数码闪烁显示器的设计与功能实现

合肥学院计算机科学与技术系课程设计报告2008 ～2009 学年第一学期课程微型计算机原理与接口技术课程设计名称数码闪烁显示器学生姓名贾琪学号0604032006专业班级网工（2）班指导教师张向东20 09 年 1 月数码闪烁显示器一、题义分析及解决方案1.题义需求分析1）设计内容编写一个程序，以逻辑开关置数，从八个七段LED数码管的输出，使四个LED数码管依次闪烁左移显示从输入口的逻辑开关读入的四位数，闪烁频率为每秒一次。

改进后功能为自右向左八个LED数码管依次闪烁左移显示从输入口的逻辑开关读入的四位数。

2）设计分析根据设计内容的要求可分析得出：即要求从逻辑开关读入的四位数字，依次左移从四个LED数码管上显示出来，而且显示的时间间隔要求为一秒。

可以选用8255A作为8位数字显示电路和微处理器的接口芯片。

2.问题的提出及解决方法1）硬件部分提出问题首先是输入和输出问题，输入该选什么？选键盘还是逻辑开关？为什么？其次是输入接口和输出接口的选择。

为什么选择8255A而不选择8279或者其他的芯片。

解答问题首先输入设备选择的是逻辑开关而没有选择小键盘的原因如下：表1-1 比较1经过比较得知：我们选择数字开关电路作为输入设备较方便。

其次本课题选择的输出设备是七段LED显示器，而没有选择LCD,原因如下：表1-2比较22）软件部分初始化8255A的端口地址设置初值,8255A是一种通用可编程并行I/O接口芯片，可由程序来改变其功能，通用性强，使用灵活，通过8255A，CPU可直接同外设相连接，是应用最广的并行I/O接口芯片。

二、硬件设计1.8255芯片：并行输入/输出接口。

1） 8255引脚图：8255是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、Ｂ口和Ｃ口。

三个端口都可以作为输入端口或输出端口。

Ａ口有三种工作方式：即方式０、方式１和方式２，而Ｂ口只能工作在方式０或方式１下，而Ｃ口通常作为联络信号使用。

8255的工作只有当片选CS有效时才能进行。

而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。

2） CPU接口（数据总线缓冲器和读/写控制逻辑）数据总线缓冲器这是一个8位双向三态缓冲器，三态是由读/写控制逻辑控制的。

这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口。

所有数据的输入/输出，以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息，都是通过这个缓冲器传递的。

读/写控制逻辑它与CPU的6根控制线相连，控制8255A内部的各种操作。

控制线RESET用来使8255A复位。

和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。

控制线用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向，即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道，或把状态信息或输入数据送到CPU。

8255A的读/写控制逻辑的作用，是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号，转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。

3） 8255A的引脚信号与外设相连的PA7~PA0：A口数据信号线。

PB7~PB0：B口数据信号线。

PC7~PC0：C口数据信号线。

与CPU相连的RESET：复位信号。

当此信号来时，所有寄存器都被清除。

同时三个数据端口被自动置为输入端口。

D7~D0：它们是8255A的数据线和系统总线相连。

CS:片选信号。

在系统中，一般根据全部接口芯片来分配若于低位地址（比如A5、A4、A3）组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，于8255A被选中。

只有当有效时，读信号写才对8255进行读写。

RD：读信号。

当此信号有效时，CPU可从8255A中读取数据。

WR：写信号。

当此信号有效时，CPU可向8255A中写入数据。

A1、A0：端口选择信号。

8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端口。

规定当A1、A0：为00时，选中A端口；为01时，选中B端口；为10时，选中C端口；为11时，选中控制口。

8255的基本操作：图2-1 8255的基本操作2. 8255A的技术参数表2-1 8255A的技术参数标识符最小最大测试条件输入低电平（VIL）-0.5V 0.8V输入高电平（VIH） 2.0V 5V输出低电平（VOL）DB 0.45V IOL=2.5mA输出低电平（VOL）PER 0．45V IOL=1.7mA输出高电平（VOH）DB 2．4V IOH=-400μA输出高电平（VOH）PER 2．4V IOH=-200μA驱动电流-1.0mA -4.0mA R EXT=750Ω，V EXT=1.5V供应电流120 mAI IL(INPUT LOAD CURRENT±10μA V IN=0V~5VI OFL(Output float leakage ±10μA V OUT=0.45~5V其中PER为peripheral port的缩写,输入最低电压：min -0.5V,max 0.8 V，输入最高电压：2.0 V。

输出最低电压：0.45 V输出最高电压：2.4 V。

8255A的方式控制字：图2-2 8255A的方式控制字1）方式0的工作特点这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。

其功能为：①两个8位通道：通道A、B。

两个四位通道：通道C高4位和低四位；②任何一个通道可以作输入/输出；③输出是锁存的；④输入是不锁存的；⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。

2）选择器件LEDLED在本设计中的作用LED发光二级管（Light-Emitting Diode），在本设计中采用7段数字发光二级管，做为终端显示。

LED功能分析物理构造：LED发光二级管，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。

工作原理：当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。

数字成像：将七个发光管进行组合，排列成数字图形8，再根据需要控制七个管的亮与灭，即可显示出定义数字。

LED技术参数发光二极管的压降一般为1.5~2.0 V，其工作电流一般取10~20 mA为宜。

发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。

发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。

LED显示管段选码编码表表2-2 LED显示管段选码编码表LED数字显示原理：如下图为LED数码管及其框图图2-3LED数字显示原理上面两图分别为外形图和原理图，当七段数码管点亮其中几段可显示数字和简单的西文字符，将七段数码管负极连接到一起称为公共端，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪个发光二极管点亮，在右图中如果在COM端接低电平，而在其他引出线上施加不同的电平，则对高电平的发光二极管就会点亮，由于将8个发光二极管负极全部连接在一起，称为共阴极数码管，还有将8个发光二极管的正极连接在一起，故称之为共阳极数码管，本次实验用的数码管需动态扫描显示，其接口电路将所有数码管的笔画控制段与a~h同名端连在一起，接到一个并行端口，每个公共极COM端由独立的I/O 线控制，CPU向字模输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，究竟哪个数码管显示，取决于每个LED的COM端，所谓动态扫描，就是显示一位信息时，其他位不能显示，必须采用分时方法，轮流控制COM端。

3. 开关1）开关的作用:本次设计需要用八位开关置数,故要用到开关,输入0时,开关闭合,输入1时,开关断开。

2) 开关功能的分析:如图所示,开关未合时,与5V 电压相连,输入1,当合上之后,开关就将A口接地,也就输入为0,4位开关可以置0~15的数。

3)逻辑开关及其编码图2-4 8路二进制开关开关高电平：+5V、低电平：0V4.硬件总逻辑图及其说明图2-5 硬件总逻辑图及其说明三、控制程序设计1.控制程序设计思路说明本实验是利用控制程序通过改变外接开关控制量来控制灯的闪烁量及闪烁次序，8255A设置为方式0,因此关键在于通过8255A将PC口所连接的开关控制写入8255A做初值。

在实验中8255A的PA和PB口都用做输出，PC口用作输入数据，同开关引脚相连，提供数据输入；PA口用作段选码,同LED数码管段选码（JP42）引脚相连提供段驱动器的7段代码信息；PB口用作位选码,同LED数码管位选码相连（JP41）,提供数位驱动器的选择信号.2.程序流程图图3-1 硬件逻辑图3.控制程序.MODEL TINYPCIBAR3 EQU 1CH ;8位I/O 空间基地址(它就是实验仪的基地址, 也为DMA & 32 BIT RAM板卡上的8237提供基地址)Vendor_ID EQU 10EBH ;厂商ID号Device_ID EQU 8376 ;设备ID 号.STACK 100.DATAssegcode db 00111111b;0db 00000110b ;1db 01011011b ;2db 01001111b ;3db 01100110b ;4db 01101101b ;5db 01111101b ;6db 00000111b ;7db 01111111b ;8db 01101111b ;9db 01110111b ;Adb 01111100b ;bdb 00111001b ;Cdb 01011110b ;ddb 01111001b ;Edb 01110001b ;FIO_Bit8_BaseAddress DW ?msg0 DB 'BIOS不支持访问PCI $'msg1 DB '找不到Star PCI9052板卡 $'msg2 DB '读8位I/O空间基地址时出错$'COM_ADD DW 00F3H ;控制口偏移量PA_ADD DW 00F0H ;PA口偏移量PB_ADD DW 00F1H ;PB口偏移量PC_ADD DW 00F2H ;PC口偏移量.codestart:mov ax,@datamov ds,axnopcall initpcicall modifyaddress ;根据PCI提供的基地址,将偏移地址转化为实地址mov dx,com_add ;8255控制端口地址, (DX)=34F3mov al,89h;(AL)=89H=10001001B:设置8255的工作方式：A口、B口均用于输出且都工作于方式0，C口用于输入。

out dx,al;读取个位数：reset1: ;若PC4=0,循环等待mov dx,pc_addin al,dxtest al,10H ;开关量是否为：00010000jz reset1and al,0fh ;屏蔽高四位mov bx,offset ssegcodexlat ;字节转换指令mov [si],al;读取十位数：reset2: ;若PC4=1,循环等待mov dx,pc_addin al,dxtest al,20H ;开关量是否为：00110000jz reset2and al,0fh ;屏蔽高四位mov bx,offset ssegcodexlat ;字节转换指令mov [si+1],al;读取百位数：reset3: ;若PC4=0,循环等待mov dx,pc_addin al,dxmov bl,altest al,10h ;开关量是否为：00100000jnz reset3mov al,bland al,0fh ;屏蔽高四位mov bx,offset ssegcodexlat ;字节转换指令mov [si+2],al;读取千位数：reset4: ;若PC4=1,循环等待mov dx,pc_addin al,dxmov bl,altest al,20Hjnz reset4mov al,bland al,0fhmov bx,offset ssegcodexlatmov [si+3],almovah,11111110b; ;(AH)= 1111 1110B,用于位码选择，先从最右边显示disp1:mov dx,pc_addin al,dxtest al,40hjz reset1disp2:;内循环,用于同时显示四位数mov bl,ah ;BL=1111 1110Brol ah,1mov bh,ah ;BH=1111 1101Bmov cx,80hLED:mov al,[si]mov dx,pa_addout dx,almov al,blmov dx,pb_addout dx,alcall delay1mov al,[si+1]mov dx,pa_addout dx,almov al,bhmov dx,pb_addout dx,alcall delay1push bxmov al,[si+2]mov dx,pa_addout dx,alrol bh,1mov al,bhmov dx,pb_addout dx,alcall delay1jmp Qi9disp3: jmp disp1 ;辅助跳转Qi9: mov al,[si+3]mov dx,pa_addout dx,alrol bh,1mov al,bhmov dx,pb_addout dx,alcall delay1pop bxdec cxjnz LED;左移延迟时间选择mov dx,pc_addin al,dxtest al,80hjz Qi5call delayjmp Qi1Qi5:call delay2Qi1:loop disp3delay procpush axmov ah,0ffhmov dx,1000int 21hpop axdelay endpdelay2 procpush axmov ah,0ffhmov dx,500int 21hpop axdelay2 endpdelay1 procpush cxpush axmov cx ,6000h ;用于显示延时lop: loop lop;刷新mov al,0ffh ;(AL)=1111 1111Bmov dx,pb_add ;通过8255A的B 口(用于位选),控制哪个灯显示out dx,alpop axpop cxretdelay1 endpInitPCI PROC NEARMOV AH,00HMOV AL,03HINT 10H ;清屏MOV AH,0B1HMOV AL,01HINT 1AHCMP AH,0JZ InitPCI2LEA DX,msg0InitPCI1: MOV AH,09HINT 21HJMP ExitInitPCI2: MOV AH,0B1HMOV AL,02HMOV CX,Device_IDMOV DX,Vendor_IDMOV SI,0INT 1AHJNC InitPCI3 ;是否存在Star PCI9052板卡LEA DX,msg1JMP InitPCI1InitPCI3: MOV DI,PCIBAR3MOV AH,0B1HMOV AL,09HINT 1AH ;读取该卡PCI9052基地址JNC InitPCI4LEA DX,msg2JMP InitPCI1InitPCI4: AND CX,0FFFCHMOV IO_Bit8_BaseAddress,CXRETInitPCI ENDPModifyAddress PROC NEARADD COM_ADD,CXADD PA_ADD,CXADD PB_ADD,CXADD PC_ADD,CXRETModifyAddress ENDPExit: MOV AH,4CHINT 21HEND START四、上机调试过程1.硬件按照预习报告上的硬件总逻辑图接线，注意输入线与位选择线不能接反，否则显示在LED显示器上数字会倒置，连线松动常导致LED显示器上显示不出实验结果，所以硬件调试时一定要确保连线的紧度。