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信息工程學院接口技術課程設計論文(20082009學年第 2 學期)論文題目:_點陣LED顯示系統(tǒng)設計_姓 名: 學 號:專 業(yè):計算機科學與技術年級班級:06 級 3 班指導教師:蒲 攀完成日期:2009年7月10日成 績:摘要本論文主要介紹的是1616點陣LED顯示系統(tǒng)。硬件部分主要使用星研ES598PCI實驗箱中的可編程并行接口芯片8155,可編程并行接口芯片8255,1616點陣 LED,8位開關等連接組成點陣LED顯示控制系統(tǒng)的基本電路。軟件部分采用了匯編語言編寫程序代碼,通過判斷、跳轉、循環(huán)等基本技術實現(xiàn)LED顯示點陣漢字,漢字的滾動顯示;并用8位開關結合8155,實現(xiàn)漢字滾動顯示速度和方向的控制等。該系統(tǒng)顯示直觀,工作穩(wěn)定,操作簡單,與商用LED顯示具有類似的顯示和滾動原理,具備較強的實用價值。關鍵詞:點陣LED顯示,1616 LED,星研ES598PCI,8155,8255SummaryThis thesis mainly describe the LED system with 1616. The hardwares rely on programmable parallel interface chip 8155 and 8255, LED system with 1616, 8-bit switches of STAR ES598PCI to compose the basic electrocircuit of LED control system. The software is written in assemble language. The Chinese character rolling display is realized through determination, jumping and looping. The speed and direction of rolling is controlled with 8155 along with the 8-bit switch. This system is intuitionistic, works steadily, and is easy to manipulate. It shares the same theory of displaying and rolling with the commercial LED system, which means it have a strong use value.Keyword:LED display system, 1616 LED, STAR ES598PCI, 8155, 8255目 錄1.引言- 1 -2.設計環(huán)境- 1 -3.設計要求- 2 -4.總體設計- 2 -5.硬件設計- 2 -5.1. 1616點陣LED- 3 -5.2.可編程并行接口芯片8255- 4 -5.3.可編程并行接口芯片8155- 5 -5.4.總體電路構架- 6 -6.軟件設計- 7 -6.1.主程序流程- 7 -6.2.顯示子程序流程- 8 -6.3.重復顯示流程- 8 -6.4.橫/縱向顯示流程- 9 -6.5.按鍵測試流程- 11 -6.6.延時流程- 12 -7.系統(tǒng)測試- 12 -8.總結- 13 -1. 引言LED(Light Emitting Diode),發(fā)光二極管,簡稱LED,,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片,晶片的一端附在一個支架上,一端是負極,另一端連接電源的正極使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區(qū),在P區(qū)里電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發(fā)出能量,這就是LED發(fā)光的原理。多個 LED發(fā)光燈組成固定的字符或圖形進行顯示,即形成LED點陣圖文顯示屏。其主要特征是只控制LED點陣中各發(fā)光器件的通斷(發(fā)光或熄滅),而不控制LED的發(fā)光強弱。LED點陣的漢字顯示方式是先根據所需要的漢字提取漢字點陣(如1616 點陣),將點陣文件存入ROM,形成新的漢字編碼;而在使用時則需要先根據新的漢字編碼組成語句,再由MCU根據新編碼提取相應的點陣進行漢字顯示。LED點陣顯示具有如下特點:(1) 電壓:LED使用低壓電源,供電電壓在6-24V之間,根據產品不同而異,所以它是一種比使用高壓電源更安全的電源。(2) 效能:消耗能量比同光效的白熾燈減少80%。(3) 適用性:每個單元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制備成各種形狀的器件,并且適合于易變的環(huán)境。(4) 穩(wěn)定性:10萬小時,光衰為初始的50%。(5) 響應時間:其白熾燈的響應時間為毫秒級,LED燈的響應時間為納秒級。(6) 對環(huán)境污染:無有害金屬汞。(7) 顏色:改變電流可以變色,發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法,調整材料的能帶結構和帶隙,實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。由于LED的眾多優(yōu)勢,在市場中得到了廣泛的應用,主要應用領域有:(1)、信號指示應用:信號照明是LED單色光應用比較廣泛也是比較早的一個領域,約占LED應用市場的4%左右。(2)、顯示應用:指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等, LED用于顯示屏幕的應用約占LED應用的20%25%,顯示屏幕可分為單色和彩色。(3)、照明應用:便攜燈具,汽車用燈,特殊照明。由于LED尺寸小,便于動態(tài)的亮度和顏色控制,因此比較適合用于建筑裝飾照明。背光照明:普通電子設備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等。以及投影儀用RGB光源。點陣LED顯示系統(tǒng)設計2. 設計環(huán)境本次設計采用了STAR ES598PCI實驗儀,它提供了眾多實用、新穎的接口實驗,提供了一些模塊的匯編例子程序、使用說明,可以滿足單片機、微機原理課程的開放式實驗教學,各種實時控制實驗。它布局合理,清晰明了,模塊化設計,可以升級,兼容性-2-強,使用方便,易于維護。3. 設計要求利用STAR ES598PCI試驗儀設計一個點陣式LED顯示系統(tǒng)。具有滾屏顯示功能,可以選擇滾屏速度和方向。具體設計、調試基本要求有:(1)、通過8255和點陣LED顯示屏顯示“努力學習,振興中華”滾動字樣。(2)、設定3種不同的滾動速度,分別由“1”、“2”、“3”鍵選擇。(3)、設定從右到左和從上到下的滾動方向,分別由“L”、“R”選擇。(4)、滾動速度要有明顯差異,兩種滾動方向上都可實現(xiàn)3種速度。4. 總體設計根據設計要求,在1616點陣LED上實現(xiàn)漢字的滾動顯示,并結合STAR ES598PCI試驗儀自帶的關于8255,8155,1616 LED顯示等例題程序,初步作出如下設計: 利用并行接口芯片8155和8255控制1616點陣LED的行和列,以及控制速度方向的輸入,8位開關手動控制速度和方向的改變,程序中查詢開關變化的頻率要足夠高,使控制能在很短的時間內得到響應。檢測到方向改變后,直接退出當前顯示程序,重新開始即可。程序中需要預先填入要輸出漢字的字模,由于需要改變方向輸出,不同輸出所需的字模也不一樣,故需要多種字模。LED點陣顯示漢字的原理是:每次只輸出一行或一列,然后清空輸出下一行或下一列,16行或列都輸出之后才將字模移動一行或一列,重新按行列輸出;每次變化的時間非常短,肉眼無法識別出來,以為顯示的是整個漢字。故控制顯示速度的變化實際上就是控制每行或列輸出后延遲的時間。5. 硬件設計本次設計點陣LED顯示需要的硬件模塊有1616點陣LED,可編程并行接口芯片8155,8255,8位開關等。下面簡要介紹相關芯片。硬件設計5.1. 1616點陣LED圖5.1 1616點陣LED硬件電路圖JP23、JP24組成16根行掃描線;JP33、JP34組成16根列掃描線。行掃描線是低電平有效,列掃描線是高電平有效。 實際連線的時候需注意,行線跟8255的PA口,PB口要高低位對應,不可接反。而1616點陣LED的兩根列線編號跟點陣是相反的,故連線的時候兩根列線要與8255的PC口,8155的PA口高低位反接。-3-點陣LED顯示系統(tǒng)設計5.2.可編程并行接口芯片8255圖5.2 8255硬件電路圖8255A可編程并行輸入/輸出接口芯片由Intel公司生產的外圍接口電路。它采用NMOS工藝制造,用單一的正5伏電源,具有40引腳,采用雙列直插式封裝。它有A、B、C三個端口,24條I/O線,可以通過編程的方法來設定各種I/O功能。從功能上講,8255A的內部三個八位的鎖存器和一個八位的控制寄存器組成。分別為A、B、C口,其中C口的高四位與低四位可分開使用,也可以按位操作。芯片片選信號有效時,通過A0A1來對內部寄存器尋址。CPU能過向控制寄存器寫入控制器,可以管理三個端口的工作。8255A有三種工作方式:分別稱為方式0、方式1、方式2。工作方式0是一種基本的輸入/輸出工作方式,各端口視為彼此獨立的端口;工作方式1是一種選通式輸入/輸出工作方式,可用來實現(xiàn)CPU與外設間的查詢傳送或中斷傳送;工作方式2只限于A口采用,這種方式下,端口A成為雙向傳輸的端口。-4-硬件設計5.3.可編程并行接口芯片8155圖5.3 8155硬件電路圖圖5.3 8155硬件電路圖 8155采用40腳雙列直插式封裝,單一5v電源。 RESET:復位信號線,高電平有效,在該輸入端加一脈沖寬度為600ns 的高電平信號,就可使8155可靠復位,復位時三個輸入/輸出口預置為輸入方式。 CE:片選端,8155為低電平有效,8156為高電平有效,當8155上加上一個低電平時,芯片被選中,可以與單片機交換信息。 AD0AD7:三態(tài)地址/數據總線,在ALE 的下降沿把8位地址鎖存于內部地址鎖存器,地址可代RAM或輸入/輸出用,由IO/M信號的極性而定,8位數據的流向取決于RD或WR信號的狀態(tài)。 PA0PA7:輸入/輸出口A的信號線,通用8位輸入/輸出口,輸入/輸出的方向通過對命令/狀態(tài)寄存器的編程來選擇。 PB0PB7:輸入/輸出口B的信號線,通用8位輸入/輸出口,輸入/輸出的方向通過對命令/狀態(tài)寄存器的編程來選擇。 PC0PC5:輸入/輸出口C的信號線,6位可編程輸入/輸出口,也可用作A和B口的控制信號線,通過對命令/狀態(tài)寄存器編程來選擇。-5-點陣LED顯示系統(tǒng)設計5.4.總體電路構架圖5.4 總體電路連接圖由于1616 LED的行列線分別為16根,而8155和8255的PA,PB,PC口均為8位;因此用8255的PA口控制1616 LED上面8行,PB口控制1616 LED下面8行,PC口控制1616 LED左邊8列,用8155的PA口控制1616 LED右邊8列。8155的PB口用于輸入,接收按鍵的改變。8155的PB口可接收8位輸入,所以可以對設計進行簡單的擴展,4位用于檢測方向,4位用于檢測速度。這樣可以實現(xiàn)4個方向上4種速度的改變。注意試驗儀上的8位開關往下才是高電平,8位開關的左四位用于滾動方向的控制,分別是:1(從右往左滾動),2(從左往右滾動),3(從下往上滾動),4(從上往下滾動)。同時只允許一位開關向下。8位開關的右四位用于滾動速度的控制,分別是:5(非常慢),6(慢),7(快),8(非??欤?。同時也只允許一位開關向下。其他8255的片選端CS,A0,A1分別接A3區(qū)CS1,A0,A1。8155的片選端CS,IO/M分別接A3區(qū)CS2,A8。-6-軟件設計6. 軟件設計本次設計采用的語言為匯編語言,大量使用了模塊化程序。所有功能都是通過調用子程序實現(xiàn),使得整個程序層次有序,結構清晰,易于維護。完整程序見附錄。-7-點陣LED顯示系統(tǒng)設計6.1.主程序流程開始初始化8255測試LED初始化8155調用從左到右顯示子程序從左到右顯示?調用從下到上顯示子程序從下到上顯示?調用從上到下顯示子程序從上到下顯示?調用從右到左顯示子程序從右到左顯示?否否否是是是是否圖6.1 主程序流程圖主程序初始化8155和8255之后,需要測試LED,就是點亮所有LED并維持一段時間,檢測有沒有壞掉的燈管;然后熄滅所有LED燈。 為提高程序運行速度,主程序只負責判斷方向,忽略具體的顯示過程。按照顯示方向的不同分為4個子程序,改變方向或者漢字顯示完畢之后退出重新比較。6.2.顯示子程序流程 不同方向的顯示子程序是相似的,但是為了避免比較顯示方向,提高運行速度,用4個不同方向的顯示子程序實現(xiàn);每個顯示子程序又再次調用自己重復顯示的子程序。-8-軟件設計否是否漢字數量=0?CX=0?漢字數量減一改變字模首地址CX減一調用重復顯示子程序漢字數量初始化字模首地址賦給SICX=16返回是 這個顯示子程序中并沒有實際的顯示程序,它的功能是控制顯示漢字的數量和提供顯示點陣字模的首地址。字模首地址每次改變兩個字節(jié),可以顯示出不同漢字的不同部分,連續(xù)變化即可產生滾動效果。圖6.2 顯示子程序流程圖6.3.重復顯示流程 此程序的子程序才是真正用于顯示點陣漢字的程序部分,被重復調用8次。為什么要重復調用顯示子程序呢?因為前面說過,點陣LED顯示漢字的方法是每次顯示一行或一列,然后清空顯示下一行或下一列,循環(huán)16次后整個點陣都顯示出漢字的不同部分。由于顯示變換非???,肉眼分辨不出,給人整個點陣顯示出整個漢字的錯覺。-9-軟件設計 但是由于顯示每一行或列顯示的時間非常短,不同行或列顯示的時間又不相同,只顯示一次的話漢字會變化非??欤瑫r又給人不斷閃爍的感覺,無法看清漢字,重復顯-9-點陣LED顯示系統(tǒng)設計示幾次則可比較好的解決這個問題。 同時,此程序還有根據方向變化不再繼續(xù)執(zhí)行,也不返回上一級程序,直接跳回主程序重新開始的功能;可以加快方向改變后的響應速度。清空堆棧CX = 0?退出子程序CX壓棧CX = 8調用橫/縱向顯示子程序方向改變?CX減1跳至主程序否否是是圖6.3 重復顯示流程圖6.4.橫/縱向顯示流程 這才是真正控制LED點陣顯示漢字的主要程序。橫向顯示和縱向顯示的流程是一樣的,但是具體實現(xiàn)方法又不一樣,所以是由兩個獨立的程序分別完成橫向顯示和縱向顯示功能。無論是橫向顯示還是縱向顯示,控制LED的順序都是上面8行,下面8行,左邊8列,右邊8列;然后改變字模地址,循環(huán)移位輸出下一行或下一列。不同之處在于橫向顯示的字模不是從上往下計算出來的,這樣每次字模的改變就不能自加兩個字節(jié)。見下表:表6.4 橫向顯示字模順序表1234567891011121314151617181920212223242526272829303132實際在LED點陣顯示時,每次滾動消失的是上面和下面的最左列,如第一次消失1和17,第二次消失2和18.這樣讀取字模的時候需要分別控制上面8行在字模和下面8行的字模。-10-點陣LED顯示系統(tǒng)設計 在整個16列都輸出一遍后,返回之前調用按鍵測試子程序,測試有沒有速度和方向的改變。這樣在返回之后可以直接對方向改變做出響應,在下次進入這個程序時,也-10-軟件設計CX出棧SI出棧調用按鍵測試子程序返回CX = 0?清空輸出SI壓棧上邊8列輸出初始化列輸出值CX壓棧CX = 16下邊8列輸出調用延遲子程序左邊8行輸出右邊8行輸出讀取字模讀取字模下一次輸出是否可以對速度變化作出響應。-11-點陣LED顯示系統(tǒng)設計6.5.按鍵測試流程按鍵測試子程序在每次控制點陣LED顯示漢字時都會被調用,頻率很高,可以較快的測試出按鍵的變化。 按鍵測試分為方向測試和速度測試兩部分,每部分可以測試4個按鍵的值,但同時只能有一個按鍵變化,多個按鍵被認為是錯誤而忽略。為加快測試速度,方向測試和速度測試之前會先測試有沒有按鍵被按下,如果沒有直接跳過4次測試。讀取按鍵延遲消抖方向測試速度測試從下往上?沒有按鍵?從上往下?從左往右?從右往左?改變方向值改變方向值改變方向值改變方向值否否否否否是是是是是返回速度1 ?沒有按鍵?速度2 ?速度3 ?速度4 ?改變速度值改變速度值改變速度值改變速度值是是是是是否否否否否圖6.5 按鍵測試流程圖6.6.延時流程延時調用在每行或每列顯示并清空之后都會調用,根據延時的不同形成不同的滾動速度。程序中并沒有實際的延時程序,真正造成延時的程序是不同數量的循環(huán),作為這個程序的子程序在程序中被調用。-12-點陣LED顯示系統(tǒng)設計為防止出現(xiàn)速度錯誤無法延遲的情況的發(fā)生,在4鐘速度都被否定之后,默認會調-12-用一檔延遲。返回速度1 ?開始速度4 ?比較速度速度2 ?速度3 ?調用延遲500調用延遲100調用延遲10調用延遲3否否否否是是是是圖6.6 延時流程圖7. 系統(tǒng)測試按照設計思路完成軟硬件設計并連好線路,編寫程序代碼之后,運行程序并測試效果。開始時LED點陣需按照默認值顯示漢字并滾動,通過控制按鍵開關,滾動速度和方向需即時做出改變??偨Y8. 總結通過兩周的實習,對LED點陣顯示的原理和方法有了很深刻的認識。例題中LED-13-點陣顯示的硬件并不復雜,線路連接也不多,程序相對比較長,特別是模塊化思想運用得相當多,一層套一層的子程序,需要很長的時間才完全看懂。在此基礎上我添加了按鍵測試,延時比較等模塊,并在顯示時加上比較語句,基本可以實現(xiàn)不同方向和不同速度的顯示。但是大量的比較語句影響了程序運行的速度,也不符合程序模塊化的思想。所以我放棄了原來的程序,遵照源程序模塊化的思想重新編寫。整個程序都是為了提高運行速度而生成的,4個方向的顯示子程序以及下面嵌套的子程序各自獨立開來,雖然有許多重復的代碼,但是避免了不必要的比較。另外,為了提高方向改變后的響應速度,在每次顯示完整個點陣之后,都會查詢方向是否改變,如果改變,直接清空堆棧,重新輸出。避免了從子程序返回,堆棧一個個彈出耗費的時間。最終顯示的效果還是比較滿意的,響應速度也比較快。這次實習我不僅對LED點陣顯示,對接口課程設計,對匯編語言有了更加深入的了解,也樹立了我編寫較為復雜代碼的層次化和模塊化思想,受益良多,收獲頗豐。點陣LED顯示系統(tǒng)設計致 謝感謝蒲攀老師,在我按鍵測試沒有效果的時候,花費數小時跟我一起檢查程序,檢查按鍵電路;最后證明是按鍵電壓過低無法驅動,改用8位開關解決。感謝張志勇老師,在我代碼出現(xiàn)錯誤時給我分析原因;雖然張志勇老師沒有匯編語言的經驗,但是他用程序的思想跟我一步一步分析問題,找出錯誤的源頭,最后將跳轉模塊改為子程序解決。感謝孟凡馳同學,在我忘記一些匯編語言時,不厭其煩的給我講。參考文獻1狄恒山等編著 微機原理與接口中國水利水電出版社20052沈美明,溫冬嬋編著IBM-PC匯編語言程序設計(第2版)清華大學出版社20073STAR E8688使用說明星研電子2009-14-附錄附 錄-15-;1616點陣LED顯示源程序.MODELTINYADDR_8255_PA EQU 0F000H;8255 PA口ADDR_8255_PB EQU 0F001H;8255 PB口ADDR_8255_PC EQU 0F002H;8255 PC口ADDR_8255_C EQU 0F003H;8255控制口ADDR_8155_PA EQU 0E101H;8155 PA口ADDR_8155_PB EQU 0E102H;8155 PB口ADDR_8155_C EQU 0E100H;8155控制口LINE1 EQU ADDR_8255_PA;行線1LINE2 EQU ADDR_8255_PB;行線2ROW1 EQU ADDR_8255_PC;列線1ROW2 EQU ADDR_8155_PA;列線2.STACK100;-.DATANUMDW11;漢字數量SPEEDDB4;顯示速度(1,2,3,4,越來越快)WAYDB5;顯示方向(5從右到左,6從左到右,7從下到上,8從上到下);從下到上的字模UP_TOU DB 000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H;空白DB 000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000HDB 010H,000H,010H,0FCH,07EH,044H,022H,044H,022H,028H,014H,010H,00CH,028H,032H,046H;努DB 0C1H,000H,03FH,0F8H,001H,008H,002H,008H,002H,008H,004H,008H,008H,028H,010H,010HDB 001H,000H,001H,000H,001H,000H,001H,000H,07FH,0FCH,001H,004H,001H,004H,001H,004H;力DB 001H,004H,002H,004H,002H,004H,004H,004H,004H,004H,008H,004H,010H,028H,020H,010HDB 001H,008H,010H,08CH,00CH,0C8H,008H,090H,07FH,0FEH,040H,004H,08FH,0E8H,000H,040H;學DB 000H,080H,07FH,0FEH,000H,080H,000H,080H,000H,080H,000H,080H,002H,080H,001H,000HDB 000H,000H,03FH,0FCH,000H,004H,008H,004H,004H,004H,003H,004H,001H,014H,000H,064H;習DB 001H,084H,006H,004H,038H,004H,010H,004H,000H,004H,000H,024H,000H,014H,000H,008HDB 000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H,000H;,DB 點陣LED顯示系統(tǒng)設計000H,000H,000H,000H,000H,000H,030H,000H,030H,000H,010H,000H,020H,000H,000H,000HDB 010H,000H,013H,0FEH,012H,000H,0FEH,000H,012H,0FCH,016H,000H,01BH,0FEH,012H,0C0H;振DB 032H,0A4H,0D2H,0A6H,012H,098H,012H,088H,014H,088H,014H,0A6H,058H,0C4H,020H,080HDB 000H,000H,044H,008H,022H,00CH,033H,008H,019H,098H,011H,010H,000H,020H,07FH,0FEH;興DB 000H,000H,008H,040H,00CH,020H,018H,010H,030H,018H,040H,00CH,080H,008H,000H,000HDB 001H,000H,001H,000H,021H,008H,03FH,0FCH,021H,008H,021H,008H,021H,008H,021H,008H;中DB 021H,008H,03FH,0F8H,021H,008H,001H,000H,001H,000H,001H,000H,001H,000H,001H,000HDB 008H,080H,00CH,088H,010H,09CH,030H,0E0H,053H,080H,090H,084H,010H,084H,010H,07CH;華DB 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