微机原理课程设计---按键控制发光二极管.doc

计算机科学与技术学院课程设计报告2011 2012学年第 1 学期课程名称 微型计算机原理与接口技术 设计题目 按键控制发光二极管的设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 2011 年 09 月 08 日目录一、概述1二、设计的目的和要求12.1设计目的12.2设计要求1三、部分硬件和软件介绍13.1发光二极管简介13.2 protel简介23.3 8255简介3四、按键控制发光二极管的原理分析44.1 按键工作原理分析44.2 按键防抖动4五、实现按键控制发光二极管电路设计55.1按键控制的设计55.2 防抖动电路的设计65.3 实现按键控制发光二极管程序设计7六、设计总结和体会86.1总结86.2 体会8七、参考文献8附录9河南理工大学微机原理课程设计按键控制发光二极管设计一、概述随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。led彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。发光二极管由于其价格低廉，节能，故而更适合作为装饰。目前市场上大多数应用硬件电路来控制二极管亮灭，通过不同的发光颜色，排列顺序来实现美观。所以按键控制发光二极管的应用范围很广。二、设计的目的和要求2.1设计目的设计一个用按键控制发光二极管点亮熄灭的硬件系统。2.2设计要求按键要求能够实现对二极管的点亮与熄灭的控制，用s1s4组成的键盘分别控制4个发光二极管的点亮，s5按键来熄灭各二极管。按键具有防抖动功能，例如：s1点亮1号灯，按s5可以将其熄灭。s2点亮2号灯，按s5可以将其熄灭。三、部分硬件和软件介绍3.1发光二极管简介发光二极管简称为led。由镓（ga）与砷（as）、磷（p）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为led。发光二极管与普通二极管一样是由一个pn结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从p区注入到n区的空穴和由n区注入到p区的电子，在pn结附近数微米内分别与n区的电子和p区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。a.物理特性 发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。 白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示09十个数目字。b.发光原理 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以led的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为pn结。在某些半导体材料的pn结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。pn结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从led阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。c.分类 发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光 发光二极管。二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。3.2 protel简介protel99se是应用于windows9x/2000/nt操作系统下的eda设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3d模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。a.protel99 se的系统组成按照系统功能来划分，protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。电路工程设计部分电路原理设计部分（advanced schematic 99）印刷电路板设计系统（advanced pcb 99）自动布线系统（advanced route 99）电路仿真与pld部分电路模拟仿真系统（advanced sim 99）可编程逻辑设计系统（advanced pld 99）高级信号完整性分析系统（advanced integrity 99）b.protel99 se的功能特性开放式集成化的设计管理体系，超强功能的、修改与编辑功能，强大的设计自动化功能3.3 8255简介 8255是intel公司生产的可编程并行i/o接口芯片，有3个8位并行i/o口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。 8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口a、b、c口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与cpu连接部分、与外设连接部分、控制部分。8255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,pc4pc7),b组包括b口及c口(低4位,pc0pc3).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。图3.1 8255a的引脚图四、按键控制发光二极管的原理分析4.1 按键工作原理分析 键盘是最常见的计算机输入设备，它广泛应用于微型计算机和各种终端设备上。计算机操作者通过键盘向计算机输入各种指令、数据，指挥计算机的工作。计算机的运行情况输出到显示器，操作者可以很方便地利用键盘和显示器与计算机对话，对程序进行修改、编辑，控制和观察计算机的运行。按键控制发光二极管的按键较少，故而使用独立式键盘。键盘工作时使用键盘扫描程序，来判断是否有按键动作，是否有闭合键键码，计算并保存闭合键键码，判断闭合键是否释放，恢复闭合键键码。4.2 按键防抖动 机械开关在电器电路中因结构简单、使用方便而得到广泛地应用，但机械开关在使用过程中因本身机械结构的特点会产生误操作，甚至带来严重的后果。一个机械开关，当开关闭合时，由于金属的塑性作用，两个触点之将发生弹性抖动。因此，电路无法在瞬间达到预期的稳定状态，而是随着抖动产生多个相应的干扰脉冲。这种干扰信号对系统危害极大。例如在微机系统里的手动复位电路中，甚至可能使整个机器无法正常工作。 4.1 按键电路图为了消除抖动造成的影响，必须在机械开关处设计配置一个防抖动电路。所以在设计按键对发光二极管的控制必须实现按键的防抖动的功能，防抖动分为硬件防抖动法和软件防抖动法两种方法，由于本系统的按键较少所以采用硬件防抖动法来实现按键的防抖动功能。这种电路需要首先具有实现按键本身的开关作用，电路开和关的状态要准确稳定的保存下来，然后是防抖动，即确保电路的状态不受干扰脉冲的影响。也就是说该电路需要有记忆功能。 4.2 按键抖动图五、实现按键控制发光二极管电路设计5.1按键控制的设计本系统使用8255作为出口，连接四个发光二极管。按键时首先检索对应按键的二极管是否亮着，如果是就不做反应，否则保存点亮信息并点亮。按s5时，如果检测到有点亮信息则熄灭二极管，若无则不做反应。系统主体电路图如图5.1所示：5.1 系统主电路图5.2 防抖动电路的设计图5.2示是一个简单的开关防抖动电路。当开关位置在vcc处，电路输出高电平，当开关刚离开该位置做移动的时候，输出仍保持高电平，故输入仍在高电平上。一旦开关移动到接地的瞬间，门的输出瞬间短路，然而短路仅维持几十毫秒，门的输出从高电平跳到低电平。此后，如开关触电抖动离开地时，输出因输入是低电平而保持在原有的低电平上。这种用同相缓冲器构成的防抖动电路比一般的rs触发器组成的防抖动电路简单，而且省掉了麻烦的外接电阻。5.2 防抖动电路图5.3 实现按键控制发光二极管程序设计在此系统中，按键时，系统会调用程序扫描队对应的按键信息，然后采取点亮或者熄灭的操作。按下键相应的二极管会发光，按s5则可以熄灭已发光的二极管。软件的流程图如图5.3所示：5.3 流程图六、设计总结和体会6.1总结通过对按键控制发光二极管的设计，从电路设计，编码，到程序的调试，在整个的设计过程中学到了很多，加深了对8255的认识，了解了按键抖动及其预防措施，学习了protle99 se。由于是第一次进行微机原理课程设计，在设计的过程中由于考虑不全或者知识面的狭窄，导致了在设计的过程中出现了一些不足，不过系统实现了所要求的基本功能。6.2 体会两周的课程设计结束了，这其中有成功的喜悦，也不乏有为取得那份成功而付出的汗水与艰辛。正所谓有失必有得，这两周来，为了微机原理课程设计付出了很多，由于之前的相关课程学习有所欠缺，很多东西没有接触过，所以完成这次课程设计有一定的困难，不过现在看来，这两周的课程设计收获不菲，当最终完成了课程设计的时候，一切当初看来没有任何头绪，困难重重的问题都不复存在。在此次课程设计的过程中遇到了很多问题，但是通过查阅资料，请教老师同学，解决了相关的问题。这使我更能认识到遇到困难坎坷时，只有坚持，想一切办法去解决才能够保持向前。我感觉这是这次实习任务中最大的收获。我会将这样的体会与经验应用到以后的生活学习和工作中。最后感谢李长青老师一学期来的课程讲授和在课程设计过程中的辅导，感谢同学们的帮助！七、参考文献1 李长青，微型计算机原理与接口技术.江苏：中国矿业大学出版社，2007.2 彭介华，电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，2000.3 潘新民，微型计算机控制技术.北京：人民邮电出版社，1999.4 郑学坚，微型计算机原理及应用实验指导.北京：清华大学出版社，20005 赵荣昌，微型计算机原理与应用学习指导.北京：清华大学出版社，20096 吴宁，微型计算机原理与接口技术题解及实验指导.北京：清华大学出版社，2007附录 程序清单和必要的注释ld x000 s1键 or y000 ani y004 out y000 d1 输出 ld x001 s2键 or y001 ani y004 out y001 d2 输出 ld x002 s3键 or y002 ani y004 out y002 d3 输出 ld x002 s4键 or y003 ani y004 out y003 d4 输出 ld x004 s5键 out y004 end按键信息扫描程序：org 0000hstart: mov sp,#60hmov dptr,#0ff20hmov a,#03hmovx dptr,amov 70h,#00mov dptr ,#0ff2bhmov a,#80hmovx dptr,akey1: lcall ks1 ；调用判断有无键闭合子程序jnz lk1n1: lcall dir ；调用显示子程序ljmp key1lk1: lcall dir lcall dirlcall ks1jnz lk2lcall dirljmp key1lk2: mov r2,#0feh ；列扫描码送r2mov r4,#0 ；r4时列计数单元lk4: mov dptr,#0ff21h ；列扫描码送pa口mov a,r2movx dptr,ainc dptrinc dptrmovx a,dptr jb acc.0,lone mov a,#0 ljmp lkplone: jb acc.1,ltwo mov a,#08h ljmp lkpltwo: jb acc.2,lthr mov a,#10h ljmp lkplthr: jb acc.3,lformov a,#18hljmp lkplfor: jb acc.4,ammmov 70h,#19hljmp key1lkp: add a,r4 mov 70h,apush accamm: ljmp next lk3: lcall dir ；判断键释放否lcall ks1jnz lk3pop acccjne a,#09h ,nx1 ；键值不等，跳转下一键值，mov a,#0feh 若相等则向下执行，控制灯的亮灭，mov dptr,#0ff28h movx dptr,aljmp key1next: inc