簡易LED跑馬燈設(shè)計(jì)

1、湖北大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)簡易LED跑馬燈設(shè)計(jì)摘要隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路的集成度和性能提高、價(jià)格下降，特別是單片微處理器的出現(xiàn)，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步起到了巨大推進(jìn)作用，也從各個(gè)方面改變了人們的生活，比如目前國內(nèi)國外都大量使用的霓虹燈廣告牌、交通顯示信號(hào)燈，以及各種車輛、家用電器等普遍使用的指示信號(hào)燈，給人們的生活提供了便利。本文針對(duì)廣告牌等顯示器件中起到至關(guān)重要的作用的數(shù)字控制信號(hào)LED燈顯示（跑馬燈）進(jìn)行一個(gè)簡易的模擬設(shè)計(jì)。此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，使用8255芯片實(shí)現(xiàn)16位數(shù)碼管顯示，制作成一個(gè)簡易的跑馬燈，其中要運(yùn)用386pc匯編語言編寫相應(yīng)代碼，并且要針對(duì)8255的特點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)連線圖，是對(duì)本科接

2、口課程中學(xué)習(xí)到的軟件以及硬件知識(shí)的一個(gè)綜合運(yùn)用，通過實(shí)際上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作，編譯設(shè)計(jì)不同的跑馬燈效果。通過最后的綜合實(shí)驗(yàn)調(diào)試，成功實(shí)現(xiàn)了簡易跑馬燈的效果顯示，這是對(duì)跑馬燈實(shí)際應(yīng)用的一次有益接觸，也是對(duì)該應(yīng)用原理的一次初步實(shí)踐?！娟P(guān)鍵詞】接口 跑馬燈 8255芯片 LED燈 匯編語言湖北大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)1 LED的應(yīng)用領(lǐng)域以及LED跑馬燈的研究意義1.1 LED的應(yīng)用領(lǐng)域LED的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括通訊、消費(fèi)性電子、汽車、照明、信號(hào)燈等，可大體區(qū)分為背光源、電子設(shè)備與照明、顯示屏、汽車交通等五大領(lǐng)域。 汽車交通:以汽車內(nèi)裝使用包括了儀表板、音箱等指示燈，及汽車外部(第三剎車燈、左右尾燈、方向燈等)，另

3、外還包括交通標(biāo)志燈。 背光源:主要是手機(jī)背光光源方面，是SMD型產(chǎn)品應(yīng)用的最大市場(chǎng)。 顯示屏: LED顯示屏作為一種新興的顯示媒體，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，得到了飛速發(fā)展，它與傳統(tǒng)的顯示媒體 多彩霓虹燈、象素管電視墻、四色磁翻板相比較，以其亮度高、動(dòng)態(tài)影像顯示效果好、故障低、能耗少、使用壽命長、顯示內(nèi)容多樣、顯示方式豐富、性能價(jià)格比高 等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。 電子設(shè)備與照明:LED以其功耗低，體積小，壽命長的特點(diǎn)，已成為各種電子設(shè)備指示燈的首選，目前幾乎所有的電子設(shè)備都有LED的身影。1.2 LED跑馬燈的研究意義本文主要是對(duì)LED顯示屏應(yīng)用的一個(gè)初步研究，跑馬燈是對(duì)

4、LED顯示屏功能的基礎(chǔ)模擬，通過對(duì)跑馬燈形式的LED顯示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，可以對(duì)LED的大型應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，是將來完成完整LED效果顯示設(shè)計(jì)的初級(jí)實(shí)踐。LED跑馬燈設(shè)計(jì)正好和本科接口基礎(chǔ)設(shè)計(jì)課程相銜接，運(yùn)用到了課程中學(xué)習(xí)到的相關(guān)接口知識(shí)，是對(duì)該課程知識(shí)的一個(gè)綜合運(yùn)用，有助于加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，提升個(gè)人實(shí)踐能力。2 相關(guān)實(shí)驗(yàn)芯片及原理的介紹本實(shí)驗(yàn)需要器材：8255芯片一塊，PC機(jī)一臺(tái)，TD-PIT/TD-PIT-B實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)。2.1 LED燈管的發(fā)光以及驅(qū)動(dòng)原理圖2.1 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)圖LED燈管LED（Light Emitting Diode，圖2.1），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直

5、接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。在接口試驗(yàn)中通常會(huì)用到單色LED燈作信號(hào)顯示，給LED燈輸入數(shù)字信號(hào)，LED燈會(huì)根據(jù)信號(hào)的不同而顯示亮或者滅。湖北大學(xué)本科課

6、程設(shè)計(jì)（a） （b）圖2.2 LED的兩種驅(qū)動(dòng)方式LED燈管有兩種不同的驅(qū)動(dòng)方式：（1）陽極接+5V電源，陰極接適當(dāng)大小的電阻（要求用5V點(diǎn)亮某LED時(shí)，則LED必須串接一個(gè)電阻，防止過流燒壞），然后接入數(shù)字信號(hào)，如圖2.2（a）輸入數(shù)字信號(hào)0時(shí)LED燈亮，輸入1時(shí)LED燈滅；（2）陰極接地，接適當(dāng)大小的電阻，然后陽極接入數(shù)字信號(hào)，如圖2.2（b）輸入數(shù)字信號(hào)1時(shí)LED燈亮，輸入0時(shí)LED燈滅1。我們?cè)囼?yàn)用的試驗(yàn)箱中封裝的LED電路默認(rèn)為驅(qū)動(dòng)方式（1），即0輸入燈亮。 2.2 8255芯片的主要功能特性介紹INTEL8255是一種通用的可編程并行IO接口芯片（圖2.3），是專為INTEL公司的

7、微處理器設(shè)計(jì)的，也可用于其它系列的微型機(jī)系統(tǒng)中。利用8086匯編指令系統(tǒng)，編制初始化程序，可以變更8255 的工作方式，通用性強(qiáng)，使用靈活。8255具有3個(gè)帶鎖存或緩沖的數(shù)據(jù)端口，它的并行數(shù)據(jù)寬度為8位?？膳c外設(shè)并行進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。A口和B口內(nèi)具有中斷控制邏輯，在外設(shè)與CPU之間可用中斷方式進(jìn)行信息交換。該芯片提供三種工作方式，滿足本實(shí)驗(yàn)對(duì)芯片的功能要求2。圖2.3 8255內(nèi)部引腳及結(jié)構(gòu)湖北大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)8255芯片的一些詳細(xì)特性：(1)一個(gè)并行輸入/輸出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作為CPU總線與外圍的接口。(2)具有24個(gè)可編程設(shè)置的I/O口,即使3組8位的I/O口為PA口,PB

8、口和PC口。它們又可分為兩組12位的I/O口,A組包括A口及C口(高4位,PC4PC7),B組包括B口及C口(低4位,PC0PC3)。A組可設(shè)置為基本的I/O口,閃控(STROBE)的I/O閃控式,雙向I/O3種模式；B組只能設(shè)置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式,而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定。8255引腳功能RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS:芯片選擇信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/CS=0時(shí),表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊；/CS=1時(shí),8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸

9、。RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/RD=0且/CS=0時(shí),允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。WR:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/WR=0且/CS=0時(shí),允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器， 一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器

10、。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口，每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。A0，A1:地址選擇線，用來選擇8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。當(dāng)A0=0，A1=0時(shí),PA口被選擇；當(dāng)A0=0，A1=1時(shí),PB口被選擇；當(dāng)A0=1，A1=0時(shí),PC口被選擇；當(dāng)A0=1，A1=1時(shí),控制寄存器被選擇。(a)工作方式控制字 (b)C口按位置位/復(fù)位控制字圖2.4 工作方式控制字圖示湖北大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)8255接口實(shí)驗(yàn)

11、中端口地址如下表2.1所示：表2.1 8255接口實(shí)驗(yàn)中端口地址表3 具體的實(shí)驗(yàn)操作步驟3.1 初步確定跑馬燈顯示方案，針對(duì)相應(yīng)顯示方案，使用匯編語言編寫跑馬燈程序跑馬燈顯示效果是：一排16位數(shù)據(jù)管，第一次亮起的是第一位和最后一位，第二次亮起的是第二位和倒數(shù)第二位，以此規(guī)律類推，總體效果就是一排數(shù)據(jù)燈從兩端向中間滾動(dòng)顯示。代碼如下：MY8255_A EQU 0e060HMY8255_B EQU 0e061HMY8255_C EQU 0e062HMY8255_MODE EQU 0e063H ；此處為端口地址設(shè)置，A、B、C口編址分別為60H、61H、62H，控制寄存器編址為63HDATA SEG

12、MENTLA DB ?LB DB ?DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA ；8255芯片有A、B、C三口，其中A、B兩口分別接8個(gè)數(shù)據(jù)管，對(duì)應(yīng)就分為A、B兩組數(shù)據(jù)管，兩組數(shù)據(jù)管分開獨(dú)立顯示，但是表示出來的效果依然連續(xù)START: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,MY8255_MODEMOV AL,80H ；設(shè)8255方式字10000000，AB均為工作方式0，A口位輸出，B口位輸出OUT DX,ALMOV DX,MY8255_AMOV AL,FFHOUT DX,AL ；把初態(tài)設(shè)置為全關(guān)，即A組所有燈初態(tài)為熄滅MOV AL,

13、7FH ；7FH換成二進(jìn)制就是0111 1111B，也就是表示A口初始狀態(tài)是最左邊一個(gè)燈亮，A組其他7個(gè)燈處于熄滅狀態(tài)OUT DX,ALMOV LA,AL ；給A口賦值后保存在LA中MOV DX,MY8255_BMOV AL,FFHOUT DX,AL ；把初態(tài)設(shè)置為全關(guān)，即B組所有燈初態(tài)為熄滅 5湖北大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)MOV AL,0FEH ；0FEH換算為二進(jìn)制即為1111 1110B，這與A口初始狀態(tài)剛好相反，即B組數(shù)據(jù)燈初始狀態(tài)是最右邊的一個(gè)燈亮，其他7個(gè)燈保持熄滅狀態(tài)OUT DX,ALMOV LB,AL ；給B口賦值后保存在LB中CALL DALLYA1: MOV AL,LAROR AL

14、,1 ；對(duì)原來保存的A口初始值進(jìn)行向右移位操作MOV LA,AL ；移位操作后保存MOV DX,MY8255_AOUT DX,AL ；輸出顯示，A組數(shù)碼管右移一位燈亮MOV AL,LBROL AL,1 ；對(duì)原來保存的B口初始值進(jìn)行向左移位操作MOV LB,AL ；移位后進(jìn)行保存MOV DX,MY8255_BOUT DX,AL ；輸出顯示，B組數(shù)碼管左移一位燈亮CALL DALLY ；延時(shí)控制CALL BREAKJMP A1DALLY: MOV CX,3FFH ；延時(shí)控制語句D1: MOV AX,0FFFFHD2: DEC AXJNZ D2LOOP D1RET ；延時(shí)控制是通過PC機(jī)做3FFH*

15、0FFFFH次自減操作，這個(gè)操作的持續(xù)時(shí)間就是數(shù)據(jù)管維持上一個(gè)狀態(tài)的時(shí)間長度，如果這個(gè)時(shí)間太短，則肉眼無法判斷數(shù)據(jù)管的亮滅，時(shí)間太長則沒有跑馬燈的滾動(dòng)效果BREAK PROC NEAR ；調(diào)用PC監(jiān)控程序，軟中斷，按任意鍵退出程序 MOV AH,06HMOV DL,0FFHINT 21HJE RETURNMOV AX,4C00HINT 21HRETURN:RETBREAK ENDPCODE ENDSEND START3編輯完成后保存為文件8255.ASM。湖北大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)3.2 在PC端運(yùn)用相關(guān)編譯軟件生成可執(zhí)行程序在這個(gè)環(huán)節(jié)，使用編譯軟件TDDEBUG.EXE，通過界面提示導(dǎo)入編寫好的程

16、序文件8255.ASM，生成8255.OBJ，最終生成可執(zhí)行程序文件8255.EXE4。操作步驟如下圖所示：第一步：導(dǎo)入ASM文件（a） （b）圖3.1 導(dǎo)入ASM文件第二步：link，產(chǎn)生OBJ文件（a） （b）圖3.2 生成OBJ文件第三步：產(chǎn)生可執(zhí)行文件EXE，運(yùn)行（a） （b）圖3.3 生成并運(yùn)行可執(zhí)行文件最終編譯文件列表：【注：link.exe masm.exe與tddebug.exe是原本就有的編譯程序】表3.1 最終編譯文件列表湖北大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)圖3.4 實(shí)驗(yàn)線路連接圖檢查線路是否存在錯(cuò)誤，檢查完畢后打開試驗(yàn)箱開關(guān)，運(yùn)行可執(zhí)行程序8255.exe，觀察實(shí)驗(yàn)箱上的16位數(shù)據(jù)管是否按既定順序顯示。實(shí)際觀察到總體效果16個(gè)數(shù)據(jù)燈從兩端向中間滾動(dòng)顯示，實(shí)驗(yàn)成功。 54 心得體會(huì)在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中，覺得難度比較大的是最開始用匯編語言編寫跑馬燈代碼，大二匯編語言學(xué)的很不好，匯編語言偏向硬件，所幸的是我們?cè)诮涌谡n程的實(shí)驗(yàn)部分有一些實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，也閱讀過部分8255芯片的相關(guān)代碼，結(jié)合參考資料的學(xué)習(xí)，總算解決了問題。通過此次課程設(shè)計(jì)，掌握了一個(gè)課題真正實(shí)現(xiàn)的全部流程，對(duì)今后的學(xué)習(xí)和研究有很大的指導(dǎo)意義，另外通過參考書籍，學(xué)習(xí)到了許多以前課堂上沒有學(xué)習(xí)到的許多知識(shí)，這是一個(gè)很好的自學(xué)機(jī)會(huì)，也了解到做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)并不