数字化测量课设报告.docx
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数字化测量课设报告
数字化测量课设报告
河北科技大学
课程设计报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
电子信息工程
学年学期：
2012—2013学年第一学期
指导教师：
2013年01月
课程设计成绩评定表
学生姓名
学号
成绩
专业班级
起止时间
2013.01.07—2013.01.11
设计题目
1.设计输入：
“KD2000型LED智能显示系统”并存储显示。
2.动画设计：
红日出东海。
指
导
教
师
评
语
指导教师：
______
年月日
1、课程设计的题目及要求.................................1
2、课程设计的任务.......................................1
3、课程设计的题目.......................................1
4、课程设计的内容及主要步骤.............................1
（一）硬件电路设计.......................................1
1系统工作原理...........................................1
2共享RAM电路的工作原理..................................2
3汉卡电路工作原理........................................3
4地址分配..............................................3
5显示控制电路的工作原理...................................5
6键盘.................................................5
（二）系统的熟悉使用.....................................5
（三）程序设计与调试....................................10
五、心得体会.............................................14
一课程设计的目的及要求
在掌握LED智能显示系统工作原理的基础上，能根据小组必做题目和自选题目，熟练的编写并调试各种程序，完成课题设计任务，提高学生的独立设计水平和实际动手能力，培养学生的创新精神。
二课程设计的任务
1.熟悉KD2000型LED智能显示系统。
2.掌握系统的硬件电路及软件编程特点。
3.根据本组设计题目和本人承担的具体设计任务，并通过指导教师的验收。
4.自拟选作题目，完成设计、调试工作，并通过指导教师的验收。
5.总结提高，按期完成课程设计报告。
三课程设计题目
（一）全班必做题目
1.熟悉系统，输入：
“KD2000型LED智能显示系统”并存储显示。
2.汇编、输入、运行示例程序，了解系统硬件电路及软件编程特点。
（二）小组必做题目
第四组：
动画设计（例如红日出东海、小孩跑步、小猴爬竿以及导弹打飞机等）
（三）小组选做题目
自定：
（例如动画显示、断点程序、显示程序、查询程序等）
要求：
可以协商，内容错开，不许重复，单独完成。
四课程设计的内容及主要步骤
（1）硬件电路设计
1系统工作原理
系统框图如图1所示。
主要包括四部分：
主控制电路（主CPU、汉卡等），显示控制电路（辅CPU等），列驱动显示电路，开关电源。
（1）主控制电路基本工作原理
主控制电路首先从遥控器或键盘接收数据和指令，然后根据显示内容和显示指令的要求在软件控制下完成下述工作：
如果要显示汉字，就从扩展卡27020中提取汉字点阵信息，然后存放在共享RAM6264中。
如果要显示的是8×8点阵的ASCII码或数字，以及16×8点阵的控制字符，就从程序存储器27256的高端提取有关的点阵信息，然后存放于共享RAM中。
最后，主CPU通过地址切换电路①与②及时序控制电路，与辅CPU以应答方式进行联络，对共享RAM进行分时操作，完成显示。
图1系统框图
由专用的日历时钟芯片MC146818，可产生年、月、日、时、分、秒、星期共7个时标信号。
我们可通过软件来获得和修改这些时标，并使之在屏幕上显示出来。
（2）扫描板基本工作原理
首先由辅CPU将欲显示的数据由串行口送出，然后经并行／串行转换芯片CD4094转换成并行数据，输出的数据经过MC1413驱动产生列信号；由P1口输出的行数据经CD4515译码生成行信号，再经达林顿管BD682产生行驱动信号。
最后输出行、列选通信号，点亮某一行。
如此循环往复，完成扫描过程。
2共享RAM电路的工作原理
为了大大减轻主CPU的负担，合理地分配资源，以及便于实现显示电路的高速扫描，该系统设计成双CPU结构，共享一片RAM。
电路如图2所示。
共享RAM电路主要是通过六片74LS245来完成的，74LS245是三态八总线双向收发器。
其中
是控制端，低电平时有效，允许传输；高电平时禁止。
DIR是方向控制端，为低电平时数据由B传到A，呈高电平时，数据由A传到B。
由原理图可以看到：
IC1～IC3的
端不仅接主CPU的T0端，还接74LS74的Q端。
IC4～IC6的
端不仅接显示CPU的INT0端，还接74LS74的
端；这样当主CPU控制公共RAM时，Q端为低，IC1～IC3开启，IC4～IC6关闭。
主CPU对RAM可进行读写操作，而辅CPU则不能。
当主CPU放弃对共享RAM的操作时，通过GAL对74LS74置位，因而
变低，Q变高。
封锁IC1～IC3，从而辅CPU取得控制权，对共享RAM进行操作；当辅CPU放弃对共享RAM的操作时，通过74LS00发出清零信号，使得74LS74的Q端输出低电平，当主CPU检测到T0为低时，可恢复对共享RAM的控制权。
这样就通过数据、地址切换的反复动作，完成了对共享RAM的分时操作。
图2共享RAM电路
3汉卡电路工作原理
汉卡电路工作原理图见图3。
在扩展电路中，用了373、374、27020和6264各一片。
373和374的区别是：
373为八D锁存器，当控制端G为低电平时锁存；374则是八D触发器，在系统时钟下降沿时可以对数据锁存。
本系统所用的字库芯片是27020，它是256Kbit的CMOS超大规模集成电路只读存储器，共有18根地址线，而8031只有16根地址线。
为读取27020内的数据，使用一片374，利用其下降沿锁存的特点来对27020进行分页处理，因为374的时钟端接片选信号CS1，而CS1平时为高电平，有效时为低电平，所以其有效的过程对374来说相当于是一个下降沿，当向4000H单元送数（即片选信号CS1有效）时，由GAL地址分配所决定的写入4000H单元中的数据的高5位，同时被锁入374中，形成27020的页面地址。
因而从27020中读数时只需加片选信号CS2即可。
需要指出，6264和27020的
端选通信号不同，前者接PSEN信号，后者接读信号。
因此把27020作为一个数据存储器，而把6264当作一个程序存储器，充当本系统的仿真RAM。
这样可避免27020和6264的地址发生冲突。
4地址分配
地址分配实际上是由GAL来完成的。
它是一种电擦写、可反复编程、随时修改并且能加密的可编程逻辑器件（PLD）。
它既不同于PAL，也不同于EPROM。
目前常用的有GAL16V8和GAL20V8。
它们具有以下特点：
（1）由于GAL采用的是一种高速的电可擦写（E2CMOS）工艺制造，因而比TTL构造的PAL功耗低，速度快；
（2）GAL有8个逻辑宏单元（OLMC），使输出任意变化，又很强的带负载能力，驱动电流可达24mA；（3）采用高速编程算法，按行进行编程，整个芯片的写入可在1秒钟内完成。
此外，还采取了加密措施。
图3汉卡电路
各芯片的地址分配详见附表。
附表
名称
IC型号
片选信号
地址
备注
程序存储器
27256
＝A15＝0
0000H－7FFFH
数据存储器
62256
＝
＝0
8000H－FFFFH
共享RAM
6264
＝A15+A14+A13＝0
0000H－1FFFH
主CPU读RAM
＝
+PSEN
8000H－9FFFH
辅CPU读RAM
辅CPU
2764
＝A15＝0
0000H－1FFFH
数据存储器
6264
A15＝1，A14＝0
8000H－9FFFH
汉卡ROM
27020
CS2＝A15+A14+
+RD
2000H－3FFFH
仿真RAM
6264
＝
+A14+A13+PSEN
8000H－9FFFH
读操作
＝
+A14+
+WR
2000H－3FFFH
写操作
对于主CPU，其程序存储器27256的片选信号为
＝A15，仅当A15＝0时选通，其地址分配为0000H～7FFFH。
数据存储器62256采用A15做片选信号，
＝
，仅当A15＝1时选通，其地址分配为8000H～FFFFH。
对于公共RAM6264而言，当CPU取得控制权时用A15＋A14＋A13做片选信号，其地址分配为0000H～1FFFH。
对于辅CPU，其程序存储器2764的片选信号为
＝A15，仅当A15＝0时选通，其地址分配为0000H～1FFFH，数据存储器6264采用A15和A14做片选信号，仅当A15＝1且A14＝0时选通，其地址分配为8000H～9FFFH。
对于共享RAM的选通比较复杂，它取决于数据传输转换器IC9的允许端
，而
＝（
）＝PSEN＋
所以仅当辅CPU的PSEN为低，且A15为高时，选通共享RAM，这表明共享RAM对辅CPU而言，相当于是一个程序存储器，其地址分配为8000H～9FFFH。
汉卡上的27020先由CS1选通页面地址，再由片选信号CS2决定页内地址。
而CS2＝A15＋A14＋
＋RD，因而其地址分配为2000H到3FFFH。
6264在读、写操作时，地址分配是不同的。
当进行读操作时，用CS2做片选信号，而CS2＝
＋A14＋A13＋PSEN，因而地址分配为8000H～9FFFH。
进行写操作时，CS2＝A15＋A14＋
＋WR，因而地址分配为2000H～3FFFH。
5显示控制电路的工作原理
电路如图4所示。
显示控制电路主要完成扫描显示功能。
它采用逐行扫描、列驱动方式。
其主控制器为CPU2，简称辅CPU。
当主CPU接收到从遥控器或者从键盘传来的数据和指令后，就将显示内容从汉卡的汉字库中取出并转化成点阵信息，存放在共享RAM中。
主CPU根据显示指令，对共享RAM中的数据进行操作。
操作完毕后，即向辅CPU发出应答信号。
辅CPU接到应答信号后，就从共享RAM中取出显示数据，从串行口输出的数据经级联的八位串入／并出移位寄存器CD4094，转换成并行数据，再经过七达林顿驱动器MC1413获得列驱动信号。
行码则由P1口输出，经4线／16线译码器CD4515译码后，产生16路行输出信号。
通过达林顿功率管BD682，获得列驱动信号。
行信号送至显示行驱动端，经显示后消隐，然后输出下一行数据并显示下一行内容。
6键盘
键盘布置如图5所示，共有30个键。
其中，9个双功能键被定义为：
在BAS状态下为上挡键，在PRG状态下为下挡键。
数字键（0~F）。
0区表示前128个ASCII码；1区表示后128个ASCII码。
HOM／连续：
光标移到文件头／连续执行程序。
END／单步：
光标移到文件尾／单步执行程序。
ASC／调出：
当前输入状态切换为ASCII码输入／将程序从备份RAM调到仿真 RAM中。
汉字／存入：
将
当前输入状态切换为汉字输入／将程序从仿真 RAM中存储到备份RAM。
PUP／XRA：
向上翻页／检查或修改外部数据存储器。
PDN／MEM：
向下翻页／检查或修改程序存储器内容。
DEL／REG：
删除／检查或修改寄存器的内容。
HLP／SCR：
提示帮助信息／用户屏幕。
ESC：
退出。
INS／回车：
输入状态（插入和替换）的切换／回车。
↑：
向上移动光标。
↓：
向下移动光标。
图5键盘布置图
（二）系统的熟悉使用
程序流程图如图6所示。
上电后，屏上出现主菜单光标在B上闪烁，按↑、↓键移动光标，可选择不同的菜单项。
图6程序流程图
BASPRG
SETOTH
例如：
当光标在S上闪烁时，按回车键便会进入系统设置（SET）菜单项。
1．BAS功能
进入BAS功能后，屏上出现BAS菜单：
RUNNEW
EDIESC
光标在R上闪动，用↑、↓键移动光标，按回车键进入该菜单功能。
此部分包括四个功能：
运行BAS文件（RUN）、清除BAS文件（NEW）、编辑BAS文件（EDI）和退出BAS功能（ESC）。
在内存可存储16个BAS文件，文件号分别为0～F，BAS文件就是将要显示的文件，并以一定的格式存储起来。
在文件中，除了包含要显示的字符和汉字，还有一些控制信息（包括控制码和控制参数），它们动态的存储在内存中的A000H～CFFFH共12K的空间内。
当系统掉电后，改由备用电源供电，所以存储在内存中的文件不会丢失。
（1）清除（新建）BAS文件（NEW）
当光标在NEW上闪烁时，按回车键进入该功能，屏幕上提示：
文件号×。
该功能用来清除在内存中已有的文件。
假如内存中已有16个文件，如果要建立第17个文件，则需将原来文件中的某一个覆盖。
键入文件号，或键入回车使用缺省文件号。
屏上提示：
文件的所有数据要丢失！
屏上提示：
确信？
按回车键确认，按其他键退出。
另外，0号文件保留给系统使用，不能清除。
如清除0号文件，屏上会
提示：
0号文件为系统使用，不能清除。
（2）编辑BAS文件（EDI）
该功能用来编辑BAS文件。
当光标在EDI上闪烁时，键入回车键进入该功能。
屏上提示：
文件号×
键入文件号或回车使用缺省文件号。
此时分两种情况：
1如果是旧文件
屏上提示：
空间××××
ZI
然后进入编辑屏幕，此文件中的第一字显示在屏上。
0001I
如：
热
0440H
其中（如右图）12345678
161514131211109
1、2、3、4区为当前编辑汉字位置，它表明将来显示此汉字时所在的位置，亦即光标。
5区为插入开关状态I—插入开，否则覆盖
6区表示当前的ASCII码区0－0区
1－1区
7、8、9、10区用来显示调出的汉字或字符。
11区表示输入状态：
C控制码
H汉字
A字符
12区未用。
13、14、15、16区表示输入代码区。
即可进入编辑。
②如果是新文件
屏上提示：
新文件
屏上提示：
空间××××
ZI
然后进入如下初始化屏幕0001IO
end^H
即可接着编辑。
在编辑时各键的功能如下:
0～F键：
数字键，用来输入数据。
在输入汉字是用来输入汉字的区位码（如4040代表第40区、第40位的汉字，即“热”字）。
在输入字符时，用来输入十六进制的ASCII码，（如ASCII码值为41H的字符“A”）
↑、↓键：
用来寻找前一个或后一个汉字
HELP键：
按此键，在屏幕上出现有关编辑时的一些帮助信息。
DEL键：
如果已经开始输入，此键用来删除错误的数字，否则删除当前的汉字或字符。
ESC键：
用来退出编辑。
按此键后
屏上提示：
确信：
回车确认。
如果修改文件，就在
屏上提示：
存储吗？
回车确认。
然后
屏上提示：
正在存储
存储完毕后退回BAS菜单。
INS：
是INS和回车键的组合，此键用来进行插入开、关的转换（INS）。
或进行确认（回车）
0区、1区：
用来进行0区、1区的转换。
为0区时输入前128个（第1页）ASCII码字符；1区时输入后128个（第2页）ASCII码字符。
PUP、PDN：
PUP向上翻页。
PDN向下翻页。
ASC／汉字：
用来改变输入状态：
按下ASC键，屏幕上出现“A”，接收十六进制ASCII码；
按下汉字键，屏幕上出现“H”，接收汉字区位码。
HOM、END：
HOM键到文件头，END键到文件尾。
BAS文件使用仿WPS式文件格式。
可以在字符或汉字前边加上控制字符和参数，以达到预期效果，系统给出了以下几个控制字符以及它们所需带的参数（有待扩充）：
控制码所需参数功能举例
①②③
80H移动光标把光标移动到参数要8002代表光标到
求处第二个汉字
81H显示时间在当前光标处固定显示8102固定显示汉字2秒
82H出屏方式显示时间清屏方式以参数要求的出屏方82000103以
式，显示时间及清屏方式正常方式出屏显示
固定显示1秒，然后，逐行清屏
83H出屏方式移动速度清屏方式以参数要求的出屏方82020104以
式，移动速度及清屏跳字方式出屏每次移
方式移动显示动一点后，逐列清屏
出屏方式清屏方式
参数方式参数方式
00正常出屏00正常清屏
01逐字出屏01从左向右逐字清屏
02跳字出屏02从右向左逐字清屏
03逐行出屏03逐行清屏
04逐列出屏04逐列清屏
05旋转出屏……
06外扩出屏……
…………
…………
例如：
要输入0号文件如下：
我是中国人，我爱中国
若要求用移动方式来显示，逐行出屏，逐列清屏，每次移动一点；
则在输入文件过程中键入的内容如下：
|83030104|46504239544829504043|0312|4650161454482590|
第一部分是控制码和参数，按ASC键后键入，第二部分是“我是中国人”的汉字区位码，第三部分是逗号的区位码，第四部分是“我爱中国”的汉字区位码。
后三部分是用汉字状态输入。
（3）运行BAS文件（RUN）：
此功能用来运行已存储的BAS文件。
当光标在RUN上闪烁时，键入回车，进入RUN功能。
屏上提示：
文件号
键入文件号或键入回车，使用缺省值后，如果文件不存在
屏上提示：
文件不存在！
返回菜单，否则
屏上提示：
请输入运行次数
键入运行次数（0～F）（其中0代表无数次，1～F代表1～15次）后便开始运行。
运行指定次数后，返回BAS菜单，如运行中可按复位键退出。
（4）退出BAS功能（ESC）
此功能用来从BAS菜单返回主菜单。
2．PRG功能
在系统中有8K的仿真RAM，同学们可在RAM中运行自己的程序。
此功能主要是帮助同学们输入程序、运行程序和调试程序。
进入PRG功能后，系统进入仿真调试状态，此时它的作用就相当于功能齐全的51单片机开发系统。
屏上提示：
P.
此时数字键的功能不变，其他键的第二功能起作用，分别为：
↑：
上一单元
↓：
下一单元
USE：
用户屏幕，按此键可观察输出
REG：
用直接寻址方式，检查内部RAM的和寄存器的内容。
例如键入E0后，按REG即可查看、修改累加器A的内容。
回车：
返回监控，即P.状态
BRK：
设置断点，用断点运行方式执行程序。
EXE：
全速执行程序
XRA：
外部数据存储器检查修改处理
MEM：
程序存储器检查、修改键
STP：
单步执行程序
SAV：
将程序存入具有掉电保护功能的RAM中
LOD：
从掉电保护RAM中读出程序。
要注意：
仿真RAM的地址为8000H～9FFFH。
其他单元只能读出，不能修改。
即同学们自编的程序首地址都应在8000H～9FFFH之间。
例如：
在8000H开始的程序单元中存入10H，20H操作如下
P.
键入80008000
键入MEM800000
键入10800010
按键↓800100
键入20800120
键入回车P.
因此，此功能可以象开发系统一样，输入汇编目标程序及一些数据。
用ESC退出EDI功能返回PRG菜单。
例如在仿真RAM中有了51程序，便可运行它。
按EXE键
进入RUN后
屏上提示：
首地址
键入首地址，程序控制由系统内部转移到仿真RAM中，从首地址开始执行用户程序。
用户的程序一定要正确，而且要求在程序的最后加一条LJMPRETURN指令，以便于让控制转回到系统内部。
例如从8000H开始，以输入目标程序，在输入首地址8000后，系统便从8000H开始执行程序。
存储输入的目标程序，可按SAV键。
进入此功能后
屏上提示：
文件1／0？
用1键和0键选择1号或0号文件（系统只能存储两个PRG文件，代号为0或1。
例如键入0）
屏上提示：
首地址（即要存储文件的首地址例如键入8200）
屏上提示：
字节数（即要存储多少字节例如键入10）
屏上提示：
确信存入（回车确认，此例即为把从8200H开始的16个单元的内容存储到0号文件）
调出以存储的目标程序，可按LOD键，进入此功能后，
屏上提示：
文件1／0？
键入1或0（如键0）
屏上提示：
首地址（如键入8300）
屏上提示：
字节数（如输入20）
屏上提示：
确信调出（回车确认即把0号文件从内存中调到仿真RAM8300H开始的32个单元中）
对于其它各调试键的用法，同学们可在使用中自己摸索。
主菜单选择SET进入SET菜单TIMDAT
WEENUM
SET功能包括设置时间（TIM）设置日期（DAT）设置星期（WEE）设置机号（NUM）
（1）设置时间（TIM）
选择TIM进入设置时间功能，屏幕如右图Timeis
01：
时，02：
分，03：
秒。
01∶02∶03
如需要设定时间的话，用任意键激活光标，用P↑、P↓左右移动光标，选择时、分、
秒，用↑、↓键进行加1，减1修正，直到设定正确的时间，用回车键退出修改，用ESC
键退出TIM功能。
（2）设置日期（DAT）
选择DAT进入设置时间功能，屏幕如右图Datais
01：
年，02：
月，03：
日。
01：
02：
03
设置方法同TIM功能（略）。
（3）设置日期（WEE）
选择WEE进入设置时间功能，屏幕如右图Todayis
用↑↓键修改用ESC退出monday
（4）设置机号（NUM）
此功能用来设定本机的机址，一便将来与系统机通信时，系统机能区别对待。
在本
显示屏中，本机地址已由硬件装置，此功能只是显示机号而已。
按ESC退出。
4．OTH功能
主菜单选择OTH后，进入OTH菜单COMTEX
DEMRST
包括四个功能：
通信（COM）自检（TEX）演示（DEM）复位（RST）
（1）通信（COM）
此功能是进行系统基于本显示系统的通信。
目前主要用来由本系统机向显示系统传递汇编后的目标文件。
系统机执行COM.EXE后出现画面及提示输入机号，此时一定要保证显示系统已经进入COM功能，方可输入所联系的机号并加以确认。
否则会通信失败。
当连接正确后，系统机会提示输入目标文件，输入即可。
在整个过程中，不需要人为干预，传递过程中的有关信息会显示出来，这里不再赘述。
（2）自检（TEX）
进入此功能后系统会进行自
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