微機原理課程設計---按鍵控制發(fā)光二極管

1、<p>　　計算機科學與技術(shù)學院</p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　2011— 2012學年第 1 學期</p><p>　　課程名稱 微型計算機原理與接口技術(shù) </p><p>　　設計題目 按鍵控制發(fā)光二極管的設計 </p><p&

2、gt;　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　2011 年 09

3、 月 08 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、概述1</b></p><p>　　二、設計的目的和要求1</p><p><b>　　2.1設計目的1</b></p><p><b&g

4、t;　　2.2設計要求1</b></p><p>　　三、部分硬件和軟件介紹1</p><p>　　3.1發(fā)光二極管簡介1</p><p>　　3.2 protel簡介2</p><p>　　3.3 8255簡介3</p><p>　　四、按鍵控制發(fā)光二極管的原理分析4</p>&

5、lt;p>　　4.1 按鍵工作原理分析4</p><p>　　4.2 按鍵防抖動4</p><p>　　五、實現(xiàn)按鍵控制發(fā)光二極管電路設計5</p><p>　　5.1按鍵控制的設計5</p><p>　　5.2 防抖動電路的設計6</p><p>　　5.3 實現(xiàn)按鍵控制發(fā)光二極管程序設計7<

6、;/p><p>　　六、設計總結(jié)和體會8</p><p><b>　　6.1總結(jié)8</b></p><p><b>　　6.2 體會8</b></p><p><b>　　七、參考文獻8</b></p><p><b>　　附錄9<

7、/b></p><p>　　按鍵控制發(fā)光二極管設計</p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用 彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。發(fā)光二極管由于其價格低廉，節(jié)能

8、，故而更適合作為裝飾。目前市場上大多數(shù)應用硬件電路來控制二極管亮滅，通過不同的發(fā)光顏色，排列順序來實現(xiàn)美觀。所以按鍵控制發(fā)光二極管的應用范圍很廣。</p><p>　　二、設計的目的和要求</p><p><b>　　2.1設計目的</b></p><p>　　設計一個用按鍵控制發(fā)光二極管點亮熄滅的硬件系統(tǒng)。</p><p&

9、gt;<b>　　2.2設計要求</b></p><p>　　按鍵要求能夠?qū)崿F(xiàn)對二極管的點亮與熄滅的控制，用S1～S4組成的鍵盤分別控制4個發(fā)光二極管的點亮，S5按鍵來熄滅各二極管。按鍵具有防抖動功能，例如：S1點亮1號燈，按S5可以將其熄滅。S2點亮2號燈，按S5可以將其熄滅。</p><p>　　三、部分硬件和軟件介紹</p><p>　　

10、3.1發(fā)光二極管簡介</p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。</p><p>　　它是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二

11、極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。</p><p>　　a.物理特性 發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應按電源正極。有的發(fā)光二極管的兩

12、根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。 白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管可顯示0～9十個數(shù)

13、目字。</p><p>　　b.發(fā)光原理 它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。P

14、N結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。</p><p>　　c.分類 發(fā)光二極管還可分為普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光 發(fā)光二極管。二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制

15、型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管和負阻發(fā)光二極管等。</p><p>　　3.2 protel簡介</p><p>　　Protel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯(lián)網(wǎng)設計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作，可以設計32

16、個信號層，16個電源--地層和16個機加工層。</p><p>　　a.Protel99 SE的系統(tǒng)組成　　按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se主要包含以下倆大部分和6個功能模塊。</p><p><b>　　電路工程設計部分</b></p><p>　　電路原理設計部分（Advanced Schematic 99）</p>

17、<p>　　印刷電路板設計系統(tǒng)（Advanced PCB 99）</p><p>　　自動布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）</p><p>　　電路仿真與PLD部分</p><p>　　電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）</p><p>　　可編程邏輯設計系統(tǒng)（Advanced PLD 99）</

18、p><p>　　高級信號完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）</p><p>　　b.Protel99 SE的功能特性</p><p>　　開放式集成化的設計管理體系，超強功能的、修改與編輯功能，強大的設計自動化功能</p><p>　　3.3 8255簡介 </p><p>　　8255是Inte

19、l公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個8位并行I/O口。具有3個通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。8255可作為單片機與多種外設連接時的中間接口電路。</p><p>　　8255作為主機與外設的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯

20、控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個部分：與CPU連接部分、與外設連接部分、控制部分。</p><p><b>　　8255特性</b></p><p>　　(1)一個并行輸入/輸出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作為CPU總線與外圍的接口。</p><p>　　(2)具有24個可編程設置的I/O口,即3組8位的I/O口為PA口,PB口和

21、PC口.它們又可分為兩組12位的I/O口,A組包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B組包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A組可設置為基本的I/O口,閃控(STROBE)的I/O閃控式,雙向I/O3種模式;B組只能設置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式,而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定。</p><p>　　圖3.1 8255A的引腳圖</p><p>　　四、按鍵

22、控制發(fā)光二極管的原理分析</p><p>　　4.1 按鍵工作原理分析 </p><p>　　鍵盤是最常見的計算機輸入設備，它廣泛應用于微型計算機和各種終端設備上。計算機操作者通過鍵盤向計算機輸入各種指令、數(shù)據(jù)，指揮計算機的工作。計算機的運行情況輸出到顯示器，操作者可以很方便地利用鍵盤和顯示器與計算機對話，對程序進行修改、編輯，控制和觀察計算機的運行。</p><p&

23、gt;　　按鍵控制發(fā)光二極管的按鍵較少，故而使用獨立式鍵盤。鍵盤工作時使用鍵盤掃描程序，來判斷是否有按鍵動作，是否有閉合鍵鍵碼，計算并保存閉合鍵鍵碼，判斷閉合鍵是否釋放，恢復閉合鍵鍵碼。</p><p><b>　　4.2 按鍵防抖動</b></p><p>　　機械開關(guān)在電器電路中因結(jié)構(gòu)簡單、使用方便而得到廣泛地應用，但機械開關(guān)在使用過程中因本身機械結(jié)構(gòu)的特點會產(chǎn)生

24、誤操作，甚至帶來嚴重的后果。一個機械開關(guān)，當開關(guān)閉合時，由于金屬的塑性作用，兩個觸點之將發(fā)生彈性抖動。因此，電路無法在瞬間達到預期的穩(wěn)定狀態(tài)，而是隨著抖動產(chǎn)生多個相應的干擾脈沖。。這種干擾信號對系統(tǒng)危害極大。例如在微機系統(tǒng)里的手動復位電路中，甚至可能使整個機器無法正常工作。</p><p><b>　　4.1 按鍵電路圖</b></p><p>　　為了消除抖動造成的

25、影響，必須在機械開關(guān)處設計配置一個防抖動電路。所以在設計按鍵對發(fā)光二極管的控制必須實現(xiàn)按鍵的防抖動的功能，防抖動分為硬件防抖動法和軟件防抖動法兩種方法，由于本系統(tǒng)的按鍵較少所以采用硬件防抖動法來實現(xiàn)按鍵的防抖動功能。這種電路需要首先具有實現(xiàn)按鍵本身的開關(guān)作用，電路開和關(guān)的狀態(tài)要準確穩(wěn)定的保存下來，然后是防抖動，即確保電路的狀態(tài)不受干擾脈沖的影響。也就是說該電路需要有記憶功能。</p><p><b>　

26、　4.2 按鍵抖動圖</b></p><p>　　五、實現(xiàn)按鍵控制發(fā)光二極管電路設計</p><p>　　5.1按鍵控制的設計</p><p>　　本系統(tǒng)使用8255作為出口，連接四個發(fā)光二極管。按鍵時首先檢索對應按鍵的二極管是否亮著，如果是就不做反應，否則保存點亮信息并點亮。按S5時，如果檢測到有點亮信息則熄滅二極管，若無則不做反應。系統(tǒng)主體電路圖如圖

27、5.1所示：</p><p>　　5.1 系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　5.2 防抖動電路的設計</p><p>　　圖5.2示是一個簡單的開關(guān)防抖動電路。當開關(guān)位置在VCC處，電路輸出高電平，當開關(guān)剛離開該位置做移動的時候，輸出仍保持高電平，故輸入仍在高電平上。一旦開關(guān)移動到接地的瞬間，門的輸出瞬間短路，然而短路僅維持幾十毫秒，門的輸出從高電平跳到低電平。此后

28、，如開關(guān)觸電抖動離開地時，輸出因輸入是低電平而保持在原有的低電平上。這種用同相緩沖器構(gòu)成的防抖動電路比一般的R—S觸發(fā)器組成的防抖動電路簡單，而且省掉了麻煩的外接電阻。</p><p>　　5.2 防抖動電路圖</p><p>　　5.3 實現(xiàn)按鍵控制發(fā)光二極管程序設計</p><p>　　在此系統(tǒng)中，按鍵時，系統(tǒng)會調(diào)用程序掃描隊對應的按鍵信息，然后采取點亮或者熄

29、滅的操作。按下鍵相應的二極管會發(fā)光，按S5則可以熄滅已發(fā)光的二極管。</p><p>　　軟件的流程圖如圖5.3所示：</p><p><b>　　5.3 流程圖</b></p><p><b>　　六、設計總結(jié)和體會</b></p><p><b>　　6.1總結(jié)</b>&l

30、t;/p><p>　　通過對按鍵控制發(fā)光二極管的設計，從電路設計，編碼，到程序的調(diào)試，在整個的設計過程中學到了很多，加深了對8255的認識，了解了按鍵抖動及其預防措施，學習了protle99 se。由于是第一次進行微機原理課程設計，在設計的過程中由于考慮不全或者知識面的狹窄，導致了在設計的過程中出現(xiàn)了一些不足，不過系統(tǒng)實現(xiàn)了所要求的基本功能。</p><p><b>　　6.2 體會

31、</b></p><p>　　兩周的課程設計結(jié)束了，這其中有成功的喜悅，也不乏有為取得那份成功而付出的汗水與艱辛。正所謂有失必有得，這兩周來，為了微機原理課程設計付出了很多，由于之前的相關(guān)課程學習有所欠缺，很多東西沒有接觸過，所以完成這次課程設計有一定的困難，不過現(xiàn)在看來，這兩周的課程設計收獲不菲，當最終完成了課程設計的時候，一切當初看來沒有任何頭緒，困難重重的問題都不復存在。在此次課程設計的過程中遇

32、到了很多問題，但是通過查閱資料，請教老師同學，解決了相關(guān)的問題。這使我更能認識到遇到困難坎坷時，只有堅持，想一切辦法去解決才能夠保持向前。我感覺這是這次實習任務中最大的收獲。我會將這樣的體會與經(jīng)驗應用到以后的生活學習和工作中。</p><p>　　最后感謝xx老師一學期來的課程講授和在課程設計過程中的輔導，感謝同學們的幫助！</p><p><b>　　七、參考文獻</b&

33、gt;</p><p>　　[1] 李長青，微型計算機原理與接口技術(shù).江蘇：中國礦業(yè)大學出版社，2007.</p><p>　　[2] 彭介華，電子技術(shù)課程設計指導.北京：高等教育出版社，2000.</p><p>　　[3] 潘新民，微型計算機控制技術(shù).北京：人民郵電出版社，1999.</p><p>　　[4] 鄭學堅，微型計算機

34、原理及應用實驗指導.北京：清華大學出版社，2000</p><p>　　[5] 趙榮昌，微型計算機原理與應用學習指導.北京：清華大學出版社，2009</p><p>　　[6] 吳寧，微型計算機原理與接口技術(shù)題解及實驗指導.北京：清華大學出版社，2007</p><p><b>　　附錄 </b></p><p>　　程

35、序清單和必要的注釋</p><p>　　LD X000 S1鍵</p><p>　　OR Y000 </p><p><b>　　ANI Y004</b></p><p>　　OUT Y000 D1 輸出</p><p>　　LD X001 S2鍵</

36、p><p><b>　　OR Y001</b></p><p><b>　　ANI Y004</b></p><p>　　OUT Y001 D2 輸出</p><p>　　LD X002 S3鍵</p><p><b>　　OR Y002&l

37、t;/b></p><p><b>　　ANI Y004</b></p><p>　　OUT Y002 D3 輸出</p><p>　　LD X002 S4鍵</p><p><b>　　OR Y003</b></p><p><b>

38、　　ANI Y004</b></p><p>　　OUT Y003 D4 輸出 </p><p>　　LD X004 S5鍵</p><p>　　OUT Y004 </p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　按鍵信息掃

39、描程序：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　START: MOV SP,#60H</p><p>　　MOV DPTR,#0FF20H</p><p>　　MOV A,#03H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p

40、><p>　　MOV 70H,#00</p><p>　　MOV DPTR ,#0FF2BH</p><p>　　MOV A,#80H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　KEY1: LCALL KS1 ；調(diào)用判斷有無鍵閉合子程序</p><p>&

41、lt;b>　　JNZ LK1</b></p><p>　　N1: LCALL DIR ；調(diào)用顯示子程序</p><p><b>　　LJMP KEY1</b></p><p>　　LK1: LCALL DIR </p><p><b>　　LC

42、ALL DIR</b></p><p><b>　　LCALL KS1</b></p><p><b>　　JNZ LK2</b></p><p><b>　　LCALL DIR</b></p><p><b>　　LJMP KEY1</b>&

43、lt;/p><p>　　LK2: MOV R2,#0FEH ；列掃描碼送R2</p><p>　　MOV R4,#0 ；R4時列計數(shù)單元</p><p>　　LK4: MOV DPTR,#0FF21H ；列掃描碼送PA口</p><p><b>　　MOV A,R2</b&

44、gt;</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p>　　MOVX A,@DPTR </p><p>　　JB ACC.0,LONE

45、 </p><p>　　MOV A,#0 </p><p><b>　　LJMP LKP</b></p><p>　　LONE: JB ACC.1,LTWO </p><p>　　MOV A,#08H </p><p

46、><b>　　LJMP LKP</b></p><p>　　LTWO: JB ACC.2,LTHR </p><p>　　MOV A,#10H </p><p><b>　　LJMP LKP</b></p><p>　　LTHR: JB ACC

47、.3,LFOR</p><p>　　MOV A,#18H</p><p><b>　　LJMP LKP</b></p><p>　　LFOR: JB ACC.4,AMM</p><p>　　MOV 70H,#19H</p><p><b>　　LJMP KEY1</b>&

48、lt;/p><p>　　LKP: ADD A,R4 </p><p><b>　　MOV 70H,A</b></p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p>　　AMM: LJMP NEXT </p><

49、p>　　LK3: LCALL DIR ；判斷鍵釋放否</p><p><b>　　LCALL KS1</b></p><p><b>　　JNZ LK3</b></p><p><b>　　POP ACC</b></p><p>　　CJN

50、E A,#09H ,NX1 ；鍵值不等，跳轉(zhuǎn)下一鍵值，</p><p>　　MOV A,#0FEH 若相等則向下執(zhí)行，控制燈的亮滅，</p><p>　　MOV DPTR,#0FF28H </p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><

51、;b>　　LJMP KEY1</b></p><p>　　NEXT: INC R4 ；列掃描計數(shù)器加1</p><p>　　MOV A, R2 </p><p>　　JNB ACC.7,KND ；掃到則轉(zhuǎn)移</p><

52、;p>　　RL A ；列掃描碼左移一位</p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p><b>　　LJMP LK4</b></p><p>　　KND: LJMP KEY1</p><p>　　KS1:

53、MOV DPTR,#0FF21H</p><p>　　MOV A,#0 ；全0送PA口</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p><b>　　INC DPTR</b></p&g

54、t;<p>　　MOVX A, @DPTR ；讀鍵入狀態(tài)</p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　ANL A,#1FH ；屏蔽高位</p><p><b>　　RET</b></p><

55、p>　　DIR: MOV R0, #70H</p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　MOV 30H,A</b></p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p&

56、gt;<p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　MOV 31H,A</b></p><p>　　MOV R0, #30H</p><p>　　MOV R3, #01H</p><p>　　DO

57、1: MOV A,R3</p><p>　　MOV DPTR,#0FF21H</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>　　ADD A,#

58、0DH</p><p>　　MOVC A,@A+PC</p><p>　　DIR1: MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　LCALL DL1</b></p><p><b>　　MOV A, R3</b></p><p><b>　　RL A&

59、lt;/b></p><p>　　JB ACC.2,LD1</p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　LJMP DO1</b></p><p>　　LD1:

60、 RET</p><p>　　DSEH: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H 賦值語句</p><p>　　DB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,086H,08EH,0FFH,0C0H</p><p>　　DL1: MOV R7,#2</p><