北 京 科 技 大 学
微机原理课程设计说明书
题目: 家用电风扇的控制设计 学院: 计算机与通信工程学院 专业: 通信1003 姓名: 张三 学号: 4100000 指导教师:
2012年 8月 24 日
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目 录
前言……………………………………………………………………………..1 1[注释清单说明]…....…………………………………………………………..2 2[芯片介绍]…………………………………………………………………....3 2.1[8253芯片]…………………………………………………………..3 2.2[8255芯片]………………....…………………………………....4
3[设计过程]..............................................................................................................6 3.1[总体设计].................................................................................................6 3.2[硬件设计]..................................................................................................6 3.3[软件设计]..................................................................................................6 3.3.1[风速设计] .........................................................................7 3.3.2[类型设计] .........................................................................7
3.3.3[转头设计]........................................................................7
4[硬件框图及说明] .........................................................................................8 5[软件模块及流程说明]..................................................................................9 5.1[软件框图]......................................................................................9
5.2[程序代码]................................................................................................10 参考文献..............................................................................................................17 总结体会.................................................................................................................18
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前言
随着物联网时代的到来,芯片越来越显示其重要的价值,而如何将物联网引
入普通家庭,让普通老百姓感受到他们的实惠,针对这个问题我设计了一个简易的电风扇程序其概况如下:
一.课程设计的题目是家用风扇控制器,用微机中硬件与软件相结合的方法设计出一个电风扇的控制器.
二.控制器有四个按钮,分别为风速,类型,转头和停止键; 三个LED指示灯用于指示风速强、中、弱；另外三个LED指示灯用于指示类型为睡眠、自然和正常,还有一个直流电机控制是否转头.功能如下:
1. 电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮，只有按下“风速”键时电扇才
会旋转。电扇在任何状态，只要按下“停止”键，则进入停转状态。 2. 风速的强、中、弱分别对应于电扇转动的快速、中速和慢速. 3. 初始状态为：风速“弱”，类型“正常”.
4. 按“风速”键，状态由“弱”“中”“强”“弱” „„ 往复循环改变，每
按一下按键改变一次状态；
5. 按“类型”键，其状态由“正常”“睡眠”“自然”“正常” „„ 往复循环改变；
1) 正常 2) 自然 3) 睡眠
头.
三.本设计主要用到的芯片是8086,8253A和8255A.
电扇连续运转；
电扇模拟自然风，即转2s，停4s；
电扇慢转，产生轻柔的微风，运转 2s，停转6s.
6. 当按下K3摇头键的时候会摇头，再按会停止摇头，可以手动选择是否摇
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1注释说明清单
下文中所表示的字母的意思如下:
K1:风速键,用来控制风速,风速包括弱风,中风,强风三种.每按一次K1键
风速就循环改变一次.
K2:类型键,用来控制风的类型,类型包括正常风,睡眠风,自然风,每按一
次K2键风种将会循环改变一次.
K3:转头键,只要系统启动后按此键,风扇就会在转头与不转头之间切换. K4:停止键,一旦风扇运行按停止键就会关闭. L1:弱风指示灯 L2:中风指示灯 L3：强风指示灯 L5：正常风指示灯 L6：睡眠风指示灯 L7：自然风指示灯
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2芯片介绍
2.1 8253芯片
8253是Intel公司生产的可编程间隔定时器。8253具有以下基本功能： (1) 有3个独立的16位计数器；
(2) 每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数； (3) 每个计数器可编程工作于6种不同工作方式；
(4) 8254每个计数器允许的最高计数频率为10MHz（8253为2MHz）； (5) 8254有读回命令（8253没有），除了可以读出当前计数单元的内容外，
还可以读出状态寄存器的内容。
(6) 计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。计数初值公式
为n=fCLKi÷fOUTi、其中fCLKi是输入时钟脉冲的频率，fOUTi是输出波形的频率。
图14-1是8254的内部结构框图和引脚图，它是由与CPU的接口、内部控制电路和三个计数器组成。 8254的工作方式如下述：
(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。
图14-1 8254的内部接口和引脚
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8253的控制字有两个：一个用来设置计数器的工作方式，称为方式控制字；另一个用来设置读回命令，称为读回控制字。这两个控制字共用一个地址，由标识位来区分。控制字格式如表14-1所示。读回控制字格式如表14-2所示。当读回控制字的D4位为0时，由该读回控制字D1～D2位指定的计数器的状态寄存器内容将被锁存到状态寄存器中。状态字格式如表14-3所示。
表14-1 8253的方式控制字格式
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 计数码制选择 0－二进制数 1－十进制数 计数器选择 00－计数器0 01－计数器1 10－计数器2 11－读出控制字标志 读/写格式选择 00－锁存计数值 01－读/写低8位 10－读/写高8位 11－先读/写低8位，再读/写高8位
工作方式选择 000－方式0 001－方式1 010－方式2 011－方式3 100－方式4 101－方式5
表14－2 8253读出控制字格式 D7 1 D6 1 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0－锁存计数值 0－锁存状态信息 计数器选择（同方式控制字） 表14－3 8253状态字格式
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OUT引脚现行状态 计数初值是否装入 计数器方式（同方式控制字） 1－高电平 2－低电平 1－无效 2－计数有效
2.2 8255芯片
8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、
C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作： 方式0 — 基本输入/出方式； 方式1 — 选通输入/出方式； 方式2 — 双向选通工作方式。
8255的内部结构及引脚如图12-1所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图12-2所示。
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图12-1 8255的内部结构及引脚
图12-2 8255控制字格式
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3设计过程
3.1总体设计：
根据题目要求，其基本功能是用四个按键来控制风速、类型，转头以及停止这四个状态的变换。当风速键按下时实现风速强、中、弱三种状态依次循环切换，由于电机控制芯片没找好，所以用三个LED指示灯来显示；当类型键按下时实现类型正常、睡眠、自然三种状态的依次循环切换，并用三个LED指示灯来显示。
题目中类型键要求自然状态转2秒，停4秒；睡眠状态转2秒，停转6秒，这个涉及到时间问题，可以通过硬件或者软件来实现，我们选择通过软件来实现。
综上所述，可以采用硬件与软件结合的设计方法来实现基本功能。 3.2硬件设计：
本次实验除利用了PC机本身资源外(如中断资源),还利用了平台上的8255并行接口单元，8253计数器,LED指示灯电路,直流电机，便构成家用风扇控制电路.
本次实验硬件部分主要是用可编程并行通信接口8255A来实现的。四个按键是输入，用8255A的其中一个端口作为输入，这里选择用端口A作为输入；六个LED指示灯用作输出，这里选择用端口B和端口C作为输出。
8255A是有多种功能的可编程并行接口电路芯片,8255A分3个端口:端口A、端口B和端口C,每个端口都是8位,共24个外设引脚,共三种输入输出工作方式。
1)方式0—基本输入输出方式, 适用于无条件传送和查询方式的接口电路。 2)方式1—选通输入输出方式, 适用于查询和中断方式的接口电路。 3)方式2—双向选通传送方式, 适用于与双向传送数据的外设; 适用于查询和中断方式的接口电路。
本次实验我们选择方式0,只实现基本的输入、输出即可。
8253A有3个计数器，这里我们选择计数器0进行计数，CLK0链接系统时钟信号，计数器0选择工作方式3工作，GATE0接PC0端口，然后将两路接入直流电机的正负极。 3.3软件设计：
本设计通过编程对8255A的端口A读入的键值进行判断，再转入到相应的子程序进行状态改变。最后通过端口B进行输出显示。
控制系统分四个功能模块，主要包含风速设置、类型设置、默认状态显示和退出系统。
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3.3.1风速设置
这个模块中风速的三个状态强、中、弱之间的循环切换是通过将端口A的键值逐次加1(初始值为0,每按下一次风速键寄存器值加1)，然后对3求余，取其余数分别代表这三个状态来实现的。由于对3求余的余数只有0、1、2三个值，分别代表强、中、弱，将其余数保存到寄存器中，根据寄存器中是0、1、2来判断强、中、弱风三个状态。 3.3.2类型设置
风的类型有：正常、自然、睡眠三种。 a) 正常 电扇连续运转。
b) 自然 电扇模拟自然风，即转2s，停4s。
c) 睡眠 电扇慢转，产生轻柔的微风，运转 2s，停转6s。
自然状态和睡眠状态时间的控制是通过调用延时子程序来实现的，由于一个机器周期是10-6秒，延时程序是通过循环来实现的，让指令执行106 次来实现1秒。不是很精确。 3.3.3转头设置
这个模块利用8255和8253来完成，该模块有两种状态即转头和不转头，8255的PC2端口实现状态的输入，PC0端口输出到8253的GATE0端口来控制8253工作，然后通过8253来控制直流电机工作。用按的次数除以2取余数来判断是转头还是停止。
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4硬件系统框图及说明
系统总线
D0 PA0 D1 PA1 D2 PA2 D3 PA3 D4 PA4 D5 PA5 D6 PA6 D7 PA7 L1L2L3L5 L6 L7 K1 K2 K3 K4 8255A PB0 CS PB1 PB2 PB3 A0 PB4 A1 PB5 PB6 PB7 RD WR PC0 PC1 PC2 PC3 RESET PC4 PC5 PC6 PC7 D0 CLK0 D1 GATE0 D2 OUT0 D3 D4 D5 D6 D7 CLK1 GATE1 OUT1 WR 正极 直流电机 负极 8253 CLK2 RD GATE2 OUT2 A0 A1 CS - 10 -
5软件模块主要流程图及说明
由于要写出具体的试验程序逻辑复杂，就简要的写出了汇编程序的设计流程。 5.1软件框图
开始 系统初始化 等待按键选择 转头设置 Y K1键？ N Y K2键？ N 类型选择 风速选择 K4键？ Y N 还回DOS
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5.2程序代码
DATAS SEGMENT
;此处输入数据段代码
T8255A EQU 200H T8255B EQU 201H T8255C EQU 202H COUNT0 EQU 204H CONTROL EQU 207H T8255MODE EQU 203H TEMPK1 DB 0F8H KEY1 DB 00H KEY2 DB 00H KEY3 DB 00H KEY1_YUSHU DB 00H KEY2_YUSHU DB 00H KEY3_YUSHU DB 00H THREE DB 03H TWO DB 00H FREE_START DB 00H
SHANGCI_START DB 00H DANGQIAN_START DB 00H DATAS ENDS
STACKS SEGMENT ;此处输入堆栈段代码
DW 100H DUO(0) STACKS ENDS
CODES SEGMENT
ASSUME CS:CODES,DS:DATAS,SS:STACKS START: MOV AX,DATAS
MOV DS,AX ;此处输入代码段代码 ;8253芯片初始化
MOV DX,CONTROL MOV AL,00110110B OUT DX,AL
MOV DX,COUNT0 ;置初值1000H MOV AL,00H OUT DX,AL
MOV AH,10H ; OUT DX,AL
MOV DX,T8255MODE ;模式字输入
MOV AL,90H ;端口A作为输入，端口B作为输出 OUT DX,AL
MOV DX,T8255B ;对灯清零 MOV AL,0FFH
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OUT DX,AL
MOV DX,T8255C ;对电机进行清零； MOV AL,OFFH OUT DX,AL JMP L1
READ: MOV DX,T8255A ;读取端口A的键值 IN AL,DX MOV BX,00H
MOV BL,TEMPK1 MOV XOR CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ MOV CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ ADD_K1: INC MOV MOV DIV
TEMPK1,AL BL ,AL
BL,01H ;判断风速键是否按下 ADD_K1
BL,02H ;判断类型键是否按下 ADD_K2 BL,03H ADD_K3
BL,04H ;判断停止键是否按下 L10
BL,SHANGCI_START ;如果没有按键按下，判断上次状态 BL,01H L1
BL,02H L2
BL,03H L3
BL,04H L4
BL,05H L5
BL,06H L6
BL,07H L7
BL,08H L8
BL,09H L9
BL,0AH L10 KEY1 AL,KEY1 AH,00H THREE
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MOV KEY1_YUSHU,AH JMP CONNEC ADD_K2: INC KEY2 MOV AL,KEY2 MOV AH,00H DIV THREE
MOV KEY2_YUSHU,AH JMP CONNECT ADD_K3: INC KEY3 MOV MOV DIV MOV JMP CONNECT: MOV MOV MOV MOV CMP JZ CMP JZ A1: CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ CMP JZ STOP: PUSH PUSH MOV MOV
AL,KEY3 AH,00H TWO
KEY3_YUSHU,AH CONNECT
CL,FREE_START AH,KEY1_YUSHU AL,KEY2_YUSHU BL,KEY3_YUSHU BL,00H STOP BL,01H START AX,0000H L1
AX,0001H L2
AX,0002H L3
AX,0100H L4
AX,0101H L5
AX ,0102H L6
AX ,0200H L7
AX , 0201H L8
AX , 0202H L9 DX AX
DX,T8255C AL,00H
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OUT DX,AL POP AX POP DX JMP A1 START: PUSH DX PUSH AX
MOV DX,T8255C MOV AL,01H OUT DX,AL POP POP JMP
L1: MOV MOV JMP L2: MOV MOV MOV MOV OUT CALL CALL MOV MOV OUT CALL CALL CALL CALL CALL CALL JMP L3: MOV MOV MOV MOV OUT CALL CALL MOV MOV OUT CALL
AX DX A1 SHANGCI_START,01H AL, 36H ; 弱风正常 SHOW
SHANGCI_START,02H AL,2EH ;弱风睡眠 FREE_START,CL DX,T8255B DX, AL DELAY DELAY AL,3EH DX,T8255B DX,AL DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY READ
SHANGCI_START,03H AL,1EH ;弱风自然 FREE_START,CL DX,T8255B DX, AL DELAY DELAY AL,3EH DX,T8255B DX,AL DELAY
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CALL DELAY CALL DELAY CALL DELAY JMP READ
L4: MOV SHANGCI_START,04H MOV AL,35H ;中风正常 JMP SHOW
L5: MOV SHANGCI_START,05H MOV AL,2DH ;中风睡眠 MOV MOV OUT CALL CALL MOV MOV OUT CALL CALL CALL CALL CALL CALL JMP L6: MOV MOV MOV MOV OUT CALL CALL MOV MOV OUT
CALL CALL CALL CALL JMP L7: MOV MOV JMP L8: MOV
FREE_START,CL DX,T8255B DX,AL DELAY DELAY AL,3DH DX,T8255B DX,AL DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY READ
SHANGCI_START,06H AL,1DH ;中风自然 FREE_START,CL DX,T8255B DX, AL DELAY DELAY AL,3DH DX,T8255B DX,AL DELAY DELAY DELAY DELAY READ
SHANGCI_START,07H AL,33H ;强风正常 SHOW
SHANGCI_START,08H
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MOV AL ,2BH ;强风睡眠 MOV FREE_START,CL MOV DX,T8255B OUT DX, AL CALL DELAY CALL DELAY MOV AL,3BH MOV DX,T8255B OUT DX,AL CALL CALL CALL CALL CALL CALL JMP L9: MOV MOV MOV MOV OUT CALL CALL MOV MOV OUT CALL CALL CALL CALL JMP
L10: MOV MOV MOV OUT JMP SHOW: MOV CALL MOV OUT JMP QUIT: MOV INT
DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY READ
SHANGCI_START,09H AL,1BH ;强风自然 FREE_START,CL DX,T8255B DX, AL DELAY DELAY AL,3BH DX,T8255B DX,AL DELAY DELAY DELAY DELAY READ SHANGCI_START,0AH AL,0FFH ;停止 DX,T8255B DX, AL READ
FREE_START,CL DELAY DX,T8255B DX, AL READ AX,4CH 21H
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DELAY PROC
PUSH BX PUSH CX
MOV CX,07FFH D1: MOV BX,0FFFFH D2: DEC BX JNZ D2 LOOP D1 POP BX POP RET DELAY ENDP DELAY6 PROC
PUSH PUSH MOV D3: CALL LOOP POP POP RET DELAY6 ENDP CODES ENDS
END
CX CX AX
CX,06H DELAY D3 AX CX START - 18 -
参考文献
[1] 权 《微型计算机技术及应用（第四版）》 清华大学出版社 [2] 汪志宏 江敏 《微机原理与接口技术课程设计》 机械工业出版社 [3]《微机原理与接口技术实验及课程设计》 西南交通大学出版社
[4] 王忠民，王钰，王小睫.《微型计算机原理》（第二版） 西安电子科技大学出版社
[5]《8086/8088宏汇编语言程序设计教程》 电子工业出版社
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设计总结
通过本次课程设计使我对实验的理解和汇编能力得到增强。开始的时候遇到
很多困难，在老师和同学的帮助下问题得到解决。这次课程设计使我对理论和实践充分结合的重要性认识更加深刻。
这次课程设计中也可以反映出许多问题：
1、当停止键按下时只能让灯亮一会就又显示上一次状态，这时我们在程序里又多加了一次判断，即当按下停止键后不再按下其他键时，通过判断跳转又跳到全灭的状态（上一次状态），这个问题得到解决。
2、对风速键和类型键的状态组合，用一个16位的寄存器的高八位来表示风速键，低八位来表示类型键，刚开始设计时我们是分开来写的，这样的话很难实现。
这主要表现在基础知识掌握的不牢固，不能灵活运用所学知识解决实际问题，所以在基础知识这一块还应当多加强和巩固。8255芯片和软件（编程）结合使用可以有更灵活的运用方法。一开始我们连线连的有点复杂，经老师和同学的帮助，在加上和同组的同学一快动脑筋，最后终于使问题的到很好的解决。把理论运用到实践中是最好锻炼我们自己的途径。
这次课程设计也使我意识到一些细节性的问题应该足够重视，它可能会影响到整个设计过程。在设计时我们主要是通过用软件编程的方法来实现的，其实有的还可以通过用硬件方法实现的，比如类型键中自然和睡眠的时间控制可能用8253定时器来实现，即硬件来实现。通过学习使我极大地拓宽了我的知识面,锻炼了我的操作能力，而且综合素质得到较大提高。不熟练的知识通过查阅资料，不论是去图书馆还是直接网上搜索，很多知识无形中就得到了，专业的视野范围也在逐步扩大。
3.没有找到代替指示灯的直流电机驱动芯片，如果能用直流电机的芯片代替指示灯的话实用性会大大加强.本想做个能够风扇定时的模块，但由于时间有限没有做出来。
总之，理论和实践相结合，更加懂得理论知识是实践的基础。所以，这是一次比较满意的课程设计。
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