競賽搶答器的設計與制作硬件課程設計報告 包含電氣原理圖、流程圖、模塊分析、源代碼設計背景完整報告等內(nèi)容

《競賽搶答器的設計與制作硬件課程設計報告 包含電氣原理圖、流程圖、模塊分析、源代碼設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《競賽搶答器的設計與制作硬件課程設計報告 包含電氣原理圖、流程圖、模塊分析、源代碼設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、計算機學院2006級硬件課程設計 硬件課程設計報告 競賽搶答器設計與制作 學院：計算機科學與技術學院 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、結論與體會 8、參考資料 課程設計指導教師評閱書 指導教師評語： 成 績： 指導教師簽字： 年 月

3、 日 搶答器的設計與制作 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。回答完問題后，由主持人將所有按鍵恢復，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作為控制開關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） 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。 （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，定時器顯示設定時間；主持人將開關置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定

7、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. 圖1 總體框圖 2．鍵盤掃描的原理 我們所設計的鍵盤是一個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PC4，PC5端

8、，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換16進制碼，由此確

9、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），再檢查該鍵是否仍被壓者。

10、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，通常不需要附加外

11、部邏輯電路就可直接為CPU與外設之間提供數(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交換數(shù)據(jù)或進行通信聯(lián)絡。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位操作，稱為置位復位控制字對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，而置位復位控制字的D7位總是0。

12、 +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 8255A的三種工作

13、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)當控制字寫入

14、8253時，所有的控制邏輯電路自動復位，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，方式4，方式5

15、 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GATE為高先到，計數(shù)器

16、對CLK計數(shù)，設計數(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)。 3-2-3 82

17、53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 搶答結束 開 始 4-1-2 8255A流程圖

18、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 轉換成數(shù)碼管顯示編碼 顯示該按鍵 結 束 4-1-3函數(shù)WAIT1: 說明: 檢測是否有鍵仍

19、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0FH比較? 不

20、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 AX,DAT

21、A 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 XIANSH

22、I ;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 MOV AL

23、,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 ;向B口即行送

24、0 CALL IEND ;判斷定時是否結束 ;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 CMP AL,

25、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: MOV DX,30

26、9H ;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，轉去編碼 ROL CL,01 ;均為1，使下一行輸出0 MOV AL,CL JMP NEXT ;查看下一行

27、 CALL IEND ENCODE:MOV BX,0007H ;建立地址指針，先指向7鍵對應的地址 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 ；檢查定時是否結束結束 IEND PROC NEAR MOV DX,30AH IN,AL,DX ;讀入C品狀態(tài) TEXT AL,40H

29、 ;檢測PC6是否為1 JNZ S ;為1，定時結束，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、問題分析與解決方案

30、 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、結論與體會 1、通過本次的設計，使我們對整個設計的原理有比較深刻的理解，在設計的過程中，我們遇到了很多的困難，特別在剛開始時，由于是第一次，我們對有

31、關設計方面的知識非常的缺乏，對如何設計仍是一個問號，但也正是由于這樣要求我們需要很強的自學的能力，通過圖書館查閱相關的知識和利用網(wǎng)絡搜索有關的資料，同時在老師的指導下，讓我們從未知漸漸變的清晰，而且有了一定的設計的思路。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、在設計過程中，我覺的團隊的合作精神是非常重要的，在設計過程中，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，去領悟，去消化的，而不是等著老師來喂的，在設計中，更讓學習了如何與別人進行合作，而這正是我們以前所欠缺的，無論是自學能力還是團隊的合作精神，相信對我們以后無論是學習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 中國科學技術大學出版社 吳秀清 編著 [2] 微型計算機技術及應用 清華大學出版社 戴梅萼 編著 [3] 80X86匯編語言程序設計教程 清華大學出版社 楊季文 編著 [4] 匯編語言程序設計案例精編 中國水利水電出版社 李珍香 編著 21