簡易計算器的設計課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 摘要………………………………………………………………………………2</p><p>　　二 引言………………………………………………………………………………2</p><p>　　三 課程設計的目的和任務………………………………………………………2</p><

2、;p>　　四 設計思路 ………………………………………………………………………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 、調試……………………………………………………………………12</p><p>　　八 課程設計體會 ………………………………………………

3、………………12</p><p>　　九 參考文獻 ……………………………………………………………………14</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　匯編語言是面向機器的程序設計語言，是一種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機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，用地址符或標號代替地址

4、碼。</p><p>　　本次程序設計是以計算器為任務，運用匯編語言來完成。任務要求有計算器的界面，并顯示出來。所以程序中一個重要的程序段界面的設計。另外對于兩個數字和運算符的輸入存儲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、課程設計使學生熟練掌握微機系統(tǒng)與接口擴展電路的設計方法，熟練應用8086匯編語言編寫應用程序和實際設計中的硬軟件調試方法和步驟，來設計一個計算器。</p><p><b>　　計算器要求如下：</b></p><p>　　1、可以顯示輸入數字與運算結果的數碼管，有可供使用的16個按鍵，16個鍵對應于0～9數字以及+、-、*、/、=以及重新開始；</p>

6、<p>　　2、能實現(xiàn)10以內的加、減、乘、除單步運算并顯示結果，</p><p>　　3、能夠顯示“錯誤”提示；</p><p>　　4、能夠中止還未輸入完的計算式。</p><p>　　三、課程設計的目的和任務</p><p>　　通過課程設計，要求學生熟悉和掌握微機系統(tǒng)的軟件、硬件設計的方法、設計步驟，使學生得到微機開發(fā)應用方

7、面的初步訓練。讓學生獨立或集體討論設計題目的總體設計方案、編程、軟件硬件調試、編寫設計報告等問題，真正做到理論聯(lián)系實際，提高動手能力和分析問題、解決問題的能力，實現(xiàn)由學習知識到應用知識的初步過渡。通過本次課程設計使學生熟練掌握微機系統(tǒng)與接口擴展電路的設計方法，熟練應用8086匯編語言編寫應用程序和實際設計中的硬軟件調試方法和步驟，熟悉微機系統(tǒng)的硬軟件開發(fā)工具的使用方法。</p><p>　　通過課程設計實踐，不僅

8、要培養(yǎng)學生事實求是和嚴肅認真的工作態(tài)度，培養(yǎng)學生的實際動手能力，檢驗學生對本門課學習的情況，更要培養(yǎng)學生在實際的工程設計中查閱資料，撰寫設計報告表達設計思想和結果的能力。</p><p><b>　　四、設計思路：</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，如果有就調用子程序進行判斷，是數值則進行存儲并同時進行顯示，是運算符

9、號等就調用相應的子程序進行操作，操作后則繼續(xù)利用程序不斷掃描鍵盤是不是有輸入，從而實現(xiàn)4位十進制數以內的加減乘除法運算。運算完成后將運算的結果儲存并顯示到LED數碼顯示器上。</p><p><b>　　硬件選擇：</b></p><p>　　微處理器8086芯片</p><p>　　當引腳接高電平時，CPU工作于最小模式。此時，引腳信號24～

10、31的含義及其功能如下： </p><p>　　（1）IO/M/（memory I/O select）：存儲器、I/O端口選擇控制信號。 信號指明當前CPU是選擇訪問存儲器還是訪問I/O端口。為高電平時訪問存儲器，表示當前要進行CPU與存儲器之間的數據傳送。為低電平時，訪問I/O端口，表示當前要進行CPU與I/O端口之間的數據傳送。 </p><p>　?。?）WR/（write）：寫信號

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

12、LE（address lock enable）：地址鎖存允許信號，輸出，高電平有效。 CPU利用ALE信號可以把AD15 ～AD0地址/數據、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）：數據發(fā)送/接收信號，輸出，三態(tài)。 DT/信號用來控制數據傳送的方向。DT/為高電平時，CPU發(fā)送數據到存儲器或I/

13、O端口；DT/為低電平時，CPU接收來自存儲器或I/O端口的數據。 </p><p>　?。?）DEN/（data enable）：數據允許控制信號，輸出，三態(tài)，低電平有效。信號用作總線收發(fā)器的選通控制信號。當為低電平時，表明CPU進行數據的讀/寫操作。 </p><p>　?。?）HOLD（bus hold request）：總線保持請求信號，輸入，高電平有效。在DMA數據傳送方式中，由

14、總線控制器8237A發(fā)出一個高電平有效的總線請求信號，通過HOLD引腳輸入到CPU，請求CPU讓出總線控制權。 </p><p>　?。?）HLDA（hold acknowledge）：總線保持響應信號，輸出，高電平有效。HLDA是與HOLD配合使用的聯(lián)絡信號。在HLDA有效期間，HLDA引腳輸出一個高電平有效的響應信號，同時總線將處于浮空狀態(tài)，CPU讓出對總線的控制權，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，會使HOLD信號變?yōu)榈碗娖?，CPU又重新獲得對總線的控制權。 </p><p>　　可編程并行接口芯片8255A</p><p>　　微機系統(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設備之間起著信號的變換和傳輸的作用。8255A可為86系列CPU與外部設備之間提供并行輸入/輸出的通道。由于它是可編程的，可以通過軟件來設置芯片的工作

16、方式，因此，用8255A連接外部設備時，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據線上，以數據字節(jié)/字與I/O設備交換信息?！　≡谳斎脒^程中，輸入設備把數據送給接口，并且使狀態(tài)線“輸入準備好”有效。接口把數據存放在“輸入緩沖寄存器”中，同時使“輸入回答”線有效，作為對外設的響應。外設在收到這個回答信號后，就撤消數據和“輸入準備好”信號。數據到達接口中后，接口會在“狀態(tài)寄存器”中設置輸入準備好標志，或者向CPU發(fā)一個中斷請

17、求。CPU可用查詢方式或中斷方式從接口中讀取數據。接口中的數據被讀取后，接口會自動清除狀態(tài)寄存器中的標志，且撤消對CPU的中斷請求?！　≡谳敵鲞^程中，每當輸出寄存器可以接收數據，接口就會將狀態(tài)寄存器中“輸出準備好”狀態(tài)置1或向CPU發(fā)一個中斷請求，CPU可用查詢或中斷方式向接口輸出數據。當CPU輸出的數據到達接口后，</p><p>　　A口：是一個獨立的8位I/O口，它的內部有對數據輸入/輸出的鎖存功能。

18、·B口：也是一個獨立的8位I/O口，僅對輸出數據的鎖存功能。 ·C口：可以看作是一個獨立的8位I/O口；也可以看作是兩個獨立的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，其實鍵盤也是由一個個按鈕組成，如果是獨立按鈕的話必須要需要一個I/O口對它進行檢測，而鍵盤往往這需要鍵盤按鈕數一半的I/O口數對

19、它進行檢測，也許對一個比較簡單的系統(tǒng)I/O口數一般不是問題，但對于一個大型、復雜的系統(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)省必然導致軟件上編程的復雜，那就來看看鍵盤到底使軟件編程有多復雜?</p><p>　　因為4×4矩陣鍵盤有8個管腳，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I/O口輸入，另外4個輸出，這一點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數碼管</p><p>　　LED為發(fā)光二極管構成的顯示器件，亦稱數碼管。由7個字符段和一個小數點段組成，每段對應一

21、個發(fā)光二極管，當發(fā)光二極管點亮時，相應的字符段點亮。LED有共陰極和共陽極兩種供應狀態(tài)。共陰極顯示時，將LED顯示的COM接地，將八個字符段端a、b、c、d、e、f、g、dp依次與一個8位I/O口的最低到最高位連接，當I/O給LED的哪個字符段送入一個高電平時，該段就被點亮，從而可從這7個字符段中被點亮的構成相應的字符顯示出來。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/O口送入低電平是相應的段才被點亮

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>　　當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當 OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器

23、內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個腳,輸出是8個腳。用高低電平來表示輸入和輸出。輸入是二進制。3只腳也就是3位二進制數。輸入可以3位二進制數。3位二進制最大是111 也就是8。輸出是8個腳，表示10進制。是根據輸入的二進制數來輸出。如果輸入是101 那么就是第5只腳高電平，表示二進制數是5。 其實3-8譯碼器的功能

24、就是把輸入的3位2進制數翻譯成10進制的輸出。</p><p><b>　　硬件原理圖：</b></p><p>　　本電路由8086、8255、數碼管、鎖存器、譯碼器、16個按鍵組成。</p><p>　　1、不停的進行鍵盤掃描使其輸入數據及控制鍵</p><p>　　2、通過幾個控制鍵調用控制鍵下的子程序進行加減乘除

25、運算</p><p>　　3、通過數碼管進行數據顯示</p><p><b>　　計算器工作原理圖</b></p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p>　　（1）鍵盤掃描程序流程圖：</p><p>　?。?）總程序流程圖：</p><

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

27、實現(xiàn)按鍵值的存儲與顯示、清零、加法、減法、乘法、除法等功能的仿真。</p><p><b>　　任務分工</b></p><p>　　韓鵬鵬：主要負責部分代碼的編寫和總體的調試與測試</p><p>　　李輝輝：主要負責部分代碼的編寫和相關資料的收集</p><p><b>　　七 課程設計體會</b&g

28、t;</p><p>　　上學期剛學過微機原理，學得不是很深入，僅限于課本知識的掌握，而此次課程設計將會是一個很好的機會，來考察自己對課本知識的掌握以及應用情況。本次課程設計是四人一組，并且自由選擇設計課題，我們小組選擇了簡易計算器的課題，在做的過程中也遇到很多困難。</p><p>　　在硬件設計模塊，參考了課本上的相關例題以及查閱相關資料，發(fā)現(xiàn)關于此次課程設計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）進行設計</p><p>　　在軟件設計模塊，數碼管顯示和鍵盤掃描程序參考了書上的相關例題，也查閱了很多資料，發(fā)現(xiàn)原理都差不多，并且對此次課程設計有了較為清晰的思路。前一周基本上都在寫程序，期間一直沒有進行仿真。在寫好所有的程序時，才開始匯編，發(fā)現(xiàn)有很多語法錯誤，這是必然的，畢竟10多頁的程序，肯定會有

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行仿真時，遇到了大麻煩。程序絲毫不起作用，按鍵沒反應，數碼管也不亮，深受打擊。最后，不得不進行分部仿真。</p><p>　　首先，進行數碼管顯示的仿真。改編了一段直接賦值送到數碼管顯示的程序，結果還有錯，并且花費了很長時間才搞定。主要問題是，四位數碼管采用一位靜態(tài)顯示時沒錯，當進行動態(tài)多位（比如4位）顯示時，倘若4位數值一樣，則顯示正確，只要數值不

31、全一樣就不能正確顯示，各個數碼管中的一個或多個二極管總是不亮（實際上應該亮的），也就是數值顯示的不完整，當調低頻率后，數碼管一個接一個單獨動態(tài)顯示時則正確，數值顯示得很完整，并且我們發(fā)現(xiàn)，在數碼管顯示的切換瞬間，上述所說的應該亮但沒亮的二極管比其它二極管先熄滅。這個花費了我們很長時間才解決。</p><p>　　其次，再進行鍵盤掃描的仿真，這也是我們組所遇到的主要兩大困難的另一個。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，我們進行了改動，而且改動時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，按鍵沒有絲毫反應，在檢查、思考很多遍后任然沒有找到出錯之處。然后，又查閱了很多相關資料，發(fā)現(xiàn)原理都一樣，然后又仔細檢查，才發(fā)現(xiàn)8255A芯片的片選信號始終無效（即始終為高電平），這才找到出錯之處。</p><p>　　最后，在數碼管顯示和鍵盤掃描程序都正確的基

33、礎上，逐步增加代碼，增加功能，逐步實現(xiàn)按鍵值的存儲與顯示、清零、加法、減法、乘法、除法等功能。在所有基本功能都實現(xiàn)后，又對源代碼進行了優(yōu)化整合。</p><p>　　通過本次課程設計，我對微機原理有了進一步的理解，對8086、8255A的工作原理、用途以及使用時的注意事項等都有了深刻的認識，對這類的課程設計也從毫無概念到了有清晰的認識的轉變，相信再做這類的課程設計時不會再迷茫、不知從何入手。</p>

34、<p><b>　　八：參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳繼紅.微機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2011年，276-283頁</p><p>　　[2] 周明德.微型計算機系統(tǒng)原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2007年</p><p>　　[3] 戴梅萼.微型計算機技術及應用[M].北京：清華大學出