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1、计算机接口技术课程设计论文如何设计反应测试仪摘要：本次实习，是在已经学习的接口技术课程及所做实验基础上，主要研究利用TPC实验箱特别是实验箱提供的部 分多功能芯片如通用并行接口芯片8255A和定时器/计数器芯片8253的功能组合以实现反应测试仪的设计工作。希望在老师的指导下在实验时间内完成设计 反应测试仪的工作，以加深对计算机内部的几个重要的接口芯片的技术功能的熟练掌握。并且积累一些进行计算机硬件设计、线路排布以及硬件程序编写的经验。对 计算机接口芯片技术的原理在实验过程中加深理解，并且开拓自己在计算机硬件设计中的思路。在本次实验过程中，我们的实验主要是在TPC实验箱上进行，并且 驱动程序有自
2、己用汇编语言编写，而线路排布主要是在已有的TPC实验课程的基础上进行设计连接。本次实验的主要成果体现在项目的整体设计中。就反应测试仪 本身，用最少的芯片即8255A和8253各一片，对这两种芯片的内部功能如8255A的三个端口的各自的工作方式以及8253的六种不同的工作方式的原 理、特点、所实现功能进行了详细的研究，而选择比较适宜的设计，最终实现精确到00.00秒的反应测试仪的设计工作。关键词：8255 8253 工作方式 反应时间引言反应测试仪这个题目的提出是建立在学习接口技术课程的基础上。通过课程的学习，对计算机接口技术中各个重要的接口芯片内部原理、实现功 能有了一定程度的掌握。在此之上，
3、提出在接口技术范畴内一些较为复杂的仪器设计，主要复杂在进行多个芯片、功能的组合以实现更为高级实用的功能。反应速度 是人类的基本生理素质之一。实践证明，这种素质可以通过后天的锻炼而逐步提高。反应测试仪能够定量的测试人的反映速度。通过仪器可以锻炼和提高人的这种素 质，使被测试者变的机敏。换言之，仪器可以使刺激传导决定行动这个生理反馈链上的信号传输时间大为缩短。利用这种仪器，可以在人才的选拔中起 到积极的作用。例如选择少年体育运动员、舞蹈、杂技、魔术学员及其他要求机敏素质的培养对象时，可以提供科学的数据。所以，反应测试仪的潜在实用价值极 大。并且，在计算机专业中，反应测试仪的提出，主要对计算机接口芯
4、片的控制和计算功能提出更高的要求。从各种文献资料中我们可以发现，现有的对此项目的研 究是深入而广泛的。如机动车驾驶员反应测试仪、药物药理反应测试仪、听觉稳态诱发测试仪等等各个方面的课题研究层出不穷。而在技术上主要集中在单片机控制 和由系统集成接口芯片进行功能组合等方向。并且在测试范围上也是种类众多。单从刚刚提到的反应测试仪器就可看到有对神经反应速度、身体反应速度等不同方面 进行测试的。由于本人水平有限，无法全面把握计算机接口技术知识的互相衔接，在本项目中，仅对几个功能原理比较简便的芯片进行实验，并且对其功能组合也并 不复杂，以求在自身水平范围内，选择最少、最简洁、最低廉的功能组合实现题目所提要
5、求。即设计一个能测试人的反应（响应）时间的仪器。按启动钮，测试开 始，一旦看到灯亮，立即按测试钮，八段码显示反应时间xx.xx秒。在知识范围和时间范围以内，在完成题目基本要求的基础之上，对本仪器功能进行力所能及 的扩充。如：在反应时间测试精度上、仪器操作的简便性上、被测试者的易测试性等方面。在报告正文中，将对上述内容进行消息介绍。正文总体构思：首先在初步设计阶段，我认为反应测试仪的功能实现过程为：1. 测试者打开机器进入测试系统；2. 屏幕上看到提示，按指定键位开始测试；3. 看到LED显示灯亮再次按下指定键位；4. 七段数码管显示反应时间；5. 继续测试或退出系统这是仪器的整个工作过程，在具
6、体设计时。各个步骤通过以下方式设计完成。1. 由汇编语言编写整个程序，在DOS系统下工作；2. 系统接收键位符号，延迟后，由8255A芯片负责向LED显示灯传送信号使灯亮，同时由8253负责开始记时。3. 灯亮后，由程序处理测试者按下的键位；4. 在测试者按下键位同时，8253停止记时。5. 由程序读取8253记时信息，并由程序进行计算。6. 最后由七段数码管进行显示记时结果。7. 退出程序或重新工作。 在总体构思过程中，使用8253和8255A两个芯片。8255A的使用是因为，芯片本身是通用并行接口芯片。查询资料可知，此芯片设计目的是为了提高可 靠性和便于组成更为复杂的接口电路。它有A、B、
7、C 3个端口，24 条I/O线，可以通过编程的方法来设定各种I/O功能。功能很强，并且能方便地与各种8/16位微机系统相配。本设计主要使用的8255A芯片的功能是端 口C的每一位可以单独置位或复位，即位控管理方式。这样的话，直接完成一个对指定的C端口一位进行指定的操作，可方便地通过其对LED灯进行控制。而定时 器/计数器电路是微机系统不可少的部件之一，采用定时器/计数器电路，可以提高实时时钟的定时操作和延时控制，也可对外部事件进行计数。8253是可编程 定时器/计数器，可以用程序来设定多种工作方式和功能，设定后在系统中和CPU并行工作，不占用CPU的时间，工作方便、灵活，在微机系统和微机应用系
8、统 中得到广泛的应用。8253具有3个独立的16位计数器通道。8253芯片作为定时器的功能，有六种基本工作方式，在下文中将详细说明所使用方式及理由。具体设计过程： 在具体设计过程中，工作时而顺利，时而困难。 在反应测试仪工作过程清晰的情况下，设计工作在逐步进行。在程序第一块主要工作是软件对测试者选择进行测试的认定。即键位的测试，由于本软件在DOS系统 下工作，首先提示语为：Please begin with pressing the key of b. Press the key of s when you see the LED is lighting.即在微机键盘中，按下B键系统开始工作，
9、而LED灯的亮起为记时的开始，按下S键为记时的结束。对键位的认证由软件进行。系统是否开始 工作的源程序语句为：cmp al,62h。 同时，在按下B键开始系统的工作后，将由一个延时程序提供一段时间，使测试者可以集中注意力观察LED灯。由于对汇编语言的掌握不够熟练，延时程序段在同学的帮助下完成。即delay proc near mov delay_n,0bffh mov cx,delay_nll1: mov bx,65535ll2: dec bx jnz ll2 loop ll1 retdelay endpdelay_n为软件定义的字符段，以对延时的长短进行控制，本延时程序使用双重循环，内层循环
10、由BX控制。延时时间为4秒。延时结束后，将由软件，通过8255A芯片给LED灯输出一个高电平，将其点亮。同时8233芯片开始记时。这两处均为本题目设计工作的核心。在程序中，此过程为：1.对8255A进行初始化，选择10010010即A组方式0工作、端口A输入、C口高4位输出，B组方式0工作，端口B输入，C口低4位输出。这一过程重要之处在于使C口设为输出，在位操作时可方便控制LED灯；2.对C口进行置位，选择00000001，即对C0位置1，使LED灯亮。8255A的连接如图一： 3.同时，对8233计时器进行初始化，并且开始计时。下面重点对8233开始计时这一事件详细介绍。在LED灯亮后即82
11、55A的初始化和C端口位操作完成后，马上对8253进行初始化过程为：3.1.向控制寄存器端口写入控制字，对使用的计数器规定其工作方式等。3.2.向使用的计数器端口写入计数初值。在 8253的使用中，其输入信号频率不能超过2MHz，否则长时间使用，芯片过热，容易烧毁。而一个计数通道单独使用，其可写入的最大计数初值为 65536，则起最大计时长为32768us，范围过小，两个计数通道串联使用，其最大计时长可满足需要。8253两计数通道串联使用方式如图二： 上图二即本题目中8253的使用方式。初始化程序如下：mov dx,233hmov al,00110100b out dx,al mov dx,2
12、33h mov al,01010000b out dx,al mov dx,230h mov ax,60000 out dx,al mov al,ah out dx,al mov dx,231h mov al,200 out dx,al即在本程序中，使用计数器0和计数器1两个计数 器通道。计数器0采用先后读/写低/高位字节，在方式2下工作，计数器1采用只读/写低位字节，在方式0下工作。后面分别写入计数初值60000和 200，则计时范围为6秒，对于人体反应速度，已是绰绰有余。计数器0选用方式2工作是因为这种工作方式具有能够重复工作的突出特点。只有这样，两计数器 方能在串联工作时连续计数，完成任
13、务。4.最后在测试者按下S键后，系统接受按键信息，同时读出当前两计数器计数值。尔后由系统计算得出测试者反应时间的最终结果。这一过程程序如下：mov dx,231h in al,dx mov dx,ax mov ax,0200 sub ax,dx mov bx,7 mul bx mov bx,ax mov ax,bx5.得出计时结果后，送七段数码管显示。本题目要求显示格式为x.xx秒,即三位显示,精确到百分位,一个小数点。TPC机的七段数码管共六位,我用了它的前三位,小数点在第一位后。则本题目中,计时结果显示过程为:5.1寄存器接受计算出的结果数。5.2依次显示第一位,小数点,第二位,第三位。5
14、.3由于七段数码管显示时间很短,并且无法同时显示。因此必须循环显示。本题目中循环显示时间为4秒。6.七段数码管循环显示程序比较复杂，且冗长，故不在此列出。参看附录。显示结果输出后,反应测试仪的一个工作过程接近尾声。则此时有两种选择,但无论哪种选择,必须先行将8255A初始化,对C口进行位操作,送低电平至LED灯,使其熄灭,为下一个工作过程做准备。7.此时,或结束仪器的工作,退出程序；或跳至程序开始。继续进行仪器的工作。至此,反应测试仪设计工作全部完成,下面对整个过程进行总结.总结 本次实习到此为止算是告以段落。通过本次实习亲手操作，以及论文的编写，收获颇多。实习之初的目的基本达到。计算机接口技
15、术课程中学到的知识得到了加深掌 握，也拓展了自身的知识面。对汇编语言这个工具的掌握也比以前加深了许多。这对我以后无论是进行类似题目的操作，还是其他涉及动手能力，知识的综合运用能 力等题目的操作都积累了经验，打下了良好的基础。同时，在此过程中也发现了自己很多问题，知识掌握不牢自不用说。还有对实习器材的应用也是非常生疏，对多 学科知识的方方面面的联系做的也是不甚理想。在最后论文的写作过程中更是发现自己的论文写作能力也是乏善可陈。 实习结束了，我真的是既收获了经验，也取得了教训，对自己的认识也加深了一步。就题目设计而言，还有许多有待完善的地方。整个题目设计还是比较粗糙，希望老师，同学对其中的缺失进行
16、批评、指正。参考文献1黄道君 刘丹华 杨西惠微型计算机原理及应用，北京：高等教育出版社，2004：2312382韩海编著汇编语言程序设计，西安：西安电子科技大学出版社，2000：124127 3沈美明 温冬婵编著IBM-PC 汇编语言程序设计（第二版），北京：清华大学出版社，2001：96994黄道君 费凡锋接口技术课程设计学习与指导，杨凌：西北农林科技大学信息工程学院，2004：1-8 5黄道君接口技术实习指导书，杨凌：西北农林科技大学信息工程学院，2006：2030附录致谢 最后，在此向在论文设计过程中给予我莫大帮助的马永、陈郡、张建锋老师，石世群、柳新、张虎同学以及未知姓名而支持、协助我完成论文设计工作的老师、同学、技术人员致以衷心的感谢。