夜班防睡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

1、目錄1 需求分析和解決問(wèn)題的思路 - 1 需求分析- 1 解決問(wèn)題方法及思路- 12 硬件設(shè)計(jì)- 2 芯片8255-A- 22.2 LED顯示器- 4 單刀雙擲開(kāi)關(guān)- 5 揚(yáng)聲器- 62.5 硬件總邏輯圖及其說(shuō)明- 63 控制程序設(shè)計(jì)- 7 控制程序設(shè)計(jì)思路說(shuō)明- 7 控制程序流程圖- 7 控制程序- 84 設(shè)計(jì)結(jié)果分析及問(wèn)題討論- 134.1 上機(jī)調(diào)試過(guò)程- 134.2 課程設(shè)計(jì)結(jié)果及分析- 134.3 收獲、體會(huì)和建議-131需求分析和解決問(wèn)題的思路 需求分析 任務(wù)分析1）每5分鐘用一次較柔和的聲音提醒值班者按復(fù)位鍵，之后計(jì)時(shí)重新開(kāi)始。2）若計(jì)時(shí)到6分鐘時(shí)，還沒(méi)人按復(fù)位鍵，則以較急促的聲音

2、報(bào)警，黃燈閃爍。3）當(dāng)?shù)?5分鐘的時(shí)候紅燈閃爍，并以持續(xù)尖銳的聲音報(bào)警，以LED顯示分和秒。 功能分析本設(shè)計(jì)主要是為了解決值班人員在值夜班時(shí)容易睡覺(jué)的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中主要通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)生來(lái)防止值班人員睡覺(jué)，每隔5分鐘用較柔和的聲音提醒值班人員一次，值班人員按下復(fù)位鍵重新即時(shí)，說(shuō)明值班人員并未睡著；如果及時(shí)到6分鐘值班人員還沒(méi)有按復(fù)位鍵，說(shuō)明此時(shí)值班人員可能已經(jīng)開(kāi)始打盹，揚(yáng)聲器發(fā)出較急促的聲音報(bào)警，并且黃燈閃爍，若此按下復(fù)位鍵，又重新計(jì)時(shí)；如果到了15分鐘還沒(méi)有人按復(fù)位鍵，那么此時(shí)值班人員可能已經(jīng)完全睡著，揚(yáng)聲器發(fā)出尖銳的聲音報(bào)警，紅燈閃爍，并以LED記錄睡著的時(shí)間。 需要解決的問(wèn)題需要發(fā)聲提醒，發(fā)聲

3、提醒又分為3種（較柔和，較急促，尖銳的聲音），通過(guò)鍵盤復(fù)位，要紅，黃燈閃爍。還要將時(shí)間動(dòng)態(tài)顯示在LED顯示器上，每秒刷新一次。而且分秒顯示共需4位數(shù)字，所以要有4個(gè)LED數(shù)碼管進(jìn)行控制。秒控制的兩位要在60秒后進(jìn)位，分鐘的兩位加1，秒清零。揚(yáng)聲器可用專門的揚(yáng)聲器電路，也要用PC機(jī)的喇叭實(shí)現(xiàn)。1.2 解決問(wèn)題方法及思路 硬件部分 1) PC機(jī)一臺(tái)，并行接口8255A一片，LED數(shù)碼管4只，發(fā)光二極管2只(紅、黃各一只)，開(kāi)關(guān)一個(gè)，揚(yáng)聲器一只。2) 利用揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警，節(jié)拍由延時(shí)程序決定.3) 使不同顏色的發(fā)光二極管按一定規(guī)律發(fā)光。4) 使實(shí)驗(yàn)箱上的8255A作為輸出接口，驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光。所用端口

4、工作在方式0、輸出即可。5) 定義開(kāi)關(guān)清零。6) PC7接開(kāi)關(guān)，用作輸入，控制復(fù)位。7) 通過(guò)8255A來(lái)控制LED發(fā)光二極管的亮滅。8) PC0接揚(yáng)聲器、PC1接紅燈、PC2接黃燈。9) 二極管閃爍：開(kāi)|關(guān) 輸出為0則亮，輸出為1則滅。 軟件部分 程序部分首先進(jìn)行初始8255,然后進(jìn)行時(shí)間顯示,初值顯示00分00秒,四個(gè)顯示器每個(gè)顯示10ms,接著秒個(gè)位加1,進(jìn)行下一次顯示,當(dāng)秒個(gè)位為10時(shí),秒十位加1,同時(shí)秒個(gè)位清零.當(dāng)秒十位為6時(shí),分個(gè)位加1,秒位清零,依次顯示.當(dāng)顯示為5分00秒時(shí),發(fā)出控制信號(hào)使揚(yáng)聲器發(fā)出柔和的聲音,此時(shí),若有人撥動(dòng)開(kāi)關(guān),則四個(gè)顯示器全清零,又從00分00秒開(kāi)始顯示.

5、當(dāng)顯示6分00秒時(shí),發(fā)出控制信號(hào)使黃燈亮,并使揚(yáng)聲器發(fā)出急促的報(bào)警聲音.當(dāng)顯示為15分00秒時(shí),發(fā)出控制信號(hào)使紅燈亮,并使揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)出尖銳的報(bào)警聲.2 硬件設(shè)計(jì) 芯片8255-A 8255A在本設(shè)計(jì)中的作用8255A作為輸出接口，驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光。所用端口工作在方式0?？刂瓢l(fā)光二極管的亮滅。A口,B口控制LED數(shù)碼顯示管，C口低四位分別接揚(yáng)聲器，紅燈，黃燈。高四位中的Pc4接開(kāi)關(guān)，用于輸入信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。 8255A的功能分析 8255方式0是基本輸入/輸出方式，A、B、C三個(gè)口中任何一個(gè)口都可提供簡(jiǎn)單的輸入和輸出操作，不需要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，即可用于無(wú)條件傳送的場(chǎng)合，也可以用作查詢方式傳送。當(dāng)

6、采用查詢方式傳送時(shí)，原則上可用A、B和C三個(gè)口的任一位充當(dāng)查詢信號(hào)，但通常都是選用C口充當(dāng)查詢信號(hào)，這和C口的編程有關(guān)。通常把C口的4位(高4位或低4位)規(guī)定為輸出口，用以輸出一些控制信號(hào)，把C口的另4位規(guī)定為輸人口，用以輸入外設(shè)的狀態(tài)。 8255A原理圖及功能表圖 2-1 8255A原理圖表 2-1 8255A的操作功能表 A1 A0操 作數(shù) 據(jù) 傳 送 方 式 0 0 1 0 0讀 A 口A口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 0 1讀 B 口B口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 1 0讀 C 口C口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線 0 1 0 0 0寫 A 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) A口 0 1 0 0 1寫 B 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)

7、 B口 0 1 0 1 0寫 C 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) C口 0 1 0 1 1寫控制口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) 控制口8255A有三種工作方式，用戶可以通過(guò)編程來(lái)設(shè)置。 8255A的方式控制字圖 2-2 8255A方式控制字 方式0的工作特點(diǎn)這種方式通常不用聯(lián)絡(luò)信號(hào)，不使用中斷，三個(gè)通道中的每一個(gè)都有可以由程序選定作為輸入或輸出。其功能為：1)兩個(gè)8位通道：通道A、B。兩個(gè)四位通道：通道C高4位和低四位；2)任何一個(gè)通道可以作輸入/輸出；3)輸出是鎖存的；4)輸入是不鎖存的；5)在方式0時(shí)各個(gè)通道的輸入/輸出可有16種不同的組合。 8255部分技術(shù)參數(shù)表 2-2 8255A技術(shù)參數(shù)SymbolParamete

8、rMinMaxUnitVILInput Low VoltageVVIHInput High VoltageVCCVVOL(DB)Output Low Voltage(Date Bus)0.45*VVOL(PER)Output Low Voltage(Peripheral Port)0.45*VVOH(DB)Input Low Voltage(Date Bus)VVOH(PER)Input Low Voltage(Peripheral Port)VIDAR(1)Dartington Drive CurrentmAICCPower Supply Current120mAIILInput Load

9、Current±10AIOFLOutput Float Leakage±10A輸入最低電壓：min -0.5V,max 0.8 V，輸入最高電壓：2.0 V。輸出最低電壓：0.45 V輸出最高電壓：2.4 V。2.2 LED顯示器作用LED發(fā)光二級(jí)管（Light-Emitting Diode），在本設(shè)計(jì)中采用7段數(shù)字發(fā)光二級(jí)管，做為終端顯示。 LED功能分析 圖 2-3 LED圖示(1)物理構(gòu)造：LED發(fā)光二級(jí)管，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴?2)工作原理：當(dāng)在發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時(shí)，PN結(jié)勢(shì)壘降低，載流子的擴(kuò)散運(yùn)

10、動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會(huì)產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)。(3) 數(shù)字成像：將七個(gè)發(fā)光管進(jìn)行組合，排列成數(shù)字圖形8，再根據(jù)需要控制七個(gè)管的亮與滅，即可顯示出定義數(shù)字。實(shí)驗(yàn)中采用的是共陰極七段LED顯示器，他由多個(gè)發(fā)光二極管組成，七段或八段筆畫顯示器，當(dāng)段組發(fā)亮?xí)r，便可顯示數(shù)字1位，七段代碼的各位用作a-g和Dp的輸入，當(dāng)對(duì)應(yīng)的位為1時(shí)，則該段亮。圖2-4 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 LED顯示管段選碼編碼表表 2-3 LED段選碼數(shù)字DPgfedcba二進(jìn)制編碼（字形）0001111113FH10000001103

11、H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FHA0111011177HB011111007CHC0011100169HD010111105EHE0111100179HF0111000171H 技術(shù)參數(shù)表 2-4 LED技術(shù)參數(shù)PCWIfVrIrIfRP對(duì)應(yīng)型號(hào)散射顏色BT-235-270255200SEL-10紅色 單刀雙擲開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)的作用本次設(shè)計(jì)需要用1位開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)值班者是否睡著。+5V圖 2-5 單刀雙擲開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)的功能分析開(kāi)關(guān)閉合輸入0，

12、開(kāi)關(guān)斷開(kāi)輸入1。 技術(shù)參數(shù)開(kāi)關(guān)高電平：+5V、低電平：0V實(shí)驗(yàn)中單刀雙擲開(kāi)關(guān)接地，即通過(guò)8255，PC5檢測(cè)到為0，當(dāng)值班者撥動(dòng)開(kāi)關(guān)接+5V電壓時(shí)，PC5檢測(cè)到為1（即相當(dāng)于值班者按動(dòng)按扭。2.4 揚(yáng)聲器 作用本次設(shè)計(jì)需要揚(yáng)聲器發(fā)出三種不同頻率的響聲，由8255的PC0控制（第0位控制） 功能分析如果使該位交替為0為1則產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流，該電流放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。2.5 硬件總邏輯圖及其說(shuō)明圖 2-8 硬件總邏輯圖上圖所示為數(shù)碼顯示管邏輯總圖，圖中所用到的為一片8255芯片、1位開(kāi)關(guān)、4個(gè)七段LED數(shù)碼顯示管、紅燈和黃燈。將PCI的CS、A0、A1分別接8255A的CS、A0、A1，82

13、55A的PA0PA7接入數(shù)碼管選擇腳， PB0PB7分別與數(shù)碼管段碼相連，作為段選擇。8255的A口,B口控制LED數(shù)碼顯示管，C口低四位作輸出口，PC0接揚(yáng)聲器，PC1接黃燈，PC2接紅燈，高四位作輸入口，PC7接開(kāi)關(guān)。3 控制程序設(shè)計(jì) 控制程序設(shè)計(jì)思路說(shuō)明首先將8255初始化（設(shè)置8255A的控制方式，A口、B口用于輸出C口高四位輸入，低四位輸出），LED動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間（分、秒），用軟件查詢判斷分秒的情況：當(dāng)顯示5：00 、6：00、15：00時(shí)，分別調(diào)用不同的發(fā)聲子程序。顯示期間若按復(fù)位鍵則時(shí)間從00：00顯示。 控制程序流程圖 圖 3-1 控制程序流程圖 3.3 控制程序.MODELTI

14、NYPCIBAR3EQU1CH;8位I/O空間基地址(它就是實(shí)驗(yàn)儀的基地址, 也為DMA & 32 BIT RAM板卡上的8237提供基地址) Vendor_IDEQU 10EBH;廠商ID號(hào)Device_IDEQU8376;設(shè)備ID號(hào).STACK100.DATAIO_Bit8_BaseAddressDW?msg0DB'BIOS不支持訪問(wèn)PCI $'msg1DB'找不到Star PCI9052板卡 $'msg2DB'讀8位I/O空間基地址時(shí)出錯(cuò)$'COM_ADDDW00F3H;控制口偏移量PA_ADDDW00F0H;PA口偏移量PB_AD

15、DDW00F1H;PB口偏移量PC_ADDDW00F2H;PC口偏移量.CODESTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXNOPCALLInitPCICALLModifyAddress;根據(jù)PCI提供的基地址,將偏移地址轉(zhuǎn)化為實(shí)地址main: mov dx,COM_ADD ;寫8255A方式控制字 mov al,88h ;設(shè)置端口A為工作方式0輸出端口；端口Pc7到Pc4為輸入，Pc3到Pc0為輸出；端口B為輸出并工作在方式0 out dx,al mov dx,PC_ADD mov al,0ffh out dx,al mov si,offset m1;設(shè)置m1的偏移地址于SI中l(wèi)op:

16、mov ah,0 mov si,ah;初始化4位時(shí)間的初值 mov si+1,ah mov si+2,ah mov si+3,ah lop4: mov ah,30;設(shè)置一秒鐘顯示之間的間隔時(shí)間 waite: mov di,offset m1+3;顯示四個(gè)時(shí)間量 mov cl,0feh;位選碼送入CL低位為1110;將tab內(nèi)的段選碼傳送入m1空間內(nèi)的相對(duì)位置，根據(jù)位選碼決定 disp: mov al,di mov bx,offset tab xlat mov dx,PB_ADD;寫入端口B out dx,al;將從tab空間內(nèi)讀取的段選碼輸入到端口B mov al,cl mov dx,PA_A

17、DD out dx,al;將位選碼送入端口A call delay;調(diào)用延時(shí)子程序延時(shí)低于20um則不閃爍 mov al,0ffh mov dx,PA_ADD out dx,al;關(guān)閉顯示 cmp cl,0f7h;判斷該位選碼是否指向最后一個(gè)時(shí)間值（一次時(shí)間顯示有四個(gè)時(shí)間值顯示在LED上） jz exit2;是最后一個(gè)時(shí)間值則轉(zhuǎn)向?qū)r(shí)間加一秒的程序 mov dx,PC_ADD mov al,0ffh out dx,al dec di;指向下一個(gè)時(shí)間值以待顯示 rol cl,1;將位選碼左移一位 jmp disp;重新顯示下一位exit2: dec ah jnz waite;若一秒未顯示30次則

18、轉(zhuǎn)向以上顯示四個(gè)時(shí)間量的程序顯示30次 mov dx,PC_ADD ;判斷C口開(kāi)關(guān)端口pc7輸入是否為0 in al,dx test al,10000000B jnz lop;為零則轉(zhuǎn)向初始化時(shí)間量的程序段 ； 是否復(fù)位 mov al,0 mov ah,1 mov bl,5 mov bh,6 mov ch,10 add si+3,ah;秒個(gè)數(shù)的時(shí)間量加1 cmp si+1,bl;分個(gè)位是否為5 jnz aa cmp si,al;為5則判斷分十位是否為0 call softspk ;為0則執(zhí)行柔和子程序 jmp a1aa: cmp si+1,bh;判斷分個(gè)位是否為6 jnz bb;不為6則跳轉(zhuǎn)繼

19、續(xù)執(zhí)行以下程序 cmp si,al;判斷分十位是否為0 call ylgspk;為0則調(diào)用急促子程序 jmp a1bb: cmp si,ah;判斷分十位是否為1 jnz a1 call rlgspka1: cmp si+3,ch;判斷秒個(gè)位是否為10，不為則轉(zhuǎn)向以上顯示四個(gè)時(shí)間量的程序段中 jnz lop4; mov si+3,al;若秒個(gè)位為10則將其置零 add si+2,ah;秒十位加1 cmp si+2,bh jnz lop4;判斷秒十位是否為6，是則轉(zhuǎn)向顯示時(shí)間量的程序段 mov si+2,al;若不為6則將其清零 add si+1,ah;并分個(gè)位加1 pp: cmp si+1,ch

20、 jnz asd;若分個(gè)位不為10則轉(zhuǎn)向顯示時(shí)間量 mov si+1,al;若為10則將其清零 add si,ah;并分十位加1 asd:jmp lop4 ;控制時(shí)間進(jìn)位 tab db 3fh,06h, 5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh;存儲(chǔ)表示數(shù)字的各段選碼分別表示為0-9m1 db 00h,00h,00h,00h;存儲(chǔ)要顯示的四個(gè)時(shí)間量softspk proc ;柔和聲音提醒子程序push axpush bxpush cxmov bx,5;bx為叫聲次數(shù)sound1:mov dx,PC_ADD mov al,11111110bout dx,al ;揚(yáng)聲器mov

21、 cx,00fffh;延時(shí)wait1:loop wait1 mov al,0ffhout dx,al dec bxjne sound1mov cx,00effh;延時(shí), ;每次叫聲持續(xù)的時(shí)間wai1:loop wai1pop cxpop bxpop axretsoftspk endpylgspk proc ;黃燈，急促叫聲 ,子程序push axpush bxpush cxmov bx,8sound2:mov dx,PC_ADD mov al,11111100bout dx,al ;揚(yáng)聲器mov cx,01f00hwait2:loop wait2 mov al,0ffhout dx,almov

22、 cx,000ffhwai2:loop wai2 dec bxjne sound2pop cxpop bxpop axretylgspk endprlgspk proc ;紅燈最急促叫聲子程序push axpush bxpush cxmov bx,10sound3:mov dx,PC_ADD mov al,11111010bout dx,al ;揚(yáng)聲器mov cx,01f00hwait3:loop wait3 mov al,0ffhout dx,almov cx,000f0hwai3:loop wai3 dec bxjne sound3pop cx pop bx pop axrlgspk en

23、dpdelay proc;延時(shí)子程序 push cx mov bl,10del: mov cx,1000wait5: loop wait5 dec bl jnz del pop cx ret delay endp InitPCIPROCNEARMOVAH,00HMOVAL,03HINT10H;清屏MOVAH,0B1HMOVAL,01HINT1AHCMPAH,0JZInitPCI2LEADX,msg0InitPCI1:MOVAH,09HINT21HJMPExitInitPCI2:MOVAH,0B1HMOVAL,02HMOVCX,Device_IDMOVDX,Vendor_IDMOVSI,0INT

24、1AHJNCInitPCI3;是否存在Star PCI9052板卡LEADX,msg1JMPInitPCI1InitPCI3:MOVDI,PCIBAR3MOVAH,0B1HMOVAL,09HINT1AH;讀取該卡PCI9052基地址JNCInitPCI4LEADX,msg2JMPInitPCI1InitPCI4:ANDCX,0FFFCHMOVIO_Bit8_BaseAddress,CXRETInitPCIENDPModifyAddressPROCNEARADDCOM_ADD,CXADDPA_ADD,CXADDPB_ADD,CXADDPC_ADD,CXRETModifyAddressENDPEx

25、it:MOVAH,4CHINT21HENDSTART4 設(shè)計(jì)結(jié)果分析及問(wèn)題討論 上機(jī)調(diào)試過(guò)程1）上機(jī)過(guò)程中由于事先對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不了解，所以導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)方案失敗，重新修改了方案，耽誤了不少時(shí)間；2）聯(lián)機(jī)運(yùn)行后，數(shù)碼管顯示數(shù)字不對(duì)，經(jīng)檢查，發(fā)線問(wèn)題出在數(shù)碼轉(zhuǎn)換表定義有誤；3）在揚(yáng)聲器發(fā)聲的時(shí)候，LED數(shù)碼顯示管停止顯示時(shí)間，這將導(dǎo)致當(dāng)前時(shí)間顯示太長(zhǎng)。4.2 課程設(shè)計(jì)結(jié)果及分析 設(shè)計(jì)結(jié)果程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，四個(gè)LED燈從00分00秒開(kāi)始顯示時(shí)間，并隔相應(yīng)的時(shí)間加一秒，一直顯示到59分59秒，然后又從00分00秒開(kāi)始顯示，如此循環(huán)下去。當(dāng)時(shí)間顯示到50分00秒時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出較柔和的聲音，到60分00秒時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出較急促的聲音，黃燈閃爍，到15分00秒時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出尖銳的報(bào)警聲，紅燈閃爍。每次撥開(kāi)關(guān)為高電平時(shí)，LED燈就變成從00分00秒開(kāi)始顯示。 結(jié)果分析8255的A口低4位用來(lái)控制LED燈的位選碼，B口8位用來(lái)控制段選碼，通過(guò)A口和B口的