中国矿业大学硬件课程设计(拔河游戏机)

硬件课程设计报告献给各位矿大学弟姓名：学号：专业：计算机科学与技术班级：计算机科学与技术设计题目：拔河游戏机指导教师：2015年1月16徐州课程设计指导教师评阅书指导教师评语：成绩：指导教师签字：2015年1月16摘要随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。拔河游戏机作为一种工具，已经广泛应用于各种智力抢答竞赛场合。但拔河机的使用频率较低，有的制作复杂，有的可靠性低，减少实用性。硬件课程设计是硬件技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。拔河机能保证比赛中的公正性，在很多场合得到了广泛的应用。要将拔河机系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节。因此，研究拔河机及扩大其应用，有着非常现实的意义。本课程设计是基于微机原理与接口技术的简单应用。通过硬件与软件的结合，用汇编语言编写程序模拟分析了拔河游戏机系统的运用，结合比赛的实际情况阐述了抢答系统的工作原理，给出了一种简单实用的拔河游戏机系统的硬件、软件电路设计方案。该拔河机由主持人控制开始开关，开始后比赛双方通过按CD两个按键来使自己行的方块数增多，10s倒计时结束时，哪行的方块数多，谁就获胜，并将获胜者显示在第三行本课题设计了一种采用8255芯片和汇编语言制作的多功能拔河游戏机，实验箱中的开关区和LCD显示区共同完成。主要功能：1.用8253可编程计时器计时2.用液晶显示屏显示比赛结果。它除了具有基本的拔河功能之外，还有显示结果的功能，当比赛开始后，第一行开始位置显示C，第二行开始位置显示D，如果有人胜出，系统自动锁存直到按下E键重新开始。通过利用8254计数器,8255输入输出接口,4*4键盘、液晶显示屏等器件实现拔河游戏机系统的设计工作。关键词：8255可编程并行接口；LCD显示屏；8254可编程定时器/计数器；4×4键盘目录1概述.................................................................................52需求分析.............................................................................62.1总体任务......................................................................62.2各模块要求....................................................................62.3硬件需求分析..................................................................62.3.18254芯片.................................................错误!未定义书签。2.3.28255芯片.................................................................62.3.34×4键盘................................................................102.3.4128×64字符图形液晶显示屏................................................113硬件方案............................................................................143.1系统功能模块.................................................................143.2电路连线图...................................................................144软件方案.............................................................................164.1端口和数据部分...............................................................174.28254初始化部分..............................................................174.38255初始化部分..............................................................174.4LCD初始化部分...............................................................184.5主体代码部分..................................................错误!未定义书签。5问题与调试部分.......................................................................195.1问题一.......................................................................195.2问题二.......................................................................195.3实物连线图...................................................................196运行结果............................................................................216.1结果截图....................................................................217实验结论.............................................................................228实验体会.............................................................................239参考文献.............................................................................23计算机科学与技术学院2011级硬件课程设计报告第2页1概述用8253可编程计时器计时，用液晶显示屏显示比赛结果。它除了具有基本的拔河功能之外，还有显示结果的功能，当比赛开始后，第一行中央位置出现一个方块，比赛者双方开始按键拔河，按下C键方块左移一格，按下D键方块右移一格，比赛者双方各执一键开始“拔河”，当10秒倒计时结束后以方块相对开始位置作比较，分出胜负。如果有人胜出，系统自动锁存直到按下E键重新开始。通过利用8253计数器,8255输入输出接口,4*4键盘、液晶显示屏等器件实现拔河游戏机系统的设计工作。计算机科学与技术学院2011级硬件课程设计报告第2页2需求分析2.1总体任务用微机原理与接口实验箱，利用8255、8253、4×4键盘、128×64字符图形液晶显示等实现拔河游戏机。2.2各模块要求利用以上器件实现拔河游戏机。2.2.18253要求实现10s倒计时。2.2.28255要求实现数据的输入输出。2.2.3LCD显示屏要求实现显示字母和图形2.2.34×4键盘要求实现C、D、E、F按键的输入。2.3硬件需求分析2.3.18253芯片8253在本实验中工作于方式3，控制字为：00110111B。含义为：选择通道0，先读写计数器的低字节，再读/写计数器的高字节，采用的是BCD计数的方法。8253具有3个独立的计数通道，采用减1计数方式。在门控信号有效时，每输入1个计数脉冲，通道作1次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为定时。8253芯片有24条引脚，封装在双列直插式陶瓷管壳内,内部结构如下：（1）.数据总线缓冲器数据总线缓冲器与系统总线连接，8位双向，与CPU交换信息的通道。这是8253与CPU之间的数据接口，它由8位双向三态缓冲存储器构成，是CPU与8253之间交换信息的必经之路。（2）.读／写控制读／写控制分别连接系统的IOR#和IOW#，由CPU控制着访问8253的内部通道。接收CPU送入的读／写控制信号，并完成对芯片内部各功能部件的控制功能,因此，它实际上是8253芯片内部的控制器。A1A0：端口选择信号，由CPU输入。8253内部有3个独立的通道和一个控制字寄存器，它们构成8253芯片的4个端口，CPU可对3个通道进行读／写操作3对控制字寄存器进行写操作。这4个端口地址由最低2位地址码A1A0来选择。（3）.通道选择计算机科学与技术学院2011级硬件课程设计报告第2页CS——片选信号，由CPU输入，低电平有效，通常由端口地址的高位地址译码形成。RD、WR——读／写控制命令，由CPU输入，低电平有效。RD有效时，CPU读取由A1A0所选定的通道内计数器的内容。WR有效时，CPU将计数值写入各个通道的计数器中，或者是将方式控制字写入控制字寄存器中。（4）.计数通道0～2每个计数通道内含1个16位的初值寄存器、减1计数器和1个16位的（输出）锁存器。8253内部包含3个功能完全相同的通道，每个通道内部设有一个16位计数器，可进行二进制或十进制（BCD码）计数。采用二进制计数时，最大计数值是FFFFH，采用BCD码计数时。最大计数值是9999。与此计数器相对应，每个通道内设有一个16位计数值锁存器。必要时可用来锁存计数值。当某通道用作计数器时，应将要求计数的次数预置到该通道的计数器中、被计数的事件应以脉冲方式从CLK端输入，每输入一个计数脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”。OUT端将有输出。表示计数次数到。当某个通道用作定时器时。由CLK输入一定频率的时钟脉冲。根据要求定时的时间长短确定所需的计数值。并预置到计数器中，每输入一个时钟脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”。OUT将有输出，表示定时时间到。允许从CLK输入的时钟频在1～2MHz范围内。因此，任一通道作计数器用或作定时器用，其内部操作完全相同，区别仅在于前者是由计数脉冲进行减“1”计数。而后者是内时钟脉冲进行减“1”计数。作计数器时，要求计数的次数可直接作为计数器的初值预置到减“1”计数器中。作定时器时，计数器的初值即定时系数应根据要求定时的时间进行如下运算才能得到：定时系数＝需要定时的时间／时钟脉冲周期①设置通道：向方式控制字寄存器端口写入方式选择控制字，用于确定要设置的通道及工作方式；②计数/定时：向通道写入计数值，启动计数操作③读取当前的计数值：向指定通道读取当前计数器值时，8253将计数器值存入锁存器，从锁存器向外提供当前的计数器值，计数器则继续作计数操作。④计数到：当计数器减1为0时，通过引脚OUTi向外输出“到”的脉冲信号。计数初值输入存放在初值寄存器中，计数开始或重装入时被复制到计数器中。锁存器在非锁存状态，其值随计数器的变化而变化；一旦锁存了计数器的当前值，直到锁存器值被读取后才能解除锁存状态。8253中各通道可有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。简要介绍方式3如下：工作方式3被称作方