简易LED跑马灯设计

1、湖北大学本科课程设计简易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386pc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

2、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 汇编语言湖北大学本科课程设计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

3、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

4、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

5、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。湖北大学本科课

6、程设计（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IO接口芯片（图2.3），是专为INTEL公司的

7、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内部引脚及结构湖北大学本科课程设计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

8、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。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

9、。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。D0D7:三态双向数据总线，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。PA0PA7: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。PB0PB7: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

10、。 PC0PC7: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湖北大学本科课程设计8255接口实验

11、中端口地址如下表2.1所示：表2.1 8255接口实验中端口地址表3 具体的实验操作步骤3.1 初步确定跑马灯显示方案，针对相应显示方案，使用汇编语言编写跑马灯程序跑马灯显示效果是：一排16位数据管，第一次亮起的是第一位和最后一位，第二次亮起的是第二位和倒数第二位，以此规律类推，总体效果就是一排数据灯从两端向中间滚动显示。代码如下：MY8255_A EQU 0e060HMY8255_B EQU 0e061HMY8255_C EQU 0e062HMY8255_MODE EQU 0e063H ；此处为端口地址设置，A、B、C口编址分别为60H、61H、62H，控制寄存器编址为63HDATA SEG

12、MENTLA DB ?LB DB ?DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA ；8255芯片有A、B、C三口，其中A、B两口分别接8个数据管，对应就分为A、B两组数据管，两组数据管分开独立显示，但是表示出来的效果依然连续START: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,MY8255_MODEMOV AL,80H ；设8255方式字10000000，AB均为工作方式0，A口位输出，B口位输出OUT DX,ALMOV DX,MY8255_AMOV AL,FFHOUT DX,AL ；把初态设置为全关，即A组所有灯初态为熄灭MOV AL,

13、7FH ；7FH换成二进制就是0111 1111B，也就是表示A口初始状态是最左边一个灯亮，A组其他7个灯处于熄灭状态OUT DX,ALMOV LA,AL ；给A口赋值后保存在LA中MOV DX,MY8255_BMOV AL,FFHOUT DX,AL ；把初态设置为全关，即B组所有灯初态为熄灭 5湖北大学本科课程设计MOV AL,0FEH ；0FEH换算为二进制即为1111 1110B，这与A口初始状态刚好相反，即B组数据灯初始状态是最右边的一个灯亮，其他7个灯保持熄灭状态OUT DX,ALMOV LB,AL ；给B口赋值后保存在LB中CALL DALLYA1: MOV AL,LAROR AL

14、,1 ；对原来保存的A口初始值进行向右移位操作MOV LA,AL ；移位操作后保存MOV DX,MY8255_AOUT DX,AL ；输出显示，A组数码管右移一位灯亮MOV AL,LBROL AL,1 ；对原来保存的B口初始值进行向左移位操作MOV LB,AL ；移位后进行保存MOV DX,MY8255_BOUT DX,AL ；输出显示，B组数码管左移一位灯亮CALL DALLY ；延时控制CALL BREAKJMP A1DALLY: MOV CX,3FFH ；延时控制语句D1: MOV AX,0FFFFHD2: DEC AXJNZ D2LOOP D1RET ；延时控制是通过PC机做3FFH*

15、0FFFFH次自减操作，这个操作的持续时间就是数据管维持上一个状态的时间长度，如果这个时间太短，则肉眼无法判断数据管的亮灭，时间太长则没有跑马灯的滚动效果BREAK PROC NEAR ；调用PC监控程序，软中断，按任意键退出程序 MOV AH,06HMOV DL,0FFHINT 21HJE RETURNMOV AX,4C00HINT 21HRETURN:RETBREAK ENDPCODE ENDSEND START3编辑完成后保存为文件8255.ASM。湖北大学本科课程设计3.2 在PC端运用相关编译软件生成可执行程序在这个环节，使用编译软件TDDEBUG.EXE，通过界面提示导入编写好的程

16、序文件8255.ASM，生成8255.OBJ，最终生成可执行程序文件8255.EXE4。操作步骤如下图所示：第一步：导入ASM文件（a） （b）图3.1 导入ASM文件第二步：link，产生OBJ文件（a） （b）图3.2 生成OBJ文件第三步：产生可执行文件EXE，运行（a） （b）图3.3 生成并运行可执行文件最终编译文件列表：【注：link.exe masm.exe与tddebug.exe是原本就有的编译程序】表3.1 最终编译文件列表湖北大学本科课程设计图3.4 实验线路连接图检查线路是否存在错误，检查完毕后打开试验箱开关，运行可执行程序8255.exe，观察实验箱上的16位数据管是否按既定顺序显示。实际观察到总体效果16个数据灯从两端向中间滚动显示，实验成功。 54 心得体会在整个课程设计的过程中，觉得难度比较大的是最开始用汇编语言编写跑马灯代码，大二汇编语言学的很不好，汇编语言偏向硬件，所幸的是我们在接口课程的实验部分有一些实际操作经验，也阅读过部分8255芯片的相关代码，结合参考资料的学习，总算解决了问题。通过此次课程设计，掌握了一个课题真正实现的全部流程，对今后的学习和研究有很大的指导意义，另外通过参考书籍，学习到了许多以前课堂上没有学习到的许多知识，这是一个很好的自学机会，也了解到做好一个课程设计并不