點陣電子顯示屏(唐都試驗箱)

1、信息科學與技術學院微機原理與接口技術課程設計報告 題目名稱：點陣電子顯示屏的設計學生姓名：潘偉學 號：2011508175專業(yè)年級：電信(一)班指導教師：劉恩博時 間：2014年1月5日第一部分 設計任務1.1設計目的與任務通過本課程設計,加深理解所學理論知識,提高運用知識的能力,掌握一般電路的分析方法，強化獨立分析與解決問題的能力。學習掌握一般的軟硬件的設計方法和查閱、運用資料的能力；熟悉點陣顯示系統(tǒng)的設計，加深對8255工用方式的理解。1.2設計課題 課題名稱：設計一個點陣電子顯示屏1.3課題要求8X8點陣LED字符顯示器能顯示“石大信息”幾個漢字擴展功能：滾動顯示第二部分系統(tǒng)總體設計2.

2、1 硬件介紹2.1.1 8086介紹8086 CPU負責對8255芯片進行工作方式控制和數(shù)據(jù)處理，對時鐘信號進行響應并控制led數(shù)碼管進行顯示。各個引腳功能如下所示：AD7AD0（雙向。三態(tài)）為低8位地址數(shù)據(jù)的復用引腳線。采用分時的多路轉換方法來實現(xiàn)對地址線和數(shù)據(jù)線的復用。在總線坐騎的T1狀態(tài)。這些銀線表示為這些銀線用作株距總線?？梢妼陀眯盘柺褂脮r間來加以劃分的。它要求在T1狀態(tài)線出現(xiàn)低8位地址時，用地址鎖存器加以鎖存。這樣在隨后的T狀態(tài)，即使這些線用作數(shù)據(jù)線，而第8位地址線的地址在個體卻被記錄保存下來，并送到地址總線上。在DMA方式時，這些銀線被浮置為高阻狀態(tài)。A15A8（輸出，三態(tài)）為8

3、位地址線。在讀寫存儲器或外設端口色中個總線周期內，都作為地址線輸出高8位地址。在DMA方式時，這些引線被浮置為高阻。A19/S6A16/S3（輸出。三態(tài)）為地址狀態(tài)服用引腳線，在總線周期的T1狀態(tài)，這些線表示為最高4位的地址線，在總線周期的其他T狀態(tài)，這些線用作提供狀態(tài)信息，同樣需要地址鎖存器對T1狀態(tài)出現(xiàn)的最高4位地址加以鎖存。狀態(tài)信息S6總是為低電平，S5反映當前允許中斷標志的狀態(tài)。S4與S3一起指示當前那一個段寄存器被使用。在DMA方式時，這些引線被浮置為高阻。RD（輸出，三態(tài)）讀信號，當其有效時表示正在對存儲器或IO端口進行讀操作。若IOM為低電平，表示讀取存儲器的數(shù)據(jù)，若IOM為高電

4、平，表示讀取IO端口的數(shù)據(jù)。在DMA方式時，這些引線被浮置為高阻。READY（輸入）為準備就緒信號。低電平有效。本信號由等待指令WAIT來檢查。我們知道當CPU執(zhí)行WAIT指令時，CPU處于等待狀態(tài)，一旦檢測到TEST號為低，則結束等待狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行WAIT指令下面的指令。TEST（輸入）為檢測信號，低電平有效。本信號由低呢古代指令WAIT來檢查。我們知道當CPU執(zhí)行WAIT指令時，CPU處于等待狀態(tài)，一旦檢測到TEST號為低，則結束等待狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行WAIT指令下面的指令。INTR（輸入）可屏蔽中斷請求信號，高電平有效。CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個T狀態(tài)時，去采樣INTR信號，若發(fā)現(xiàn)有效，

5、而中斷允許標志IF有為1，則CPU在結束當前指令周期后相應中斷請求，賺取執(zhí)行中斷處理程序。NMI（輸入）非屏幕中斷請求信號，為一個邊緣觸發(fā)信號，不能有軟件加以屏蔽。只要在NMI線上出現(xiàn)由低到高的變化信號，則CPU就會在當前指令中，賺取之行給屏蔽中斷處理程序。RESET（輸入）復位信號，高電平有效，復位時該信號要求維持高電平值到4個時鐘周期，若使初次加電，則高電平信號至少要保持50us，復位信號的到來，將立即結束CPU的當前操作，內部寄存器恢復到初始狀態(tài)。當RESET信號從高電平回到低電平時，及復位后進入重新啟動時，變質型從內存FFFF0H處帶式的指令，通常在FFFF0H存放一條無條件轉移指令，

6、轉移到系統(tǒng)程序的實際入口處。這樣只要系統(tǒng)被復位啟動，就自動進入系統(tǒng)程序。CLK(輸入)時鐘信號，它為CPU和總線控制電路提供基準時鐘，對時鐘信號要求：13周期為高電平，23周期為低電平。8088的標準時鐘頻率為5MZ。電源和地VCC為電源引線，單一的為+5V電源。引腳為1和20為兩條GND線，要求均要接地。IOM訪問存儲器或IO端口的控制信號。若IOM為高電平，則訪問的是IO端口；若IOM為低電平，則訪問的是存儲器。WR寫信號。當其有效時表示CPU正在對存儲器或IO端口進行寫操作，具體對水進行寫操作，有IOM信號決定。本信號在總線周期的T2，T3。TW狀態(tài)有效。在DMA方式時，此線被浮置為高阻

7、。2.1.2 8255A簡介8255A可編程外圍接口芯片是Intel公司生產的通用并行I/O接口芯片，它具有A, B, C三個并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種工作方式下工作:方式0-基木輸入/輸出方式方式1-選通輸入/輸出方式方式2-雙向選通輸入/輸出方式8255A引腳圖如圖所示，各引腳功能如下:圖1 8255A引腳圖D7-D0與CPU側連接的八條雙向數(shù)據(jù)線;WR(低電平有效)寫輸入信號;RD(低電平有效)讀輸入信號;CS(低電平有效)片選輸入信號:A0, A1片內寄存器選擇輸入信號; PAOPA7 A口外設雙向數(shù)據(jù)線; PB7-PBO B口外設雙向數(shù)據(jù)線;PC7-PCO C口外設雙

8、向數(shù)據(jù)線RESET復位輸入信號8255A控制字和狀態(tài)字8255A有兩個控制字：方式控制字和C口置位/復位控制字。用戶通過程序可以把這兩個控制字送到8255A的控制寄存器，以設定8255A的工作方式和C口各位狀態(tài)。方式控制字用于設定8255A三個端口工作于什么方式，是輸入還是輸出方式。 圖2 8255方式控制字C口置位/復位控制字本控制字可以使C口各位單獨置位或復位，以實現(xiàn)某些控制功能。 圖3 C口置位/復位控制字8255A狀態(tài)字 圖4 8255A狀態(tài)字2.1.3 74HC373簡介 74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它實質是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外

9、部存儲器，通常需要一塊74HC373芯片當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，Q0Q7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，Q0Q7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端 LE 為高電平時，Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當 LE 為低電平時，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當 LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。2.1.4 74LS13

10、8簡介74LS138 為3 線8 線譯碼器，其74LS138工作原理如下： 當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 3線-8線譯碼器74LS138的功能表無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個輸出管腳，任何時刻要么全為高電平1芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余7個輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出管腳在同一個時間為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。2.1.5 發(fā)光二極管介紹發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管

11、，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數(shù)微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠

12、光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。2.2 點陣LED顯示原理2.2.1 LED顯示塊原理點陣LED顯示塊由64個發(fā)光二極管排列成8

13、行x 8列的點陣，如圖4所示是常見的單色8X8LED點陣顯示器的內部電路結構和外型規(guī)格。在同一行中的8個發(fā)光二極管的所有正極連接在一起，由一個引腳引出，在同一列中的8個發(fā)光二極管的所有負極連接在一起，由一個引腳引出，這樣共有8個行引出腳和8個列引出腳。圖5 8*8點陣LED外觀圖LED點陣顯示系統(tǒng)有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復雜，在實際應用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。以8&

14、#215;8點陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖4中，紅色水平線Y0、Y1Y7叫做行線，接內部發(fā)光二極管的陽極，每一行8個LED的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍色豎直線X0、X1X7叫做列線，接內部每列8個LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。在這種形式的LED點陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用“1”表示），在某列線上施加低電平（用“0”表示）。則行線和列線的交叉點處的LED就會有電流流過而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個LED全點亮?，F(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如

15、圖5圖6 用動態(tài)掃描顯示字符“B”的過程假設X,Y為兩個8位寬的字節(jié)型數(shù)據(jù)，X的每位對應LED模塊的8根列線X7-X0，同樣Y的每位對應LED模塊的8根行線Y7-Y0。在這個示例中，Y叫行掃描線，行掃描線在每個時刻只有一根線為“1”即有效行選通電平，X叫列數(shù)據(jù)線，其內容就是點陣化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。下面用偽代碼描述動態(tài)顯示的過程。（1）Y=0x01,X=0xFF，如圖 2.2第一幀；（2）Y=0x02,X=0x87，如圖 2.2第二幀；（3）Y=0x04,X=0xBB，如圖 2.2第三幀；（4）Y=0x08,X=0xBB，如圖 2.2第四幀；（5）Y=0x10,X=0x87，如圖 2.2第五幀；

16、（6）Y=0x20,X=0xBB，如圖 2.2第六幀；（7）Y=0x40,X=0xBB，如圖 2.2第七幀；（8）Y=0x80,X=0x87，如圖 2.2第八幀；（9）跳到第（1）步循環(huán)。如果高速地進行（1）到（9）的循環(huán)，且兩個步驟間的間隔時間小于1/24秒，由于視覺暫留，LED顯示屏上將呈現(xiàn)出一個完整的“B”字這就是動態(tài)掃描的原理。2.2.2 點陣顯示器顯示系統(tǒng)原理圖8255A口控制LED行，B口控制LED列，按列掃描，先寫出B0列的8行對應的二進制編碼，高電平為亮，用二進制“1”表示，低電平為滅，用“0”表示，舉個例子，要顯示“05”字，B0列的編碼為：11111110，換成十六進制即F

17、EH，依次得出B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7列的編碼分別為：FEH,82H,FEH,0H,9EH,91H,F2H,00H。在進行行掃描時，通過堆棧指針加一依次顯示8列亮點，最后顯示想要顯示的字模。圖7點陣顯示器顯示系統(tǒng)電路的原理圖2.3 電子屏的設計2.3.1 設計原理圖圖8 實驗接線圖2.3.2 設計流程圖8255初始化，以端口方式0輸出通過8次移位，將8255輸出端輸出高電平，清除所有顯示。顯示自摸指針SL，字模字節(jié)數(shù)CX=8取一個字模BUF【SI】到8255端口A指針加1，取下一個字模到8255端口A按列掃描，顯示所有字模對應的亮點，組成漢字調用延時子程序DELAY，穩(wěn)定顯示漢字循環(huán)執(zhí)行取字模輸出字模子程序8B輸出是否完成？NY開始圖9 設計流程圖2.4電路原理圖及截圖2.4.1電路原理圖 圖10 電路原理圖2.4.2截圖 圖11 截圖第三部分 總結和體會本次課程設計使我對抽象的理論有了具體的認識，更加牢靠的掌握了所學的理論知識。通過這次課程設計我加深了對8255的認識，加深了對電子顯示屏的工作原理的認識。對LED顯示器有了一定的了解，點陣LED顯示器結構原理與七段LED顯示器類似,均由發(fā)光二極管組成，要想顯示字符，將LED顯示塊的行線連接到8255A的端口上，要顯示1個字符