基于８２５５和８２５３的數(shù)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(xiàn)的電子數(shù)字時鐘系統(tǒng)。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(huán)境,實現(xiàn)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?nèi)粘Ｉ钪杏兄捌鋸V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(fā)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(xiàn)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?yōu)殡娮訒r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(jù)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(shù)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(nèi)部具有3個獨立的16位計數(shù)器通道,通過對它進行編程,最高計數(shù)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(chǎn)生器、分頻率、程控單脈沖發(fā)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(shù)。

(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(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)端口A、B、C,A組和B組控制邏輯,數(shù)據(jù)總線緩沖器和讀/寫控制邏輯組成。A口包含一個8位的數(shù)據(jù)鎖存器/緩沖器,一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器,因此它作輸入輸出時數(shù)據(jù)均能鎖存。B口包含一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器,一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。C口包含一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器,一個8位的數(shù)據(jù)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?qū)口的每一位執(zhí)行置位/復位操作。數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個雙向的8位緩沖器,用作8255A和系統(tǒng)總線之間的接口。通過這個緩沖器與之相連的8位數(shù)據(jù)總線D7～D0,接收CPU送來的數(shù)據(jù)或命令字。

讀/寫控制邏輯電路用來管理所有的內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)信息、控制字或狀態(tài)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(chǎn)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(guī)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(shù)字對應與一個字節(jié),通過8253定時我們在8255的portA0口檢測到低電平時調(diào)用INCSCD子程序,子程序中我們將更新year,month,day,hour,minute,second內(nèi)的值,使秒加1,然后調(diào)用displaytime將year,month,day,hour,minute,second內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)入服務模塊中的調(diào)整時間,通過把用戶輸入的值轉(zhuǎn)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(zhuǎn)入服務模塊,調(diào)整過程與時間調(diào)整類似。

三、調(diào)試與分析

根據(jù)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(shù)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(diào)整模塊;3.鬧鈴及其調(diào)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(jié)的內(nèi)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(zhuǎn)到ASCII碼時,由于涉及到將一個字節(jié)內(nèi)容拆分轉(zhuǎn)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(jié)儲存,這樣在進行轉(zhuǎn)化時將節(jié)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(yōu)化目的,在時間顯示出現(xiàn)問題后,我們進行了單元測試并最終發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)常性的調(diào)試運行、修改完善。在該系統(tǒng)的設計過程中用到了大量的軟件工程的知識,雖然該系統(tǒng)整體偏向于硬件實現(xiàn),但是軟件工程的思想?yún)s穿插始終,在該系統(tǒng)的整個實現(xiàn)過程中體現(xiàn)的淋漓盡致。在電子時鐘的設計實現(xiàn)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(jù)已有的條件進行調(diào)整完善,在設計過程中注意到模塊分解使得整個系統(tǒng)的實現(xiàn)難度得以降低,邏輯性也更強。作為一個基礎性的硬件實現(xiàn)系統(tǒng),相信該電子時鐘的實現(xiàn)會為許多新型實用系統(tǒng)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.