竞赛抢答器设计.doc-资料库

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中国矿业大学计算机学院 2015 级本科生课程报告课程名称硬件课程设计设计题目竞赛抢答器设计（1）报告时间 2017.12.25 学生姓名任课教师王凯

任课教师评语任课教师评语（①对课程基础理论的掌握；②对课程知识能力的评价；③对课程报告相关软件设计、作品等结果的评价；④课程学习态度；⑤课程成果和报告工作量；⑥总体评价和成绩；⑦存在的问题等）：课程设计采用语言课程基础理论掌握程度熟练综合知识应用能力强较熟练较强一般一般不熟练差功能完善，可运行功能较完善，可运行有基本功能，可运行部分功能功能欠缺，不能运行正确饱满基本正确适中回答不完整有原则性错误一般欠缺完整、格式规范较完整、格式规范较完整、格式不规范不完整、格式不规范软件演示成果评价软件演示问题回答设计工作量报告内容及格式存在问题总体评价及成绩成绩：任课教师签字：年月日

目录 1 绪论........................................................................................................................................4 1.1 问题提出 ................................................................ 4 1.2 选题意义 ................................................................ 4 1.3 设计任务及要求 .......................................................... 4 2 系统设计需求分析.................................................................................................................4 2.1 开发环境及开发平台 ...................................................... 4 2.2 系统设计主要芯片及工作原理 .............................................. 5 2.3 系统主要设计思想 ....................................................... 11 3 系统总体设计......................................................................................................................12 3.1 系统电路组成及工作原理 ................................................. 12 3.1.1 系统电路图设计..............................................................................................12 3.1.2 系统工作原理...................................................................................................14 3.2 系统软件功能 ........................................................... 14 3.2.1 系统软件功能模块图.......................................................................................15 4 系统软件设计....................................................................................................................15 4.1 系统软件设计程序流程图 ................................................. 15 4.2 软件代码设计 ........................................................... 17 5 系统分析与测试...................................................................................................................20 5.1 系统测试方法与结论 ..................................................... 20 6 系统运行结果......................................................................................................................21 7 结论.......................................................................................................................................23 8 设计体会..............................................................................................................................23 参考文献..................................................................................................................................24

1 绪论 1.1 问题提出利用 4X4 键盘完成倒计时开始、抢答、复位。利用七段数码管完成倒计时显示和抢答号显示、利用 8254 实现倒计时控制。 1.2 选题意义抢答器是竞赛问题中一种常用的必备装置，关于这次设计的用于多人抢答的硬件实验，在现实生活中很常见，尤其伴随着各种益智电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，在主持人按下开始键后，屏幕便会显示倒计时，选手们可以通过按键来进行抢答，此时屏幕的倒计时会停止，同时显示最先按下抢答器选手的编号。这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。 1.3 设计任务及要求 1. 使用 3X3 键盘，1-7 是选手抢答键，8 号是开始键，9 号是复位键。 2. 在七段数码管上实时显示倒计时。 3. 当按下抢答键时，数码管上的倒计时暂停，同时显示按下的编号。 2 系统设计需求分析 2.1 开发环境及开发平台（1）PC 微机：用于对程序的编译测试等，同时还需要对实验设备进行控制，提供整个程序的运行平台，并且收集和释放硬件信号，实现程序功能。（2）微机原理实验箱：此设备能提供 8254、8255A 和数码管等必要芯片。并且能

通过接受 PC 机传来的信息，显示出相应的功能。 2.2 系统设计主要芯片及工作原理（1）可编程外围接口芯片 8255A 8255A 是一种通用的可编程并行 I/O 接口芯片，通过对它编程，芯片可工作于不同的工作方式。在微型计算机系统中，用 8255A 做接口时，通常不需要附加外部逻辑电路就可直接为 CPU 与外设之间提供数据通道. 由图可见，8255A 由数据端口 A、B、C（期中，C 口被分为 C 口上半部分和 C 口下半部分），A 组和 B 组控制逻辑，数据总线缓冲器和读写控制逻辑。 8255A 内部包含 3 个 8 位输入输出端口，通过外部的 24 根输入输出线与外设进行通信联络。A 口和 B 口可以用作 8 位输入口或 8 位输出口。C 口既可以用作 8 位输入输出口用，也可作为两个 4 位的输入输出口。还常常用来配合 A 口和 B 口工作，分别用来产生 A 口和 B 口的输出控制信号和输入 A 口和 B 口的端口状态端口信号。 A 组和 B 组控制逻辑内部有控制字寄存器，用来接收 CPU 送来的命令字，然后分别决定 A 组和 B 组的工作方式，或对端口 C 的每一位执行置位/复位等操作。8255A 的端口 A 和端口 C 的上半部分（PC7-PC4）由 A 组控制逻辑管理，端口 B 和端口 C 的下半部分（PC3-PC0）由 B 组控制逻辑管理。这两组控制逻辑都从读/写控制逻辑接收命令信号，从内部数据总线接收控制字，然后向各有关端口发出相应的控制命令。数据总线缓冲器是一个双向三态的 8 位缓冲器，用作 8255A 和系统数据总线之间的接口。通过这个缓冲器和与之相连的 8 位数据总线 D7-D0，接收 CPU 送来的数据或控制字，外设传送给 CPU 的数据或状态信息，也通过这个数据总线缓冲器送给 CPU。读/写控制逻辑用来管理所有的内部或外部数据信息，控制字或状态字的传送过程。它从 CPU 的地址总线和控制总线来的信号，并产生对 A 组和 B 组控制逻辑进行操作的控制信号。方式选择控制字: 8255A 具有 3 种基本工作方式。方式 0：基本输入输出方式；方式 1：选通输入输出方式；方式 2：双向总线 I/O 方式。端口 A 可以工作于 3 种方式中的任一种；端口 B 只能工作于方式 0 和方式 1，而不

能工作于方式 2；端口 C 常被分成 2 个 4 位端口，除了用做输入输出端口外，还能用来配合 A 口和 B 口工作，为这两个端口的输入输出操作提供联络信号。图 2-1 8255 外部引脚图

图 2-2 8255 内部功能图（2）8254 芯片 8254 芯片主要由四部分组成：数据总线缓冲器数据总线缓冲器是一个三态、双向 8 位寄存器主要作用是与 CPU 进行数据交换，8 位数据线 D7～D7 与 CPU 的系统数据总线连接，构成 CPU 和 8254 之间信息传送的通道,CPU 通过数据总线缓冲器向 8254 写入控制命令、计数初始值或读取计数值。读写逻辑读写逻辑是芯片的控制部分，编程人员通过控制信号的选择来选择芯片的工作方式。读 / 写控制逻辑用来接收 CPU 系统总线的读、写控制信号和端口选择信号，用于控制 8254 内部寄存器的读 / 写操作。控制字寄存器控制寄存器是一个只能写不能读的 8 位寄存器，系统通过指令将控制字写入控制寄存器，设定 8254 的不同工作方式。计数器

8254 内部有三个结构完全相同而又相互独立的 16 位减“1”计数器，每个计数器有六种工作方式，各自可按照编程设定的方式工作。 8254 芯片共有六种工作方式，分别对应与六种不同的用途。（1）方式 0：计数到 0 结束输出正跃变信号方式。（2）方式 1：硬件可重触发单稳方式。（3）方式 2：频率发生器方式。（4）方式 3：方波发生器。（5）方式 4：软件触发选通方式。（6）方式 5：硬件触发选通方式。（3）7 段数码管的结构与工作原理图 2-3 8254 引脚图 7 段数码管一般由 8 个发光二极管组成，其中由 7 个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管，如图 2-3 所示。

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