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1、合肥学院计算机科学与技术系微机原理与接口技术课程设计报告20082009学年第1学期课程 微机原理与接口技术课程设计名称学生姓名王兴寰学号0604032049专业班级计算机科学与技术系06网络工程2 班指导教师龙夏2009 年 1 月一、题义分析与解决方案1. 题义需求分析本课题需要设计一个应用接口芯片作为四个七段 LED 数码管输出口，编一个程序，使用四个LED数码管循环快速闪烁数字（显示0100）,15秒后停滞，此号 码即为随机中奖号码。根据课题的设计要求，作如下的分析：抽奖器需要显示抽奖数字，初始值为 000，可以控制抽奖开始，抽奖开始后要不 停的显示随机数直到15秒后停滞。根据以上分析
2、可知，我们需要解决以下几个问题： 随机数怎么样产生？ 怎么样存储产生的随机数？ 使用什么样的接口电路来实现？ 如何显示随机数？2. 解决问题方法与思路根据以上的题义需求分析，现在对上述四个问题进行逐一解决。下面我们可 用列表比较的方法来选择器件，具体器件的名称和特点如表1 - 1 所示。由表1-1 可以得到以下分析结果：随机数通过软件的方法来实现。1 秒设置问题用软件实现：因为成本低，而 且是验证型实验，无需精确。接口电路采用 8255 芯片：因为在抽奖器设计时， 距离很近，而且要求数据各位同时传送，这些都符合8255 可编程并行接口的特 点。显示问题选用LED：因为OLED效果佳，但价格高，
3、LCD不稳定，容易出现闪 烁问题，驱动器选择74LS244:因为本课程设计只需单向传送，74LS245显得浪 费。综上所述，本课程设计需要一块8086CPU, 片8255A可编程并行接口芯 片，七段LED显示器，74LS244驱动器。表 1-1 器件对比表器件对比18253计数器当到一秒时，产生一个负脉冲，定时准确，成本高软件实现在程序中用一初始值近似代替1秒时间，成本低28255A芯片8255芯片是可编程的并行接口，数据的各位冋时进行传送，速 度快，但传输距离不远，不需要附加外部电路便可和大多数并行 传输数据的外部设备直接相连。8251A芯片8251芯片是可编程的串行接口，数据一位一位地顺序
4、传送，电路 简单，只需一对传输线就可实现双向通信，速度慢，只能在固定 方式下工作，不灵活。3L E D光效率咼，品质咼，能耗小，寿命长，可靠耐用，应用灵活，回 应时间短。L C D稳定性不是很好，容易出现闪烁，接触不良问题。O L E D单个兀素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看 不误，利用LED技术，更薄，更亮，更清晰。474LS244单向传送，一般用于总线电平匹配，提供比较大的输出电流74LS245具备选通输入输出的功能，双向传送。1） 硬件部分8255A工作于方式0将PC 口作为输入端，将PB 口和PA 口作为输出端，PB 口用来输出位选码， PA 口用来输出段选码。
5、显示器初始状态显示为 000。2）软件部分通过观察和实际检测可以知道程序的每条指令的硬件时间执行时时非常快 的，每秒8086可以执行8万次以上的操作。所以我们可以如下设置随即函数： 开始抽奖时显示 000，随机数产生函数中产生的数字从 0开始，第一个数时 0， 第二个数便在第一个数基础上加一，如循环往复执行，到 100时再从一开始重新 进行加一运算。 这样我们可以保证在一秒的时间内随机数可以从 0变化到 100 已满足随机抽奖器的需要。二、硬件设计1. 8255芯片1）8255A在本设计中的作用从PC 口输入开关量，从PA 口和PB 口进行输出显示。2）8255A的功能分析下面主要介绍方式0的
6、工作特点，8255A工作方式0又称为基本输入/输出 （同步传送）方式，该方式下可将三个数据端口划分为四个独立的部分，A 口和 B 口作为两个8位端口，C 口高四位和低四位可用作两个4位端口。方式0使用 在无条件传送和查询式传送两种场合。无条件传送一般用于简单的外部设备，例 如：键盘、开关量的输入，状态指示灯等等，此时不使用联络信号。而查询传送时，A 口和B 口作为数据的输出，C 口的若干位作为联络信号。其具体功能如表 2-1所示，8255A的方式控制字表如图2-1所示。表 2-1 8255A 的端口录址及操作功能表A1A0RDWRCS端口号及其功能00010端口 A数据总线输入操作（读）010
7、10端口 B数据总线10010端口 C数据总线00100数据总线一端口 A输出操作01100数据总线一端口 B10100数据总线一端口 C（写）11100数据总线一控制字寄存器xxxx1未选中8255A,数据总线一三态断开功能11010非法状态xx110数据总线一三态3） 8255部分技术参数分析8255A 的技术参数表如表 2-3 所示表 2-3 8255A 技术参数表参数名称符号测试条件规范值取大最小输入低电平电压VIL0.8v-0.5v输入高电平电压VIHVcc2.0v输入低电平电压数据总线VOLI =2.5mAOL0.45v输入低电平电压 外部端口VOLI =1.7mAOL0.45v输
8、入高电平电压数据总线VOHI =400p AOH12.4v输入高电平电压外部端口VOHI =-200p AOH12.4v达林顿驱动电流IDARREXT=750VEXT=1.5v4.0mA1.0mA电源电流ICC120mA输入负载电流IILI=V 0vCC+10mA-10mA输出浮动电流IOFLV =V 0vOUTCco+10mA-10mA8255A工作最大电流为120MA,VCC为-5V+5V, I(DAR)工作电流最大为4.0mA, 最小为 1.0mA。2. 选择器件LED1) LED在本设计中的作用LED发光二级管在本设计中作为终端输出显示器，显示时间的分秒。2) LED功能分析1. 物理
9、构造：LED发光二级管，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成， 其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。其示意图如图2-2所示，真值表 如表2-4所示。图 2-1 LED 发光管示意图2. 工作原理：当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流 子的扩散运动大于漂移运动，致使 P 区的空穴注入到 N 区， N 区的电子注 入到 P 区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的 能量大部分以光的形式出现。3. 将七个发光管进行组合，排列成数字图形 8，再根据需要控制七个管的亮 与灭，即可显示出定义数字。表 2-4 LED 发光二极管的真值表数字DPgfedcba二进制
10、编码(字形)0001111113FH10000001103H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FHA0111011177HB011111007CHC0011100169HD010111105EHE0111100179HF0111000171H3) LED技术参数分析LED发光二极管的压降一般为1.5-2.0V，其工作电流一般取10-20Ma,发 光二极管可应用于直流驱动电路、交流驱动电路和脉冲驱动电路。由于8255A的最大驱动电流为4.0mA
11、，而LED的工作电流一般为10-20mA, 所以需要加一个驱动器 74LS244。3. 驱动器74LS2441) 芯片在本设计中的作用主要用于驱动 LED 显示器，从而显示出数字。2) 74LS244的功能分析74LS244的主要功能就是实现驱动，8255A的驱动电流远远小于LED的驱动 电流。3) 74LS244的技术参数分析74LS244的技术参数表如表2-5所示：表 2-5 74LS244 的技术参数表最小典型最大单位电源电压VCC4.7555.25V高电平输出电流IOH-1.5mA低电平输出电流I0L24MA工作环境温度070oC由于74LS244的驱动电流为24mA,满足题义要求，可
12、以使计时数字从LED 发光二极管上显示出来。4. 选择芯片4逻辑开关1）开关在本次设计中的作用 本设计中开关主要起到复位和控制的作用。2）功能分析二进制逻辑开关主要是用来输入信息的，当开关拨上时为 1，拨下时为 03）技术参数当 K 接 VCC=+5V 时为 1，接地时输出为 0。5. 硬件总逻辑图及其说明图 2-2 硬件总逻辑图说明：PC机的AD0AD7经数据总线与8255A的D0D7相连，地址线Al、A0与 8255的AO、A1相连，即偶地址有效。控制总线RD、WR、RESET分别与8255 相应的控制信号线连接。片选信号CSO与8255的CS信号连接，则8255的端 口地址为04A004
13、A6。8255的PA 口用于存放位选码，使用的是高四位，分别 连接到四个七段LED显示器上。使用的是共阴极接；PB 口用于存放段选码， 八位全部连接到八个二极管上；PC 口用作信号输入。三、控制程序设计l. 控制程序设计思路说明本课程设计用到了三片LED显示芯片，分别显示随机数的百分位、十分位、 个位。为节省硬件，所以采用动态扫描显示方式，每次只使一位LED显示器公共 端的电平有效，因而每次只有一位LED显示器发光。但由于人眼的视觉暂留的效 应，只要间隔的时间足够短，则依次从右向左显示时就感觉是3位LED是同时点 亮一样。用8255的PA 口接LED显示器的公共端作位选择，用PB 口接LED的各 片的发光二极管作段选择的控制，用PC 口接二进制开关作初始值的控制输入和 复位。在本程序中用了一个延时子程序来完成这个功能的。在LED显示器上显示 的数字是从09共十个字符，将其相应的转换代码存入一个缓冲区中，
