簡易計(jì)算器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 摘要………………………………………………………………………………2</p><p>　　二 引言………………………………………………………………………………2</p><p>　　三 課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)………………………………………………………2</p><

2、;p>　　四 設(shè)計(jì)思路 ………………………………………………………………………3五 硬件選擇及單元電路分析…………………………………………………3</p><p>　　六 程序流程圖……………………………………………………………………10七 仿真 、調(diào)試……………………………………………………………………12</p><p>　　八 課程設(shè)計(jì)體會(huì) ………………………………………………

3、………………12</p><p>　　九 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………14</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　匯編語言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。在匯編語言中，用助記符代替操作碼，用地址符或標(biāo)號(hào)代替地址

4、碼。</p><p>　　本次程序設(shè)計(jì)是以計(jì)算器為任務(wù)，運(yùn)用匯編語言來完成。任務(wù)要求有計(jì)算器的界面，并顯示出來。所以程序中一個(gè)重要的程序段界面的設(shè)計(jì)。另外對于兩個(gè)數(shù)字和運(yùn)算符的輸入存儲(chǔ)和顯示也是比較重要的一段。程序中，我們用了較多的子程序，使得程序的閱讀理解比較清晰簡單。</p><p><b>　　引言：</b></p><p>　　通過本次

5、課程設(shè)計(jì)使學(xué)生熟練掌握微機(jī)系統(tǒng)與接口擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)方法，熟練應(yīng)用8086匯編語言編寫應(yīng)用程序和實(shí)際設(shè)計(jì)中的硬軟件調(diào)試方法和步驟，來設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算器。</p><p><b>　　計(jì)算器要求如下：</b></p><p>　　1、可以顯示輸入數(shù)字與運(yùn)算結(jié)果的數(shù)碼管，有可供使用的16個(gè)按鍵，16個(gè)鍵對應(yīng)于0～9數(shù)字以及+、-、*、/、=以及重新開始；</p>

6、<p>　　2、能實(shí)現(xiàn)10以內(nèi)的加、減、乘、除單步運(yùn)算并顯示結(jié)果，</p><p>　　3、能夠顯示“錯(cuò)誤”提示；</p><p>　　4、能夠中止還未輸入完的計(jì)算式。</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)</p><p>　　通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生熟悉和掌握微機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計(jì)的方法、設(shè)計(jì)步驟，使學(xué)生得到微機(jī)開發(fā)應(yīng)用方

7、面的初步訓(xùn)練。讓學(xué)生獨(dú)立或集體討論設(shè)計(jì)題目的總體設(shè)計(jì)方案、編程、軟件硬件調(diào)試、編寫設(shè)計(jì)報(bào)告等問題，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，提高動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)由學(xué)習(xí)知識(shí)到應(yīng)用知識(shí)的初步過渡。通過本次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生熟練掌握微機(jī)系統(tǒng)與接口擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)方法，熟練應(yīng)用8086匯編語言編寫應(yīng)用程序和實(shí)際設(shè)計(jì)中的硬軟件調(diào)試方法和步驟，熟悉微機(jī)系統(tǒng)的硬軟件開發(fā)工具的使用方法。</p><p>　　通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，不僅

8、要培養(yǎng)學(xué)生事實(shí)求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，檢驗(yàn)學(xué)生對本門課學(xué)習(xí)的情況，更要培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中查閱資料，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告表達(dá)設(shè)計(jì)思想和結(jié)果的能力。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　首先利用程序不斷掃描鍵盤是不是有輸入，如果沒有就一直掃描，如果有就調(diào)用子程序進(jìn)行判斷，是數(shù)值則進(jìn)行存儲(chǔ)并同時(shí)進(jìn)行顯示，是運(yùn)算符

9、號(hào)等就調(diào)用相應(yīng)的子程序進(jìn)行操作，操作后則繼續(xù)利用程序不斷掃描鍵盤是不是有輸入，從而實(shí)現(xiàn)4位十進(jìn)制數(shù)以內(nèi)的加減乘除法運(yùn)算。運(yùn)算完成后將運(yùn)算的結(jié)果儲(chǔ)存并顯示到LED數(shù)碼顯示器上。</p><p><b>　　硬件選擇：</b></p><p>　　微處理器8086芯片</p><p>　　當(dāng)引腳接高電平時(shí)，CPU工作于最小模式。此時(shí)，引腳信號(hào)24～

10、31的含義及其功能如下： </p><p>　?。?）IO/M/（memory I/O select）：存儲(chǔ)器、I/O端口選擇控制信號(hào)。 信號(hào)指明當(dāng)前CPU是選擇訪問存儲(chǔ)器還是訪問I/O端口。為高電平時(shí)訪問存儲(chǔ)器，表示當(dāng)前要進(jìn)行CPU與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送。為低電平時(shí)，訪問I/O端口，表示當(dāng)前要進(jìn)行CPU與I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳送。 </p><p>　　（2）WR/（write）：寫信號(hào)

11、，輸出，低電平有效。 信號(hào)有效時(shí)，表明CPU正在執(zhí)行寫總線周期，同時(shí)由信號(hào)決定是對存儲(chǔ)器還是對I/O端口執(zhí)行寫操作。</p><p>　?。?）INTA/（interrupt acknowledge）：可屏蔽中斷響應(yīng)信號(hào)，輸出，低電平有效。 CPU通過信號(hào)對外設(shè)提出的可屏蔽中斷請求做出響應(yīng)。為低電平時(shí)，表示CPU已經(jīng)響應(yīng)外設(shè)的中斷請求，即將執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 </p><p>　　（4）A

12、LE（address lock enable）：地址鎖存允許信號(hào)，輸出，高電平有效。 CPU利用ALE信號(hào)可以把AD15 ～AD0地址/數(shù)據(jù)、A19/S6～A16/S3地址/狀態(tài)線上的地址信息鎖存在地址鎖存器中。 </p><p>　?。?）DT/（data transmit or receive）：數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號(hào)，輸出，三態(tài)。 DT/信號(hào)用來控制數(shù)據(jù)傳送的方向。DT/為高電平時(shí)，CPU發(fā)送數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器或I/

13、O端口；DT/為低電平時(shí)，CPU接收來自存儲(chǔ)器或I/O端口的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　（6）DEN/（data enable）：數(shù)據(jù)允許控制信號(hào)，輸出，三態(tài)，低電平有效。信號(hào)用作總線收發(fā)器的選通控制信號(hào)。當(dāng)為低電平時(shí)，表明CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫操作。 </p><p>　?。?）HOLD（bus hold request）：總線保持請求信號(hào)，輸入，高電平有效。在DMA數(shù)據(jù)傳送方式中，由

14、總線控制器8237A發(fā)出一個(gè)高電平有效的總線請求信號(hào)，通過HOLD引腳輸入到CPU，請求CPU讓出總線控制權(quán)。 </p><p>　　（8）HLDA（hold acknowledge）：總線保持響應(yīng)信號(hào)，輸出，高電平有效。HLDA是與HOLD配合使用的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。在HLDA有效期間，HLDA引腳輸出一個(gè)高電平有效的響應(yīng)信號(hào)，同時(shí)總線將處于浮空狀態(tài)，CPU讓出對總線的控制權(quán)，將其交付給申請使用總線的8237A控制器使

15、用，總線使用完后，會(huì)使HOLD信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，CPU又重新獲得對總線的控制權(quán)。 </p><p>　　可編程并行接口芯片8255A</p><p>　　微機(jī)系統(tǒng)的信息交換有兩種方式：并行通信接口方式和串行通信接口方式。接口電路在CPU和I/O設(shè)備之間起著信號(hào)的變換和傳輸?shù)淖饔谩?255A可為86系列CPU與外部設(shè)備之間提供并行輸入/輸出的通道。由于它是可編程的，可以通過軟件來設(shè)置芯片的工作

16、方式，因此，用8255A連接外部設(shè)備時(shí)，通常不用再附加外部電路，使用教方便。并行接口是在多根數(shù)據(jù)線上，以數(shù)據(jù)字節(jié)/字與I/O設(shè)備交換信息。　　在輸入過程中，輸入設(shè)備把數(shù)據(jù)送給接口，并且使?fàn)顟B(tài)線“輸入準(zhǔn)備好”有效。接口把數(shù)據(jù)存放在“輸入緩沖寄存器”中，同時(shí)使“輸入回答”線有效，作為對外設(shè)的響應(yīng)。外設(shè)在收到這個(gè)回答信號(hào)后，就撤消數(shù)據(jù)和“輸入準(zhǔn)備好”信號(hào)。數(shù)據(jù)到達(dá)接口中后，接口會(huì)在“狀態(tài)寄存器”中設(shè)置輸入準(zhǔn)備好標(biāo)志，或者向CPU發(fā)一個(gè)中斷請

17、求。CPU可用查詢方式或中斷方式從接口中讀取數(shù)據(jù)。接口中的數(shù)據(jù)被讀取后，接口會(huì)自動(dòng)清除狀態(tài)寄存器中的標(biāo)志，且撤消對CPU的中斷請求?！　≡谳敵鲞^程中，每當(dāng)輸出寄存器可以接收數(shù)據(jù)，接口就會(huì)將狀態(tài)寄存器中“輸出準(zhǔn)備好”狀態(tài)置1或向CPU發(fā)一個(gè)中斷請求，CPU可用查詢或中斷方式向接口輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)CPU輸出的數(shù)據(jù)到達(dá)接口后，</p><p>　　A口：是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口，它的內(nèi)部有對數(shù)據(jù)輸入/輸出的鎖存功能。

18、·B口：也是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口，僅對輸出數(shù)據(jù)的鎖存功能。 ·C口：可以看作是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口；也可以看作是兩個(gè)獨(dú)立的4位I/O </p><p>　　輸入元件：4×4矩陣按鍵:</p><p>　　鍵盤是常用信息輸入元件，其實(shí)鍵盤也是由一個(gè)個(gè)按鈕組成，如果是獨(dú)立按鈕的話必須要需要一個(gè)I/O口對它進(jìn)行檢測，而鍵盤往往這需要鍵盤按鈕數(shù)一半的I/O口數(shù)對

19、它進(jìn)行檢測，也許對一個(gè)比較簡單的系統(tǒng)I/O口數(shù)一般不是問題，但對于一個(gè)大型、復(fù)雜的系統(tǒng)來說I/O資源就顯得非常珍貴了，盡量減少I/O使用是非常利于降低成本，另外一方面鍵盤比用獨(dú)立按鍵要美觀，這也是鍵盤能夠長期得到人們青睞的原因，可是硬件上的節(jié)省必然導(dǎo)致軟件上編程的復(fù)雜，那就來看看鍵盤到底使軟件編程有多復(fù)雜?</p><p>　　因?yàn)?×4矩陣鍵盤有8個(gè)管腳，于是將鍵盤接8255A的PC口，至于為什么選擇

20、PC是有原因的，進(jìn)行鍵盤掃描一般要求有一部分的I/O口的工作方式是輸入，另一部分I/O是輸出，具體到4×4鍵盤則要求4個(gè)I/O口輸入，另外4個(gè)輸出，這一點(diǎn)PC口剛好符合，而PA、PB口要么全部輸入或輸出，所以只能是PC口接鍵盤。</p><p>　　輸出顯示：LED數(shù)碼管</p><p>　　LED為發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件，亦稱數(shù)碼管。由7個(gè)字符段和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)段組成，每段對應(yīng)一

21、個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，相應(yīng)的字符段點(diǎn)亮。LED有共陰極和共陽極兩種供應(yīng)狀態(tài)。共陰極顯示時(shí)，將LED顯示的COM接地，將八個(gè)字符段端a、b、c、d、e、f、g、dp依次與一個(gè)8位I/O口的最低到最高位連接，當(dāng)I/O給LED的哪個(gè)字符段送入一個(gè)高電平時(shí)，該段就被點(diǎn)亮，從而可從這7個(gè)字符段中被點(diǎn)亮的構(gòu)成相應(yīng)的字符顯示出來。同理，COM陽極即將COM端接Vcc，其顯示原理與COM陰極的基本相同，但I(xiàn)/O口送入低電平是相應(yīng)的段才被點(diǎn)亮

22、。</p><p>　　74LS373的工作原理(鎖存器)</p><p>　　鎖存器(Latch)是一種對脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)</p><p>　　當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器

23、內(nèi)部的邏輯操作不受影響。</p><p>　　74LS138（譯碼器）</p><p>　　譯碼器的輸入是3個(gè)腳,輸出是8個(gè)腳。用高低電平來表示輸入和輸出。輸入是二進(jìn)制。3只腳也就是3位二進(jìn)制數(shù)。輸入可以3位二進(jìn)制數(shù)。3位二進(jìn)制最大是111 也就是8。輸出是8個(gè)腳，表示10進(jìn)制。是根據(jù)輸入的二進(jìn)制數(shù)來輸出。如果輸入是101 那么就是第5只腳高電平，表示二進(jìn)制數(shù)是5。 其實(shí)3-8譯碼器的功能

24、就是把輸入的3位2進(jìn)制數(shù)翻譯成10進(jìn)制的輸出。</p><p><b>　　硬件原理圖：</b></p><p>　　本電路由8086、8255、數(shù)碼管、鎖存器、譯碼器、16個(gè)按鍵組成。</p><p>　　1、不停的進(jìn)行鍵盤掃描使其輸入數(shù)據(jù)及控制鍵</p><p>　　2、通過幾個(gè)控制鍵調(diào)用控制鍵下的子程序進(jìn)行加減乘除

25、運(yùn)算</p><p>　　3、通過數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示</p><p><b>　　計(jì)算器工作原理圖</b></p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p>　?。?）鍵盤掃描程序流程圖：</p><p>　?。?）總程序流程圖：</p><

26、p><b>　　六 仿真、調(diào)試</b></p><p>　　第一步，進(jìn)行數(shù)碼管顯示的仿真。編寫一段直接賦值送到數(shù)碼管顯示的程序，進(jìn)行數(shù)碼管顯示的仿真。</p><p>　　第二步，進(jìn)行鍵盤掃描的仿真。編寫代碼，將掃描到的鍵值送到數(shù)碼管顯示。</p><p>　　第三步，在數(shù)碼管顯示和鍵盤掃描程序都正確的基礎(chǔ)上，逐步增加代碼，增加功能，逐步

27、實(shí)現(xiàn)按鍵值的存儲(chǔ)與顯示、清零、加法、減法、乘法、除法等功能的仿真。</p><p><b>　　任務(wù)分工</b></p><p>　　韓鵬鵬：主要負(fù)責(zé)部分代碼的編寫和總體的調(diào)試與測試</p><p>　　李輝輝：主要負(fù)責(zé)部分代碼的編寫和相關(guān)資料的收集</p><p><b>　　七 課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b&g

28、t;</p><p>　　上學(xué)期剛學(xué)過微機(jī)原理，學(xué)得不是很深入，僅限于課本知識(shí)的掌握，而此次課程設(shè)計(jì)將會(huì)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，來考察自己對課本知識(shí)的掌握以及應(yīng)用情況。本次課程設(shè)計(jì)是四人一組，并且自由選擇設(shè)計(jì)課題，我們小組選擇了簡易計(jì)算器的課題，在做的過程中也遇到很多困難。</p><p>　　在硬件設(shè)計(jì)模塊，參考了課本上的相關(guān)例題以及查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)關(guān)于此次課程設(shè)計(jì)的所有課題的硬件原理圖都有

29、很大的共同之處，都是利用8086芯片經(jīng)過地址鎖存器，再通過譯碼器，最后利用8255A或者更多芯片（如8253等）進(jìn)行設(shè)計(jì)</p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)模塊，數(shù)碼管顯示和鍵盤掃描程序參考了書上的相關(guān)例題，也查閱了很多資料，發(fā)現(xiàn)原理都差不多，并且對此次課程設(shè)計(jì)有了較為清晰的思路。前一周基本上都在寫程序，期間一直沒有進(jìn)行仿真。在寫好所有的程序時(shí)，才開始匯編，發(fā)現(xiàn)有很多語法錯(cuò)誤，這是必然的，畢竟10多頁的程序，肯定會(huì)有

30、疏忽的地方。但沒有想到的是，在proteus里與硬件原理圖配合進(jìn)行仿真時(shí)，遇到了大麻煩。程序絲毫不起作用，按鍵沒反應(yīng)，數(shù)碼管也不亮，深受打擊。最后，不得不進(jìn)行分部仿真。</p><p>　　首先，進(jìn)行數(shù)碼管顯示的仿真。改編了一段直接賦值送到數(shù)碼管顯示的程序，結(jié)果還有錯(cuò)，并且花費(fèi)了很長時(shí)間才搞定。主要問題是，四位數(shù)碼管采用一位靜態(tài)顯示時(shí)沒錯(cuò)，當(dāng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)多位（比如4位）顯示時(shí)，倘若4位數(shù)值一樣，則顯示正確，只要數(shù)值不

31、全一樣就不能正確顯示，各個(gè)數(shù)碼管中的一個(gè)或多個(gè)二極管總是不亮（實(shí)際上應(yīng)該亮的），也就是數(shù)值顯示的不完整，當(dāng)調(diào)低頻率后，數(shù)碼管一個(gè)接一個(gè)單獨(dú)動(dòng)態(tài)顯示時(shí)則正確，數(shù)值顯示得很完整，并且我們發(fā)現(xiàn)，在數(shù)碼管顯示的切換瞬間，上述所說的應(yīng)該亮但沒亮的二極管比其它二極管先熄滅。這個(gè)花費(fèi)了我們很長時(shí)間才解決。</p><p>　　其次，再進(jìn)行鍵盤掃描的仿真，這也是我們組所遇到的主要兩大困難的另一個(gè)。鍵盤掃描程序參考了課本上的例題，

32、對鍵盤掃描原理也理解的很透徹，為了適用于我們組所畫的原理圖，我們進(jìn)行了改動(dòng)，而且改動(dòng)時(shí)特別注意與課本上原理圖的區(qū)別，鍵盤掃描原理都是一樣的。但是，在仿真時(shí)，按鍵沒有絲毫反應(yīng)，在檢查、思考很多遍后任然沒有找到出錯(cuò)之處。然后，又查閱了很多相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)原理都一樣，然后又仔細(xì)檢查，才發(fā)現(xiàn)8255A芯片的片選信號(hào)始終無效（即始終為高電平），這才找到出錯(cuò)之處。</p><p>　　最后，在數(shù)碼管顯示和鍵盤掃描程序都正確的基

33、礎(chǔ)上，逐步增加代碼，增加功能，逐步實(shí)現(xiàn)按鍵值的存儲(chǔ)與顯示、清零、加法、減法、乘法、除法等功能。在所有基本功能都實(shí)現(xiàn)后，又對源代碼進(jìn)行了優(yōu)化整合。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，我對微機(jī)原理有了進(jìn)一步的理解，對8086、8255A的工作原理、用途以及使用時(shí)的注意事項(xiàng)等都有了深刻的認(rèn)識(shí)，對這類的課程設(shè)計(jì)也從毫無概念到了有清晰的認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變，相信再做這類的課程設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)再迷茫、不知從何入手。</p>

34、<p><b>　　八：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳繼紅.微機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2011年，276-283頁</p><p>　　[2] 周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007年</p><p>　　[3] 戴梅萼.微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出