微机原理课程设计大纲

《微机原理及应用》课程设计大纲一、课程设计目的与要求本课程设计要求完成一个微型计算机应用系统的设计。通过设计简单实用的微型计算机应用系统，使学生加深对微型计算机硬件原理的理解及提高汇编语言程序设计的能力，使学生掌握控制系统设计的一般步骤，使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入/输出(I/O)接口技术，应用程序设计技术。通过本课程设计，同时使学生在电路设计、电路图的绘制上有较大的提高，掌握系统总体控制方案的设计方法，提高学生的综合设计能力和创新能力，为以后的毕业设计打下良好基础。二、课程设计任务1、参考题目（1）可调时电子钟的设计设计一个可调时电子钟,要求：1）给出系统设计方案；画出硬件连线图，并说明工作原理；2）画出程序框图并编写程序完成如下功能：①6位七段LED数码管可显示时、分、秒，并按正常时间显示方法工作；②通过定义键盘的字母键，可对计时器进行调整。（2）空调温度控制系统的设计设计一个空调温度控制系统，要求：1）给出系统设计方案；画出硬件连线图，并说明工作原理；2）画出程序框图并编写程序完成如下功能：①能采集并显示当前温度值；②能用键盘设定恒温温度；③当外界温度高于或低于设定温度2℃时，就要启动加热或致冷装置。（3）点阵显示屏系统的设计设计一个点阵显示屏系统，要求：1）给出系统设计方案；画出硬件连线图，并说明工作原理；2）完成16×16LED点阵显示器系统设计，画出程序框图并编写程序显示英文、汉字字符等。（4）模拟电子琴的设计设计一个模拟电子琴，要求：11）给出系统设计方案；画出硬件连线图，并说明工作原理；2）画出程序框图并编写程序完成如下功能：①使用键盘的数字键1、2、3、4、5、6、7模拟电子琴的琴键，按下某按键电子琴发出相应音调；②用8253计数器发出音频脉冲，驱动喇叭。（5）模拟交通信号灯控制系统的设计设计一个模拟交通信号灯控制系统，要求：1）给出系统设计方案；画出硬件连线图，并说明工作原理；2）画出程序框图并编写程序完成如下功能：开始南北红灯、东西绿灯亮8s，然后南北红、东西黄灯亮2s，然后南北绿灯、东西红灯亮8s，然后南北黄灯、东西红灯亮2s，返回开始。（6）模拟计算器的设计设计一个模拟计算器，要求：1）画出硬件连线图，并说明工作原理；2）画出程序框图并编写程序完成如下功能：①6位七段LED数码管可显示6位十进制数。②要求利用键盘可进行5位十进制数以内的加减法运算。③要求利用键盘可进行2位十进制数以内的乘除法运算。（7）自拟题目学生可根据本课程设计的目的与要求自选题目，题目必须为一微机应用系统的设计，经过指导教师鉴定、允许后可将自选题目作为本课程设计的题目。2、课程设计任务及工作量的要求每一学生在教师指导下，独立完成一个微机应用系统的设计。工作量如下：（1）进行系统方案总体设计。（2）硬件部分设计。将整个硬件系统划分为若干功能单元电路，画出每个单元电路原理图，绘出整个系统电路原理图。（3）软件部分设计。画出程序流程图，编写系统源程序(有必要的注释)并调试；（4）软硬件联调，完成系统工作调试；在以上工作基础上完成课程设计报告，包括设计任务与要求，总体方案说明，电路原理图与说明，软件流程图和源程序清单，问题分析与解决方案，结论与体会，参考资料等。三、课程设计时间安排2序号任务所需时间备注1布置任务、准备参考资料0.5工作日教师授课2硬件部分设计1工作日在计算机实验室完成3软件部分设计1工作日在计算机实验室完成4系统调试1工作日在计算机实验室完成5撰写课程设计报告1工作日学生课外完成6答辩0.5工作日集中答辩四、课程设计主要参考文献[1]许立梓.微型计算机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.[2]本书编辑委员会.微型计算机及外部设备常用芯片手册[M].北京：清华大学出版社，1999.[3]何希才.常用集成电路简明速查手册[M].北京：国防工业出版社，2006.五、课程设计成绩评定课程设计成绩分四个部分评定：方案设计、软硬件调试过程、设计报告和答辩。评分标准如下：1、方案设计在能够体现题目功能、硬件原理图正确、程序流程合理的前提下，教师对学生的设计水平、难易程度、实现方法进行评价。本部分占总成绩20％。2、软硬件调试过程中教师巡回检查辅导，了解每个学生的工作情况。每组调试结束后经指导教师检查，对其实验方法、结果、元器件及设备的完好情况综合评价。本部分占总成绩30％。3、设计报告按规定格式书写，要求材料齐全，叙述清楚。本部分占总成绩30％。4、答辩占总成绩20％；考核成绩分为优、良、中、及格和不及格。3六、课程设计报告例模拟计算器的设计正文：一、设计任务与要求设计一个模拟计算器，要求：1）画出硬件连线图，并说明工作原理；2）画出程序框图并编写程序完成如下功能①6位七段LED数码管可显示6位十进制数。②要求利用键盘可进行5位十进制数以内的加减法运算。③要求利用键盘可进行2位十进制数以内的乘除法运算。二、总体设计方案说明设计的计算器采用8088CPU芯片为主控芯片。键盘输入及LED数码管通过8255A接口与系统总线连接，键盘的16个按键组成8*2矩阵，其中8根矩阵线作为8255A的输出线与PB7～PB0连接，2根矩阵线作为8255A的输入线与PC7、PC6连接。键盘采用逐次扫描原理，16个按键中0～9座位数字健，+、-、*、/、=作为加、减、乘、除和等号功能键，C为清零键。6位LED数码管用于显示数据，LED数码管采用动态显示方式工作，PC3、PC2、PC1给出位码经74LS38译码之后选中6个数码管中的一个，PA7-PA0提供段码。系统框图如图1所示。图1模拟计算器系统框图三、硬件部分设计1、8088微处理器8088微处理器是Intel公司1979年推出的准16位的微处理器。有40引脚，其中20位的地址总线AD0—AD7，A8—A19(双向，三态)和复用8位数据总线AD0—AD7；最小工作模式下ALE是地址锁存，DEN是数据允许信号，DT/R是数据收发信号M/IO是存储器/IO控制信号，WR是写信号，RD是读信号等。8088CPU引脚信号图如图2所示。8088CPU8255ALED数码管键盘存储器4图28088CPU引脚信号图2、8255A可编程并行接口芯片图38255A引脚信号图8255A是Intel公司生产的一种可编程并行输入/输出接口芯片。它的通用性强，可以方便地和微机连接，用来扩展输入/输出口。8255A有3个8位并行端口，根据不同的初始化编程，可以分别120191817161514131211109876543240212223242526272829303132333435363738398088地地CLKINTRNMIAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A8A9A10A11A12A13A14Vcc(5V)RESETREADYTESTINTA(QS1)ALE(QS0)DEN(S0)DT/R(S1)M/IO(S2)WR(LOCK)HLDA(RQ/GT1)HOLD(RQ/GT0)RDMN/MXSSO(HIGH)A19/S6A18/S5A17/S4A16/S3A155定义为输入或输出方式，以完成CPU与外设的数据传送。8255A采用40脚双列直插式封装，引脚信号图如图3所示。与外设连接的引脚为PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0，与CPU连接的引脚为：数据引脚：D7～D0；复位输入：RESET；片选信号：CS；端口选择的地址信号：A1和A0；读信号：RD；写信号：WR。8255A内部结构如图4所示。图4.8255A内部结构（1）并行输入/输出端口A，B，C8255A内部包括三个8位的输入输出端口，分别是端口A、端口B、端口C，相应信号线是PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0。端口都是8位，都可以作为输入或输出。通常将端口A和端口B定义为输入/输出的数据端口，而端口C则既可以作数据端口，又可以作为端口A和端口B的状态和控制信息的传送端口。（2）A组和B组控制部件端口A和端口C的高4位（PC7～PC4）构成A组；由A组控制部件实现控制功能。端口B和端口C的低4位（PC3～PC0）构成B组；由B组控制部件实现控制功能。A组和B组利用各自的控制单元来接收读写控制部件的命令和CPU通过数据总线（D0～D7）送来的控制字，并根据他们来定义各个端口的操作方式。8255A方式选择控制字格式如图5所示。（3）数据总线缓冲存储器三态双向8位缓冲器，是8255A与8086CPU之间的数据接口。与I/O操作有关的数据、控制字和状态信息都是通过该缓冲器进行传送。（4）读/写控制部件68255A完成读/写控制功能的部件。能接收CPU的控制命令，并根据控制命令向各个功能部件发出操作指令。CS片选信号：由CPU输入，有效时表示该8255A被选中。RD,WR读、写控制信号：由CPU输入。RD有效表示CPU读8255A，WR有效表示CPU写8255A。RESET复位信号：由CPU输入。RESET信号有效，清除8255A中所有控制字寄存器内容，并将各个端口置成输入方式。图5.8255A方式选择控制字格式3、8282地址锁存器图68282内部结构与引脚信号图8282是带三态输出的8位锁存器，内部结构与引脚信号图如图6所示，共有8个输入端D1—D8及8个输出端Q1—Q8。当三态端OE为有效低电平，8282的G/ENABLE端为输人选通端，使能端G为有效高电平时，输出跟随输入变化；当G＝1时，锁存器处于透明工作状态，即锁存器的输出状态随数据端的变化而变化，即脚1=Di(I=1，2，…，8)。当G端由1变0时，数据被锁存起来，此时输出端Qi不再随输入端的变化而变化，而一直保持锁存前的值不变。G端(或STB端)可直接与CPU的锁存控制信号端ALE相连，在ALE的下降沿进行地址锁存。OUTPUTCONTROL或OE是使能引脚低电7平时8282工作，高电平时不工作。4、时钟电路图7时钟电路时钟电路如图7所示。CPU的工作是依赖于时钟节拍的，如果没有时钟信号，CPU将停止工作。8284就是一个为8088CPU提供时钟信号的时钟发生器。8284有两种产生时钟信号的方法，选择外部输入信号或接晶体振荡器。在PC机中8284的F/C脚接地，由X1和X2两个脚外接晶体振荡器来形成8088的时钟脉冲。晶体振荡器的工作频率是14.31818MHz。8284将这个频率3分频在8284的CLK引脚输出4.77MHz的8088系统时钟，其占空比是1/3，也就是在一个时钟周期中，高电平占1/3，低电平占2/3。8284除了为8088提供时钟信号以外，还提供8088的复位逻辑。在PC机中，电源将PWRGOOD（电源好）信号接到8284的RES#引脚，该信号有效后，经过8284内部的一个斯密特触发器整形，在始终脉冲下降沿进入到一个同步触发器，最终产生符合8088要求的系统复位信号RESET。另外，8284还向8088提供READY信号。5、键盘8×2的键盘是一种行列式键盘，如图8所示。图中有8行2列，8根行线与PA口相连，；、两根列线与PC口的PC7、PC6相连。按键设置在行、列交点处（数字或字符为其键号），行、列线分别连接到按键开关的两端。当列线通过上拉电阻接到+5V时，就被钳位在高电平状态。键盘中有无键按下是由行线送入全扫描字、列线读入行线状态来判断的。键盘中哪一个键按下是由行线逐行置低电平后，检查列线输入状态予以确定的。键盘的工作方式采用编程扫描工作方式，即通过调用键盘子程序来响应键输入的要求，在键盘扫描子程序中完成下述功能：a.判断键盘上有无键按下b.去除8按键的机械抖动影响c.求按下键的键值及键号。为保证键闭合一次CPU仅进行一次键功能操作，程序中需要等待键释放以后再将键号送累加器AH。图88×2的键盘电路原理图图9LED显示器电路原理图6、LED显示器LED显示器有静态和动态两种工作方式。LED显示器工作在静态显示方式下，,B共阴极或共阳极连接在一起，然后接地或+5V，每位的段选线（A,B,…,G,