LED微机原理课程设计

1、微机原理课程设计实验报告 学 院：信息科学与工程学院专业班级：自动化0808班学 号：姓 名：指导老师：目 录第 1 章 课程设计的目的和基本要求31.1 课程设计目的31.2 课程设计内容及要求31.2.1 课程设计内容31.2.2 基本要求3第2 章 课程设计题目42.1 课题简介42.2 设计要求42.3 实验设备4第 3 章 设计思想和实施方案论述53.1 整体设计思路53.2模块功能分解113.2.1键盘与数码管113.2.2 点阵 LED 显示汉字模块13课程设计中遇到的问题及解决方法14收获与体会15附录：汇编源代码17附录：C程序源代码51附录：参考文献57第 1 章 课程设计

2、的目的和基本要求1.1 课程设计目的微机应用系统设计与综合实验（实践）课程设计是自动化专业本科生必修的一门技术基础课。通过本课程设计，让学生对微机系统有一个较全面的理解，对典型数字接口电路的应用技术有一个较深入的掌握，并对应用系统进行硬件原理和软件编程进行分析、设计和调试，达到基本掌握简单微型计算机应用系统软硬件的设计方法，提高项目开发能力的目的。要求同学独立完成课题，写出课程设计说明书，画出电路原理图，说明工作原理，画出电路印制板图， 编写设计程序及程序流程图。希望同学们认真阅读课程设计任务书，认真查阅资料，完成好上机调试，圆满完成本次课程设计。 1.2 课程设计内容及要求1.2.1 课程设

3、计内容本次课程设计设置 A、B 两组题型。每个人可在 A 组中任选 3 题，或从 B 组中任选一题 作为自己课程设计任务，经指导教师登记确认后方可设计（题目确认后，一般不得变更）。1.2.2 基本要求 针对课题设计的题目广泛查阅资料，综合所学的知识，细心独立的完成 学生应注重培养自己独立思考，综合分析问题解决问题能力很调试程序的能力。 学生应积极参加讨论报告会，主动参与讨论发言。 按时完成课程设计，按规定要求写出课程设计报告第2 章 课程设计题目2.1 课题简介B 组的第 11 题：点阵 LED 功能设计2.2 设计要求（1）、编程语言为汇编语言和 C 语言；（2）、硬件电路基于 80x86

4、微机接口电路；（3）、程序功能要求：小键盘给定、数码管显示、控制并显示“待机”，“欢迎你进入系统！”，“再 见”（延时 10 秒）；（4）、具备本地及远程（串行方式）功能。2.3 实验设备硬件要求：PC 微机一台，TD-PIT 实验系统一套（见图 1）； 所用芯片：8255A，基本输入输出单元，88 点阵 LED，数码管，小键盘，导线； 软件要求：TD-PIT 编程软件； 第 3 章 设计思想和实施方案论述 3.1 整体设计思路硬件模块图如下：图表 1：系统硬件模块图下面介绍设计思路：程序设计采用文档/视图结构，主程序只负责显示数据以以及接受键盘的输入，所有的相关操作全部在中断中完成，如汉字的

5、切换，在每个定时中断中更换显示的存储区内容即可，这种程序结构使得思路非常的清晰，非常有利于拓展。系统的初始化流程如下：图表 2：系统主程序图在主程序中不断的扫描8x8点阵和数码管、以及4x4键盘，这是一个死循环，除非程序退出，否则一直执行。扫描函数的流程是图如下：图表 3：键盘扫描流程图由于本系统只用到了4 个功能按键，因此不需要扫描行，只扫描列即可。显示函数流程如下：图表 4：点阵显示流程图 图表 5：数码管扫描函数流程图8254定时器从系统总线PCLK分出10S的计数中断，在程序的初始化代码中设置8254的分频比，以及工作方式即可，然后编写中断处理代码，在每个中断处理代码中更换显示的内容编

6、码，这样子中断退出后，显示的内容就会立刻改变。中断处理函数如下：图表 6：中断处理流程由于在Windows环境下不支持中断，如本实验在DOS环境下运行，对中断调用前，需要进行中断的初始化，初始化代码如下：图表 7：中断初始化流程 3.2模块功能分解3.2.1键盘与数码管1) 矩阵式键盘的结构及原理矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图8所示。 图表 8：4x4键盘结构由图可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接

7、到5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。2）数码管与小键盘图7 数码管与小键盘显示单元结构图 八段数码管如图9所示。当数码管被选中后，对其相应的代码段施加高电平，数码管便产生相应的图形。例如在数码管被选中后，对端A、B、C、D、E、F、G、DP分别置1（高电平）、1、1、1、1、1、0（低电平）、0，则数码管就会显

8、示0的字形，因此0的数码管代码为11111100B。相应地可以求出其他数字的数码管代码。图表 9：数码管结构如图10，数码管的选通受小键盘的控制，当小键盘的列选通时，即施加低电平，则该列所对应的数码管也被选通。图表 10小键盘结构图 3.2.2 点阵 LED 显示汉字模块 88 点阵 LED 相当于 88 个发光管组成的阵列，其中每一行共用一个阳极（行控制），每 一列共用一个阴极（列控制）。行控制和列控制满足正确的电平就可使相应行列的发光管点亮。 实验平台上点阵 LED 的管脚及相应的行、列控制位如图 5 所示所示。图表 11：点阵 LED 示意图 LED 一般采用扫描式显示，实际运用分为三种

9、方式：（1）点扫描；（2）行扫描；（3）列扫描。1664=1024Hz，周期小于 1ms 即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于 168=128Hz，周期小于 7.8ms 即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8 颗 LED）时需 外加驱动电路提高电流，否则 LED 亮度会不足。 课程设计中遇到的问题及解决方法1) 由于本实验使用了中断功能，必须在DOS环境下编译，执行，因此必须掌握DOS环境下的TDDEBUG软件的使用，而且所有的操作全部使用键盘，必须熟练。2) 实验中需要使用到延时功能，参考前面学长的方法，使用了软件延时处理，不过分析发现这种方法的效果很不理想，因为CPU在处

10、理软件延时的时候无法进行处理，因此LED点阵以及数码管的显示效果很不理想。3) 在由于系统需要同时对8X8点阵和数码管进行扫描，而对数码管扫描的时候必须进行一定的延时，在此期间8x8点阵得不到足够的扫描频率，在实验中发现显示效果有点闪动。解决方法：分开对数码管进行扫描，由于扫描一个数码管后需要延时，因此我们用扫描点阵的函数来代替软件延时，这样子又达到延时效果，又没有浪费CPU的处理时间。4) 由于在按键的时候需要几次的确认，而且必须等待按键的弹出，实验中我们发现在按下键盘的时候LED不能正常显示。解决方法：在等待的期间，我们不是单纯的等待，而且利用这段时间进行扫描，这样的显示效果就会很好。5)

11、 本次设计是一个完整的系统，由于汇编的可读性很差，因此良好的编程习惯十分的重要。在实验中经常出错的时候应该注意这个问题，优质的代码对于查错十分重要。 收获与体会大学是培养学生综合能力的一个重要阶段，这就要求我们，不仅掌握理论知识，还要紧密 联系实际，培养学生解决实际问题的能力。而目前我们大多都是停留在书本理论知识上，对书 本上的理论知识已经基本掌握，但严重缺乏动手能力和解决实际问题的能力，因此课程设计就 是为我们提供了这样一个让我们锻炼动手能力和动脑能力的平台，让我们去体会理论和实际之 间的差距，也让我更深的理解了人们常说的一句话实践是检验真理的唯一标准。的确，以 前仅仅是听别人说过这句话，自

12、己的缺没有足够的切身体会，在我们上课期间，学院相应于微 机原理与接口技术这门课程也为我们提供了 8 次的上机实验机会，但是那 8 次实验，我几乎 一个也没弄太明白，一直都是懵懵懂懂，尤其是对硬件的接口实验的地址问题，在这次课程设 计中对于接口寻址问题有了更多更深的体会，同时也感觉到自己对于汇编语言的理解更深了一 层，对于以前一直搞不懂的寄存器和段寄存器的之间的关系，也越来越清晰了，而对于 16 个 8 位通用寄存器的使用更加得心应手，所以说这次设计对我来说，真的是一种锻炼。在设计期间，我也曾遇到很多的问题，尤其是刚刚开始做设计的时候，直觉得有一座大山 白字自己眼前，不知道从哪里着手，后来从网上

13、找到了赵振德教授的用图解法学习点阵静态 显示汉字和移动显示汉字的论文，顿时让我找到了设计的思路，但是知道真正去操作的时候 才发现我所想和硬件所实现的根本不是一回事，因为我设计的点阵 LED 是从右向左移动的，这 样从一个字符扫描到另外一个字符画面就要扫描 9 帧字符，但是要使我们人的肉眼能看到字的 显示和移动，就涉及到“视觉暂留”效应的实现，而视觉暂留效应是基于两帧字符之间的合适 的延时来实现的，所以，最初的一周基本都是在调两帧字符之间的延时，而第二周，因为感觉 到时间紧迫，所以我就每天基本都泡在实验室里，在想该如何实现小键盘和显示字符的程序相 连接起来，虽然自己也明白利用子程序调用的原理，但

14、是不知道该把那个调用指令放在哪个位 置将会更加合适，所以想了将近两天，和不断的调试，总算是能够实现调用了，然后我又在原 来的基础上增加了一个功能，就是在进入点阵 LED 显示系统之前，先调用一个点阵 LED 行列 扫描程序，以检验点阵是否正常工作，如果不正常可以按“Y”键退出，然背后可以另选一台实 验设备，至于 C 语言编程，还好没有耗费我太多的时间，花了将近一天的时间，就经 C 语言的 编程调试成功和实现了，完成的那一刻，真的而很兴奋，两周的努力终于没有白费！所以说，有些事情，只有亲身经历过，才能感受其中的困难和因为自己解决了一些问题二 获得的快乐，那种感受是别人无法体会得到的。还有就是这次

15、设计让我深切感受到了从课本以 外的世界独立接受新知识，独立面对新问题的能力，还有这次设计还提高了我独立思考的能力 和自我努力去创新的能力。除此之外，我还从心理抗压能力上也有所提升，在面对新挑战新问 题时，我们要积极的迎接它，不气馁，学会自我鼓励，相信自己，那么你最终就能战胜它！但 是有时候遇到很难解决的问题不要闭门造车，可以和同学们交流交流，有时候就会让你灵感突 发，你的进展就会有质的飞跃！总之，这次设计让我收获颇丰，非常感谢所有给予我帮助的老师和同学们！ 附录：汇编源代码;MCU Design;AUTHOR:DRAGEN;DATE:12/27/23:00;FUNTION:TO DISPLAY

16、 A CHAR IN THE 8X8 LED，AND USE THE 4X4 KEYPAD TO CONTROL THE DISPLAY OF THE 8X8 LED.;*CHECK ON THE PC* IOY0 EQU 0E400H ;片选IOY0对应的端口始地址 BASE IN OUT CSA. IOY1 EQU 0E440H ;片选IOY1对应的端口始地址 BASE IN OUT CSB. IOY2 EQU 0E480H ;片选IOY2对应的端口始地址 8254 IOY3 EQU 0E4C0H ;片选IOY3对应的端口始地址 8255;* INT CONTROLLER INFO SPE

17、CIFIED* INTR_IVADD EQU 01CCH ;INTR对应的中断矢量地址 INTR_OCW1 EQU 0A1H ;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址 INTR_OCW2 EQU 0A0H ;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址 INTR_IM EQU 0F7H ;INTR对应的中断屏蔽字 PCI_INTCSR EQU 0EC38H ;PCI卡中断控制寄存器地址 ;*TIMER:8245* MY8254_COUNT0 EQU IOY2+00H*4 ;8254计数器0端口地址 MY8254_COUNT1 EQU IOY2+01H*4 ;8254计数器1端口地址 MY

18、8254_COUNT2 EQU IOY2+02H*4 ;8254计数器2端口地址 MY8254_MODE EQU IOY2+03H*4 ;8254控制寄存器端口地址 ;*8255 * MY8255_A EQU IOY3+00H*4 ;8255的A口地址 MY8255_B EQU IOY3+01H*4 ;8255的B口地址 MY8255_C EQU IOY3+02H*4 ;8255的C口地址 MY8255_MODE EQU IOY3+03H*4 ;8255的控制寄存器地址;* MYIO_A EQU IOY0+00H*4 ;基本输入输出单元A组端口地址 MYIO_B EQU IOY1+00H*4

19、;基本输入输出单元B组端口地址;*;#DATA# DATA1 SEGMENT;THIS IS THE BUFF FOR THE DISPLAY FUNTION,DO NOT MODOFY IT. ; DISPLAY_BUFF DB 00H,00H,3eH,41H,41H,41H,3eH,00H ; DB 00H,00H,00H,00H,21H,7fH,01H,00H;THE CHAR CODE CHAR_0 DB 00H,00H,3EH,41H,41H,41H,3EH,00H ;0 CHAR_1 DB 00H,00H,00H,00H,21H,7FH,01H,00H ;1 CHAR_2 DB 0

20、0H,00H,27H,45H,45H,45H,39H,00H ;2 CHAR_3 DB 00H,00H,22H,49H,49H,49H,36H,00H ;3 CHAR_4 DB 00H,00H,0CH,14H,24H,7FH,04H,00H ;4 CHAR_5 DB 00H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H ;5 CHAR_6 DB 00H,00H,3EH,49H,49H,49H,26H,00H ;6 CHAR_7 DB 00H,00H,40H,40H,40H,4FH,70H,00H ;7 CHAR_8 DB 00H,00H,36H,49H,49H,49H,36H,00H

21、 ;8 CHAR_9 DB 00H,00H,32H,49H,49H,49H,3EH,00H ;9; CHAR_WAIT DB 0CH,0FEH,2FH,1EH,0CH,01H,0FFH,06H ;待 CHAR_WAIT2 DB 80H,0FEH,02H,7EH,86H,0FFH,0AH,10H ;机 CHAR_WELCOME DB 80H,46H,22H,1EH,43H,0ACH,14H,2CH ;欢 CHAR_WELCOME2 DB 80H,0BEH,92H,0FFH,92H,0BCH,0FFH,42H ;迎 CHAR_WELCOME3 DB 16H,0AH,0FEH,4BH,12H,25H

22、,0FEH,04H ;你 CHAR_WELCOME4 DB 88H,8AH,0FFH,0BFH,0CAH,88H,0FFH,42H ;进 CHAR_WELCOME5 DB 40H,20H,10H,08H,12H,21H,40H,80H ;入 CHAR_WELCOME6 DB 40H,28H,1DH,0FDH,5FH,2CH,40H,00H ;系 CHAR_WELCOME7 DB 0D0H,8AH,0FEH,3FH,4EH,0DFH,5EH,94H ;统 CHAR_BYE DB 00H,10H,0FFH,5BH,1FH,1BH,0FFH,10H ;再 CHAR_BYE2 DB 0C0H,80H,

23、9FH,0F1H,39H,5FH,80H,80H ;见 CHAR_INDEX DB 0 ;INDEX OF CURRENT STRING;* CS_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口段地址的变量 IP_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址的变量 IM_BAK DB ? ;保存INTR原中断屏蔽字的变量;*;*16550* ;THIS IS THE BUFF FOR THE COMMAD TO TANSFER AUTHOR_MSG DB 0AH,0DH,WELCOME TO THE SYSTEM! DB 0AH,0DH,AUTHOR:DRAGEN,LISA.

24、 DB 0AH,0DH,TIME:2011-1-5$ KEY0_MSG DB 0AH,0DH,YOU HAVE PRESS KEY 0.$ KEY1_MSG DB 0AH,0DH,YOU HAVE PRESS KEY 1.$ KEY2_MSG DB 0AH,0DH,YOU HAVE PRESS KEY 2.$ KEY3_MSG DB 0AH,0DH,YOU HAVE PRESS KEY 3.$ WAIT_MSG DB 0AH,0DH, WAIT.$ WELCOME_MSG DB 0AH,0DH, WELCME TO THE SYSTEM!$ BYE_MSG DB 0AH,0DH, GOODBY

25、E !$ CUR_TIME_MSG DB NOW SHOW THE CURRENT TIME : ,0AH,0DH,$ MEB_BUFF DB (?) CHAR_BUF DB (?) COUNTER DB 30H;*LED BUFFER* LED_BUFF DB 00H,01H,02H,03H;键值表，0F对应的7段数码管的段位值 LED_TABLE DB 40H,079H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,DB 00H,18H,7CH,7CH,39H,5EH,79H,71H BASE DW KEY0,KEY1,KEY2,KEY3 KEY_VALUE DB 10H;*;*;*;*

26、 DATA1 ENDS;# ;# STACK# STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?) STACK1 ENDS ;#;#CODE# CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA1,SS:STACK1 START: MOV AX,DATA1 MOV DS,AX MOV AX,STACK1 MOV SS,AX ;1.SET THE INT CONTROLLER CLI CALL PCINT_SET ;OK ;CALL MY8259INT_SET STI ;2.START THE TIMER. CALL MY8254_INIT ;OK ;3.i

27、nit THE IO CALL MY8255_INIT ;4.DRAW THE VIEW LEA BP,CHAR_6 ;5.SHOW MSG LEA DX,AUTHOR_MSG CALL SHOW_MSG ; CALL GET_TIME LOOPM: CALL VIEW CALL KEYSCAN MOV AH,1H ;判断是否有按键按下 INT 16H JZ LOOPM ;无按键则跳回继续循环，有则退出 ;RESTORE THE INT CONTROLLER QUIT: CLI CALL PCINT_RESTORE MOV AX,4C00H ;返回到DOS INT 21H ;* ;#FUNTI

28、ON#;*INT ISP* ;INTRUPPT DEALER FUNION;YOU SHOULD FULLFIL THE FUNTION TO IMPLEMETNS THE WANTED FUNTION MYISR PROC NEAR ;中断处理程序MYISR CLI ;SAVE PUSH AX PUSH DX PUSH SI;/ IR0ISR: MOV AL, ;IR0处理，显示字符串STR0 MOV AH,0EH INT 10H MOV AL,CHAR_INDEX CMP AL,0H JE INDEX_0 CMP AL,1H JE INDEX_1 JMP INDEX_2 ;1.JUMP T

29、O THE NEXT CHAR ;TEMP,YOU SHOULD DELETE IT AFTER THE 8259 CONNECTED TO THE IC ;BX HAS BEEN BROKEN! INDEX_0:ADD BP,2H LEA SI,CHAR_4 CMP BP,SI JG RESTORE0 ;GRATER JMP EOI RESTORE0: LEA BP,CHAR_0 JMP EOI INDEX_1:ADD BP,2H LEA SI,CHAR_8 CMP BP,SI JG RESTORE1 ;GRATER JMP EOI RESTORE1: LEA BP,CHAR_4 JMP E

30、OI INDEX_2:ADD BP,2H LEA SI,CHAR_9 CMP BP,SI JG RESTORE2 ;GRATER JMP EOI RESTORE2: LEA BP,CHAR_7 ;2.SHOW THE CURRENT TIME ; CALL GET_TIME ;3. ;/ EOI: MOV DX,PCI_INTCSR SUB DX,19H IN AL,DX MOV DX,PCI_INTCSR ;清PCI卡中断控制寄存器标志位 ADD DX,2H MOV AX,003FH OUT DX,AX MOV DX,INTR_OCW2 ;向PC机内部8259发送中断结束命令 MOV AL,

31、20H OUT DX,AL MOV AL,20H OUT 20H,AL ;RESTORE ; POP BP POP SI POP DX POP AX STI ;OPEN THE INT IRET MYISR ENDP;* ;# DISPLAY FUNTION# ;*ALL VIEW FUNTION* VIEW PROC NEAR ;CONTROL ALL THE VIEW ;SAVE PUSH AX ;以缓冲区存放的键值为键值表偏移找到键值并显示 PUSH BX PUSH CX PUSH DX PUSH SI ;MAIN MOV CX,4H MOV BX,0H ALL_VIEW: ;1.SEL

32、ECT ONE 7 LED PUSH CX MOV CX,BX MOV AX,1H ROL AL,CL NOT AL MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL POP CX ;2.WRITE THE DATA TO THE 7LED PUSH BX ;2.1SERACH THE TABLE MOVSI,BX LEA BX, LED_TABLE MOV AL,LED_BUFFSI XLAT LED_TABLE ;2.2WRITE THE DATA. MOV DX,MY8255_B NOT AL OUT DX,AL POP BX ;3. INC BX ;4.DELAY :USE THE

33、SHOW FUNTION TO COMPLEMENTS. ;! CALL LATTICE_SHOW ;5. LOOP ALL_VIEW VIEW_EXIT: POP SI POP DX POP CX POP BX POP AX RET VIEW ENDP;*ALL VIEW END*;*GET TIME *;GET THE SYSTEM TIME,AND WRITE IT TO THE LED_BUFF;INPUT:NO;OUTPUT:LED_BUFF;MINUTE:SECONDS;!THE DISPALY IS IN HEX! GET_TIME PROC NEAR ;SAVE PUSH AX PUSH CX PUSH DX ;MAIN MOV AH,0H INT 1AH ;CH:CL=HOUR:MIN ;DH:DL=SEC:SEC/100 ;TRANS IT TO DECIMAL ; CALL DEC2HEX ;GET HIGHER 4 BITS OF MIN PUSH CX MOV AX,CX AND AL,0F0H MOV CL,4 SHR AL,4 MOV LED_BUFF0,AL POP CX ;GET THE LOW 4 BITS OF MIN MOV AX,CX AND AL,0FH MOV LED_BU