微机原理与接口技术!开放性实验建设
--- 点阵LED显示器显示汉字!实验
周杰英,?陈曼娜,?王?涛,?林?毅,?郭钊杰
(中山大学信息壳学与技术学院电子与通信工程系,广东广州510275)
摘?要:在 TPC?H通用微机接口实验系统!的基础上,利用其J7端子的通用插座开发外接实验电路板,设计出 点阵LED显示器显示汉字!实验电路。该实验电路可在面包板上实现,实验者可根据实验原理和要求,从实验电路着手,进行面包板上的电路连接、安装,上机编程调试等操作,有助于实验者深刻理解实验原理与电路,提高动手能力。
关键词:微机原理与接口技术;点阵LED显示器;TPC?H实验箱;J7端子
1?引?言
微型计算机的发展十分迅速,无论是工作速度,还是存储容量,都成千倍地提高,而价格又急剧下降。在信息社会,微机成了人们不可缺少的工具。 微机原理与接口技术!成为大学电子类专业一门非常重要的必修课程。
微机系统原理与接口技术是一门应用性、实践性很强的课程,学习不能只停留在课本上,而应该动手操作,更直观地学习微机工作原理,并学会对一些常见的微机接口进行设计和调试。 微机原理与接口技术!开放性实验建设的目的也正在于此。
目前微机原理与接口实验室使用 TPC?H通用微机接口实验系统!供学生上机实验操作,在该系统上,学生可以完成 微机接口实验!教学大纲中要求的各种实验。实验系统不仅让一些经典的微机接口实验更加方便,而且具有很强的开发能力和灵活性,可以让学生动手设计实验,发挥学生创造能力。
为了让学生得到更好锻炼,利用 TPC?H通用微机接口实验系统!实验箱上J7口的接线端子外接电路板,在电路板上开发出 点阵LED显示器显示汉字!实验,学生可根据实验原理和要求,从实验电路着手,进行面包板上的电路连接、安装,上机编程调试等操作,有助于实验者深刻理解实验原理与电路,提高动手能力。
2?TPC?H通用微机接口实验系统J7端子
TPC?H通用微机接口实验系统!上设有7个接线端子,标号为J1?J7。J7端子是一个20芯通用插座,可用于外接用户开发的实验板,我们开发的 点阵LED显示器显示汉字!实验电路就是从这个接线端子引出的。J7端子的各引脚顺序如表1所示,各引脚功能为:
VCC、GND:电源线(+5V)和地线;
D0?D7:8位数据线;CS:片选信号,当CPU选中地址2B0H?2B7H时,CS将变低,以选中外接板;
A0?A1:2位地址线,可以提供4个地址;IOR、IOW:外设读、写信号,低电平有效;IRQ:中断请求信号,高电平有效;CLK:时钟脉冲信号;RES:RESET信号。
3?点阵LED显示电路
设计的点阵发光二极管显示电路上共有四片LED显示器,通过软件编程,每片都可以单独工作,也可以多片同时显示。不管是单片还是多片显示,都必
须采用动态显示的方法显示信息。电路上主要采用的器件有:点阵LED显示器、74HC138译码器(用于地址译码)、74HC273触发器(用于锁存行、列的数据)及一些门电路等。在实验过程中,学生可以以显示汉字为例,学习如何利用点阵LED显示器显示各种符号,从中掌握微机系统I/O地址译码、并行接口等工作原理,以及LED的动态显示技术的实现方法等。
3.1?电路使用器件
3.1.1?点阵LED显示器
点阵LED显示器是由很多的LED纵横排列成一个显示矩阵,当点阵中某些LED被点亮的时候,就能显示出相应的信息,如文字、图形等。
本实验板上使用的是4片共阳极8#8点阵LED显示器(型号为JX?1088BH),组成一个16#16的点阵LED显示器,用来实现一个16#16汉字的显示。??
JX?1088BH的点阵结构图如图1所示。该器件有16条引脚,其中8条为行线,8条为列线。为使某一个LED发光,只需将其对应的行线加高电平,列线加低电平即可。
3.1.2?74HC138译码器
74HC138是一个3?8译码器,可以对3位二进制数进行译码,被选中的输出端将输出低电平,否则输出高电平。本实验将使用它来对两位地址线进行译码。74HC138的引脚图如图2所示。其真值表如表2所示,其中H表示高电平,L表示低电平,#表示任意输入,G2=G2A+G2B。由于G2是低电平有效,故常用它来做片选信号,实验中它将被接至J7端子的CS引脚上。另外,在该电路中,由于J7地址线只有两根,故输入端只使用A、B引脚,对应的输出只用Y0?Y3引脚,引脚输出为低电平时被选中。
74HC273内部包含8个D触发器,它们使用公共的时钟脉冲及异步清零信号,触发方式为边沿触发。其引脚图如图3所示。其中VCC、GND:电源线(+5V)和地线;
MR:MasterReset信号,当其为低电平时输出被清零;
CP:时钟脉冲信号,上升沿触发;D0?D7:输入信号;
Q0?Q7:输出信号。
74HC273真值表如表3所示,其中H表示高电平,L表示低电平,#表示任意输入,表示上升沿触发。
3.2?电路工作原理及电路图
3.2.1?单片点阵LED显示器的显示电路
由于点阵LED显示器有8位行信号和8位列信号,故需要两片74HC273锁存器分别加以锁存,并需要占用两个地址空间。其地址分配如图4所示,当A1A0=00时,D7?D0为列信号,当A1A0=01时为行信号。
工作时,可以让点阵LED显示器分8行逐行显示,也可以逐列显示。以前者为例,先向行地址输出数据80H,这时只有第一行为高电平,被选中,再向列地址输出相应的数据(注意因为点阵LED是共阳极,故列信号为低电平时对应的LED被点亮),就可以显示第一行。同样的,逐次向行地址输出40H,20H,?,01H,选中相应的行,并显示各行信息,如此循环显示八个行,注意在显示两个行之间加入适当的延时(约1ms),以确保LED被充分点亮,这样在视觉上就可以显示出完整的信息。
3.2.2?多片点阵LED显示器的显示电路
为实现汉字的显示,希望有四片点阵LED显示器同时工作。在电路上不能简单地按照上一节的方案来实现,这是因为按上述方案,每片显示器要占用两个地址空间,四片就需要8个地址,而J7接线端子只能提供4个地址(两根地址线),显然地址线不够用。
为使四片显示器同时工作,必须重新分配地址,一种方案如图5所示。
按照电路,当行2地址为00H或10H时,第(3)、(4)片显示器没有行被选中,故它们都没有显示,这时行1(地址01H)可以用来选中(1)、(2)片的同一行,地址00H和10H用来选择两列中的某一列(连D触发器的CLK引脚),当列1、列2输入不同数据时,(1)、(2)片被选中的行可以显示各自的信息。
同样的,当行1为00H或10H时,第(1)、(2)片显示器被屏蔽,这时行2(地址11H)用于选中(3)、(4)片的行,地址00H和10H用来选择两列中的某一列,列1、列2让选中的行显示各自的信息。
按照上述方案,可设计出四片点阵LED显示器的显示电路图如图6所示。由于电路有两个8位行数据、两个8位列数据,所以总共需要四片74HC273来锁存行、列数据。地址译码输出与IOW相或的结果将作为74HC273的时钟脉冲信号。74HC32为四个或门的电路。
3.3?汇编语言编程实现LED显示功能
程序采用逐行显示的方法,让四片点阵LED显示器显示一个汉字,先逐行显示第(1)、(2)片显示器,再显示第(3)、(4)片,如此循环显示。之所以采用逐行显示而不用逐列显示,是因为这样跟一般的点阵字库的结构相似,程序也容易编写、理解。
在编写程序中要注意下面这些问题:
(1)在显示完某一行之后,在显示下一行之前要把当前的行显示的信息清除掉。74HC273具有锁存功能,当选中第(1)、(2)片显示器的第n行,并置入它们的列数据之后,两个列上的74HC273将会锁存第n行的列数据。延时之后,如果立即选中第n+1行,那么在置入新的列数据之前,列数据仍为第n行的数据,这样会造成在短暂的时间里,第n+1行显示第n行的信息(这种现象在第(2)片上犹为明显,因为它的下一行的列数据比第(1)片更慢置入)。显然这样的多余显示是不允许的。为了消除这种现象,必须在选中第n+1行之前,把两个列的74HC273锁存器输出全部置 1!,也即把第n行显示的信息清掉。
(2)在任意的两行显示之间,必须插入适当的延时。如果延时太短,那么LED可能还没被完全点亮,造成亮度不够;如果延时太长,又会造成比较明显的闪烁感。实验证明,大约延时1000?2000个指令周期,将可以达到很好的效果。
4?结?语
为了让学生能有机会实际操作微机及其接口,得到更多、更好的锻炼,利用实验室现有的 TPC?H通用微机接口实验系统!实验箱上J7口的接线端子外接电路板,在电路板上开发出 点阵LED显示器显示汉字!实验,学生可根据实验原理和要求,从实验电路着手,进行面包板上的电路连接、安装,上机编程调试等操作,有助于实验者深刻理解实验原理与电路,提高动手能力。实验者若能从本项目已开发的实验中得到启示,灵活运用J7端口的功能,拓展思路,开发更多的实验,则更有助于加深对微机原理和接口技术课程的理解、应用。