基于８２５５和８２５３的數字時鐘模型設計研究

鮑　鵬　孫常東　高　珩　邱　燁

[摘要]向讀者介紹一種用FDSJ86/88電子實驗箱實現的電子數字時鐘系統。通過采用匯編語言進行軟件編程,結合FDSJ86/88電子實驗箱的硬件支持環境,實現電子時鐘的基本功能,如時間的設置、時間的顯示以及鬧鐘功能的設定與報警等功能。揭示電子時鐘的工作原理,有助于加深對電子時鐘原理的了解與認識。

[關鍵詞]電子時鐘 FDSJ86/88 匯編語言 模塊分解

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920039-01

一、設計背景

電子時鐘在我們日常生活中有著及其廣泛的應用,無論在人們的工作,學習還是生活中,電子時鐘都發揮這不可或缺的作用。在很多場所都可以看到電子時鐘的身影。為了實現電子時鐘時間設置,時間顯示,以及能夠正確無誤的運行,本文采用用硬件軟件相結合的方式來完成此次電子時鐘設計。我們為電子時鐘設計三個功能:時間的設置和時間的顯示以及鬧鐘功能的設定與報警。時間的設置是通過匯編程序來完成的,我們可以根據不同的需求設置不同的時間,并通過顯示器進行顯示。

二、需求分析

在電子時鐘的設計過程中,我們需要用到的電子芯片主要有8255和8253。他們的工作原理和功能如下所示。

(一)8253芯片

Intel8253芯片是一種可編程定時器/計數器,它可以利用硬件電路和中斷方法控制定時,定時時間和范圍完全由軟件來確定和改變。在8253芯片內部具有3個獨立的16位計數器通道,通過對它進行編程,最高計數頻率能達到2MHz。8253還適用于許多其它的場合,如用作可編程方法頻率產生器、分頻率、程控單脈沖發生器等。在本課程設計中,8253芯片的通道0和通道1工作在方式2下,提供一秒的脈沖信號,通道2工作在方式3下,進行秒的計數。

(二)8255A芯片

8255A是一種通用的可編程并行I/O接口芯片,它是為Intel系列微處理器設計的配套電路,也可用于其它微處理器系統連接。通過8255A芯片,CPU可直接同外設相連接,其負責CPU和外設之間數據傳送。通過對它進行編程,芯片可工作于不同的工作方式下。8255A芯片有三種工作方式,在本課程設計中,通過控制字,使其工作在方式0下。

8255A由數據端口A、B、C,A組和B組控制邏輯,數據總線緩沖器和讀/寫控制邏輯組成。A口包含一個8位的數據鎖存器/緩沖器,一個8位的數據輸入鎖存器,因此它作輸入輸出時數據均能鎖存。B口包含一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器,一個8位的數據輸入緩沖器。C口包含一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器,一個8位的數據輸入緩沖器,無輸入鎖存功能。

A組和B組控制邏輯用來接收送來的命令字,然后分別決定A組和B組的工作方式,或對C口的每一位執行置位/復位操作。數據總線緩沖器是一個雙向的8位緩沖器,用作8255A和系統總線之間的接口。通過這個緩沖器與之相連的8位數據總線D7～D0,接收CPU送來的數據或命令字。

讀/寫控制邏輯電路用來管理所有的內部或外部數據信息、控制字或狀態字的傳送過程,它接收從CPU的地址總線和控制總線來的信號,并產生對A組和B組控制邏輯進行操作的控制信號。8255A有兩類控制字。一類是方式選擇控制字,另一類是置位復位控制字。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。方式選擇控制字有3種基本的工作方式,即方式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。通過向8255A的控制字寄存器寫入方式選擇字,就可以規定各端口的工作方式。

(三)功能模塊分析

該模塊設計思路是將年月日時分秒分別保存至year,month,day,hour,

minute,second中,每個數字對應與一個字節,通過8253定時我們在8255的portA0口檢測到低電平時調用INCSCD子程序,子程序中我們將更新year,month,day,hour,minute,second內的值,使秒加1,然后調用displaytime將year,month,day,hour,minute,second內的數據轉化為ASCII碼并顯示到屏幕。通過開關1啟動,程序檢測到開關1接通時轉入服務模塊中的調整時間,通過把用戶輸入的值轉化為16進制并替換year,month,day,hour,minute,second中的值我們在INCSCD子程序中更新完時間后比較當前時間與貯存的鬧鈴時間,如果兩者一致程序會閃燈,否則跳出子程序;如要更新鬧鈴時間可以開啟開關2,程序會轉入服務模塊,調整過程與時間調整類似。

三、調試與分析

根據上述需求分析得出的思路,進行匯編語言程序的編寫。匯編語言程序一共分為三個分:第一部分是8255A芯片的初始化;第二部分是8253可編程定時/計數芯片的初始化;第三部分是,模塊的編寫。在該電子時鐘的設計過程中一共有三個模塊:1.計時和顯示模塊;2.時間調整模塊;3.鬧鈴及其調整模塊。

設計之初的思路是選擇將年,月,日,時,分,秒分別保存在一個字節的內存單元中,這樣在計時的設計上將變得簡單,但這樣的設計也帶來一個問題,那就是在讀入用戶輸入和將時間顯示到屏幕上時的16進制轉到ASCII碼時,由于涉及到將一個字節內容拆分轉化,靈活性受到限制,于是作者考慮將年,月,日,時,分,秒的每一位用一個字節儲存,這樣在進行轉化時將節省很多操作時間,設計過程中作者反復修改了程序的結構以達到優化目的,在時間顯示出現問題后,我們進行了單元測試并最終發現了問題,在找到問題癥結后,我們對顯示部分代碼及電路進行了完善,最終得到了正確的顯示結果。

四、設計總結

在該電子時鐘的設計過程中,要注意到每個單獨模塊的編寫實現不僅要使該模塊完成相應的子任務,而且要使這個模塊與主程序相匹配,尤其是各種命令必須相互匹配,所以就需要在編寫程序時,經常性的調試運行、修改完善。在該系統的設計過程中用到了大量的軟件工程的知識,雖然該系統整體偏向于硬件實現,但是軟件工程的思想卻穿插始終,在該系統的整個實現過程中體現的淋漓盡致。在電子時鐘的設計實現過程中,很多理論并不能拿來直接為我們所用,必須考慮到客觀條件,根據已有的條件進行調整完善,在設計過程中注意到模塊分解使得整個系統的實現難度得以降低,邏輯性也更強。作為一個基礎性的硬件實現系統,相信該電子時鐘的實現會為許多新型實用系統提供理論與實踐的技術支持。

參考文獻:

[1]于海生,微型計算機控制技術[M].清華大學出版社,1999.6.

[2]黃正謹,綜合電子設計與實踐[M].東南大學出版社,2002.3.