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1、计算机科学与技术学院硬件课程设计报告专 业： 信 息 安 全 班 级： 信息安全06-3班 设计题目： 竞 赛 抢 答 器 成 员： 指导教师： 职 称： 教 授 2008年 7月 课程设计指导教师评阅书指导教师评语：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要我们的特色在于模块清晰，功能丰富：功能一:LED灯泡显示模块在此模块中，哪位选手抢答成功，对应的灯泡亮，其他不亮功能二：数码管显示模块 在此模块中，哪位选手抢答成功，数码管显示哪个选手的组号 功能三：倒计时模块在此模块中，倒计时设置为9秒，9秒时间到若仍没有人抢答，则数码管显示F表示出错功能四：主持人控制模块在此模块中，主持人按下开关选手
2、方可抢答，若在此之前有人抢答则数码管显示F表示犯规，主持人可作出相应处罚措施关键词：8255A 可编程外围接口芯片 ；8253可编程计数器/定时器 ；LED数码显示管 ；74LS138地址译码器 ；74LS377锁存器 ；抢答 ；组号显示 ；出错显示 ；倒计时目 录总体设计部分1设计任务与要求 5 1.1选题报告5 1.1.1背景介绍5 1.1.2实现功能5 1.2芯片选用6 1.3小组成员分工62总体方案与说明 6 2.1设计概述6 2.2硬件方案7 2.2.1 8255A可编程外围接口芯片7 2.2.2 8253可编程计数器/定时器芯片10 2.2.3LED七段数码显示管13 2.2.4
3、74LS138地址译码器143硬件方案15 3.1硬件框图与说明15 3.1.1 8255A可编程外围接口芯片15 3.1.2 8253可编程计数器/定时器芯片16 3.1.3 74LS377锁存器和七段数码显示管16 3.1.4 74LS138地址译码器17 3.2 总体电路原理图184软件方案19 4.1总体模块图19 4.2系统程序流程图20 4.3子程序设计214.3.1 8253的三个通道的N值214.3.2 选手复位模块21 4.3.3 倒计时模块22 4.3.4 LED显示模块23 4.3.5数码管显示模块234.4 程序清单25专题设计部分5 系统调试29 5.1硬件调试29
4、5.2 软件调试296问题分析与改29 6.1倒计时模块29 6.2 蜂鸣器模块307 总结体会30参考文献331 设计任务与要求1.1选题报告1.1.1背景介绍 在大多比赛规则中，正确率无可厚非数第一，但体现其头脑反应能力的速度力数前提条件，因此比赛中如何判断出第一个举手或抢答的人成为许多学者研究的课题。如果单从肉眼判断谁先谁后，很难给出准确的结果，为了保证比赛的准确性、公正性、直观性，通常比赛会设置竞赛抢答器。竞赛抢答器通过数码显示管、LED发光二极管及蜂鸣器等多种工具有效指示出第一个按下抢答器的人。本组选择的课题正是针对上述情况，设计供7名参赛选手使用的竞赛抢答器。1.1.2实现功能本课
5、题利用微机原理及接口技术，结合实验箱模拟设计出一个竞赛抢答器系统，该抢答系统具有七个人的抢答控制按钮（本课题中使用开关作为按钮），选手通过按钮来进行抢答，同时我们用8253定时器进行倒计时，数码管显示抢答选手的相应组号，同时相应的LED灯管燃亮指示该选手。具体要求如下：设定8个开关其中一个代表主持人开始或复位按键，其他的代表抢答器按钮1-7号开关。当主持人宣布开始抢答并按下按键后，其他的某个按钮按下时,相当于某组抢答器按钮按下,在七段数码管上将其组号显示出来。抢答器工作时显示优先抢答者对应的灯，其他抢答者的灯管不亮，其它的选手信号当第一个选手按下后被屏蔽。若在主持人宣布答题开始前有人抢答，则数
6、码管显示F表示犯规，此时主持人可作出适当处罚措施。主持人的开关扳回表示复位，开始新一轮的抢答。8253设置9秒倒计时，若时间到还没有选手抢答的话则数码管显示F表示出错，重新进行下一轮的抢答。1.2芯片选用 8253可编程计数器/定时器芯片 一片 8255A可编程外围接口芯片 一片74LS138译码器 一片74LS377锁存器 一片LED数码显示管 一个1.3小组成员分工 硬件： 软件： 总体： ：报告中硬件框图与芯片介绍，总体电路图设计与说明。：报告中模块图的设计与说明，源程序及其说明。：报告中的选题报告，实验中的电路连线。：报告中的总体设计方案，问题分析与改进， 实验中的程序调试。2 总体方
7、案与说明2.1设计概述本组实验选用八个乒乓开关作为抢答器的输入，一个分配给主持人作为复位键，另外七个分配给七个选手。七个乒乓开关通过8255A与七个小灯泡相连接，A口作输入，B口作输出。开关扳下，灯泡不亮；开关扳上，对应的小灯泡亮，证明该选手抢答成功。一轮答题结束，各选手开关复位，CPU检测，若有人开关未扳下，数码管显示F。若选手开关已复位，数码管显示初始状态。接下来等待主持人宣布答题开始，开关8扳下，选手开始抢答，若在此之前有选手抢答，视为犯规，该题作废，重新开始新一轮抢答。8253作定时器，定时时间为9秒，用来限制选手的抢答时间，9秒时间到，没有人按抢答器的话，数码管显示F，此题作废。LE
8、D七段数码显示管用锁存器74LS377控制，编程实现。2.2硬件方案2.2.1 8255A 可编程外围接口芯片8255A的外部结构如左图所示。40个管脚分别是：数据端口A、B、C； A 组和B组控制逻辑； 数据总线缓冲器； 读/写控制逻辑RESET 复位信号，高电平有效。 片选信号，低电平有效。 读信号，低电平有效。 写信号，低电平有效。 端口选择信号。 （00选中端口A；01选中端口B；10选中端口C；11选中控制字寄存器端口。）2.1外部管脚结构图2.2方式命令控制字C口低4位I/OB口I/OB口方式C口高4位I/OA口I/OA口方式=1 标志位方式0-基本输入/输出方式。这种方式不使用中
9、断，没有规定的联络信号，三个端口的24条引脚均可做为输入/输出线，由程序设定各端口为输入端口或输出端口，完成并行输入/输出操作。方式1-选通输入/输出方式。这种方式下，端口A或端口B仍做为数据端口，同时规定了端口C的某些位做为控制或状态信息位，数据的输入/输出操作在联络信号的应答控制下完成，因而，可使用中断，也可使用查询。方式2-双向传送方式。这种方式下，外设在单一的8位数据线上，既能发送数据，也能接受数据。在相应的控制线配合下，用中断方式或程序查询方式输入/输出数据。端口A可工作于方式0，方式1和方式2，端口B可工作于方式1，端口C通常分成高4位和低4位，分别传送数据或控制，状态信息。本组实
10、验中利用A口作输入端，B口作输出端。2.3置位/复位控制字1：置位；0：复位位选择任意值=0 标志位端口C的数位常用作控制或应答信号，通过对8255A的控制口写入置位/复位控制字，可使端口C的任意一个引脚的输出单独置1或置0，或者为应答式数据传送发出中断请求信号。在基于控制的应用中，经常希望在某一位上产生一个TTL电平的控制信号，利用端口C的这个特点，只需要用简单的程序就能形成这样的信号，从而简化了编程。D7位为置位/复位控制字标志位，它必须等于0；D3-D1位用于选择对端口C中某一位进行操作；D0位指出对选中位是置1还是清0。D0=1时，使选中位置1；D0=0时，使选中位清0。2.2.2 8253可编程计数器/定时器芯片8253的外部结构如左图所示。24个管脚分别是：数据总线缓冲器； 读/写控制逻辑； 控制字寄存器；计数器02CLK0CLK2 计数器02的输入时钟脉冲从这里输入。OUT0OUT2 计数器02的输出端。GATE0GATE2 计数器02的门控脉冲输入端。2.4外部管脚结构图8253六种工作模式如下：(1) 方式0 (计数结束中断方式)1) GATE为高时，写入计数值n后，在下一个时钟脉冲的下降沿开始减1计数，此时OUT为低。2) 当计数值为0时，OUT变为高，该上升沿可用来触发中断。3) 在计数期间，GATE变为低，将
