基于 PROTEUS 的跑马灯系统设计及仿真

基于 PROTEUS 的跑马灯系统设计及仿真

目录

引言

微型计算机简称微机，由于具备人脑某些功能，所有又叫做微机。是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出接口电路和相应的辅助电路构成的裸机。把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机。学习微机原理与接口技术，主要内容包括微型计算机体系结构、 8086 微处理器和指令系统、汇编语言、设计以及微型计算机各个组成部分，而其中很大一块就是汇编语言的学习。

汇编语言是面向机器的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。用汇编语言编写的程序由于目标程序占用内存少，运行速度快，它有着高级语言不可替代的用途。因此，学习汇编语言是很必要的，通过学习汇编语言可以体会它的作用。

通过本次课程设计让我们进一步深入汇编语言的学习，掌握简单的接口设计技术，将理论知识联系实际，进一步学习微机原理与接口技术的相关知识，为以后深入学习打下良好的基础。

1 总体方案论证

1.1 功能分析

此次课程设计的要求为，设计微型计算机最小系统，实现跑马灯的模拟显示功能。具体要求为：

（ 1 ）、输入设备三个启动按钮、一个停止按钮，输出设备为八个跑马灯；

（ 2 ）、三个启动按钮对应三种跑马灯显示效果，按下任意一个启动按钮，跑马

灯显示对应的效果，按下停止按钮则跑马灯全部熄灭。

由上分析可知，我们的硬件的电路需要另行搭建，电路中需包含四个按钮和八个跑马灯以及相关芯片，既有输入设备又有输出设备，经过分析可以使用芯片

8255A 来实现输入与输出，再加上锁存地址芯片 74LS273 、译码芯片 74LS154 以

及相关门电路即可构成本设计的硬件电路基础。进一步分析最终决定用 8255A 的

A 口作为输出去控制跑马灯，

B 口作为按钮信号输入， CPU 通过接收输入信号从

而发出对应命令去控制 8255A 芯片 A 口输出，从而 A 口输出相应电平控制跑马灯

有规律的亮灭。连接好硬件电路后的主要任务就是编写相应程序，通过程序去控制和调度硬件电路的输入与输出。

1.2 系统连接图设计

8255A 是一种通过可编程并行 I/O 接口芯片。广泛用于几乎所有系列的微机系统中 , 8255A 具有三个带锁存或缓冲的数据端口 , 可与外设并行进行数据交换 , 8255A 有多种操作方式 , 通用性较强 , 可为 CPU 与外设之间提供输入 / 输出通道。 8255A

和各端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 , 使

用条件传输方式时可用“ 联络” 线进行控制。在本次课程设计中 , 我们运用 8255A

为 CPU 与外设之间提供输入输出输出通道来实现对跑马灯花样变换的控制。

8086 微处理器，选择最小工作模式，所有的总线控制信号均由 8086 产生；8086CPU 的地址 \ 数据总线 AD15-AD0 和地址 \ 状态总线 A16/S3-A19/S6 是复用的，必须通过地址锁存器把地址总线和数据总线分离。

跑马灯硬件电路如图 1 所示。电路包括 8 个 LED 彩灯、三片 74LS273 、一片

74LS154 、一片 8086CPU 、一片 8255A 以及若干导线和电阻。用 LED 可以观测在不同按键输入下，跑马灯花样的变化效果。

如图 1 所示我们利用启动按钮作为输入信号，通过 8255A 端口扩展芯片，调节

输出端口的电平变化，来控制共阳极的 LED 灯的亮与灭，实现跑马灯不同的花样

变化。

图图1 跑马灯硬件电路图

1.2.1 锁存控制电路

锁存控制电路电路如图 2 所示，在微控制器单元（ MCU ）中，寄存器是十分重

要的资源。寄存器的主要作用是快速寄存算术逻辑运算单元（ ALU ）运算过程中

的数据，其锁存功能利用 74LS273 来实现， 74LS273 是一种带清除功能的 8D 触

发器，1D~8D 为数据输入端，1Q~8Q 为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作数据锁存器，地址锁存器。

D0~D7 ：输入， Q0~Q7 ：输出；

第一脚 WR ：主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为 0 （低电平）；

CP （ CLK ）：触发端，上升沿触发，即当 CP 从低到高电平时， D0~D7 的数据通

过芯片，为 0 时将数据锁存， D0~D7 的数据不变。

CPU 向外部发出地址锁存允许信号，从而使 74LS273 锁存地址信号，在通过译

码芯片 74LS154 控制接口芯片 8255A ，在此系统中充当一个桥梁的作用。这部分

电路将相应信号传送给 8255A 的 A0 、 A1 和 CS 片选，进而 CPU 开始控制 8255A

从而驱动发光二极管显示不同的样式。

图 2 锁存控制电路

1.2.2 可编程并行通信接口芯片 8255A

芯片 8255A 有三种工作方式，他们分别是方式 0 、方式 1 、方式 2 ，电路如图3 所示。

方式 0 为简单 I/O ，查询方式，端口 A 、端口 B 、端口 C 均可使用；

方式 1 为选通 I/O ，中断方式，端口 A 、端口 B 可以使用，选通的输入 / 输出方式；

方式 2 为双向 I/O ，中断方式，只有端口 A 可以使用，双向的传输方式。

方式 0 也叫基本输入 / 输出方式。一种方式，不需要应答联络信号，端口 A 、端口 B 和端口 C 的高 4 位及低 4 位都可以作为输入或输出端口。方式 0 的应用场