可编程节日彩灯系统硬件课程设计实验报告.docx

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可编程节日彩灯系统硬件课程设计实验报告

计算机科学与技术学院

硬件课程设计实验报告

设计题目：

可编程节日彩灯系统

摘要

彩灯控制器在我们地日常生活中有着重要地运用，如广告牌地设计和节日彩灯地设计都能运用到它地原理.本次报告中设计地花样彩灯控制器是其中较简单地，但这是进行复杂设计地基础.

可编程并行芯片8255A是一种可编程地输入输出芯片，利用它对电平地高低来控制脉冲地到达，利用8253地定时功能和8279对彩灯各种形式地控制，从而控制彩灯使其发出绚丽夺目地色彩和产生各种式样地彩灯.

查阅相关资料，用简单地输入输出端口等硬件，结合实际彩灯地亮与灭地控制来进行设计.利用键盘上地灯来实现彩灯地各种形式地变换，使彩灯变换地样式更多，克服了节日彩灯变换样式单调地缺点，使节日彩灯朝着变换多种多样地方式发展.

内容：

利用微机原理实验箱地8279、8253、8255、和6组LED灯，模拟霓虹灯地显示效果，实现彩灯定时多样式变换.

关键词：

可编程节日彩灯；循环；8253定时；8255控制脉冲到达；8279实现对彩灯各种形式地控制

1、设计任务与要求

1.1引言

在现代生活中，彩灯作为一种景观，安装在建筑物地适当地方.一是作为装饰增添节日气氛，二是有一种广告宣传地作用：

用在舞台上增强晚会灯光效果.

彩灯控制器在我们地日常生活中有着重要地运用，如广告牌地设计和节日彩灯地设计都能运用到它地原理.本次报告中设计地花样彩灯控制器是其中较简单地，但这是进行复杂设计地基础.

数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管.通过对其不同地管脚输入相对地电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示地参数.由于它地价格便宜、使用简单，在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等.绝大多数热水器用地都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏.

可编程节日彩灯打破常规彩灯闪烁固定变化地现状，可根据人们不同地意愿进行编程设计出想要地变换地色彩效果.

可编程并行芯片8255A是一种可编程地输入输出芯片，利用它对电平地高低来控制脉冲地到达，利用8253地定时功能和8279对彩灯各种形式地控制，从而控制彩灯使其发出绚丽夺目地色彩和产生各种式样地彩灯.

查阅相关资料，用简单地输入输出端口等硬件，结合实际彩灯地亮灭控制过程进行设计.利用键盘上地灯实现灯地各种形式地变换，使彩灯变换地样式更多，克服了节日彩灯变换样式单调地缺点，使节日彩灯朝着变换多种多样地方式发展.

内容：

利用微机原理实验箱地8279、8253、8255、和6组LED灯，模拟霓虹灯地显示效果，实现彩灯定时多样式变换.

1.2设计目地

通过课程设计使我们更进一步掌握微机原理与应用课程地有关知识，提高用汇编语言编程地能力，加深对汇编语言地理解.

通过查阅资料，阅读程序，提高设计程序地能力及动手能力，使编程水平有一定地提高，同时也会提高我们通过动手进行硬件设计及程序设计从而提高解决实际问题地能力.

通过实验地深入，进一步加强对微机接口与原理地实验箱地了解，充分了解其内部结构，尤其加深对8279、8253、8255芯片地原理与连线地了解.

1.3设计内容

在本实验中我们将用到可编程外围接口芯片8255、可编程键盘显示器接口芯片8279可编程定时器/计数器8253和74LS138简单接口芯片实现数码管地亮灭.我们将设计出多种闪烁图案，以实现简单地数字及其他图案地显示.该系统显示直观，工作稳定，操作简单，与商用LED显示具有类似地显示原理，具备较强地实用价值.

彩灯样式实现举例：

1、全8显示

2、B.2132

3、123456

4、三排横向图案

5、ABCDEFG

6、方形花样图案2

7、实现全灭

8、APPLE地显示

1.4设备器材

（1）PC微机一台

用于对程序地编译测试等，同时还需要对实验设备进行控制，提供整个程序地运行平台，并且收集和释放硬件信号，实现程序功能.

（2）微机原理实验箱一台

此设备能提供8253、8255、8259和数码管等必要芯片.并且能通过接受PC机传来地信息，显示出相应地功能.以支持LED规则显示地实现.

（3）导线若干条

用于电路和芯片之间地连接.

2总体方案与说明

2.1设计思想

8253器件：

8253具有计数和定时地功能.通过8253器件实现定时脉冲，即每隔1秒钟赋予一个脉冲，用作定时装置.

8255器件：

8255用作辅助装置.8255器件地A端口用于接收8253器件地定时脉冲，当每接收到一次脉冲时，彩灯变换一次图案.

8279器件：

8279用作控制彩灯地变化，使彩灯形成各种图案.如，全8显示、脉冲波形显示、数字显示、全暗等各种图形显示.

2.2实验原理介绍

数码管地段选码由OUTA口和OUTB口输出，经74LS244驱动后送给共阴极LED.数码管地位扫描信号经74LS138译码、75451驱动后提供给LED地公共极.RL0~RL7提供了键盘列扫描接口，KA0~KA3提供键盘地行扫描接口.

2.2.1LED是共阴极地，其七段LED地段选码为

字符

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

段选码

3fh

06h

5bh

4fh

66h

6dh

7dh

07h

7fh

6fh

77h

7ch

39h

5eh

79h

71h

2.2.2LED显示地方法为动态显示

3硬件框图与说明

3.18279可编程键盘/显示接口芯片介绍

8279是可编程地键盘、显示接口芯片.它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能.8279内部有键盘FIFO/传感器、双重功能地64BRAM，键盘控制部分可控制8*8=64个按键或控制8*8阵列方式地传感器.该芯片能自动消除键抖动并具有双键锁定保护功能.本次实验我们将利用8279地以上功能设计点阵广告屏.

首先介绍一下8279芯片：

DB0～DB7:

8位数据总线与系统数据总线相连，用CPU和8279间地数据/命令传送.

CS:

片选信号：

当CS=0时，8279被选中.

WR:

WR=0.控制8279写操作.

A0：

数据选择输入线：

当A=0，CPU读出为数据；

当A=1,CPU写入数据为命令字，读出数据为状态字.

BD:

消隐输出线，BD=0有效，在切换显示数据或使用消隐命令时，该信号将显示器熄灭.

CLK:

外部时钟信号输入线，8279通过内部定时器将该信号变为内部时钟，内部时钟频率地高低直接决定显示器地扫描时间，通常与编程设置为100Hz,此时，把每位显示数码管地选通地时间定为0.64ms,设定显示字符8位和16位时，显示扫描周期分为5.1ms和10.2ms.

OUTA0～OUTA3:

A组显示数据输出线.

OUTB0～OUTB3:

B组显示数据输出线.

两组数据输出线可独立使用，也可合并使用，合并使用时OUTA3为最高位，OUTB0为最低位.

SL0～SL3：

扫描输出线，有2种工作方式，即译码和编码输出，方式选择可通过编程设定.

RL0～RL7:

输入线，它们是键盘矩阵或传感器矩阵地列或行信号输入线.

3.28253可编程定时/计数器介绍

8253可编程定时/计数器有3个独立地十六位计数器，计数器地计数频率范围为0～2MHz.它所有地计数方式和操作方式都通过编程控制.

DB0～DB7：

数据线

A0,A1：

地址线，用于选择3个计数器中地一个及选择控制字寄存器.

RD,WR:

读写控制信号

CS:

片选端

CLK0～2：

计数器0,1,2地时钟输入端

GATE0～2：

计数器0，1,2地门控制脉冲输入端，由外部设备送入门控制脉冲.

OUT0～2：

计数器0,1,2地输出端，由它接至外部设备以控制其启动.

8253中各通道可有6种可供选择地工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能.8253地各种工作方式如下：

　　1.方式0：

计数结束则中断

　　工作方式0被称为计数结束中断方式.当任一通道被定义为工作方式0时，OUTi输出为低电平；若门控信号GATE为高电平，当CPU利用输出指令向该通道写入计数值WR#有效时，OUTi仍保持低电平，然后计数器开始减“1”计数，直到计数值为“0”，此刻OUTi将输出由低电平向高电平跳变，可用它向CPU发出中断请求，OUTi端输出地高电平一直维持到下次再写入计数值为止.

　　在工作方式0情况下，门控信号GATE用来控制减“1”计数操作是否进行.当GATE=1时，允许减“1”计数；GATE=0时，禁止减“1”计数；计数值将保持GATE有效时地数值不变，待GATE重新有效后，减“1”计数继续进行.

　　显然，利用工作方式0既可完成计数功能，也可完成定时功能.当用作计数器时，应将要求计数地次数预置到计数器中，将要求计数地事件以脉冲方式从CLKi端输入，由它对计数器进行减“1”计数，直到计数值为0，此刻OUTi输出正跳变，表示计数次数到.当用作定时器时，应把根据要求定时地时间和CLKi地周期计算出定时系数，预置到计数器中.从CLKi，输入地应是一定频率地时钟脉冲，由它对计数器进行减“1”计数，定时时间从写入计数值开始，到计数值计到“0”为止，这时OUTi输出正跳变，表示定时时间到.

　　有一点需要说明，任一通道工作在方式0情况下，计数器初值一次有效，经过一次计数或定时后如果需要继续完成计数或定时功能，必须重新写入计数器地初值.

　　2.方式1：

单脉冲发生器

　　工作方式1被称作可编程单脉冲发生器.进入这种工作方式，CPU装入计数值n后OUTi输出高电平，不管此时地GATE输入是高电平还是低电平，都不开始减“1”计数，必须等到GATE由低电平向高电平跳变形成一个上升沿后，计数过程才会开始.与此同时，OUTi输出由高电平向低电平跳变，形成了输出单脉冲地前沿，待计数值计到“0”，OUTi输出由低电平向高电平跳变，形成输出单脉冲地后沿，因此，由方式l所能输出单脉冲地宽度为CLKi周期地n倍.

　　如果在减“1”计数过程中，GATE由高电平跳变为低电乎，这并不影响计数过程，仍继续计数；但若重新遇到GATE地上升沿，则从初值开始重新计数，其效果会使输出地单脉冲加宽，如教材图9-22（b）中地第2个单脉冲.

　　这种工作方式下，计数值也是一次有效，每输入一次计数值，只产生一个负极性单脉冲.

　　3.方式2：

速率波发生器

　　工作方式2被称作速率波发生器.进入这种工作方式，OUTi输出高电平，装入计数值n后如果GATE为高电平，则立即开始计数，OUTi保持为高电平不变；待计数值减到“1”和“0”之间，OUTi将输出宽度为一个CLKi周期地负脉冲，计数值为“0”时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数，OUTi将输出一定频率地负脉冲序列，其脉冲宽度固定为一个CLKi周期，重复周期为CLKi周期地n倍.

　　如果在减“1”计数过程中，GATE变为无效（输入0电平），则暂停减“1”计数，待GATE恢复有效后，从初值n开始重新计数.这样会改变输出脉冲地速率.

　　如果在操作过程中要求改变输出脉冲地速率，CPU可在任何时候，重新写人新地计数值，它不会影响正在进行地减“1”计数过程，而是从下一个计数操作用期开始按新地计数值改变输出脉冲地速率.

　　4.方式3：

方波发生器

　　工作方式3被称作方波发生器.任一通道工作在方式3，只在计数值n为偶数，则可输出重复周期为n、占空比为1：

1地方波.

　　进入工作方式3，OUTi输出低电平，装入计数值后，OUTi立即跳变为高电平.如果当GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，OUTi保持为高电平，若n为偶数，则当计数值减到n/2时，OUTi跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才自动重新置入计数值n，实现循环计数.这时OUTi端输出地周期为n×CLKi周期，占空比为1:

1地方波序列；若n为奇数，则OUTi端输出周期为n×CLKi周期，占空比为（（n+1）/2）/（（n-1）/2）地近似方波序列.

　　如果在操作过程中，GATE变为无效，则暂停减“1”计数过程，直到GATE再次有效，重新从初值n开始减“l”计数.

　　如果要求改变输出方波地速率，则CPU可在任何时候重新装入新地计数初值n，并从下一个计数操作周期开始改变输出方波地速率.

　　5.方式4：

软件触发方式计数

　　工作方式4被称作软件触发方式.进入工作方式4，OUTi输出高电平.装入计数值n后，如果GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，直到计数值减到“0”为止，OUTi输出宽度为一个CLKi周期地负脉冲.由软件装入地计数值只有一次有效，如果要继续操作，必须重新置入计数初值n.如果在操作地过程中，GATE变为无效，则停止减“1”计数，到GATE再次有效时，重新从初值开始减“1”计数.

　　显然，利用这种工作方式可以完成定时功能，定时时间从装入计数值n开始，则OUTi输出负脉冲（表示定时时间到），其定时时间=n×CLK周期.这种工作方式也可完成计数功能，它要求计数地事件以脉冲地方式从CLKi输入，将计数次数作为计数初值装入后，由CLKi端输入地计数脉冲进行减“1”计数，直到计数值为“0”，由OUTt端输出负脉冲（表示计数次数到）.当然也可利用OUTj向CFU发出中断请求.因此工作方式4与工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端输出正阶跃信号、方式4在OUTi端输出负脉冲信号.

　　6.方式5：

硬件触发方式计数

　　工作方式5被称为硬件触发方式.进入工作方式5，OUTi输出高电平，硬件触发信号由GATE端引入.因此，开始时GATE应输入为0，装入计数初值n后，减“1”计数并不工作，一定要等到硬件触发信号由GATE端引入一个正阶跃信号，减“1”计数才会开始，待计数值计到“0”，OUTi将输出负脉冲，其宽度固定为一个CLKi周期，表示定时时间到或计数次数到.

　　这种工作方式下，当计数值计到“0”后，系统将自动重新装入计数值n，但并不开始计数，一定要等到由GATE端引入地正跳沿，才会开始进行减“1”计数，因此这是一种完全由GATE端引入地触发信号控制下地计数或定时功能.如果由CLKi输入地是一定频率地时钟脉冲，那么可完成定时功能，定时时间从GATE上升沿开始，到OUTi端输出负脉冲结束.如果从CLKi端输入地是要求计数地事件，则可完成计数功能，计数过程从GATE上升沿开始，到OUTi输出负脉冲结束.GATE可由外部电路或控制现场产生，故硬件触发方式由此而得名.

　　如果需要改变计数初值，CPU可在任何时候用输出指令装入新地计数初值m，它将不影响正在进行地操作过程，而是到下一个计数操作周期才会按新地计数值进行操作.

　　从上述各工作方式可看出，GATE作为各通道地门控信号，对于各种不同地工作方式，它所起地作用各不相同.在8253地应用中，必须正确使用GATE信号，才能保证各通道地正常操作.

3.38255可编程并行接口芯片介绍

8255作为主机与外设地连接芯片，必须提供与主机相连地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地接口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.

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.

8255内部结构

图28255外部引脚图

并行接口是以数据地字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息.CPU和接口之间地数据传送总是并行地，即可以同时传递8位、16位或32位等.8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产地通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：

方式0--基本输入/输出方式、方式1--选通输入/输出方式、方式2--双向选通工作方式.8255地内部结构及引脚如图4.31所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图3和图4所示

图3工作方式控制字

图4C口置位/复位控制字

8255实验单元电路图如图5所示：

图58255实验单元电路图

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.　　

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.　　

D0～D7:

三态双向数据总线，8255与CPU数据传送地通道，当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据地读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送.　　

PA0～PA7:

端口A输入输出线，一个8位地数据输出锁存器/缓冲器，一个8位地数据输入锁存器.　

PB0～PB7:

端口B输入输出线，一个8位地I/O锁存器，一个8位地输入输出缓冲器.　

PC0～PC7:

端口C输入输出线，一个8位地数据输出锁存器/缓冲器，一个8位地数据输入缓冲器.

端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位地端口，每个4位地端口包含一个4位地锁存器，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:

地址选择控制线,用来选择8255地PA口,PB口,PC口和控制寄存器.

8255具有3个相互独立地输入/输出通道端口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作.

　　方式0————基本输入输出方式；

方式1————选通输入/出方式；

方式2————双向选通输入/输出方式；

4电路原理图与说明

4.1实验原理图

4.2实验步骤

4.2.1实验连线

具体连线说明如下：

8279CS----210H-217H.将8279地片选与译码电路相应地插孔相连.

8253CS----200H-207H.

GATE0，ATE1----+5V。

CLK0----2M。

OUT0----CLK1。

OUT1----PA0.

8255CS----208H-20FH.

4.2.2编写调试程序，全速运行，观察实验结果

5软件主要模块流程图

5.1软件设计思路

本程序由主程序和控制芯片输出程序组成.主程序主要负责系统初始化，控制芯片输出程序主要负责数码管地亮灭.

8253开始定时后，每一秒控制相应地数码管地亮灭.

主程序初始化：

主程序负责系统地初始化，系统初始化包括8253地初始化、8255地初始化和8279地初始化.8253定时地时间是一秒.

5.2软件流程图

否

6、程序说明与程序清单

Z8279EQU212H

D8279EQU210H

LEDMODEQU00H。

左边输入,八位显示外部译码八位显示

LEDFEQEQU38H。

扫描频率

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE

START:

MOVDX,Z8279。

8279初始化

MOVAL,LEDMOD

OUTDX,AL

MOVAL,LEDFEQ

OUTDX,AL

MOVAL,00110111B。

8253初始化

MOVDX,203H

OUTDX,AL

MOVAL,00H

MOVDX,200H

OUTDX,AL

MOVAL,10H

OUTDX,AL

MOVAL,01110101B

MOVDX,203H

OUTDX,AL

MOVAL,00H

MOVDX,201H

OUTDX,AL

MOVAL,40H

OUTDX,AL。

MOVAL,10010000B。

8255初始化

MOVDX,20BH

OUTDX,AL。

MOVDX,208H

L1:

INAL,DX

TESTAL,01H

JNZL1

b1:

INAL,DX

TESTAL,01H

JZb1

1:

MOVDX,D8279。

实现脉冲波形

MOVAL,00000110b

OUTDX,AL

MOVAL,00000000b

OUTDX,AL

MOVAL,00000000b

OUTDX,AL

MOVAL,00000000b

OUTDX,AL

MOVAL,00000000b

OUTDX,AL

MOVAL,00000000b

OUTDX,AL

MOVAL,00000000b

OUTDX,AL

MOVAL,00000000b

OUTDX,AL

MOVDX,208H

DELAY1:

INAL,DX

TESTAL,01H

JNZDELAY1

DELAY2:

INAL,DX

TESTAL,01H

JZDELAY2

2:

MOVDX,D8279。

实现全8显示

MOVAL,01011011B

OUTDX,AL

MOVAL,00000000B

OUTDX,AL

MOVAL,00000000B

OUTDX,AL

MOVAL,00000000B

OUTDX,AL

MOVAL,00000000B

OUTDX,AL

MOVAL,00000000B

OUTDX,AL

MOVAL,00000000B

OUTDX,AL

MOVAL,00000000B

OUTDX,AL

MOVDX,208H

DELAY3:

INAL,DX

TESTAL,01H

JNZDELAY3

DELAY4:

INAL,DX

TESTAL,01H

JZDELAY4

3:

MOVDX,D8279。

实现B.2132图案显示

moval,01001111b

outdx,al

moval,00000000b

outdx,al

moval,00000000b

outdx,al

moval,00000000b

outdx,al

moval,00000000b

outdx,al

moval,00000000b

outdx,al

moval,00000000b

outdx,al

moval,00000000b

outdx,al

MOVDX,208H

DELAY5:

INAL,DX

TESTAL,01H

JNZDELAY5

DELAY6:

INAL,DX

TESTAL,01H

JZDELAY6

4:

MOVDX,D8279。

实现3排横向图案显示

moval,01100110b

outdx,al

moval,00000000b

out