摘要：簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于PC的分頻器，從硬件的選配，軟件的編寫(xiě)和調(diào)試。討論了硬件的選擇原則，并實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化，從軟件的編寫(xiě)角度考慮內(nèi)存的應(yīng)用情況，有助于大規(guī)模工程的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：PC；分頻器；最優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)14-20950-02

1 分頻器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)思路

分頻器就是能夠?qū)⑤斎腩l率通過(guò)器件的作用在輸出時(shí)變?yōu)樵瓉?lái)的N分之一。要想能夠達(dá)到分頻目的，需要一個(gè)能夠?qū)?shù)值輸入的接口，設(shè)計(jì)要求中需要的是從二進(jìn)制邏輯開(kāi)關(guān)；同時(shí)要考慮到硬件芯片接口問(wèn)題，在這里我們用8255來(lái)完成。利用8253芯片在方式3下的工作特點(diǎn)完成硬件分頻。

在整個(gè)分頻過(guò)程中，同樣要求有一個(gè)輸出接口，設(shè)計(jì)要求中需要的是由LED完成。這個(gè)輸出數(shù)值是分頻器的分頻系數(shù)。所以本設(shè)計(jì)中需要至少兩個(gè)可編程接口芯片，輸入頻率需要產(chǎn)生，輸出頻率需要顯示。

1.1 解決問(wèn)題的方法及思路

1.1.1 硬件部分

首先用8253來(lái)實(shí)現(xiàn)分頻器的作用。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)可編程芯片的學(xué)習(xí)，知道可編程定時(shí)器/計(jì)時(shí)器8253工作在方式3時(shí)，可以產(chǎn)生方波，用來(lái)計(jì)算分頻的結(jié)果非常方便。

然后是輸入和輸出接口芯片的選擇，我們采用8255來(lái)完成這個(gè)工作。8255是一種通用的可編程并行I/O接口芯片。8255既可以作為輸入接口，同時(shí)也可以作為輸出接口，這兩種功能可以同時(shí)進(jìn)行。

分頻系數(shù)由二進(jìn)制邏輯開(kāi)關(guān)輸入，通過(guò)邏輯開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)表示“1”，“0”。然后將其作為二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示十六進(jìn)制數(shù)。本設(shè)計(jì)中這個(gè)數(shù)值作為8253的分頻系數(shù)值。

分頻系數(shù)的輸出由LED顯示器來(lái)完成顯示，LED顯示器在實(shí)驗(yàn)箱上有提供，為六位。本設(shè)計(jì)中只要有四位顯示器即可，由單獨(dú)的四位顯示器芯片來(lái)完成工作。

8253需要一個(gè)頻率發(fā)生器為之提供固定的脈沖頻率從而進(jìn)行分頻工作。這個(gè)任務(wù)由頻率發(fā)生器74LS16完成，它可以產(chǎn)生固定的脈沖頻率，并可以改變發(fā)生脈沖頻率的值。也就是說(shuō)它可以將脈沖頻率限制在2MHZ以?xún)?nèi)，這樣就達(dá)到了本設(shè)計(jì)的第一個(gè)要求。

1.1.2 軟件部分

對(duì)8253的8253的工作方式設(shè)定為方式3，用計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器2進(jìn)行工作。計(jì)數(shù)器0工作方式控制字為：36H。通道2用來(lái)控制二極管，所以初始化計(jì)數(shù)器2的工作方式控制字為：0b6h。

初始化8255，c口輸入，a，b口輸出，b口段選，a口位選。C口作為輸入口，與邏輯開(kāi)關(guān)相連，接收開(kāi)關(guān)表示的數(shù)值輸入。PA、PB口作為輸出口，它們的分別于LED的位碼和段選碼相連，這樣8255的方式選擇控制字為：10001001B。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 選擇芯片8253A

8253A在本設(shè)計(jì)中起分頻器的作用，即將固定頻率分成其1/N輸出。接受頻率發(fā)生器發(fā)出的固有頻率，將其按照輸入的分頻系數(shù)進(jìn)行分頻，把結(jié)果傳到8255。

8253A是一種可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片，它可用于事件計(jì)數(shù)、分頻、方波脈沖發(fā)生、定時(shí)器等各個(gè)有用的方面。它分頻工作的功能是這樣的：CLK引腳獲得初始頻率，此時(shí)若GATE為高電平，十六位計(jì)數(shù)初值寄存器中的數(shù)據(jù)裝入計(jì)數(shù)執(zhí)行單元CE中，它對(duì)CLK脈沖計(jì)數(shù)，每出現(xiàn)一個(gè)CLK脈沖，計(jì)數(shù)對(duì)執(zhí)行單元CE的值減小。當(dāng)減為0時(shí)，通過(guò)OUT輸出指示信號(hào)，表明計(jì)數(shù)執(zhí)行單元已為0。這時(shí)OUT輸入的信號(hào)頻率是CLK頻率的N分之一。這樣就達(dá)到了分頻的目的。8253A有5種工作方式：門(mén)脈沖控制時(shí)鐘輸入，用門(mén)脈沖重新啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，用門(mén)脈沖停止計(jì)數(shù)器工作，單次計(jì)數(shù)，循環(huán)計(jì)數(shù)等。

2.2 LED顯示器

LED在本設(shè)計(jì)中作為分頻系數(shù)的輸出觀察，需要以段位碼判斷各位輸入的二進(jìn)制數(shù)，并且做相應(yīng)輸出，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)中的接口電路是否成功。

LED是一種當(dāng)處加電壓超過(guò)額定電壓時(shí)發(fā)生擊穿，并因此而產(chǎn)生可見(jiàn)光的器件。這種數(shù)碼管是由7段或8段（含有小數(shù)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)中使用此種）筆畫(huà)顯示器組合一個(gè)字符而形成的。當(dāng)段組合發(fā)亮?xí)r，便可以顯示某一數(shù)碼或字符。7段代碼的各位用作a—g和DP的輸入。LED分為共陰極和共陽(yáng)極。兩種情況下的字符編碼不一樣。

2.3 選擇芯片8255A

8255A在本設(shè)計(jì)中起并行I/O傳輸接口，主要起到接受人為輸入的分頻系數(shù)并將其傳至8253，待8253分頻成功后再將分頻頻率傳出，使得L1小燈作出相應(yīng)閃爍；并且將輸入的分頻系數(shù)通過(guò)內(nèi)部連接的74L244傳給LED，使得分頻系數(shù)在LED顯示器上顯示出來(lái)。采用8255A的方式0。C口作為輸入口，與邏輯開(kāi)關(guān)相連，接收開(kāi)關(guān)表示的數(shù)值輸入。PA、PB口作為輸出口，它們的分別于LED的位碼和段選碼相連。

8255A是一種通用的可編程并行I/O接口芯片，又稱(chēng)“可編程外設(shè)接口芯片”。它是為8086/8088而設(shè)計(jì)的可以通過(guò)程序來(lái)改變其功能。本設(shè)計(jì)中8255A設(shè)置為方式0，在方式0下，CPU可以采用無(wú)條件讀/寫(xiě)方式與8255A交換數(shù)據(jù)。C口作為輸入口，與邏輯開(kāi)關(guān)相連，接收開(kāi)關(guān)表示的數(shù)值輸入。PB口的八位作為L(zhǎng)ED的段選碼，以顯示是何數(shù)值輸入。同時(shí)這個(gè)數(shù)據(jù)送給8253A作為其的分頻系數(shù)。

2.4 邏輯開(kāi)關(guān)

邏輯電平開(kāi)關(guān)在本設(shè)計(jì)中作為輸入器件，通過(guò)其輸入的二進(jìn)制數(shù)值來(lái)表示分頻系數(shù)。它與8255A的PC口相連。由于需要輸入16位二進(jìn)制數(shù)，但是實(shí)驗(yàn)設(shè)備只有8位二進(jìn)制邏輯開(kāi)關(guān)，所謂16位二進(jìn)制數(shù)的輸入需要經(jīng)過(guò)4次逐位輸入才能完成，具體方法如下：當(dāng)8位二進(jìn)制開(kāi)關(guān)1～8中的第8位為1時(shí)，允許輸入當(dāng)?shù)?和第6為分別為00、01、10、11時(shí)各代表16位二進(jìn)制數(shù)的低8位的低4位、低8位的高4位、高8位的低4位、高8位的高4位，這將當(dāng)?shù)?位為0第5為置1，就使得剛才輸入數(shù)據(jù)打入8253，成為分頻系數(shù)。

邏輯開(kāi)關(guān)可作為數(shù)值的輸入器件，也可以表示邏輯值。撥上時(shí)為+5V，撥下時(shí)為0V，分別代表“1”和“0”。其中5～8位需要做一些設(shè)定，簡(jiǎn)單的說(shuō)第8位做輸入控制，6和7位做位碼選擇，而第5位就做打入指令。

2.5 硬件總邏輯圖及其說(shuō)明

8255的D7—D0與8086的AD19—AD0通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)收發(fā)器相連接，它的A1、A0與8086的A2、A1通過(guò)地址鎖存器連接。由地址譯碼器的CS0連接其CS端。上述3位控制端作為8255的選擇工作信號(hào)。8086的讀/寫(xiě)控制信號(hào)也與8255的WR、RD相連接。8255的PA口八位與LED的8位段碼相連，而位碼則與PC的相連，273的片選與CS1相連。8255的PC口全部8位與8位二進(jìn)制開(kāi)關(guān)相連。8253的數(shù)據(jù)線(xiàn)、控制線(xiàn)、地址線(xiàn)、讀/寫(xiě)控制線(xiàn)的連接與8255基本一致。片選線(xiàn)CS與CS2相連。8253的計(jì)數(shù)器的OUT與發(fā)光二極管相連，GATE與高電平相連。CLK與頻率發(fā)生器相連。

3 控制程序設(shè)計(jì)

程序的一開(kāi)始初始化8255A，然后再讀取十六位二進(jìn)制開(kāi)關(guān)的數(shù)值，將其保存到新開(kāi)辟的一個(gè)內(nèi)存單元中。接下來(lái)初始化8253A，將保存到內(nèi)存單元中的數(shù)值送入8253A，作為8253A的分頻系數(shù)。8253A開(kāi)始工作，進(jìn)行分頻，并將結(jié)果通過(guò)指示燈顯示出來(lái)。送入內(nèi)存中的數(shù)值再被送入到8255A進(jìn)行輸出。通過(guò)段碼和位碼的選擇，將要輸出的數(shù)值在其應(yīng)該出現(xiàn)的地方顯現(xiàn)出來(lái)。段碼的選擇通過(guò)讀取段碼表的數(shù)據(jù)，將此時(shí)刻所讀取的數(shù)值轉(zhuǎn)化為它的段碼值。位碼的選擇按照順序進(jìn)行。從低位到高位進(jìn)行選擇。每個(gè)數(shù)值的顯示都要設(shè)置一定的延時(shí)，并且使要顯示的四位數(shù)值循環(huán)起來(lái)顯示，這樣在人眼的觀察下就是靜態(tài)的顯示了。

4 上機(jī)調(diào)試過(guò)程

4.1 硬件調(diào)試

在硬件調(diào)試的過(guò)程為：首先連線(xiàn)，8255的D7—D0與8086的AD19—AD0通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)收發(fā)器相連接，它的A1、A0與8086的A2、A1通過(guò)地址鎖存器連接。由地址譯碼器的CS0連接其CS端。上述三位控制端作為8255的選擇工作信號(hào)。8086的讀/寫(xiě)控制信號(hào)也與8255的WR、RD相連接。8255的PA口八位與LED的八位段碼相連，而位碼則與PC的相連，273的片選與CS1相連。8255的PC口全部8位與8位二進(jìn)制開(kāi)關(guān)相連。8253的數(shù)據(jù)線(xiàn)、控制線(xiàn)、地址線(xiàn)、讀/寫(xiě)控制線(xiàn)的連接與8255基本一致。片選線(xiàn)CS與CS2相連。8253的計(jì)數(shù)器的OUT與發(fā)光二極管相連，GATE與高電平相連。CLK與頻率發(fā)生器相連。當(dāng)設(shè)備連線(xiàn)完畢后，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱的電源開(kāi)關(guān)，看實(shí)驗(yàn)箱上的各個(gè)電源指示燈是否亮起，如果亮起，說(shuō)明設(shè)備供電正常。

4.2 軟件調(diào)試

首先進(jìn)入與實(shí)驗(yàn)設(shè)備相配套的編程環(huán)境，將程序先輸入其中。經(jīng)過(guò)編譯連接后使其成為可以運(yùn)行的匯編程序。在調(diào)試的過(guò)程中，采用單步運(yùn)行的方式，每次都要檢查一下程序中用到的寄存器里面的數(shù)值，看它們是否是理論上程序運(yùn)行后的數(shù)值。從中判斷所寫(xiě)程序的正確性。以便找出程序錯(cuò)誤的細(xì)節(jié)之處。此外還要注意邏輯錯(cuò)誤，是程序本身符合功能需要。對(duì)此，要通過(guò)對(duì)檢查寄存器數(shù)值的觀察，得出結(jié)論，加以修改。

4.3 聯(lián)機(jī)調(diào)試

檢查實(shí)驗(yàn)箱與電腦是否連接完好，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱電源。接著在電腦上進(jìn)行操作，先點(diǎn)開(kāi)調(diào)試軟件。當(dāng)屏幕上顯示出連接成功時(shí)，就可以編譯程序了。當(dāng)程序編譯、鏈接并傳下位機(jī)后按全速運(yùn)行，再觀察四位LED數(shù)碼管的顯示和L1指示燈的閃爍情況。

5 設(shè)計(jì)結(jié)果分析

本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)調(diào)試、驗(yàn)證，得出符合要求的結(jié)果。即在8位二進(jìn)制邏輯開(kāi)關(guān)上分四次輸入4位二進(jìn)制數(shù)值后，作為8253A的分頻系數(shù)并且要在4位LED數(shù)碼顯示器上顯示出來(lái)。當(dāng)8位二進(jìn)制開(kāi)關(guān)1～8中的第8位為1時(shí)，允許輸入當(dāng)?shù)?和第6為分別為00、01、10、11時(shí)各代表16位二進(jìn)制數(shù)的低8位的低4位、低8位的高4位、高8位的低4位、高8位的高4位，這將當(dāng)?shù)?位為0第5為置1，就使得剛才輸入數(shù)據(jù)打入8253，成為分頻系數(shù)。此時(shí)，LED數(shù)碼顯示器低4位分別顯示輸入的相應(yīng)數(shù)據(jù)，而L1指示燈閃燈頻率應(yīng)該是頻率發(fā)生器輸出的原始頻率和輸入的分頻系數(shù)通過(guò)8253分頻后得到的頻率。

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