計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2008級(jí)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告1/21一、設(shè)計(jì)概述1、設(shè)計(jì)思路綜述作息時(shí)間控制系統(tǒng)主要有四大子系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn):1.時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)；2.報(bào)時(shí)時(shí)間值設(shè)置及調(diào)時(shí)系統(tǒng)；3.時(shí)分顯示系統(tǒng)；4.報(bào)時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)。時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)讓時(shí)間一直運(yùn)行著；報(bào)時(shí)時(shí)間值設(shè)置及調(diào)時(shí)系統(tǒng)使得用戶可以隨時(shí)設(shè)置時(shí)間；時(shí)分顯示系統(tǒng)讓用戶可以清楚知曉當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，報(bào)時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)完成當(dāng)當(dāng)前時(shí)間與報(bào)時(shí)時(shí)間值一致時(shí)進(jìn)行響應(yīng)（如LED閃爍）。四大子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)有序的運(yùn)行，保證了作息時(shí)間控制系統(tǒng)具有報(bào)時(shí)，調(diào)時(shí)，顯時(shí)功能，還達(dá)到了與用戶可交互的目的。時(shí)間運(yùn)行與調(diào)節(jié)利用芯片8253的處理而產(chǎn)生符合要求的脈沖，執(zhí)行計(jì)時(shí)子程序改變時(shí)間參數(shù)而計(jì)時(shí)，進(jìn)行時(shí)間計(jì)算，并用實(shí)時(shí)檢測(cè)程序?qū)r(shí)間參數(shù)用數(shù)碼管顯示電路顯示出小時(shí)與分鐘以及秒鐘數(shù)。與此同時(shí)也進(jìn)行與報(bào)時(shí)時(shí)間段程序的不斷調(diào)用，使得在規(guī)定時(shí)刻進(jìn)行報(bào)時(shí)?？蛇x擇5253通道0與通道1實(shí)現(xiàn)定時(shí),通道1輸出out1接LED及音響的輸入端口，完成上述連接后，編程實(shí)現(xiàn)小時(shí)，分鐘的變化的子程序，以及對(duì)8253，8255進(jìn)行初始化編程，計(jì)時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)間運(yùn)行。2、分工介紹在本次試驗(yàn)中，我們采用的芯片分工學(xué)習(xí)，然后交流學(xué)習(xí)到的知識(shí)，合作完成實(shí)驗(yàn)。二、需求分析（一）Intel8086(主控芯片)Intel8086擁有四個(gè)16位的通用寄存器，也能夠當(dāng)作八個(gè)8位寄存器來(lái)存取，以及四個(gè)16位索引寄存器(包含了堆棧指標(biāo))。資料寄存器通常由指令隱含地使用，針對(duì)暫存值需要復(fù)雜的寄存器配置。它提供64K8位元的輸出輸入(或32K16位元)，以及固定的向量中斷。大部分的指令只能夠存取一個(gè)內(nèi)存位址，所以其中一個(gè)操作數(shù)必須是一個(gè)寄存器。運(yùn)算結(jié)果會(huì)儲(chǔ)存在操作數(shù)中的一個(gè)。數(shù)據(jù)寄存器組：AX、BX、CX、DX；指示器變址寄存器組：SI、DI、SP、BP段寄存器組：CS、DS、ES、SS計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2008級(jí)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告2/21（二）8253的工作原理1、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的功能：（1）對(duì)外部事件發(fā)生次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；（2）產(chǎn)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要的定時(shí)信號(hào)。計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)本質(zhì)上是相同的，它們都是對(duì)一個(gè)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)可以是隨機(jī)信號(hào)，定時(shí)器的輸入信號(hào)要求具有固定周期。如果輸入脈沖的頻率一定，那么記錄脈沖的個(gè)數(shù)與所需的時(shí)間是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。例如輸入脈沖頻率為2MHz，那么計(jì)數(shù)2106計(jì)時(shí)1秒。因此，使用同一個(gè)芯片，既可以用來(lái)計(jì)數(shù)，又可以用來(lái)定時(shí)。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253可以通過(guò)編程，從6種工作方式中選擇一種工作方式。一個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的組成：控制字寄存器決定工作模式（8位）狀態(tài)寄存器反映工作狀態(tài)初值寄存器計(jì)數(shù)的初值（16位）計(jì)數(shù)輸出寄存器CPU從中讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值(16位)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2008級(jí)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告3/21123456789101112242322212019181716151413D7D6D5D4D3D2D1D0CLK0OUT0GATE0GNDCLK1OUT1GATE1CLK2OUT2GATE2A1A0VCCWRRDCS8253計(jì)數(shù)器執(zhí)行計(jì)數(shù)操作，CPU不能訪問(wèn)。（16位）下面是我們對(duì)8253的一些具體的介紹：2、8253A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號(hào)圖示8253的三個(gè)計(jì)數(shù)通道在結(jié)構(gòu)上和功能上完全一樣，每個(gè)通道均有兩個(gè)輸入引腳CLK和GATE，一個(gè)輸出信號(hào)引腳OUT。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2008級(jí)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告4/213、8253的初始化步驟和門控信號(hào)的功能1.初始化步驟：(1)寫入控制字；(2)按控制字要求寫入計(jì)數(shù)初值。計(jì)數(shù)初值N=fCLK/fOUT=TOUT/TCLK初始化程序：MOVDX,203H；8253初始化MOVAL,控制字OUTDX,AL2.門控信號(hào)控制功能：門控信號(hào)GATE的控制功能如教材P310表8-2所示，由表可知：方式0，4時(shí)：門控信號(hào)為電平觸發(fā)方式1，5時(shí)：門控信號(hào)為上升沿觸發(fā)方式2，3時(shí)：門控信號(hào)為電平或上升沿觸發(fā)4、8253的工作方式工作方式?jīng)Q定以下內(nèi)容：1）門控信號(hào)的影響高電平允許:當(dāng)GATE=0，即使出現(xiàn)CLK，也不計(jì)數(shù)方式0，2，3，4上升沿允許（上升沿觸發(fā)）方式1，5，2，32）OUT信號(hào)的狀態(tài)寫入控制字后，OUT的狀態(tài)計(jì)數(shù)過(guò)程中，OUT的狀態(tài)計(jì)數(shù)終了，OUT的狀態(tài)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2008級(jí)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告5/213）計(jì)數(shù)操作可否重復(fù)不可重復(fù)模式0，4自動(dòng)重復(fù)模式2，3條件重復(fù)模式1，5（1）方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式特點(diǎn)：計(jì)數(shù)器只計(jì)數(shù)一遍，不循環(huán)，計(jì)數(shù)過(guò)程中，可由門控信號(hào)控制暫停計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)過(guò)程中可改變計(jì)數(shù)值。寫入新值后，計(jì)數(shù)器按新值重新開始計(jì)數(shù)（2）方式1：可編程單穩(wěn)態(tài)輸出方式特點(diǎn)：若計(jì)數(shù)值為N，則輸出脈沖寬度為N*CLK，計(jì)數(shù)到0，可由GATE上升沿再次觸發(fā)，輸出一個(gè)脈沖，不需重新賦值。若計(jì)數(shù)過(guò)程中，門控信號(hào)再次觸發(fā)，計(jì)數(shù)器在觸發(fā)信號(hào)的下一個(gè)CLK重新開始計(jì)數(shù)。若計(jì)數(shù)過(guò)程中，CPU改變計(jì)數(shù)值，但計(jì)數(shù)過(guò)程不受影響，再次觸發(fā)后，按新值重新計(jì)數(shù)（3）方式2：比率發(fā)生器（分頻器）特點(diǎn)：不需重新賦值，計(jì)數(shù)器能連續(xù)工作。計(jì)數(shù)過(guò)程中，若GATE變低，計(jì)數(shù)器暫停工作，GATE變高后，計(jì)數(shù)器重新取出初值，開始計(jì)數(shù)（4）方式3：方波發(fā)生器特點(diǎn)：同方式2的三個(gè)特點(diǎn)，不同的是：初值為偶數(shù)時(shí)，每來(lái)一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)值減2；初值為奇數(shù)時(shí)，第一個(gè)CLK使計(jì)數(shù)器減“1”，其后每一個(gè)CLK使計(jì)數(shù)器減“2”，到“0”后，改變輸出狀態(tài)，同時(shí)重新裝入計(jì)數(shù)值。接著第一個(gè)CLK使計(jì)數(shù)值減“3”，以后每個(gè)CLK使計(jì)數(shù)值減“2”，直到計(jì)數(shù)值為“0”，重復(fù)上述過(guò)程（5）方式4：軟件觸發(fā)選通特點(diǎn)：N值寫入后，如Gate為高，則下一個(gè)CLK開始計(jì)數(shù)，相當(dāng)于軟件啟動(dòng)，寫一次初值，只計(jì)一次；計(jì)到0時(shí)，產(chǎn)生低電平維持一個(gè)周期，GATE=“1”，允許計(jì)數(shù)，GATE=“0”，禁止計(jì)數(shù)，因此，要做到軟件啟動(dòng)，必須使GATE=“1”，計(jì)數(shù)過(guò)程中改變計(jì)數(shù)值，按新值重新計(jì)數(shù)到0（6）方式5：硬件觸發(fā)選通特點(diǎn)：N值寫入后，計(jì)數(shù)器并不計(jì)數(shù),當(dāng)GATE的上升沿出現(xiàn)時(shí),取出初值開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)過(guò)程中改變計(jì)數(shù)值，若沒有GATE的觸發(fā),不影響計(jì)數(shù)過(guò)程,當(dāng)計(jì)數(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2008級(jí)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告6/21到“0”后,若有GATE觸發(fā),則按新的計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)。（二）8279功能介紹8279是可編程的鍵盤、顯示接口芯片。它既具有按鍵處理功能，又具有自動(dòng)顯示功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。8279內(nèi)部有鍵盤FIFO（先進(jìn)先出堆棧）/傳感器，雙重功能的8*864BRAM，鍵盤控制部分可控制8*8=64個(gè)按鍵或8*8陣列方式的傳感器。該芯片能自動(dòng)消抖并具有雙鍵鎖定保護(hù)功能。顯示RAM容量為16*8，即顯示器最大配置可達(dá)16位LED數(shù)碼顯示。（1）數(shù)據(jù)線DB0DB7是雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，在接口電路中與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，用以傳送CPU和8279之間的數(shù)據(jù)和命令。（2）地址線/CS=0選中8279，當(dāng)A0=1時(shí)，為命令字及狀態(tài)字地址；當(dāng)A0=0時(shí)，為片內(nèi)數(shù)據(jù)地址，故8279芯片占用2個(gè)端口地址。（3）控制線CLK：8279的時(shí)鐘輸入線。IRQ：中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效。/RD、/WR：讀、寫輸入控制線。SL0-SL3：掃描輸出線，用來(lái)作為掃描鍵盤和顯示的代碼輸出或直接輸出線。RL0-RL7：回復(fù)輸入線，它們是鍵盤或傳感器矩陣的信號(hào)輸入線。SHIFT：來(lái)自外部鍵盤或傳感器矩陣的輸入信號(hào)，它是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位即D6位的狀態(tài)，該位狀態(tài)控制鍵盤上/下檔功能。在傳感器方式和選通方式中，該引腳無(wú)用。CNTL/S：控制/選通輸入線，高電平有效。鍵盤方式時(shí)，鍵盤數(shù)據(jù)最高位（D7）的信號(hào)輸入到該引腳，以擴(kuò)充鍵功能；選通方式時(shí)，當(dāng)該引腳信號(hào)上升沿到時(shí)，把RL0-RL7的數(shù)據(jù)存入FIFORAM中。OUTA0-OUTA3：通常作為顯示信號(hào)的高4位