微机原理与接口技术期末大作业——4位抢答器仿真

在微机原理与接口技术的学习旅程中，期末大作业成为了检验知识掌握程度与实践能力的关键环节。本次我选择设计并仿真一个 4 位抢答器系统，通过这个项目，深入探索 8086CPU 及其接口技术的实际应用。附完整压缩包下载。

一、系统设计思路

（一）功能需求剖析

设计 4 位抢答器，核心功能是实现 4 位选手公平抢答。系统需精准判断首位按下按键的选手，在选手抢答成功后，对应的指示灯亮起，数码管同步显示其编号（1 - 4）。同时，在主持人未发出抢答开始信号前，选手抢答操作无效；主持人按下复位按钮后，系统能迅速清除抢答状态，为下一轮抢答做好准备。

（二）硬件架构搭建

1. 8086CPU：核心掌控者：8086CPU 作为系统核心，犹如大脑般指挥着整个系统的运作。它执行指令集，负责数据的读取、处理以及逻辑判断。与 8255 芯片携手，实时检测选手按键状态；将选手编号巧妙转换为 BCD 码，实现数码管的准确显示；严格把控抢答流程，确保公平公正，只有首位抢答者能成功，同时协调各芯片有序工作，保障系统稳定运行。
2. 8255A：并行接口桥梁：8255A 芯片在系统中扮演着重要的并行接口角色。A 口连接 4 位选手的按键，借助上拉电阻维持高电平状态，选手按键按下时，对应引脚电平变低，8086CPU 据此读取 A 口数据，获取按键状态。B 口连接选手指示灯与数码管位选控制端，用于显示抢答结果；PB4 连接允许抢答指示灯，通过电平变化控制其亮灭。C 口则负责接收抢答开始信号（PC0）和复位信号（PC1） 。
3. 74ls373：地址锁存保障：为解决 8086CPU 地址与数据总线复用带来的问题，74ls373 芯片登场。当 8086CPU 与外设交换数据时，它会输出地址并发出 ALE 信号。74ls373 的 LE 引脚与 ALE 相连，ALE 高电平时透明传输地址，低电平时锁存地址信息，确保外设能依据准确的地址与 CPU 通信，避免数据传输错误，为系统稳定通信奠定基础。

（三）软件程序编写

1. 初始化 8255：系统启动时，首要任务是将 8255 芯片配置为合适的工作模式。通过汇编语言代码，将控制端口地址存入 DX 寄存器，设置 A 口为输入模式、B 口为输出模式、C 口低 4 位为特定功能，同时熄灭所有灯位，为系统后续运行做好准备。
2. 等待抢答开始：程序持续检测裁判发送的抢答开始信号。不断读取 8255 芯片 C 口数据，当检测到 PC0 位为 1（代表开始信号）时，设置允许抢答标志位，并点亮允许抢答指示灯，告知选手可以开始抢答。
3. 抢答检测与处理：进入允许抢答状态后，程序实时监测 8255 芯片 A 口数据。一旦检测到有选手按键按下（A 口数据不为 0FFH），立即记录选手编号，并将其转换为 BCD 码，通过 B 口输出控制信号，点亮对应指示灯并在数码管上显示编号，同时禁止其他选手再次抢答。
4. 复位操作：主持人按下复位按钮后，系统迅速响应。读取 C 口数据，当检测到复位信号（PC1 位特定状态）时，熄灭所有指示灯，清空数码管显示内容，重置允许抢答和抢答标志位，使系统重回初始准备状态。

二、仿真过程中的挑战与突破

（一）抢答指示灯闪烁难题

在初始代码运行时，允许抢答指示灯在抢答过程中频繁闪烁。经仔细分析代码逻辑，发现是检测到抢答开始信号后，后续逻辑处理不当，导致指示灯状态不断被错误改变。于是，对控制逻辑进行优化，在抢答检测与处理过程中，仅依据选手按键状态控制指示灯，成功解决了闪烁问题。

（二）数码管显示异常困境

数码管出现显示乱码、不完整或闪烁等问题，严重影响系统使用体验。深入排查发现，问题根源在于数码管刷新频率不合理以及位选控制信号冲突。通过调整程序速度，确保在合适的时间间隔内更新显示数据，同时优化位选控制逻辑，有效避免信号冲突，使数码管能够稳定、准确地显示选手编号。

三、最终成果展示

经过不断调试与优化，4 位抢答器系统仿真取得成功。未开始抢答时，允许抢答指示灯熄灭，选手抢答操作无响应；主持人发出开始信号后，允许抢答指示灯亮起，选手可进行抢答；当有选手成功抢答后，对应指示灯亮起，数码管清晰显示选手编号，同时允许抢答指示灯熄灭，其他选手抢答无效；主持人按下复位按钮后，系统迅速复位，准备迎接下一轮抢答。