漢字顯示屏分析.doc

電子技術(shù) 課程設(shè)計任務(wù)書 電子信息工程系 20152016 學(xué)年 第1學(xué)期2015年12月20日指導(dǎo)教師職 稱專業(yè)班級設(shè)計題目漢字顯示屏學(xué)生人數(shù)設(shè)計目的：本課題要求設(shè)計一漢字顯示屏，即用數(shù)字技術(shù)按照要求顯示漢字。通過設(shè)計一漢字顯示屏，使學(xué)生對模擬及數(shù)字電子技術(shù)理論知識在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用有一個初步的認識。加深學(xué)生對所學(xué)的理論知識與實際的應(yīng)用的結(jié)合。通過設(shè)計，全面提高學(xué)生分析、判斷、解決問題的能力。使學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力、查詢資料能力及書寫報告能力，有一個較大的提高，為畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。原始資料：模擬電子技術(shù)教材、數(shù)字電子技術(shù)教材、電子元器件手冊、圖書館、網(wǎng)上及各種可能的渠道查詢各種資料。設(shè)計內(nèi)容： 1.設(shè)計一漢字顯示屏。要求顯示16*16點陣，同時顯示8個字。2.給出電路原理框圖，進行原理電路圖設(shè)計，分單元進行設(shè)計。對電路參數(shù)進行必要的計算，選擇元器件參數(shù)。 3.畫出完整的電路原理圖。 4.條件許可時，對設(shè)計的電路進行仿真驗證。設(shè)計要求：1要求用1616點陣高亮度發(fā)光二極管點陣顯示“山西大學(xué)” ，同時字體可流動、可有幾種變化。用單片機系統(tǒng)完成2.每一位學(xué)生對設(shè)計內(nèi)容都應(yīng)根據(jù)自己所學(xué)知識、水平及能力獨立完成，不得有雷同。3.寫出完整的設(shè)計報告。進度安排：設(shè)計時間為兩周，具體時間安排如下：第13天熟悉資料進行元器件的查詢。 第48天進行電路的原理分析及設(shè)計、寫出報告。 第910天交報告，進行答辯。 教研室意見 教研室主任 2015年 12 月 20 日山西大學(xué)課程設(shè)計報告課程名稱： 漢字顯示屏 系 部： 電子信息工程系 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 2016年1月19號 報告成績： 評閱意見： 評閱教師 日期 摘 要本設(shè)計使用AT89C51芯片作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動16*16點陣LED顯示屏。設(shè)計分為三個模塊：單片機控制模塊.輸出顯示模塊，譯碼器74HC138與三極管驅(qū)動的驅(qū)動模塊。單片機控制模塊以單片機為核心，以軟件KEIL編程實現(xiàn)信號輸出，以驅(qū)動16*16 LED點陣顯示塊為目的。另一方面顯示屏廣泛的應(yīng)用于醫(yī)院、火車站、銀行等公共場所，因此本設(shè)計有很強的現(xiàn)實實用性。關(guān)鍵字: 單片機;漢字顯示屏;控制模塊;驅(qū)動模塊;軟件編程 目 錄第一章 緒論61.1 單片機的應(yīng)用61.2 LED簡介6第二章 系統(tǒng)整體方案72.1 需要實現(xiàn)的功能72.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計8第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計93.2 單片機系統(tǒng)及外圍電路93.2.1 單片機的選擇93.2.2 AT89C51芯片介紹93.2.3 單片機系統(tǒng)外圍電路103.3 驅(qū)動電路103.3.1 74HC138芯片簡介103.3.2 驅(qū)動電路的構(gòu)成113.4 16*16LED顯示屏電路和原理13第四章 系統(tǒng)程序的設(shè)計134.1 顯示驅(qū)動電路134.2 系統(tǒng)主程序14第五章 軟件仿真17結(jié)論18致謝19參考文獻20第一章 緒論1.1 單片機的應(yīng)用 單片機是生活必不可缺的控制部件，單片機的應(yīng)用是很廣泛的，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置、飛機上各種儀表的控制、計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動化過程和實時控制數(shù)據(jù)處理、廣泛使用的智能IC卡、民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)、錄像機和攝像機、全自動洗衣機的控制、以及程控玩具、電子寵物等等。單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。1.2 LED簡介 LED俗稱發(fā)光二極管，它包含了可見光和不可見光，屬于光電半導(dǎo)體的一類，在結(jié)構(gòu)上包括P極和N極，是一種依靠半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的光電元件。LED就是由電子材料，封裝材料，輔助材料聯(lián)結(jié)而成的的一個發(fā)光的閉路電子元件。它可以直接把電轉(zhuǎn)換成光，LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連電源的正極，使整個芯片被環(huán)氧樹脂封起來。LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。體積小，LED基本上是一塊很小的芯片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小非常的輕；耗電量低，LED耗電量非常低，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A，這就是說它消耗的電量不超過0.1W；使用壽命長，在恰當?shù)碾娏骱碗妷合拢琇ED的使用壽命可達10萬小時；高亮度、低熱量；環(huán)保，LED是由無毒的材料做成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用；堅固耐用，LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管還要堅固，等體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得LED可以說是不易損壞的。 LED顯示屏：它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，其大概的樣子就是由很多個通常是紅色的小燈組成，靠燈的亮滅來顯示字符。用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。點陣模塊方案： 最早的設(shè)計方案，由室內(nèi)偽彩點陣屏發(fā)展而來優(yōu)勢： 原材料成本最有優(yōu)勢，且生產(chǎn)加工工藝簡單，質(zhì)量穩(wěn)定。缺點： 色彩一致性差，馬賽克現(xiàn)象較嚴重，顯示效果較差。led顯示屏市場前景現(xiàn)狀：目前由于led顯示屏造價昂貴，主要用于比較高檔的場所，主要集中在城市的繁華場所，作為多媒體廣告的一部分。單雙色led顯示屏主要應(yīng)用于交通,高速公路,銀行、證券交易等金融場所。以后：隨著人們生活水平的提高，戶外led顯示屏將逐漸應(yīng)用于各個行業(yè)。第二章 系統(tǒng)整體方案2.1 需要實現(xiàn)的功能 用移動顯示屏來顯示漢字，通過單片機AT89C51的行掃描和74HC138芯片的列掃描使點陣顯示屏移動顯示“山西大學(xué)”的字幕。當中還要實現(xiàn)的功能：5V的電壓輸入，時鐘電路的設(shè)置，復(fù)位電路的設(shè)置，單片機給74HC138芯片的E1高電平同時給E2和E3低電平，74HC138才能正常的工作，點陣模塊：此點陣模塊由四個8*8點陣組成，圖2.1.1為88點陣LED外觀及引腳圖，只要其對應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想使左上角LED點亮，則Y0=1，X0=0即可。應(yīng)用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。8*8LED點陣等效電路如圖2.1.2所示圖 2.1.1圖 2.1.28X8點陣LED工作原理說明 :8X8點陣共需要64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；因此要實現(xiàn)一根柱形的亮法，對應(yīng)的一列為一根豎柱，或者對應(yīng)的一行為一根橫柱，因此實現(xiàn)柱的亮的方法如下所述：一根豎柱：對應(yīng)的列置1，而行則采用掃描的方法來實現(xiàn)。 一根橫柱：對應(yīng)的行置0，而列則采用掃描的方法來實現(xiàn)。需要實現(xiàn)的功能如下圖流程圖圖2.1.3所示：四個8*8點陣三極管列掃描模塊顯示模塊行掃描模塊時鐘電路復(fù)位電路圖 2.1.3 本電路使用AT89C51實現(xiàn)行驅(qū)動，對顯示模塊從上至下的掃描，用74HC138和三極管實現(xiàn)列驅(qū)動，對顯示模塊從左至右的掃描，然后顯示字符。在中規(guī)模集成電路中譯碼器有幾種型號，使用最廣的通常是74HC138譯碼器，74HC138譯碼器的輸出是低電平有效，故實現(xiàn)邏輯功能時，輸出端不可接或門及或非門（因為每次僅一個為低電平，其余皆為高電平）；74HC138譯碼器有使能端，故使能端必須加以處理，否則無法實現(xiàn)需要的邏輯功能。在片選使用狀態(tài)下輸入中8線始終只有1線為0， 此74HC138芯片在單片機系統(tǒng)中極大限度的起到了擴展IO資源的作用，只要用單片機的2個IO引腳資源就能控制8個輸出，而且程序的編制也容易實現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 軟件程序是整個控制系統(tǒng)的核心部分。顯示部分采用動態(tài)掃描的方式，實現(xiàn)對顯示屏要顯示的漢字、圖像、字符等數(shù)據(jù)信息進行傳輸控制以及顯示等功能。程序中將數(shù)據(jù)存儲器分為三個區(qū)：顯示緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)和接收緩沖區(qū)。單片機通過串口中斷接收PC機傳來的數(shù)據(jù)，暫時存放在接收緩沖區(qū)，經(jīng)分析處理后按一定的規(guī)律放入數(shù)據(jù)存儲區(qū)保存起來，然后再根據(jù)顯示方式依次從數(shù)據(jù)存儲器中取出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)中用于顯示。顯示采用逐行掃描的方式，圖5是顯示一屏字符的程序流程圖。與PC機的實時通信部分主要是利用單片機串口中斷接收數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)與計算機的數(shù)據(jù)信息傳輸。其程序流程圖如圖5和6附錄所示。第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.2 單片機系統(tǒng)及外圍電路3.2.1 單片機的選擇本設(shè)計選用了AT89C51單片機作控制3.2.2 AT89C51芯片介紹概述：AT89C51為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCHC（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。AT89C51的引腳圖如下圖3.2所示： 圖 3.2.13.2.3 單片機系統(tǒng)外圍電路 單片機外圍電路一般有兩塊：時鐘電路（如圖3.2.3）和復(fù)位電路（3.2.4）時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產(chǎn)生時鐘頻率復(fù)位電路由一個電阻、按鍵和一個電容組成，用來產(chǎn)生復(fù)位信號，使單片機上電的時候復(fù)位。圖 3.2.3 AT89C51單片機芯片內(nèi)部有一個反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHz，C1、成的電容值取22PF,電容的大小頻率起微調(diào)的作用圖3.2.4 單片機有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位方式，當上電時，C1相當于短路，使單片機復(fù)位，在正常工作時，按下復(fù)位時單片機復(fù)位。在有時碰到干擾時會造成錯誤復(fù)位，但是大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機錯誤復(fù)位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復(fù)位，在復(fù)位端加一個去耦電容，則會得到很好的效果。3.3 驅(qū)動電路3.3.1 74HC138芯片簡介74HC138 為3 線8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74HC138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（E2)和/(E3)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 利用 E1、E2和E3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74HC138還可作數(shù)據(jù)分配器。74HC138的引腳圖如圖3.3所示：圖 3.33.3.2 驅(qū)動電路的構(gòu)成本設(shè)計的驅(qū)動電路由電阻和PNP的三極管構(gòu)成，由三極管將電流放大，再通過三極管的集電極輸出給點陣顯示屏，使其足夠亮。其驅(qū)動電路的電阻值是采用4.7K歐姆的電阻，其驅(qū)動電壓為5V。行驅(qū)動電路如圖3.3.2所示，列驅(qū)動電路如圖3.3.3所示：圖 3.3.2圖 3.3.33.4 16*16LED顯示屏電路和原理16*16LED顯示屏電路由四個8*8LED點陣組成的，其中二極管的正極控制器也就是AT89C51，負極接譯碼器也就是74HC138。顯示屏可以顯示字符、漢字、動畫等任何圖形。該電路充分利用了單片機的IO口資源使整機硬件達到最簡。8*8點陣的原理：點陣LED掃描法介紹點陣LED一般采用掃描式顯示，實際運用分為三種方式：（1）點掃描；（2）行掃描；（3）列掃描。若使用第一種方式，其掃描頻率必須大于1664=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三種方式，則頻率必須大于168=128Hz，周期小于7.8ms即可符合視覺暫留要求。此外一次驅(qū)動一列或一行（8顆LED）時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則LED亮度會不足。8X8點陣LED工作原理說明 :8X8點陣共需要64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；因此要實現(xiàn)一根柱形的亮法，對應(yīng)的一列為一根豎柱，或者對應(yīng)的一行為一根橫柱，因此實現(xiàn)柱的亮的方法如下所述：一根豎柱：對應(yīng)的列置1，而行則采用掃描的方法來實現(xiàn)。 一根橫柱：對應(yīng)的行置0，而列則采用掃描的方法來實現(xiàn)。電路如圖3.4所示： 圖 3.4第四章 系統(tǒng)程序的設(shè)計4.1 顯示驅(qū)動電路 p=&table00; while (1) for (i=0;i8;i+) /顯示左半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 選中U2, 輸出掃描碼給U6 delay(); P0=*(p+offset+2*i+1); P2=i|0x10; /P2.4=1,P2.3=0 選中U3, 輸出掃描碼給U7 delay(); for (i=8;i16;i+) /顯示右半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=(i-8)|0x20; /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 選中U4,輸出掃描碼U8 delay(); P0=*(p+offset+2*i+1); P2=(i-8)|0x40; /P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 選中U5,輸出掃描碼U94.2 系統(tǒng)主程序#include #define int8 unsigned char#define int16 unsigned int#define int32 unsigned longint8 flag;int8 n;int8 code table32= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/* */ 0x00,0x00,0x00,0x00,0xFC,0x0F,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0xFC,0xFF,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0xFE,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*山*/ 0x00,0x40,0x00,0x40,0xFF,0x47,0x12,0x44,0x22,0x44,0xC2,0x7F,0x02,0x44,0x02,0x44,0x02,0x44,0xC2,0x7F,0x22,0x44,0x22,0x44,0xFF,0x47,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x00,/*西*/ 0x01,0x04,0x01,0x04,0x02,0x04,0x04,0x04,0x08,0x04,0x30,0x04,0xC0,0x04,0x00,0xFF,0xC0,0x04,0x30,0x04,0x08,0x04,0x04,0x04,0x02,0x04,0x01,0x04,0x01,0x04,0x00,0x00,/*大*/ 0x20,0x02,0x20,0x0C,0x20,0x88,0x20,0x69,0x20,0x09,0x22,0x09,0x21,0x89,0x7E,0x69,0x60,0x09,0xA0,0x09,0x20,0x19,0x20,0x28,0x20,0xC8,0x20,0x0A,0x20,0x0C,0x00,0x00,/*學(xué)*/ 0x01,0x04,0x01,0x04,0x02,0x04,0x04,0x04,0x08,0x04,0x30,0x04,0xC0,0x04,0x00,0xFF,0xC0,0x04,0x30,0x04,0x08,0x04,0x04,0x04,0x02,0x04,0x01,0x04,0x01,0x04,0x00,0x00,/大,40x00,0x00,0x04,0x10,0x88,0x11,0x90,0x12,0xA0,0x14,0x82,0x18,0x81,0xF0,0xFE,0x17,0x80,0x10,0x80,0x10,0xA0,0x10,0x90,0x10,0x88,0x10,0x04,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00,/東,50x81,0x00,0x81,0x00,0x82,0x08,0x82,0x88,0x84,0x68,0x88,0x08,0xB0,0x08,0xC0,0x0F,0xB0,0x08,0x88,0x08,0x84,0x28,0x82,0xC8,0x82,0x08,0x81,0x00,0x81,0x00,0x00,0x00,/關(guān),60x20,0x08,0xC0,0x08,0x00,0x0B,0xFF,0xFF,0x00,0x09,0x80,0x08,0x01,0x01,0x01,0x12,0xC2,0x14,0x34,0x90,0x08,0x70,0x34,0x10,0xC2,0x14,0x01,0x12,0x01,0x11,0x00,0x00,/校,70x00,0x00,0xFE,0x7F,0x02,0x40,0x02,0x40,0x12,0x40,0x22,0x48,0x42,0x44,0x82,0x42,0x02,0x41,0x82,0x42,0x42,0x44,0x32,0x58,0x02,0x40,0x02,0x40,0x02,0x00,0x00,0x00,/區(qū),0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00/* */ ;void delay(void);int16 offset;void main(void) int8 i; int8 *p; flag=0x10; n=0; TMOD=0x01; TH0=0xb1; TL0=0xe0; ET0=1; EA=1; TR0=1; p=&table00; while (1) for (i=0;i8;i+) /顯示左半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 選中U2, 輸出掃描碼給U6 delay(); P0=*(p+offset+2*i+1); P2=i|0x10; /P2.4=1,P2.3=0 選中U3, 輸出掃描碼給U7 delay(); for (i=8;i16;i+) /顯示右半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=(i-8)|0x20; /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 選中U4,輸出掃描碼U8 delay(); P0=*(p+offset+2*i+1); P2=(i-8)|0x40; /P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 選中U5,輸出掃描碼U9 delay(); void delay(void) int16 i; for (i=0;i50;i+) ;void timer0() interrupt 1 using 3 TF0=0; TH0=0xb1; TL0=0xe0; if (n1100) offset=0; n=0; 第五章 軟件仿真 結(jié)論畢業(yè)論文是學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的給16*16點陣設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標準，各種軟件的安裝方式，我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟的角度對設(shè)計有了新的認識也對自己提出了新的要求， 在設(shè)計過程中元件的設(shè)計讓我很頭痛，原因是由于本身設(shè)計受到電路圖本