简易LED跑马灯设计

简易LED跑马灯设计

摘要

随着微电子技术的飞速发展，集成电路的集成度和性能提高、价格下降，特别是单片微处理器的出现，对现代社会的进步起到了巨大推进作用，也从各个方面改变了人们的生活，比如目前国内国外都大量使用的霓虹灯广告牌、交通显示信号灯，以及各种车辆、家用电器等普遍使用的指示信号灯，给人们的生活提供了便利。本文针对广告牌等显示器件中起到至关重要的作用的数字控制信号LED灯显示（跑马灯）进行一个简易的模拟设计。此实验项目中，使用8255芯片实现16位数码管显示，制作成一个简易的跑马灯，其中要运用386[pc]汇编语言编写相应代码，并且要针对8255的特点设计实验连线图，是对本科接口课程中学习到的软件以及硬件知识的一个综合运用，通过实际上机实验操作，编译设计不同的跑马灯效果。通过最后的综合实验调试，成功实现了简易跑马灯的效果显示，这是对跑马灯实际应用的一次有益接触，也是对该应用原理的一次初步实践。

【关键词】接口跑马灯 8255芯片 LED灯汇编语言

1 LED的应用领域以及LED跑马灯的研究意义

▪1.1 LED的应用领域

LED的应用领域非常广，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等，可大体区分为背光源、电子设备与照明、显示屏、汽车交通等五大领域。

◆汽车交通:以汽车內装使用包括了仪表板、音箱等指示灯，及汽车外部(第三刹车灯、左右尾灯、方向灯等)，另外还包括交通标志灯。

◆背光源:主要是手机背光光源方面，是SMD型产品应用的最大市场。

◆显示屏: LED显示屏作为一种新兴的显示媒体，随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，得到了飞速发展，它与传统的显示媒体―多彩霓虹灯、象素管电视墙、四色磁翻板相比较，以其亮度高、动态影像显示效果好、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富、性能价格比高等优势，已广泛应用于各行各业。

◆电子设备与照明:LED以其功耗低，体积小，寿命长的特点，已成为各种电子设备指示灯的首选，目前几乎所有的电子设备都有LED的身影。

▪1.2 LED跑马灯的研究意义

本文主要是对LED显示屏应用的一个初步研究，跑马灯是对LED显示屏功能的基础模拟，通过对跑马灯形式的LED显示进行实验模拟，可以对LED的大型应用奠定基础，是将来完成完整LED效果显示设计的初级实践。LED跑马灯设计正好和本科接口基础设计课程相衔接，运用到了课程中学习到的相关接口知识，是对该课程知识的一个综合运用，有助于加强基础知识的掌握，提升个人实践能力。

2 相关实验芯片及原理的介绍

本实验需要器材：8255芯片一块，PC机一台，TD-PIT/TD-PIT-B实验箱一台。

▪2.1 LED灯管的发光以及驱动原理

图2.1 发光二极管结构图

LED灯管LED（Light Emitting Diode，图2.1），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

在接口试验中通常会用到单色LED灯作信号显示，给LED灯输入数字信号，LED灯会根据信号的不同而显示亮或者灭。

（a）（b）

图2.2 LED的两种驱动方式

LED灯管有两种不同的驱动方式：（1）阳极接+5V电源，阴极接适当大小的电阻（要求用5V点亮某LED时，则LED必须串接一个电阻，防止过流烧坏），然后接入数字信号，如图2.2（a）输入数字信号0时LED灯亮，输入1时LED灯灭；（2）阴极接地，接适当大小的电阻，然后阳极接入数字信号，如图2.2（b）输入数字信号1时LED灯亮，输入0时LED灯灭[1]。我们试验用的试验箱中封装的LED电路默认为驱动方式（1），即0输入灯亮。▪2.2 8255芯片的主要功能特性介绍

INTEL8255是一种通用的可编程并行I／O接口芯片（图2.3），是专为INTEL公司的微处理器设计的，也可用于其它系列的微型机系统中。利用8086汇编指令系统，编制初始化程序，可以变更8255 的工作方式，通用性强，使用灵活。8255具有3个带锁存或缓冲的数据端口，它的并行数据宽度为8位。可与外设并行进行数据交换。A口和B口内具有中断控制逻辑，在外设与CPU之间可用中断方式进行信息交换。该芯片提供三种工作方式，满足本实验对芯片的功能要求[2]。

图2.3 8255内部引脚及结构

8255芯片的一些详细特性：

(1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。

(2)具有24个可编程设置的I/O口,即使3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口。它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包括B口及C 口(低4位,PC0~PC3)。A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式；B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。

8255引脚功能

RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。

CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯；/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输。

RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。

WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。

D0～D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。

PA0～PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。

PB0～PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。

PC0～PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。

A0，A1:地址选择线，用来选择8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。

当A0=0，A1=0时,PA口被选择；

当A0=0，A1=1时,PB口被选择；

当A0=1，A1=0时,PC口被选择；

当A0=1，A1=1时,控制寄存器被选择。

(a)工作方式控制字 (b)C口按位置位/复位控制字

图2.4 工作方式控制字图示