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：JNB 01H,$CLR 01H ;相当于按任意键继续LJMP RETURN ;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OT H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RAM 6264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G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G端不仅接主CPU的T0端，还接74LS74的Q端。

IC4～IC6的G端不仅接显示CPU的INT0端，还接74LS74的Q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Q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OE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。