单片微型机实时控制的简单动画制作

单片微型机实时控制的简单动画制作
一、 实验目的
1. 掌握Intel MCS-51 系列单片机的内部构造，接口技术，扩展技术及其汇编语言特点；
2. 初步掌握应用仿真器来调试开发单片机用户程序的技术；
3. 通过实验提高综合调试各种仪器的能力，培养发现、分析、解决问题的能力。
二、具体要求
1. 设计一个以单片机（ 8031）为核心、应用动态扫描原理、实现一幅静态画面的显示；
2. 以上面显示为基础实现简单的画面移动（左移，右移，上移，下移）；
3. *设计一个画面旋转的显示，如一条直线绕一固定点做旋转的动画；
4. *综合运用查询及中断功能实现即时控制的动画显示。
三、实验器材
1. PC 机一台；
2. 仿真器（DSICEII）开发系统装置一套；
3. 稳压电源一台；
4. 示波器一台；
5. 万用表一只
四、实验原理
1、单片微型计算机
单片微型计算机（简称单片机： Single-chip Microcomputer ），就是把中央处理器
CPU(Central Processing Unit)，随机存取存取器RAM（Random Access Memory），只读存储
器ROM (Read Only Memory ) ，定时器/计数器以及IO(Input /Output)接口电路等主要计算机
部件集成在一块集成芯片上的微型计算机。从其组成和功能上看，已是具备了计算机系统的
含义，其典型结构如图6-1 所示：
2、 动态扫描显示
实验电路中是由一个16´32 的LED 点阵构成，以这些LED 作为显示画面的象素显示一
幅分辨率为16´32 的图象。如果显示的是汉字，则可显示二个16´16 的汉字。由于8031 的
DataBus 只有8bits，因此无法一次显示一幅16´32 的图象或16´16 的汉字；但是单片机的工
作频率较高（实验中采用6MHz 晶振），利用人眼的视觉暂留效应，只要不断地向点阵送数
据，就可实现整幅画面的显示。

3、 *Bresenham 算法
Bresenham 算法解决了显示一条直线的问题。实验中要求有直线的旋转画面，因此要用
到显示屏上的画线技术。设直线从（x, y）画至(x+Dx, y+Dy), 定义误差项d，置其初值为零，
且直线的斜率的绝对值小于1,即|Dy/Dx|<1，Bresenham 算法可以由下列公式描述：
第一象限：
当di³0 x=x+1
y=y+1
di+1=di+2Dy-2Dx
当 di<0 x=x+1
y=y
di+1=di+2Dy
第二象限：
当di³0 x=x－1
y=y+1
di+1=di+2Dy-2Dx
当 di<0 x=x－1
y=y
di+1=di+2Dy
第三象限：
当di³0 x=x－1
y=y－1
di+1=di+2Dy-2Dx
当 di<0 x=x－1
y=y
di+1=di+2Dy
第四象限：
当di³0 x=x+1
y=y－1
di+1=di+2Dy-2Dx
当 di<0 x=x+1
y=y
di+1=di+2Dy
当直线斜率的绝对值大于１时，需将公式中的x 和y 相互调换，具体资料可参考“计算机图形学”相关书目。
由于实现一条直线的旋转需大量的象素的重复计算，因此子程序的调用和数据寄存器6264 的使用是必需的。

4、硬件框图及说明
图6-2 为8031 单片机、数据存储器6264 及其他外围器件组成的小系统框图，图6-3 为
电原理图。
（1） 6264 为单片机8031 扩展的数据存储器，其数据口8 位，直接挂在8031 的
P0 口上，地址线13 根，低8 位由P0 口控制，高5 位由P2.0—P2.4 控制。由
于8031P0 口数据线（DB）和地址线（AB）采用分时复用技术，故采用三态
门245 和锁存器573 将其锁存。

（2） LED 点阵的列驱动数据由8031 的P0.0— P0.7 输出，送至锁存器573，作为
列驱动器。由于数据线仅有8 位，但系统有32 列，因此选用4 片锁存器573，
分时传送数据，其片选由138 和04 共同组成。
（3） LED 点阵的行驱动数据由8031 的P1.0— P1.3 输出，经4-16 线译码器4514
译码送至2 片2003 ，作为行驱动器。改变P1.0—P1.3 的值即可实现逐行扫
描。由于考虑到4514 的驱动能力限制及负载的电感效应，故系统采用了2003
（2003 每一路都是一个达林顿驱动电路，当输入高电平时输出电阻很小，能
吸收较大电流；当输入低电平时输出管截止，流过电流很小）。
（4） P2.5— P2.7 送至3-8 译码器138 译码，并与写信号WR进行与非操作，对6264
及列驱动器573 进行片选，从而形成它们的访问地址：
地址范围 访问器件
0000H~1FFFH 6264
2000H~3FFFH 第一片74LS573
4000H~5FFFH 第二片74LS573
6000H~7FFFH 第三片74LS573
8000H~9FFFH 第四片74LS573
（5） 为显示整个画面，必须对象素进行有序、逐行、不停地扫描，并加入适当的
延时，列选与行选均以“1”为有效位，即要使某一象素点亮，必须使该象素
的行数据和列数据均为“1”。
2. 软件说明
本实验以单片机原理为基础，要求较熟练掌握单片机软硬件有关知识，详细说明请参
见“单片机”专业资料，这里只对本实验中用到的典型程序进行说明。
（1）LED 驱动显示
MOV P1，#00H ；选中第一行
MOV DPTR，#2000H ；第一片573 的地址
MOV A，#07H ；（00000111）选中3 列
MOVX @DPTR，A ；输出列选
（2）6264 使用举例
MOV A，#24H
MOV DPTR，#0000H
MOVX @DPTR，A ；将A 中的内容（24H）写入6264 的0000H 单元
中
MOV DPTR，#0000H
MOVX @DPTR，A ；将6264 的0000H 单元中的内容读入A
（3）静态画面的程序框图（如图6-4 所示）
3、 实验步骤
1. 熟悉电路原理，分析电路图，弄清地址、分配。
2. 根据MCS-51 指令系统编制系统软件。
3. 连接硬件线路，确保无误后接通电源。
4. 利用开发装置进行软硬件的调试。
5. 总结，写出体会与心得，提出改进建议。
注：带“*”部分为选做要求。