PC口的高四位為輸入而低四位為輸出，CPU可以向 PC口置數(shù)使得 PC口的高四位與低四位的狀態(tài)不同，每當有按鍵按下，PC口的高四位的狀態(tài)就會通過接通的按鍵開關被 PC口的低四位改變，按下的鍵不同改變后的值就不同，從而就對應不同的鍵值，于是根據(jù)這種特定的對應關系就可以確定按下的鍵的值了。圖 6共陽極

10、七段 LED數(shù)碼管圖3.5四位七段 LED數(shù)碼管顯示電路七段 LED數(shù)碼管是由 8個發(fā)光二極管組成，分別是數(shù)字部分 ag和小數(shù)點部分 dp，通過 LED的不同亮滅組合就可以顯示出不同的數(shù)。七段 LED數(shù)碼管分為兩種，分別為共陽極和共陰極，兩者極性接法相反，在這里具體介紹共陽極七段 LED數(shù)碼管，如圖 6所示。共陽極七段 LED數(shù)碼管是把 8個發(fā)光二極管的陽極連在一起由一個公共端口 VCC引出，6 微機原理與接口技術課程設計說明書圖 7四位七段 LED數(shù)碼管顯示電路截圖陰極互不干擾分別引出 8個端口 ag和 dp，由 LED的導通發(fā)光原理可知只有陽極輸入為高電平時數(shù)碼管才能正常顯示，而顯示的具體

11、數(shù)字由 8個陰極輸入不同電平組合決定。本次計算器系統(tǒng)要求的是兩位十進制數(shù)的運算，運算結(jié)果最多為四位，故在這里采用四位共陽極七段 LED數(shù)碼管來構(gòu)成顯示電路，具體顯示電路如圖 7所示。顯示電路讓四位七段LED數(shù)碼管的公共陰極 ag和 dp依次連接 8255的 PA0PA7，四個陽極 VCC從低位到高位分別與 PB0PB3相連，故 PB0PB3的輸出高電平有效，分別決定數(shù)碼管低位到高位的顯示；而 PA0PA6的輸出決定顯示的數(shù)字，PA7輸出控制小數(shù)點，低電平有效，具體數(shù)字顯示對應的輸出信號如表 1所示。表 1不帶小數(shù)點的數(shù)字顯示對應輸出表顯示的數(shù)0123456789PA輸出0C0H0F9H0B4H

12、0B0H99H92H82H0F8H80H90H7 微機原理與接口技術課程設計說明書4計算器系統(tǒng)軟件設計4.1總體程序流程圖計算器系統(tǒng)程序總體流程圖如圖 8所示。開始初始化 8255、清零 hbY無鍵按下？N鍵盤逐行掃描獲取鍵值 hbY鍵值非符號？YN輸入數(shù)第二位？N根據(jù)運算符做運算存第一個數(shù)，并送入 sumY無運算結(jié)果？存第二個數(shù)，新兩位數(shù)送入 sumN顯示 sum中的數(shù)運算結(jié)果存入 sum結(jié)束圖 8計算器系統(tǒng)總體程序流程圖8 微機原理與接口技術課程設計說明書4.2模塊程序流程圖4.2.1 鍵盤掃描獲取鍵值部分鍵值程序獲取是通過鍵盤逐行掃描，掃描不同行時賦給 C口的值不同，從上到下分別是 0F

13、EH、0FDH、0FBH、0F7H，按下不同的鍵在讀 C口時得到不同的數(shù)，然后根據(jù)這個數(shù)確定對應的鍵值，鍵值對應的 C口讀數(shù)關系如表 2所示，該段程序流程圖如圖 9所示。表 2鍵值與 C口輸入對應表鍵值0123456789PC輸入0E7H0EEH 0DEH 0BEH 0EDH 0DDH 0BDH 0EBH 0DBH 0BBH鍵盤掃描開始賦初值 DH=0F0H循環(huán)次數(shù) CX=4DH送給 C口讀 C口存入 AHY根據(jù) AL確定按下的鍵把鍵值存入 BHAH高四位不為 F？NROL DH，1N轉(zhuǎn)入 display程序CX-1，CX=0？圖 9鍵盤掃描鍵值獲取程序模塊流程圖9 微機原理與接口技術課程設計

14、說明書4.2.2 數(shù)碼管顯示部分四位七段 LED數(shù)碼管的顯示并非同時顯示的，而是從高位到地位逐位顯示的，但指令的執(zhí)行周期是非常短的且人眼的觀察存在視覺停留不能差別先后，而人眼所能觀察到的最短時間是相對比較長的，因而程序中每次顯示都設計有時間延遲程序。同時先要設計程序把要顯示的數(shù)分解成個、十、百、千分別保存起來，然后逐位顯示，整個顯示部分的模塊程序流程圖如圖 10所示。顯示程序開始sum求千、百、十、個位數(shù)字分別求十位數(shù)字顯示代碼送 AL存入緩存 qian、bai、shi、ge求千位數(shù)字顯示代碼送 ALAL代碼從 PA口輸出AL代碼從 PA口輸出PB口輸出顯示千位選通信號 02H求個位數(shù)字顯示代

15、碼送 ALAL代碼從 PA口輸出PB口輸出顯示千位選通信號 08H求百位數(shù)字顯示代碼送 ALAL代碼從 PA口輸出PB口輸出顯示千位選通信號 01H轉(zhuǎn)入 display程序PB口輸出顯示千位選通信號 04H圖 10數(shù)碼管顯示模塊程序流程圖10 微機原理與接口技術課程設計說明書4.2.3 數(shù)據(jù)運算部分數(shù)據(jù)運算模塊程序是通過判斷運算符標志緩存內(nèi)容來決定進行哪種運算的，清零運算是把運算符標志和數(shù)據(jù)緩存清零初始化，加減乘除運算是保存第一個輸入運算數(shù)準備輸入第二個運算數(shù)，等號運算是根據(jù)加減乘除運算標志符來進行相應的加減乘除運算并保存結(jié)果，該部分程序流程圖如圖 11所示。數(shù)據(jù)運算開始Y清零 C運算？NY=

16、運算？NY加減乘除運算？N根據(jù)符號標志判斷做哪種運算清零數(shù)據(jù)、符號標志緩存做加減乘除運算，結(jié)果送 sum第一個數(shù)存入 sum2清零數(shù)字緩存 flagshu轉(zhuǎn)入 displaysum程序轉(zhuǎn)入 keycheck程序圖 11數(shù)據(jù)計算模塊程序流程圖11 微機原理與接口技術課程設計說明書4.3相關程序講解4.3.1 鍵盤掃描程序段MOV CX,4;循環(huán)4次MOV DH,0FEHKEYSCAN:ADD FLAGSHU,1MOV AL,DHOUT 44H,ALIN AL,44HMOV AH,ALAND AH,0F0HCMP AH,0F0HJNE GETKEYROL DH,1LOOP KEYSCAN;鍵盤逐行

17、掃描鍵盤掃描程序是通過逐行掃描鍵盤然后通過條件跳轉(zhuǎn)語句將程序跳轉(zhuǎn)到相關鍵值讀取程序的過渡程序段，鍵盤逐行掃描每一行時向 PC口賦值分別為 0FEH、0FDH、0FBH、0F7H，觀察到這幾個數(shù)的特點，后一個數(shù)都是前一個數(shù)不帶進位循環(huán)左移的結(jié)果，故每次掃描前賦值 0FEH給 DH寄存器，每掃描一行后左移一位以得到新的幅值。掃描每行的程序是通過向 PC口幅值然后讀取看高四位是否有低電平位，如果有就表明為該行的按鍵按下，就執(zhí)行跳轉(zhuǎn)語句。4.3.2 輸入數(shù)保存程序段DISPLAYSHU:;輸入第一個數(shù)顯示CMP FLAGSHU,1JG DISPLAYSHUMOV SUM,BHMOV SUM1,BHJM

18、P DISPLAYSUM12 微機原理與接口技術課程設計說明書DISPLAYSHU1:MOV AL,SUM1MOV BL,0AHMUL BL;輸入第二個數(shù)兩個數(shù)一起顯示ADD AL,BHMOV SUM1,ALMOV SUM,ALJMP DISPLAYSUM本段程序是保存輸入的運算數(shù)并顯示輸入的數(shù)。由于計算器設計的是兩位數(shù)的乘法運算，故輸入的數(shù)可為一位數(shù)也可為兩位數(shù)，而兩位數(shù)的輸入是先輸入高位再輸入低位，輸入第一位時直接保存并顯示，輸入第二位時則要先將原來保存的數(shù)乘以十再加新數(shù)后保存并顯示。以上這些功能的實現(xiàn)就必須依靠兩端程序來實現(xiàn)，并通過標志位判斷是輸入第一位還是第二位，然后依靠跳轉(zhuǎn)語句進入相

19、應程序執(zhí)行。4.3.3 數(shù)據(jù)算法決定程序段DISPLAY:CMP BH,0AHJL DISPLAYSHUMOV AL,0C0HOUT 40H,ALMOV AL,0FHOUT 42H,ALCALL DELAYMOV FLAGSHU,0CMP FLAGCLR,1JE CLRFACMP FLAGDENG,1JE DENGFACMP FLAGMUL,1JE CHENGFA13 微機原理與接口技術課程設計說明書JMP KEYCHECK該段程序的作用是根據(jù)按下的鍵來決定進行何種算法，首先判斷是否按下的鍵為數(shù)字鍵，如果是就跳轉(zhuǎn)到數(shù)字保存顯示程序段，如果不是就清零數(shù)字輸入位數(shù)標志位，然后判斷是否清零、乘號、等

20、號，并分別跳轉(zhuǎn)到相應的程序段執(zhí)行；其中清零就跳轉(zhuǎn)到清零算法程序執(zhí)行清零程序緩存和相應寄存器，乘號就跳轉(zhuǎn)到相應程序保存第一個運算數(shù)然后繼續(xù)檢測鍵盤輸入，等號就跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行乘法運算的程序段。4.3.4 顯示數(shù)分解顯示程序段DISPLAYSUM:;結(jié)果顯示MOV AX, SUMMOV DX,0MOV BX,3E8HDIV BXMOV QIAN,ALMOV AX,DXMOV BL,64HDIV BL;結(jié)果的千位;結(jié)果的百位MOV BAI,ALMOV AL,AHMOV AH,0MOV BL,0AHDIV BLMOV SHI,ALMOV GE,AH;結(jié)果的十位;結(jié)果的個位MOV AL,QIANMOV BL,

21、OFFSET TABXLAT;顯示千位OUT 40H,ALOUT 42H,8H14 微機原理與接口技術課程設計說明書CALL DELAYMOV AL,BAIXLAT;顯示百位OUT 40H,ALOUT 42H,4HCALL DELAYMOV AL,SHIXLAT;顯示十位OUT 40H,ALOUT 42H,2HCALL DELAYMOV AL,GEXLAT;顯示個位OUT 40H,ALOUT 42H,1HCALL DELAYJMP KEYCHECK該段程序是通過將顯示數(shù)分解成個、十、百、千位，然后逐位顯示的程序。數(shù)字分解的過程是分別除以 1000、100、10取商和余數(shù)來得到每一位，對于不足四

22、位的數(shù)高位用零填充，在顯示每一位的時候要先通過代碼轉(zhuǎn)換語句 XLAT來得到相應數(shù)字顯示代碼，然后輸出給 PA口和 PB口使數(shù)碼管得以顯示。15 微機原理與接口技術課程設計說明書5設計小結(jié)與體會通過本次微機原理與接口技術課程設計，我更深入的掌握了在微機原理與接口技術理論課上學習到的各種基本控制理論，了解學習了很多課堂上沒有涉及的知識，鍛煉了我多方面的能力，以下是我本次設計的具體體會。1、通過理論聯(lián)系實際的真實設計，我更加深入的了解了匯編語言的編程思想，學會了用匯編語言編寫一些不太復雜的應用程序。通過本次設計，我深深的體會到匯編語言是一門接近硬件的語言，它與 C語言等其他高級語言有很大不同，往往在

23、高級語言很容易實現(xiàn)的功能通過匯編來實現(xiàn)很復雜，比如說 C語言編寫加減乘除運算只需要簡單的一兩條語句，而匯編語言編寫需要很復雜的程序段來實現(xiàn)；但匯編語言有它的長處，匯編語言的運行速度比其他高級語言更快，對于實現(xiàn)硬件功能有著極大的優(yōu)越性。2、本次課程設計由于所設計的知識涉及很廣，許多設計中的硬件工作方式以及功能的實現(xiàn)方法都是我以往并不知道的，這迫使我去查閱許多相關資料文獻，學習相關知識，這些不但使我學習了許多新的知識，而且鍛煉了我獨立學習新知識的能力。3、我還通過本次設計鍛煉了我獨立思考和動手解決控制系統(tǒng)實際問題的能力，由于我們的設計是以小組為單位，如果一個小組不能很好的配合工作學習是不能把設計做

24、好的，這些都鍛煉了我與其他同學互相配合、互相幫助的團隊協(xié)作能力。16 微機原理與接口技術課程設計說明書參考文獻1彭虎,周佩玲,傅忠謙編著,微機原理與接口技術(第 2版).北京:電子工業(yè)出版社，20082沈美明，溫東嬋編著,IBM-PC匯編語言程序設計（第 2版）.北京:清華大學出版社，20013潘新民，王燕芳編著,微型計算機控制技術.北京:高等教育出版社，20014段承先編著,微型計算機原理及接口技術.北京:兵器工業(yè)出版社，20005黃國建，虞平良，曾芬芳編著,微型機算機應用技術.上海:上海交通大學出版社，199517 微機原理與接口技術課程設計說明書附錄簡易計算器乘法部分設計源程序DATA

25、SEGMENTTABDB0C0H,0F9H,0B4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90HFLAGSHUFLAGMULFLAGCLRFLAGDENGSUMDBDBDBDBDWDBDBDBDBDBDB00000SUM10SUM20QIAN0BAI0SHI0GE0DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE, DS:DATASTART:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV AL,88HOUT 46H,ALXOR BH,BH;8255初始化10001000;46H,44H,42H,40H分別為8255控制口，PC,PB,PAKEYCHECK:

26、MOV AL,0F0HOUT 44H,ALIN AL,44H18 微機原理與接口技術課程設計說明書CMP AL,0F0HJE DISPLAYCALL DELAYCMP AL,0F0HJE DISPLAY;去抖動MOV CX,4;循環(huán)4次MOV DH,0FEHKEYSCAN:ADD FLAGSHU,1MOV AL,DHOUT 44H,ALIN AL,44HMOV AH,ALAND AH,0F0HCMP AH,0F0HJNE GETKEYROL DH,1LOOP KEYSCAN;鍵盤逐行掃描;獲取鍵盤值;第一行GETKEY:CMP AL,0EEHJE L1CMP AL,0DEHJE L2CMP A

27、L,0BEHJE L3CMP AL,7EHJE LJIA19 微機原理與接口技術課程設計說明書CMP AL,0EDHJE L4;第二行CMP AL,0DDHJE L5CMP AL,0BDHJE L6CMP AL,7DHJE LJIANCMP AL,0EBHJE L7;第三行CMP AL,0DBHJE L8CMP AL,0BBHJE L9CMP AL,7BHJE LDENGCMP AL,0E7HJE L0;第四行CMP AL,0D7HJE LCHENGCMP AL,0B7HJE LCHUJMP LCLRL1:;1按下MOV BH,1JMP DISPLAY20 微機原理與接口技術課程設計說明書L2

28、:L3:;2按下MOV BH,2JMP DISPLAY;3按下;+按下;4按下;5按下;6按下;-按下;7按下;8按下MOV BH,3JMP DISPLAYLJIA:MOV BH,0AHJMP DISPLAYL4:L5:L6:MOV BH,4JMP DISPLAYMOV BH,5JMP DISPLAYMOV BH,6JMP DISPLAYLJIAN:MOV BH,0BHJMP DISPLAYL7:L8:L9:MOV BH,7JMP DISPLAYMOV BH,8JMP DISPLAY;9按下MOV BH,921 微機原理與接口技術課程設計說明書JMP DISPLAYLDENG:;=按下MOV

29、BH,0CHMOV FLAGDENG,1JMP DISPLAYL0:;0按下;*按下MOV BH,0JMP DISPLAYLCHENG:MOV BH,0DHMOV FLAGMUL,1JMP DISPLAYLCHU:;/按下MOV BH,0EHJMP DISPLAYLCLR:;清零C按下MOV BH,0FHMOV FLAGCLR,1JMP DISPLAYDISPLAY:CMP BH,0AHJL DISPLAYSHUMOV AL,0C0HOUT 40H,ALMOV AL,0FHOUT 42H,ALCALL DELAYMOV FLAGSHU,022 微機原理與接口技術課程設計說明書CMP FLAGCLR,1J