1、六路彩灯控制器设计1、课设目的及功能实现课设目的：（1）巩固和加深微机原理所学知识；(2)学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力；(3) 通过在对循环彩灯效果的设计和制作，深入了解与掌握利用可编8255A进行开关量控制的原理与方法。所实现的功能：1）00000001 左循环（1时亮，0时灭）2）10000000 右循环3）按00000001，00000011，00000111-11111111 规律递增，全亮后同时闪烁一次，循环不断。4）按01010101，10101010（或红、绿彩灯）交替闪烁。5）循环彩灯的循环速度可调；6）启动/暂停，按SW0开关启动系统，按SW1开关停止
2、系统工作。7） 花型变换，由开关SW2、SW3进行四种花型切换；2、系统框图多路彩灯控制器系统框图如下所示：彩 灯8255并行接口芯片8086微处理器图1 系统框图3、设计原理在这次课程设计中主要用到了8255A可编程并行接口芯片可用程序来设置芯片的工作方式，通用性强，使用灵活，可为多种不同的CPU与外设之间提供并行输入/输出的通道。3.1 8255A工作原理及内部结构3.1.1 8255A内部结构8255A的内部结构如图2所示，它由4部分组成：(1) 数据总线缓冲器它是一个双向三态8位缓冲器,用作与系统总线连接是的缓冲部件.CPU与8255A之间所有的数据的发送与接收以及CPU向8255A发
3、送的控制信息和8255A向CPU回送的状态信息都是通过它传送的(2)三个8位端口PA、PB、PC端口A(PA口)：有一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输入锁存/缓冲器;端口B(PB口)：有一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输入/输出,锁存/缓冲存储器器;端口C(PC口)：有一个8位数据输入缓冲存储器器和一个8位数据输出锁存/缓冲器。通常PA口与PB口用作输入/输出的数据端口,PC口用作控制和状态信息端口。PC口可以分为两个四位的端口,每个端口包含一个四位锁存器,可分别同PA口和PB口配合使用,用作控制信号(输出)或作为状态信号(输入)。PA7-PA0PC7-PC4PC3-PC0D7-D0/
4、RD/WRA1A0/CSRESETA组控制数据总线缓冲器读/写控制逻辑B组控制A组A口（8位）A组C口 高4位B组C口 低4位B组B口（8位）PB7-PB0图2 内部结构图(3) A组和B组控制电路A组：PA口和PC口的高四位(PC7PC4);B组：PB口和PC口的低四位(PC3PC0)。这两组控制电路一方面接收CPU发来的控制字并决定8255A的工作方式；另一方面接收来自读写控制逻辑电路的读写命令，完成接口的读写操作。（4）读/写控制逻辑用来管理数据信息。控制字和状态字的传送,它接收来自CPU的地址总线的A1,A0和控制总线的信号RD.WR.RESET等,并向8255A的A,B两组发送命令.
5、由它控制把CPU发出的控制命令字或输出的数据送到相应的端口,或把外设的状态信息或输入的数据从相应的端口送到CPU.3.1.2 8255A引脚功能 8255A芯片除电源和地引脚以外，其他引脚可分为两组，引脚如图3所示：（1）8255A与外设连接引脚 8255A芯片与外设连接的有24条双向、三态数据引脚，分成三组，分别对应于A，B,C三个数据端口：PA7-PA0,PB7-PB0,PC7-PC0.1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21PA3PA2PA1PA0
6、/RD/CSGNDA1A0PC7PC6PC5PC4PC0PC1PC2PC3PB0PB1PB2PA4PA5PA6PA7/WRRETD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7PB6PB5PB4PB3图3 引脚图( 2 ) 8255A与CPU连接引脚D7与CPU侧连接的八条双向数据线；WR（低电平有效）写输入信号；RD（低电平有效）读输入信号；CS（低电平有效）片选输入信号；A0、A1片内寄存器选择输入信号；PA7PA0A口外设双向数据线；PB7PB0B口外设双向数据线；PC7PC0C口外设双向数据线；RESET复位输入信号表1 8255A的控制信号和传送操作的对应关系/CS/RD/WRA1 A0
7、执行的操作0010 0读端口A0010 1读端口B0011 0读端口C0011 1非法状态0100 0写端口A0100 1写端口B0101 0写端口C0101 1写控制字端口1 未选通3.2 8255A的工作方式控制字8255A有两个控制字：方式选择控制字和端口C置位/复位控制字。这两个控制字公用一个地址，即控制端口地址，用控制字的D7位来区分这两个控制字，D7=1为方式选择控制字；D7=0为端口置位/复位控制字。3.2.1 方式选择控制字如图4所示：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1下C口pc3-pc00输入 1输PB 0输1输出上C口pc7-pc40输入 1输出PA 0输入 1输出A
8、组工作方式0 方式001方式012方式10特征位图4 8255A方式选择控制字3.2.2 端口C置位/复位控制字 端口C置位/复位控制字的格式如下图所示：D3-D1三位的编码与端口C的某一位相对应，D0决定置位或复位操作，最高位为0是端口C置位或复位控制字标志。如图5所示3.2.3 8255A工作方式8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源引脚图供电，能在以下三种工作方式下工作：方式0基本输入/输出方式方式0下，每一个端口都作为基本输入或输出口，端口C的高4位和低4位以及端口A、端口B都可独立的设置为输入口或输出口。4
9、个端口的输入或输出可有16种组合。0D3D2D1置位或复位选择1：置位 0：复位D0D3D2D1位选择000PC0001PC1010PC2011PC3100PC4101PC5110PC6111PC7 图5 8255A端口C置位或复位控制字8255A工作于方式0时，CPU可采用无条件读写方式与8255A交换数据，也可采用查询方式与8255A交换数据。采用查询方式时，可利用端口C作为与外设的联络信号。方式1选通输入/输出方式：适用于查询和中断方式。方式2双向选通输入/输出方式：方式2为双向传输方式，8255A的方式2可使8255A与外设进行双向通信，既能发送数据，又能接受数据，可采用查询方式和中断
10、方式进行传输。3.3 8086 的引脚信号如图6所示：1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVCCAD15A16/S3A1/S4A18/S5A19/S6/BHE/S7MN/MX/RDHOLDHLDA/WRM/IODT/R/DENALE/INTR/TESTREADYRESET图6 8086引脚图 8086具有两种不同工作方式
11、，即最小模式和最大模式。若把MN/引脚连至电源+5V，则为最小模式。若把它接地，则处在最大模式。3.3.1 与工作模式无关的引脚功能（1） AD15-AD0（双向，三态） 低16位地址或数据的复用引脚线，采用分时的多路转换方法来实现对地址线和数据线的复用。在总线周期的T1状态，这些引线表示为低16位地址线，在总线周期的T2,T3,TW状态，这些引线用作数据总线。可见对复用信号是用时间来加以划分的，它要求在T1状态先出现低16位的地址时，用地址锁存器加以锁存，这样在随后的T状态，即使这些线用作数据线，而低16位地址线的地址状态却被记录保存下来，并达到地址总线上。在DMA方式下，这些引线被浮空，置
12、为高阻状态。（2） A19/S6-A16/S3为地址或状态复用引脚线，在总线周期的T1状态，这些引线表示为最高4位地址线，在总线周期的其他T状态时，这些引线用作提供状态信息。同样需要地址锁存器对T1状态出现的最高4位地址加以锁存。状态信息S6总是为低电平。S5反映当前允许中断标志的状态。S4与S3一起指示当前哪一个段寄存器被使用。其规定如下表所示：表 2 S4、S3代码组合S4S3当前正在使用的段寄存器名00ES01SS10CS或未用11DS（3）/BEH/S7，（输出，三态）在T1周期时，它作为CPU访问存储器高位库德允许信号，低电平有效。它与AD0结合在一起，决定访问存储器高位库和低位库。
13、在其他T状态时，作为一条状态信号线。 （4）/RD(输出，三态) 读信号，当其有效时，表示正在对存储器或I/O接口进行读操作，若IO/M为低电平，表示读取存储器的数据，若IO/M为高电平，表示读取I/O端口的数据。 DMA方式时，此线被浮置为高阻。 （5）READY（输入） 为准备就绪信号，是由选中的存储器或I/O端口送来的响应信号，当有效电平为高电平时，表示被访问的存储器或I/O端口已准备就绪，可完成一次数据传送。CPU在读操作总线周期的T3状态开始处，采样READY信号，若发现为低电平，则在T1状态结束后，插入等待状态TW，然后在TW开始处，继续采样READY信号，直至变为有效（高电平），
14、才进入T4状态，完成数据传送，以结束总线周期。（6）/TEST（输入）为检测信号，低电平有效。本信号由等待指令WAIT来检查，/TEST信号和WAIT指令配合使用。当CPU执行WAIT指令时，CPU处于等待状态，并且每隔5个T对该信号进行一次测试，一旦检测到/TEST号为低电平，则结束等待状态，继续执行WAIT指令下面的指令。WAIT指令是使CPU与外部硬件同步的，/TEST相当与外部硬件的同步信号。（7）INTR（输入）可屏蔽中断请求信号，高电平有效。CPU在执行每条指令的最后一个T状态时，去采样INTR信号，若发现为有效，而中断允许标志IF又为1时，则CUP在结束当前指令周期后响应中断请求
15、，转去执行中断处理程序。（8）NMI（输入）非屏蔽中断请求信号，为一个边缘触发信号，不能由软件加以屏蔽。只要在NMI线上，出现由低到高的变化信号，则CPU就会在结束当前指令后，转去执行非屏蔽中断处理程序。（9）RESET（输入）复位信号，高电平有效。复位时该信号要求维持高电平，至少四个时钟周期，若是初次加电，则高电平信号至少要保持50微秒。复位信号的到来将立即结束CPU的当前操作，内部寄存器恢复到初始状态。当RESET信号从高电平回到低电平时，即复位后进入重新启动时，便执行从内存FFFF0H处开始的指令，通常在FFFF0H存放一条无条件转移指令，转移到系统程序的实际入口处。这样只要系统被复位启
16、动，就自动进入系统程序。（10）CLK（输入）时钟信号，它为CPU和总线控制电路提供基准时钟。（11）电源和地VCC为电源引线，单一的+5V电源。引脚1和2时为两条GND线，要求均要接地。（12）MN/MX（输入）为最小/最大模式信号。它决定8086的工作模式。将此引线接电源+5V则8086工作于最小模式；若此引线接地则8086工作在最大模式。3.3.2 最小模式下的引脚功能把MN/MX引脚连至电源，8086处于最小模式，此时引脚24-31的功能含义如下：（1）/INTA（输出）：CPU向外输出的中断响应信号。（2）ALE（输出）：地址锁存允许信号，高电平有效，将地址信息锁存到地址锁存器中。（
17、3）/DEN(输出三态)：数据允许信号。（4）DT/R(输出三态)：数据发送/接收控制信号。（5）/M/L(输出三态)：访问存储器或I/O端口的控制信号。（6）/WR:输出三态（7）HOLD（输入)（8）HLDA(输出)（9）/SSO:系统状态信号4、硬件电路图 见附录25、程序设计循环彩灯的设计思想就是通过读开关状态信息，执行程序。首先检测开关sw0，启动程序。然后检测sw2和sw3，sw2和sw3的状态为00则执行左循环子程序，sw2和sw3的状态为01则执行右循环子程序，sw2和sw3的状态为10则执行规律递增子程序，sw2和sw3的状态为11则执行交替闪烁子程序。检测开关sw1，判断是
18、否退出循环控制程序。设计流程图如图7所示：NNNNYYYYYN开 始初始化延 时结束调用规律递增调用交替闪烁调用右循环调用左循环检测k2Pa0pa1=00检测k3Pa0pa1=01Pa0pa1=10Pa0pa1=11NY图7 程序流程图程序如下：Stack segment stackDw 64 dup(?)Stack endsData segmentDz db 0h,1h,3h,7h,0fh,1fh,3fh,7fh,0ffh,0h,0ffh,0hJt db 55h,0aahData endsCode segmentAssume cs:code,ds：data，ss:stackStart： Mo
19、v ax,data Mov ds,ax Mov a1,0achOut 63h,a1Login: In al,62h Test al,10hJe loginEx: In al,62h Test al,20hJne exitIn al,61hAnd al,0fhCmp al,00hJz loop1Cmp al ,01hJz loop2Cmp al ,02hJz loop3Cmp al,03hJz loop4Jmp exLoop1:Mov cx,08hMov al,01hZuoy:Out 60h,alCall delayRol al,1Loop zuoyJmp exLoop2: Mov cx,08h
20、Mov al,80hYouy: Out 60h,al Call delayRor al,1Loop youyJmp exLoop3: Mov bl,0bhLea si,dzDiz: Mov al,siO ut 60h,alCall delayInc siDec blJnz dizJmp exLoop4：Mov bl,02hLea si,jtJiaot：Out 60h,alCall delayInc siDec blJnz jiaot Jmp exExit:Mov ax,4c00hInt 21hDelay:Push cxPush dxMov cx,0fff0hMov dx,0fff0hLoop6
21、:Dec dxJnz loop6Pop dxPop cxRetCode endsEnd start6、总结7、参考文献1 徐晨.微机原理及应用.高等教育出版社.2004.2 杨居义.微机原理与接口技术项目教程.清华大学出版社.2010.3 杨斌.微机系统及其接口设计原理.西南交通大学出版社.2006.4孙俊逸.EDA技术课程设计.华中科技大学出版社.2009.5 张金.电子设计与制作100例.电子工业出版社.2009.6 谭博学.集成电路及其应用.电子工业出版社.2008.7 李学海.标准80C51单片机基础教程原理篇.北京航空航天大学出版社.2006.附录一8086CPU-1个；8255-1个；74LS138-1个；发光二极管-6个；电阻 ：10k-10个；反相器-6个；开关 -4个 电源+5V导线若干；附录二第 - 19 - 页 共 19 页
