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数字化测量技术课程设计指导书
数字化测量技术
课程设计指导书
沙占友王晓君睢丙东孟志永编著
河北科技大学信息学院电子信息工程系
2006年5月修订
目录
一、课程设计的目的及要求…………………………………………………………1
二、课程设计的任务…………………………………………………………………1
三、课程设计题目……………………………………………………………………1
四、课程设计的内容及主要步骤……………………………………………………4
五、课程设计的考核方法及成绩评定………………………………………………4
六、书写及格式要求…………………………………………………………………5
七、KD-2000型LED智能显示屏的设计原理与设计注意事项…………………5
(一)概述………………………………………………………………………5
(二)系统工作原理……………………………………………………………6
(三)共享RAM电路的工作原理……………………………………………6
(四)汉卡电路的工作原理……………………………………………………7
(五)地址分配…………………………………………………………………8
(六)显示控制电路的工作原理………………………………………………9
(七)键盘………………………………………………………………………9
(八)设计注意事项…………………………………………………………10
附录:
多媒体彩色LED智能显示屏简介…………………………………………21
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。
3.设置日历时钟。
(二)小组必做题目
第一组:
以线条方式,设计天安门图案(闪光),并以各种不同方式显示
第二组:
用汉字点阵码编10个字的短句(可以是专业介绍、古诗片段),移动显示,
分帘请屏、正常及镂空显示。
第三组:
设计校徽(或系徽、生肖图案),3种方案,以各种不同方式显示。
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)
第五组:
汉字的旋转与扩缩
1、在屏上显示2个汉字,然后每个字左旋90度显示3秒,然后右旋90度显示3秒,然后倒置3秒,最后恢复正常。
2、逐行显示2个汉字,2秒后横向放大两倍,3秒后恢复正常。
3、显示“回”字并放大缩小5次,恢复正常。
第六组:
显示一句“东方红”词谱,格式为简谱/歌词上下对正,左移显示。
第七组:
闪闪的红星(能旋转360○)
(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。
18或19周作为课程设计专用周,提前做好准备。
每组选出代表,指定一名组长。
四、课程设计的内容及主要步骤
1.课程设计的思考题
(1)数字显示技术(简称数显技术)在数字化测量中所占有的地位。
(2)什么是大屏幕智能显示屏?
常用的扫描方式有哪几种?
(3)在大屏幕LED智能显示系统中采用双CPU设计方案有哪些优点?
(4)字符编码方式。
(5)清屏方式与显示方式。
(6)动画设计。
2.设计步骤
(1)总体方案设计。
(2)硬件电路设计。
(3)程序设计与调试。
(4)总结,撰写课程设计报告。
3.设计注意事项
为在设计时少走弯路,同学们应注意以下事项:
1在编辑BAS文件时,要首先建立0号文件,然后才能建立其他任意文件号的文件。
2在汉字编辑时,一定要注意光标位置,并且以正确顺序输入汉字字串。
3在BAS文件中不能出现多余的控制符(码值大于80H的ASCII码),因为系统将它们作为一种控制命令字来解释,而我们只用了80H~83H,其余的有待系统扩充,若文件中出现不能解释的控制码,会导致显示不正常。
4在PRG状态下,P.是系统的监控态,此时可进行各种修改、运行、读取等操作。
5在程序的最后,为了能有时间观察输出并将控制权交回系统,须增加以下三条指令:
JNB01H,$
CLR01H;相当于按任意键继续
LJMPRETURN;返回系统
⑥尽量使用断点运行。
注意,当程序不经过断点时,断点处的三字节指令将被改变,
切记要再改回来!
⑦学生们自编程序时只能用8000H~9F00H的程序空间。
⑧系统有两种复位方式:
第一种是硬件复位,使用侧面的复位键,但它不改变RAM中的内容。
第二种是软复位,在OTH菜单中选择RES功能,可清除全部BAS文件。
倘若做演示程序实验时,不能正确存储,说明上次学生们使用后内存已满,必须用软复位加以清除。
五、课程设计的考核方法及成绩评定
考核方法:
现场验收(占50分),课程设计报告(占50分)。
考核内容:
学习态度、方案合理性、协作精神、设计工作量的大小、是否有创新、完成设计任务的时间进度、资料完备性、报告撰写规范性和书面表达能力。
成绩评定:
优,良,中,及格,不及格。
六、书写及格式要求
字迹工整、文笔通畅,结构严谨、内容充实、结论正确、插图规范,符合设计要求。
七、KD-2000型LED智能显示屏的设计原理与设计注意事项
(一)概述
智能显示屏是由计算机控制,将光、电、声融为一体,能显示各种信息的大型显示装置。
它是高科技的结晶。
我国在大屏幕显示的技术领域已取得丰硕成果,各种智能显示屏已广泛用于车站、机场、商店等公共场所,以及新闻发布、金融或股市行情、体育比赛、模拟军事演习等领域。
但是将其作为教学设备在国内尚未有先例。
1989年有本教研室老师指导学生研制的由单板机控制的,以分立发光二极管为像素的阵列型显示屏开创了先例。
但是随着计算机技术的不断发展,单板机已被淘汰。
为适应教学内容和教学设备的不断更新,我们在1996年开发出KD-96型LED智能显示屏系统。
在此基础上,2001年我们又研制成功KD-2000型LED智能显示屏系统。
该系统是由MCS-51单片机控制的全开放型LED点阵智能显示屏,它具有以下特点:
1显示器件采用LED点阵板,大大简化了电路设计与安装工艺
②有两套扫描程序,一套是动画扫描,既可显示前景,又可显示背景;另一套是分页扫描程序,可进行功能控制显示。
③通过自制汉卡能显示多种国标字符。
只要存储不同的汉字库便可达到要求。
④具有通信接口,可以和系统机进行通信。
⑤学生可利用键盘控制,还可用遥控器控制,所有功能可由按键完成,操作简便灵活。
⑥每屏可同时显示4个16×16点阵的国标字符,并能连续显示出128个国标字符。
字库容量为8192个国标一、二级汉字、西文、数字和算符。
⑦利用通信方式,一台PC机可同时控制多达127个单元显示屏的工作,并显示不同的内容。
⑧整机结构紧凑,外形美观。
机箱内的主控板、扫描显示板、开关电源三者分开布置,并以接插件相连,工作安全可靠。
⑨具有仿真运行功能,即能解释运行自定义文件格式的BAS文件,又可对汇编语言进行仿真。
同时可现场编辑、存储、修改用户程序。
⑩具有日历显示功能,可显示出年、月、日、星期、时、分、秒。
综上所述,LED点阵智能显示屏系统确有独到之处,为此我们设计并制作了10套KD-2000型LED智能显示屏系统,作为本专业教学实验设备。
(二)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。
(三)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
(四)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。
(五)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。
(六)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。
(七)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
八、课程设计内容
(一)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
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