有簡易計算器到復雜計算器的設計說明

1、.專業(yè)整理.微機原理實驗報告1 .設計任務：根據(jù)微機原理課程所學相關知識及實驗教程相關內容，在基于 proteus平臺，使用匯編語言，以8086為核心的情況下，配合可編 程并行接口器件8255A, LED數(shù)碼管等器件實現(xiàn)可進行簡單四位數(shù)加 減乘除法及清零、乘方、對數(shù)、二進制轉換等擴展功能的十進制計算 器。2 .需求分析：操控核心為微處理器8086芯片，可編程并行接口芯片8255A 對輸入掃描的矩陣按鍵，顯示模塊LED數(shù)碼管，其他輔助器件如 74LS138 譯碼器、74LS373 等。3 .總體方案（選擇與論證）流程：第一步，確定鍵盤是否有輸入（使用程序不斷進行掃描）。第二步，如果有輸入就調用子

2、程序進行判斷，是數(shù)值則進行存 儲并同時進行顯示，是運算符號等就調用相應的子程 序進行操作。第三步，繼續(xù)掃描鍵盤是否有輸入，從而實現(xiàn)4位十進制數(shù)以 內的加減乘除法或者擴展功能運算。第四步，運算完成后將運算的結果儲存并顯示到LED顯示器上。4 .硬件設計實驗中根據(jù)需求需以下器件：微處理器8086芯片U5RESET READY INTA/QS1 INTR hqld/gtTHLDA/GTOAD0.15A16.19ALE/QSO BHE dt/r/sTTEST NMI_ MN/MX CLKDEN/S2RDWR/LOCKM/IO/SO8086當引腳接高電平時，CPU工作于最小模式。此時，引腳信號2431的

3、含義及 其功能如下：(1) I0/M/ (memory I/O select)：存儲器、I/O端口選擇控制信號。信號 指明當前CPU是選擇訪問存儲器還是訪問I/O端口。為高電平時訪問存儲器， 表示當前要進行CPU與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送。為低電平時，訪問I/O端口， 表示當前要進行CPU與I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳送。(2) WR/ (write)：寫信號，輸出，低電平有效。信號有效時，表明CPU 正在執(zhí)行寫總線周理，同時由信號決定是對存儲器還是對I/O端口執(zhí)行寫操作。(3 ) INTA/ (interrupt acknowledge)：可屏蔽中斷響應信號，輸出，低電 平有效。CPU通過信號對外設提

4、出的可屏蔽中斷請求做出響應。為低電平時， 表示CPU已經響應外設的中斷請求，即將執(zhí)行中斷服務程序。(4 ) ALE ( address lock enable )：地址鎖存允許信號，輸出，高電平有效。 CPU利用ALE信號可以把AD15ADO地址/數(shù)據(jù)、A19/S6A16/S3地址/狀態(tài)線 上的地址信息鎖存在地址鎖存器中。(5 ) DT/ ( data transmit or receive )：數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號，輸出，三態(tài)。 DT/信號用來控制數(shù)據(jù)傳送的方向。DT/為高電平時，CPU發(fā)送數(shù)據(jù)到存儲器或 I/O端口； DT/為低電平時，CPU接收來自存儲器或I/O端口的數(shù)據(jù)。(6) DEN/

5、 (data enable)：數(shù)據(jù)允許控制信號，輸出，三態(tài)，低電平有效。 信號用作總線收發(fā)器的選通控制信號。當為低電平時，表明CPU進行數(shù)據(jù)的讀/ 寫操作。(7 ) HOLD ( bus hold request)：總線保持請求信號，輸入，高電平有效。 在DMA數(shù)據(jù)傳送方式中，由總線控制器8237A發(fā)出一個高電平有效的總線請求 信號，通過HOLD引腳輸入到CPU,請求CPU讓出總線控制權。(8 ) HLDA ( hold acknowledge)：總線保持響應信號，輸出，高電平有效。 HLDA是與HOLD配合使用的聯(lián)絡信號。在HLDA有效期間，HLDA引腳輸出一個高 電平有效的響應信號，同時總

6、線將處于浮空狀態(tài)，CPU讓出對總線的控制權，將 其交付給申請使用總線的8237A控制器使用，總線使用完后，會使HOLD信號變 為低電平，CPU 乂重新獲得對總線的控制權?？删幊滩⑿薪涌谛酒?255A343732U54H2DOPAOD1PA1D2PA2D3PA3D4PA4D5PA5D6PA6D7PA7RD"PBO麗PB1AOPB2A1PBSRESETPB4PB5CS-PB6PB7PCOPC1PC2PC3PC4PCSPC6PC73113040292?27$391836199208621 22242514工16171312113255A微機系統(tǒng)的信息交換有兩種方式：并行通信接口方式和串行通

7、信接口方式。接 口電路在CPU和I/O設備之間起著信號的變換和傳輸?shù)淖饔谩?255A可為86系列 CPU與外部設備之間提供并行輸入/輸出的通道。由于它是可編程的，可以通過軟件 來設置芯片的工作方式，因此，用8255A連接外部設備時，通常不用再附加外部電 路，使用教方便。并行接口是在多根數(shù)據(jù)線上，以數(shù)據(jù)字節(jié)/字與I/O設備交換信 息。在輸入過程中，輸入設備把數(shù)據(jù)送給接口，并且使狀態(tài)線“輸入準備好”有效。 接口把數(shù)據(jù)存放在“輸入緩沖寄存器”中，同時使“輸入回答”線有效，作為對外 設的響應。外設在收到這個回答信號后，就撤消數(shù)據(jù)和“輸入準備好”信號。數(shù)據(jù) 到達接口中后，接口會在“狀態(tài)寄存器”中設置輸入

8、準備好標志，或者向CPU發(fā)一 個中斷請求。CPU可用查詢方式或中斷方式從接口中讀取數(shù)據(jù)。接口中的數(shù)據(jù)被讀 取后，接口會自動清除狀態(tài)寄存器中的標志，且撤消對CPU的中斷請求。在輸出過程中，每當輸出寄存器可以接收數(shù)據(jù)，接口就會將狀態(tài)寄存器中“輸 出準備好”狀態(tài)置1或向CPU發(fā)一個中斷請求，CPU可用查詢或中斷方式向接口輸 出數(shù)據(jù)。當CPU輸出的數(shù)據(jù)到達接口后，接口會清除“輸出準備好”狀態(tài)，把數(shù)據(jù).學習幫手.專業(yè)整理.送往外設，并向外設發(fā)一個“數(shù)據(jù)輸出準備好”信號。外設受到驅動后，便接收數(shù) 據(jù)，并向接口電路發(fā)一個“輸出回答”信號，接口收到該回答信號后，乂將狀態(tài)寄 存器中“輸出準備好”置位，以便CPU

9、輸出下一個數(shù)據(jù)。定義工作方式控制字:r，端口A輸入 01端口 A輸出Di DoD7 D6 D5 D定義端口 A為方式O 標志位100 X X 0 X XLPC3PCo為輸入J（hPC3PCo為輸出L端口 B輸入01端口 B輸出定義端口 B為方式0IKPC7PC&）為輸入0式PC7PG）為輸出LED數(shù)碼管LED為發(fā)光二極管構成的顯示器件，亦稱數(shù)碼管。由7個字符段和一個小數(shù)點 段組成，每段對應一個發(fā)光二極管，當發(fā)光二極管點亮時，相應的字符段點亮。LED 有共陰極和共陽極兩種供應狀態(tài)。共陰極顯示時，將LED顯示的COM接地，將八個 字符段端a、b、c、d、e、f、g、dp依次與一個8位I/O

10、 口的最低到最高位連接, 當I/O給LED的哪個字符段送入一個高電平時，該段就被點亮，從而可從這7個字 符段中被點亮的構成相應的字符顯示出來。同理，COM陽極即將COM端接Vcc,其 顯示原理與COM陰極的基本相同，但I/O 口送入低電平是相應的段才被點亮。,學習幫手.,專業(yè)整理.5 .軟件設計程序流程圖：(1)總程序流程圖:.學習幫手.專業(yè)整理.,學習幫手.（2）鍵盤掃描程序流程圖:6 .具體代碼實現(xiàn)DATA SEGMENTX DB?, ?, ?, ?;存放數(shù)據(jù)的每一位XIDW9 *;存放第一個數(shù)據(jù)值X2DW9 *;存放第二個數(shù)據(jù)值YDW9 *;存放運算結果SDB9 *;存放運算符號值EDB

11、9 *;按下等號鍵標記ccDB9 *;存放運算數(shù)據(jù)位數(shù)HDB0;存放按鍵行號LDB0;存放按鍵列號Z1DB?Z2DB?Z3DB?Z4DB?DISCODE DB3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H,71H;段碼表DATA ENDSCODE SEGMENTASSUMESTART: MOVMOVCS:CODE, DS:DATAAX, DATADS, AX,專業(yè)整理.MOVAL, 90H；設置為A 口輸入，B 口輸出,C 口輸出OUT46H, ALMOVDI, OFFSET X+3;DI 指向

12、 X 的高位KKK: CALLKEY;掃描按鍵JMPKKK；以下為按鍵掃描子程序，程序返回后，在變量H和L中存放當前按鍵的行列號KEY PROCCHECK: CALLDISP;等待按鍵按下的同時進行顯示MOVAL, OFOH;所有行輸出低電平OUT44H, ALINAL, 40HCMPAL, 0FFH;讀列值JZCHECK;若都為高電平則無鍵按下,等待MOVCX, 100LOOP$；延時消抖INCMPJZAL, DXAL, OFFHCHECK；重讀列值;無鍵按下一直等待MOVH, 0;有鍵按下，先把行列號變量清0MOVL,0MOVBL, 01HMOVBH, OFEH;掃描法讀鍵值：從第一行開始

13、測試，即PCO輸出低電平NEXT:MOVAL, BHOUT44H, ALNEXTH:INAL, 40H；讀列值，判斷是第幾列有鍵按下TESTAL, BL；從第一列開始判斷JZWAITOROLBL, 1CMPBL, 80H；當前行狀態(tài)下沒有任何列有鍵按下，則轉為對下一行的測試JZNEXTLINCH；每判斷一列，列號加1JMPNEXTH；再對下一列進行判斷,學習幫手.,專業(yè)整理.NEXTL: MOVH, 0MOVBL, 01HROLBH, 1；對下一行測試，讓下一個PC 口輸出低電平CMPBH, OEFHJZEXITINCLJMPNEXTWAITO: INAL, 40H；若有鍵按下，則等該按鍵松開

14、后再計算鍵值CMPAL, OFFHJNZWAITOMOVCX, 100LOOP$；延時消抖INAL, 40HCMPAL, OFFHJNZWAITOCALLKEYVALUE調計算鍵值子程序EXIT: RETKEY ENDP;以下為計算鍵值子程序,通過行列號計算鍵值（鍵值二列號*4+行 號）；鍵值存放在DL寄存器中KEYVALUE PROCMOVDL,LMOVDH,HSHLDL, 1SHLDL, 1；列號乘4ADDDL, DHCMPDL, 9；按下的是數(shù)字鍵JNGNUM_CALLCMPDL, 16JLCONT_CALL;按下的是運算鍵CMPDL, 16JZOUTP_CALL；按下的是等于鍵CMPD

15、L, 17JZCLR_CALL；按下的是清除鍵NUM_CALL:CALLNUMBER調數(shù)字鍵處理子程序JMPEXIT1CONT_CALL:MOVS, DL;存放運算鍵的鍵值MOVE, 0CALLCOUNT;調運算鍵處理子程序，計算第一個加數(shù)JMPEXIT1OUTP_CALL:CALLOUTP;調等號鍵處理子程序JMPEXIT1CLR_CALL:CALLCLEAR;調清除鍵處理子程序EXIT1:RETKEYVALUEENDP；以下為清除鍵處理子程序，按下清除鍵后，X變量全部清0CLEAR PROCMOVX3,0MOVX2,0MOVXl,0MOVX0,0CALLBITPRETCLEAR ENDP.

16、學習幫手.專業(yè)整理.;以下為等號鍵處理子程序，該子程序負責將第二個運算數(shù)據(jù)的數(shù)值 計算出來存入X2變量;并根據(jù)運算符號，調用相應的運算子程序OUTP PROCPUSHPUSHPUSHINCCALL算第二個運算數(shù)據(jù)CMPJZ法子程序CMPJZ數(shù)子程序CMPJZ階乘子程序CMPAXDXBXECOUNT調運算鍵處理子程序，計S, 10ADD_CALL;運算符為加號，則調用加S, 11LOG_CALL;運算符為對數(shù)，則調用對S, 12JCE.CALL;運算符為階乘號，則調用S, 13JZ DIVP.CALL；運算符為除號，則調用除法子程序CMPS, 14JZK_CALLCMPS, 15CALLERJM

17、PSTORE1ADD_CALL: CALL ADDPJMPSTORE1LOG_CALL: CALLLOGJMP STORE1JCE_CALL: CALL JCEJMPSTORE1DIVP_CALL: CALLDIVPJMPSTORE1K_CALL:CALL KSTORE1: MOVAX, Y;以下程序將各運算子程序.學習幫手.返回的運算結果，按位分解，送入X變量MOVDX, 0MOVBX, 1000DIVBXMOVX0, ALMOVAX, DXMOVBL, 100DIVBLMOVXl, alMOVAL, AHMOVAH, 0MOVBL, 10DIVBLMOVX2,ALMOVX3, AHPOPB

18、XPOPDXPOPAXRETENDPOUTP;以下為運算鍵處理子程序，該程序將第一個運算數(shù)據(jù)的數(shù)值計算出來并存入XI變量;或者將第二個運算數(shù)據(jù)的數(shù)值計算出來并存入X2變量,專業(yè)整理.;將運算符的值存入S變量COUNTPROCPUSHAXPUSHBXPUSHDXMOVDX, 0CALLBITP;測試X中的數(shù)據(jù)是多少位CMPCC,4；輸入的數(shù)據(jù)是4位數(shù)9 JZC4CMPCC, 3；輸入的數(shù)據(jù)是3位數(shù)9 JZC3CMPCC, 2；輸入的數(shù)據(jù)是2位數(shù)9 JZC2JMPCl；輸入的數(shù)據(jù)是1位數(shù)9 C4:MOVAX, 0MOVAL,XOMOVBX, 1000MULBXMOVDX, AXC3:MOVAL,X

19、1MOVBL,100MULBLADDDX,AXC2:MOVAL,X2MOVBL, 10MULBLADDDX, AXCl:MOVAL,X3MOVAH, 0ADDDX, AXCMPE, 1JNZX1_SMOVX2,DX；按下的是等號，則將第二個運算數(shù)據(jù)的值存入X2變量JMPEXIT3X1_S:MOVXI, DX;按下的是運算符號，則將第一個運算數(shù)據(jù)的值存XI變量MOVX,0；清空X變量MOVX,0MOVXl,0.學習幫手.專業(yè)整理.MOVX0,0EXIT3:POPDXPOPBXPOPAXRETCOUNTENDP;以下為數(shù)字鍵處理子程序；該程序，將輸入的數(shù)據(jù)按位存放在X變量中，并由CC記錄數(shù)據(jù)的位數(shù)

20、NUMBER PROCCMPE, 1JNZCONTINUEMOVE,0CALLCLEARCONTINUE: CMPCC,0;目前數(shù)據(jù)為0位，即沒有數(shù)據(jù)，則轉到SSSJZ SSS;若已有數(shù)據(jù)，以下程序將X左移8位。；例如:先輸入“1”，當再輸入2時, ;先要將“1”從個位移到十位，然后再將“2”存放到個位PUSHAXPUSHDXMOVAL,X3MOVAH,X MOVDL,X1MOVDH,XOMOVCX, 8LL: SHLAX, 1RCLDX, 1LOOPLLMOVX3,ALMOVX2, AHMOVZ3, AHMOVX1,DLMOVZ2, DLMOVXO,DHMOVZ1,DHPOPDXPOPAXS

21、SS: MOVDI,DL;將當前鍵入的數(shù)據(jù)存放到X的最低位MOVZ4, DLINCCC;數(shù)據(jù)位數(shù)加1CMPCC,4;判斷數(shù)據(jù)位數(shù)JNGEXIT2MOVCC, 0;如果數(shù)據(jù)超過4位，重新從最低位開始存放MOVX,0MOVXl,0MOVX0,0EXIT2: CALLDISP調顯示子程序，顯示輸入的數(shù)據(jù)RETNUMBER ENDP;加法子程序ADDP PROCPUSHAXMOVAX, XIAX, X2Y, AXAXADDMOVPOPRETADDP ENDP;對數(shù)子程序LOG PROCPUSH AXPUSH BXPUSH CXPUSH DXMOV AX, XIMOV BX, 0MOV CX, 2MOV

22、 DX, 0LO:DIV CXCMP AX, 0JZ G2INC BXJMP LOG2:MOV Y, BXPOP DXPOP CXPOP BXPOP AXRETLOG ENDP;階乘子程序JCE PROCPUSH AXPUSH BXPUSH CXPUSH DXMOV AX, XIMOV DX, AXSUB DX, 1MOV CX, DXMOV BX, DXCHENG:MUL DXDEC BXMOV DX, BXLOOP CHENGMOV Y, AXPOP DXPOP CXPOP BXPOP AXRETJCE ENDP；除法子程序DIVP PROCPUSH AXPUSHBXPUSHDXMOVDX

23、, 0MOVAX, XIMOVBX, X2DIVBXMOVY, AXPOPDXPOPBXPOPAXRETDIVPENDP;次方子程序K PROCPUSHAXPUSHDXPUSHCXMOVAX, XIMOVDX, AXMOVCX, X2DEC CXN:IULDXMOV DX, XILOOP NMOVY, AXPOPCXPOPDXPOPAXRETK ENDP.學習幫手.;二進制轉換成十進制子程序ER PROCPUSH AXPUSH BXPUSH CXMOV BL, 8MOV AL, Z1MUL BLMOV CX, AXMOV BL, 4MOV AL, Z2MUL BLADD CX, AXMOV B

24、L, 2MOV AL, Z3MUL BLADD CX, AXMOV AL,Z4MOV BL, 1MUL BLADD CX, AXMOV Y, CXPOP CXPOP BXPOP AXRETER ENDP;顯示子程序，將X中的數(shù)值按位顯示出來DISP PROCPUSHBXPUSHAXMOVBH, 0LEASI,DISCODECALLBITP;測試乂位數(shù)CMPCC,4JZQIANCMPCC, 3JZBAICMPCC, 2JZSHICMPCC, 1JMPGJMPNONEQIAN:MOVAH, 11100000B；從第4位開始顯示MOVAL, AHOUT44H, ALMOVBL,XOMOVAL, SI

25、+BXOUT42H, ALCALLDELYMOVAL, 0OUT42H, ALBAI:MOVAH, 11010000B；從第3位開始顯示MOVAL, AHOUT44H, ALMOVBL,X1MOVAL, SI+BXOUT42H, ALCALLDELYMOVAL, 0OUT42H, AL.專業(yè)整理.,學習幫手.SHI:MOVAH, 10U0000B始顯示MOVAL, AHOUT44H, ALMOVBL,X2MOVAL, SI+BXOUT42H, ALCALLDELYMOVAL, 0OUT42H, ALG:MOVAH, 01U0000B始顯示MOVAL, AHOUT44H, ALMOVBL,X3M

26、OVAL, SI+BXOUT42H, ALCALLDELYJMPEXIT4；從第2位開；從第1位開NONE:MOVAL, 0；X中沒有數(shù)據(jù)，不顯示OUTEXIT4: POPPOPRETDISP ENDP;分析數(shù)據(jù)位數(shù)子程序BITP PROCCMP42H, ALAXBXX0,0;如果X0不為0,則數(shù)據(jù)為4位數(shù)JNZCMPFOURBITXl,0;如果Xl不為0,則數(shù)據(jù)為3位數(shù)JNZCMPTHREEBITX,0;如果X2不為0,則數(shù)據(jù)為2位數(shù)JNZCMPTOWBITX,0;如果X3不為0,則數(shù)據(jù)為1位數(shù)JNZJMPONEBITZEROBIT；否則，沒有數(shù)據(jù)FOURBIT:MOVCC, 4JMPEXI

27、T5THREEBIT:MOVCC, 3JMPEXIT5TOWBIT:MOVCC, 2JMPEXIT5ONEBIT:MOVCC, 1JMPEXIT5ZEROBIT:MOVCC, 0EXIT5:RETBITPENDP;延時子程序DELYPROCPUSHCXMOVCX, 100LOOP$POPCXRETDELY ENDPCODE ENDS.專業(yè)整理.ENDSTART7 .調試與測試第一步，進行數(shù)碼管顯示的仿真。編寫一段直接賦值送到數(shù)碼管 顯示的程序，進行數(shù)碼管顯示的仿真。編寫程序，輸入使數(shù)碼管顯示“HELO”的程序，進行仿真，通過第二步，進行鍵盤掃描的仿真。編寫代碼，將掃描到的鍵值送到 數(shù)碼管顯示。

28、編寫程序，使數(shù)碼管顯示所掃描到的鍵值，進行仿真，通過多次 修改可得結果。測試步驟為：首先選取任意keypad鍵盤，連接好電路，按下鍵盤上數(shù)字的8, 如圖可見，電路線的顏色變化說明產生了脈沖。松開鼠標后，此時數(shù)碼管顯示為所掃描到的鍵值:再換其他案件，并使數(shù)碼管顯示相應掃描到的鍵值。第三步，在數(shù)碼管顯示和鍵盤掃描程序都正確的基礎上，逐步增 加代碼，增加功能，逐步實現(xiàn)按鍵值的存儲與顯示、清零、加法、減 法、乘法、除法等功能的仿真。第四步，在確立好了之前的計算器基礎應有程序都正確后，又加 入了幾個擴展模塊，再次模擬仿真，將調試不通過的擴展部分刪去, 只留下可執(zhí)行的模塊。1 .實現(xiàn)二進制與十進制轉換功能

29、：輸入二進制111b:.學習幫手.按下二進制轉換鍵:再按下二號鍵，可見數(shù)碼管顯示轉換后的十進制數(shù):2.實現(xiàn)求階乘功能：1.按下要求的數(shù)，數(shù)碼管開始顯示:2.按下求階乘按鍵，可見產生了脈沖:3.再按下二號鍵，可見數(shù)碼管顯示結果:計算器擴展后還有其他擴展功能，在此不作贅述。8 .關鍵技術一、鍵盤掃描_LJjoiKOwn3B3BR14%R2R31-O 01 c4P Q_I|_I _!=L« 'IO D _O O _O D89+根據(jù)如上鍵盤及電路，可以先掃描列，再掃描行，先給出PCO為 低電平,PC申PC2、PC3均為高電平。若不按鍵盤,則PAO、PAI、PA2、 PA3、PA4、P

30、A5均為高電平，然后轉入下一行測試，給下一行提供低 電平、依次類推。若其中有鍵按下，則其對應位應顯示低電平。這樣， 就把按下的鍵給定位了。根據(jù)以上鍵盤，通過計算按鍵的值來定位該 位按鍵。鍵值工行*4+列，而行、列值可通過循環(huán)來實現(xiàn)。 二、數(shù)據(jù)存儲與顯示首先定義X0、X1K X、X3四個變量，分別存放按下數(shù) 據(jù)的每一位的值，若為數(shù)字鍵，首先按下的數(shù)字存放在X3中，然 后可以通過移位將輸入的數(shù)據(jù)依次存放于X0、X1K X2、X3 中，要將它的十進制的值，則只要分別乘以1000、100、10、1然后 相乘后保存到原先定義好的變量XI中即可。同理，當輸入第二個數(shù) 據(jù)后，將其顯示并保存于X2變量。為了能在數(shù)碼管中顯示，首先應 定義一個數(shù)據(jù)段，這個數(shù)據(jù)段存放的二進制數(shù)做位數(shù)碼管的輸入，從 而控制數(shù)碼管的值，十進制數(shù)0到15對應的輸入分別為3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H ,71Ho因此，我們就將這一連串的數(shù)據(jù)存放到以變量名為DISCODE為 地址的數(shù)據(jù)段中，并讓DI指向DISCODE,要想輸出一個數(shù)的話，只 要讓DI的地址加上這個數(shù)的值即可。聯(lián)系上述所說的X0、Xl、 X2、X3、要輸出它們的值只要讓它們加上DI,進行尋址后連入 數(shù)碼管輸入