《競賽搶答器的設(shè)計與制作硬件課程設(shè)計報告 包含電氣原理圖、流程圖、模塊分析、源代碼設(shè)計背景完整報告等內(nèi)容》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《競賽搶答器的設(shè)計與制作硬件課程設(shè)計報告 包含電氣原理圖、流程圖、模塊分析、源代碼設(shè)計背景完整報告等內(nèi)容（21頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、計算機學(xué)院2006級硬件課程設(shè)計 硬件課程設(shè)計報告 競賽搶答器設(shè)計與制作 學(xué)院：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 班級：信息安全06-2班 成員：　XXX（總體思想的確立和方案流程的設(shè)計） XXX（鍵盤掃描程序的編程和實現(xiàn)） XXX（定時和延時程序的實現(xiàn)） 2008年7月 目錄 1、需求分析 2、總體方案與說明 2-1搶答器的基本組成及原理 2-2指標要求 2-3實現(xiàn)的原理與電路 3、電路原理圖與說明 3-1-1 8255A的原理及鍵盤接線圖 3-1-2 8255A的三種工作方式 3-2-1 8253的原理圖及接線圖

2、 3-2-2 8253A的工作方式 4、軟件主要模塊流程圖 4-1-1 主流程圖 4-1-2 8255A流程圖 4-1-3函數(shù)WAIT1 4-1-4函數(shù)WAIT2 5、源程序清單與注釋 6、問題分析與解決方案 7、結(jié)論與體會 8、參考資料 課程設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月

3、 日 搶答器的設(shè)計與制作 1. 需求分析 可顯示性搶答器可使用于各種搶答競賽中，作為判斷搶答先后的重要工具。搶答器是為智力競賽參賽者答題時進行搶答而設(shè)計的一種優(yōu)先判決器電路，競賽者可以分為若干組，搶答時各組對主持人提出的問題要在最短的時間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問題。當?shù)谝粋€人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組的號碼?；卮鹜陠栴}后，由主持人將所有按鍵恢復(fù)，重新開始下一輪搶答。因此要完成搶答器的邏輯功能，該電路至少應(yīng)包括按鍵輸入、數(shù)字顯示、計數(shù)。 2．總體方案與說明 2-1搶答器的基本組成及原理 1、基本組成：可編程外圍接口芯片8255，定

4、時器8253，七段數(shù)碼管， 小鍵盤 2、工作原理：選用8個鍵盤按鍵作為按鈕，每個按鍵對應(yīng)一個數(shù)字，在有效時間內(nèi)按下按鍵則顯示該選手的號碼。鍵盤采用行列式，2行4列共8個鍵，由8255　C口低四位讀列,B口PB0、PB1送行，行線同時接到PC4、PC5上，這樣讀C口狀態(tài)就可以同時讀取鍵盤的行列信號。A口做輸出，輸出信號由七段數(shù)碼管顯示,B口，C口均輸入。為了體現(xiàn)搶答功能，鍵盤采用動態(tài)掃描的方法。利用8259中斷，先將掃描的狀態(tài)讀入8259并用鎖存器74LS244將其鎖存，根據(jù)鎖存的狀態(tài)判斷最先按下的是哪個鍵。將由8255的C口最高位接一個開關(guān)作為控制開關(guān)S，執(zhí)行時先對8255的PC7進行檢查

5、，如果為1則啟動8253開始計時，否則繼續(xù)檢查等待。數(shù)碼管可以動態(tài)顯示所有按下的鍵的號碼。 選用8253定時20秒，并將倒計時的時間由屏幕顯示出來。并將8253的輸出接到8255的PC6口，以便檢測定時是否結(jié)束。計時開始的同時對鍵 盤進行掃描，20秒內(nèi)有鍵按下則搶答成功，無鍵按下則搶答無效。 2-2指標要求 1．基本功能： （1） 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 至S7表示。 （2） 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。 （3） 搶答器具有顯示功能。即選手按動按鈕，并在DPY_7-SEG七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。 （4） 參賽選手

6、在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效并進行報警。 2．擴展功能： （1） 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如20秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，并且倒計時可以由屏幕顯示出來。 （2） 數(shù)碼管動態(tài)顯示。數(shù)碼管可以動態(tài)的顯示所有按下的鍵的序號。 2-3實現(xiàn)的原理與電路 1．數(shù)字搶答器總體方框圖 ??????如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶

7、答器工作。定時器倒計時。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號顯示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān). 圖1 總體框圖 2．鍵盤掃描的原理 我們所設(shè)計的鍵盤是一個8位鍵的，分別為16進制數(shù)字0-7，其中，鍵盤的排列，連線及接口電路如下圖所示，8個鍵排成2行×4列的矩陣，接到微機的一對端口上。端口由8255A構(gòu)成，其中端口B作輸入，端口C口作為輸入。矩陣4條列線到輸入端口C口的PC3~PC0，用程序能改變這4條線上的電平。2條行線連到B口的PB0~PB1.行線同時接在C口的P

8、C4，PC5端，這樣，用輸入指令讀取C口狀態(tài)時，可同時讀取鍵盤的行列信息。 在無鍵壓下時，由于接到+5V上的上拉電阻的作用，列線和行線接通。這時，如果向下鍵所在的行線上輸出一個低電平信號，則對應(yīng)的列線也呈現(xiàn)低電平。當從B口讀取列線信號時，便能檢測到該列線的低電平。讀取B口的狀態(tài)時，還能確定哪個鍵被按下了。 識別鍵盤上哪個鍵被壓下的過程稱為鍵盤掃描，上述鍵盤的掃描包含以下幾步： 1 測是否所有鍵都松開了，若沒有則反復(fù)檢測。 2 當所有鍵都松開了，再檢測是否有鍵壓下，若無鍵壓下則反復(fù)檢測。 3 若有鍵壓下，要消除鍵抖動，確認有鍵壓下。 4 對壓下的鍵進行編碼，將該鍵行列的信號轉(zhuǎn)換16

9、進制碼，由此確定哪一個鍵被壓下了。如出現(xiàn)多鍵重按的情況，只有在其他鍵均釋放后，僅剩下一個鍵閉合時，才把此鍵當作本次壓下的鍵。 5 該鍵釋放后，再回到2。 6 檢測矩陣中是否有鍵壓下的一種簡單方法，自輸出口向所有列線輸出0電平，檢測B口的低兩位讀取行值，若其中有0值，便是有鍵壓下了。 　　在開始一次掃描時，先應(yīng)確認上一次壓下的鍵是否已松開。既先向所有行線輸出低電平，再讀入各列線值，只有當所有的行線和列線均為高電平，表示以前壓下的鍵都已釋放，才開始檢測是否有鍵壓下。 當檢測到有鍵壓下后，必須消除鍵抖動（DEBANCE）。即當檢測到有鍵按下后，延長一定時間（通常延遲20MS），再檢查該鍵

10、是否仍被壓者。若是，才認定該鍵確實被按下后，而不是其他的振動干擾。 確認有鍵按下后，再確定被壓下鍵所在的行號。為獲取行列信息，先從B口輸出一個低電平到一列線上，再從C口讀入各行的值，若沒有一列為低電平，說明壓下的鍵不在此行。于是，再向下一行輸出一個低電平，再檢測各列線上是否有低電平，依次對每一行重復(fù)這個過程，直至查到某一列線上出現(xiàn)低電平為止。被置成低電平的行和讀到該低電平的列，便是被壓下鍵所在的行列值。 3、電路原理圖與說明 3-1-1 8255A的原理及鍵盤接線圖 8255是一種通用可變成并行輸入輸出接口芯片，通過對它進行編程，芯片可工作于不同的工作方式，用8255作接口時，通

11、常不需要附加外部邏輯電路就可直接為CPU與外設(shè)之間提供數(shù)據(jù)通道，8255內(nèi)部包含3個8位輸入輸出端口A，B，C，通過外部24跟輸入輸出線與外設(shè)交換數(shù)據(jù)或進行通信聯(lián)絡(luò)。端口A和端口B都可以用作一個8位的輸入口或8位的輸出口，出口既可作8位輸入輸出口又可分為兩個4位輸入輸出口，還常常用來配合A口和B口工作，用來產(chǎn)生A口和B口的端口狀態(tài)信號，8255A有兩類控制字，一類控制字用來定義各端口的工作方式，稱為方式選擇控制字，另一類控制字用于對C端口的任一位置進行置位或者復(fù)位操作，稱為置位復(fù)位控制字對8255A進行編程時這兩種控制字都要寫入控制字寄存器中，但方式選擇控制字的D7位總是1，而置位復(fù)位控制字的

12、D7位總是0。 +5V 10K PB0 PB1 D0~D7 7 4 5 6 10K 0 1 2 3 8255A PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 8255A 圖2 鍵盤接口電路 3-1-2 825

13、5A的三種工作方式及控制字格式 方式0 ——基本輸入輸出方式 方式1 ——選通輸入輸出方式 方式2 ——雙向總線I/O方式 通過用輸出指令對8255A的控制字寄存器編程，寫入設(shè)定工作方式的控制字，可以讓3個數(shù)據(jù)口以不同的方式工作，端口A可工作于3種方式的任一種，端口B只能工作于方式0和方式1，端口C除了用于輸入輸出端口外，還能配合A口和B口工作，為這兩個端口的輸入輸出操作提供聯(lián)系信號。 ………………………………………………………………………………………… 3-2-1 8253的原理圖及接線圖 8253有6種工作方式，對它們的操作遵守以下3條基本原則： (1

14、)當控制字寫入8253時，所有的控制邏輯電路自動復(fù)位，這時輸出端OUT進入初始態(tài)。 (2)當初始值寫入計數(shù)器以后，要經(jīng)過一個時鐘周期，減法計數(shù)器才開始工 作，時鐘脈沖的下降沿使計數(shù)器進行減1計數(shù)。計數(shù)器的最大初始值是0，用二進制計數(shù)時0相當于216，用BCD碼時，0相當于104。 (3)對于一般情況下，在時鐘脈沖CLK的上升沿時，采樣門控信號。對門控信號(GATE)的觸發(fā)方式是有具體規(guī)定的： 門控信號為電平觸發(fā)的有：方式0，方式4。 門控信號為上升沿觸發(fā)的有：方式1，方式5。 門控信號可為電平觸發(fā)也可為上升沿觸發(fā)的有：方式2，方式3。 計數(shù)方式的有：方式0，方式1，

15、方式4，方式5 定時方式的有：方式2，方式3。 3-2-2 8253A的工作方式 對8253A的工作方式只介紹本實驗中用到的兩種： （1）方式0(計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷的計數(shù)器) 寫入方式控制字后，輸出端OUT為低電平；寫入計數(shù)常數(shù)后，開始計數(shù)。計數(shù)器減為0之前，輸出端OUT維持低電平。當計數(shù)值為0時，輸出端OUT才變?yōu)楦唠娖?，向CPU發(fā)出中斷請求，直到CPU寫入新的控制字或者寫入新的計 數(shù)值為止。 方式0可由門控信號控制暫停，GATE為低電平時，計數(shù)器暫停，GATE信號變高后，就接著計數(shù)。 （2）方式3 (方波發(fā)生器) 寫入方式3的控制字后，OUT變高，設(shè)GATE為

16、高先到，計數(shù)器對CLK計數(shù)，設(shè)計數(shù)初值為N。當寫入的計數(shù)初值為偶數(shù)，則計數(shù)時，每輸入一個計數(shù)脈沖，均使計數(shù)值減2。計數(shù)值減為0時，OUT由高變低，同時自動裝入計數(shù)初值，繼續(xù)進行計數(shù)。當計數(shù)值尖為0時，OUT又回到高電平，同時再次裝入計數(shù)值，開始下一輪循環(huán)計數(shù)。如果寫入的計數(shù)值為奇數(shù)，則當輸出端為高電平時，第一個輸出脈沖使計數(shù)器減1，以后來的每一個時鐘脈沖，都使計數(shù)器減2，計數(shù)值為0時，OUT由高電平變?yōu)榈碗娖?，同時自動重新裝入計數(shù)初值進行計數(shù)。這時第一個時鐘脈沖使計數(shù)器減3，以后每個計數(shù)脈沖都使計數(shù)器減2，計數(shù)值為0時，OUT端又回到高電平，并重新裝入計數(shù)初值，開始下一輪循環(huán)計數(shù)。 3

17、-2-3 8253控制字格式 4、軟件主要模塊流程圖 4-1-1 主流程圖 開始 檢測PC0是否為1 是 “開始”口令落下 進入搶答定時20秒 判斷是否有鍵按下 否 犯規(guī)燈亮 超過20s 是 延時，判斷鍵號 確定第一個按下的鍵號 同時按下 出錯，輸出0 送入數(shù)碼管顯示 口令未完有鍵按下 搶答結(jié)束 開 始 4-1-2 8255A流程

18、圖 初始化8255A C口低四位讀列，PB0,PB1送行，A口輸出 讀鍵盤 若有被按下,繼續(xù)檢測 WAIT_1檢測是否所有鍵都松開 若均松開 若沒有則繼續(xù)等待 若松開則繼續(xù)檢測 WAIT_2檢測是否有鍵按下 有按下 延時20ms,消抖動 仍按著 仍被壓著，確定哪一個鍵被壓下，查表確定按鍵編碼 轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯示編碼 顯示該按鍵 結(jié) 束 4-1-3函數(shù)WAIT1: 說明:

19、檢測是否有鍵仍被按下,若仍有鍵按下,繼續(xù)等待該鍵被松開,若未檢測到有鍵按下,繼續(xù)進行檢測是否有鍵被按下轉(zhuǎn)到WAIT2. 進 入 向PC0,PC1輸出0 檢測C口低四位即四列的值 WAIT2 檢測是否全為1 若不全為1,即有鍵仍被按下 若是,即說明無鍵按下 4-1-4函數(shù)WAIT2: 說明: 檢測是否有鍵按下,若有,則去抖動,排除外界干擾的可能,進一步確認是否有鍵按下,否則,繼續(xù)等待. WAIT1 確認各鍵均松開 進 入 檢測C口低4為的狀態(tài) 與0F

20、H比較? 不等 延遲20MS,去抖動 查是否有鍵按下 相等 說明有鍵被按下 5、源程序清單與注釋 源程序： DATA SEGMENT TABLE1 DB 03h,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FH TABLE2 DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA ;主程序 START: MOV

21、 AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,30BH ;8255初始化 MOV AL,10001001B ;B口要輸出，C輸入 OUT DX,AL OPEN: MOV DX,30AH ;C口 IN AL,DX TEST AL,80H ;檢查C口最高位是否為1 JZ OPEN ;不為1重新檢查 CALL TIME ;為1，調(diào)用定時 CALL SAOMIAO ;鍵盤掃描 CALL

22、 XIANSHI ;顯示程序 ；定時20秒 TIME PROC NEAR MOV AL,00110111B ;通道0控制字，先讀低字節(jié)后高字節(jié)，方式3，BCD計數(shù) MOV DX,303H OUT DX,AL MOV AL,00H ;計數(shù)初值低字節(jié) MOV DX,300H OUT DX,AL MOV AL,50H ;計數(shù)初值高字節(jié) OUT DX,AL MOV DX,303H

23、 MOV AL,01110001B ;通道1制字，先讀低字節(jié)后高字節(jié)，方式0，BCD計數(shù) OUT DX,AL MOV DX,301H MOV AL,00H ;計數(shù)初值低字節(jié) OUT DX,AL MOV AL,80H ;計數(shù)初值高字節(jié) OUT DX,AL RET TIME ENDP ；鍵盤掃描 SAOMIAO PROC NEAR MOV DX,309H ；B口 MOV AL,00H OUT DX,AL

24、;向B口即行送0 CALL IEND ;判斷定時是否結(jié)束 ;檢測是否所有鍵都松開 WAIT1: MOV DX,30AH ；C口 IN AL,DX ;讀入C口狀態(tài) CALL IEND AND AL,0FH ;只查低四位 CMP AL,0FH ;是否都為1 JNE WAIT1 ;否，繼續(xù)查 ;檢測是否有鍵按下 WAIT2: IN AL,DX ;讀B口 CALL IEND AND AL,0FH ;只查低四位

25、CMP AL,0FH ;是否有鍵按下 JE WAIT2 ;無，等待 ；有鍵按下，延時消除抖動 MOV CX,16EAH DELAY: LOOP DELAY CALL IEND ；再查列，看鍵是否還被壓下 IN AL,DX AND AL,0FH CMP AL,0FH JE WAIT2 CALL IEND MOV AL,0FEH MOV CL,AL ;CL＝1111　1110B NEXT: MO

26、V DX,309H ;B口 OUT DX,AL ;向行輸入低電平 MOV DX,30AH ;C口 IN AL,DX ;讀入C口狀態(tài) CALL IEND AND AL,0FH ;取列值 CMP AL,0FH ;是否均為1 JNE ENCODE ;否，表示有鍵按下，轉(zhuǎn)去編碼 ROL CL,01 ;均為1，使下一行輸出0 MOV AL,CL JMP NEXT ;查看下

27、一行 CALL IEND ENCODE:MOV BX,0007H ;建立地址指針，先指向7鍵對應(yīng)的地址 CALL IEND MOV DX,309H IN AL,DX ;從B口讀入行列值 NEXT2: CMP AL,TABLE1[BX] ;讀入的行列值與表中查得的相等嗎？ JE DONE ;相等，轉(zhuǎn)出 CALL IEND DEC BX ;不等，指向下一個地址 JNS NEXT2 ;若地址尚末減為負值，繼續(xù)查

28、 CALL IEND MOV AH,01 ;若減為負值，置出錯碼01給AH中 JMP EXIT ;退出 CALL IEND DONE: MOV AL,BL ;BL中存有鍵的16進制代碼 MOV AH,00 ;AH＝0，讀到有效鍵值 EXIT:HLT RET SAOMIAO ENDP ；檢查定時是否結(jié)束結(jié)束 IEND PROC NEAR MOV DX,30AH IN,AL,DX ;讀入C品狀態(tài) TEXT A

29、L,40H ;檢測PC6是否為1 JNZ S ;為1，定時結(jié)束，從新開始 S: JMP OPEN RET IEND ENDP ;顯示鍵號 XIANSHI PROC NEAR MOV BX,OFFSET TABLE2 ;表格首地址給BX XLAT TABLE2 ;查表 MOV DX,308H OUT DX,AL ;A口輸出 RET XIANSHI ENDP CODE ENDS END 6、問題分析

30、與解決方案 1、直接的鍵盤掃描不能很好的體現(xiàn)搶答的效果，因為逐行逐列的掃描會有先后的時間問題，這樣先掃描的一行會比較有優(yōu)勢。利用8259中斷和鎖存器進行鍵盤的動態(tài)的掃描和數(shù)碼管的動態(tài)顯示能很好的解決這個問題，但這個步驟較為的麻煩和困難，所以該步驟沒有實現(xiàn)。 2、通過軟件程序不斷的檢測定時是否結(jié)束雖然容易實現(xiàn)但是參賽者不容易知道，為了更好的表現(xiàn)定時并且很好的顯示出來，可以從定時開始就將時間倒計時的顯示出來。 7、結(jié)論與體會 1、通過本次的設(shè)計，使我們對整個設(shè)計的原理有比較深刻的理解，在設(shè)計的過程中，我們遇到了很多的困難，特別在剛開始時，由于是第

31、一次，我們對有關(guān)設(shè)計方面的知識非常的缺乏，對如何設(shè)計仍是一個問號，但也正是由于這樣要求我們需要很強的自學(xué)的能力，通過圖書館查閱相關(guān)的知識和利用網(wǎng)絡(luò)搜索有關(guān)的資料，同時在老師的指導(dǎo)下，讓我們從未知漸漸變的清晰，而且有了一定的設(shè)計的思路。經(jīng)過我們多次的嘗試與改變，終于獲得了滿意的結(jié)果。我們也因此深刻體會到自己動手獲得勞動成果的喜悅。 2、在設(shè)計過程中，我覺的團隊的合作精神是非常重要的，在設(shè)計過程中，我們肯定要遇到許多我們以前未曾遇到過的一些難題，沒有我們的共同的努力是很難很好地完成的，在這次的硬件課程設(shè)計中的確讓我們知道有許多知識需要我們自己去獲取，去領(lǐng)悟，去消化的，而不是等著老師來喂的，在設(shè)計中，更讓學(xué)習(xí)了如何與別人進行合作，而這正是我們以前所欠缺的，無論是自學(xué)能力還是團隊的合作精神，相信對我們以后無論是學(xué)習(xí)還是工作都將有著非常重要的意義的。 8、參考資料 [1] 微型計算機原理與接口技術(shù) 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 吳秀清 編著 [2] 微型計算機技術(shù)及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 戴梅萼 編著 [3] 80X86匯編語言程序設(shè)計教程 清華大學(xué)出版社 楊季文 編著 [4] 匯編語言程序設(shè)計案例精編 中國水利水電出版社 李珍香 編著 21