基于單片機(jī)的5×7LED字幕顯示的設(shè)計(jì)

1、目 錄1 方案選擇及總體設(shè)計(jì)11.1 方案確定11.1.1 功能要求11.2.2 方案確定11.2 器件選擇12 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.1.1整體模塊設(shè)計(jì)22.2 晶振電路設(shè)計(jì)22.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)32.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)42.5 led點(diǎn)陣顯示設(shè)計(jì)53 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)63.1 軟件設(shè)計(jì)思想63.2 主程序流程圖64 系統(tǒng)仿真及性能分析84.1 系統(tǒng)仿真84.2調(diào)試結(jié)果84.3 性能分析9總 結(jié)10參考文獻(xiàn)11附 錄12附錄a 硬件結(jié)構(gòu)圖12附錄b 主程序清單121 方案選擇及總體設(shè)計(jì)1.1 方案確定 1.1.1 功能要求 1、采用stc-52單片機(jī)作為微處理器。 2、設(shè)

2、計(jì)一個(gè)57點(diǎn)陣led數(shù)碼字符顯示器。 3、在目測(cè)條件下led顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足、穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。 4、動(dòng)態(tài)顯示“ac”幾個(gè)字符。 1.2.2 方案確定 采用st89c52單片機(jī)作為微處理器，將共陽(yáng)極二極管用共陰型接法連接成57點(diǎn)陣led數(shù)碼字符陣列，通過(guò)程序控制，采用動(dòng)態(tài)顯示，建立字符庫(kù)“09”。1.2 器件選擇微處理器采用st89c52系列單片機(jī)，st89c52單片機(jī)是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）高性能單片機(jī)，可擦除只讀存儲(chǔ)器可以

3、反復(fù)擦除100次，具有低功耗、高性能的特點(diǎn)。 2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1.1整體模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)行、列驅(qū)動(dòng)電路，顯示器電路，運(yùn)用單片機(jī)的智能化，系統(tǒng)的將每個(gè)功能電路模塊連接在一起，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2.1所示。圖2.1 硬件系統(tǒng)框圖此次需要實(shí)現(xiàn)的功能是利用一個(gè)st89c52，一個(gè)57led點(diǎn)陣，動(dòng)態(tài)顯示“ac”10個(gè)字，采用pc上位機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示電路。st89c52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路由復(fù)位電路、晶振電路兩部分組成。2.2 晶振電路設(shè)計(jì)st89c52單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，xtal1和xtal2分別為振蕩電路的的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可有內(nèi)部或外部生成，在xta

4、l1和xtal2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率采用12mhz，c1、c2的電容值取30pf，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。晶振電路圖如圖所示。圖2.2 晶振電路圖2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)st89c52單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)或者出現(xiàn)死機(jī)時(shí)需要復(fù)位，使cpu以及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)有多種復(fù)位方式，常用的復(fù)位操作有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位方式。本設(shè)計(jì)采用最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位方式，電路如圖3所示。上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（高電平有效）由rst引腳送入到內(nèi)

5、部的復(fù)位電路，對(duì)st89c52單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位信號(hào)要持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上，才能使st89c52單片機(jī)可靠復(fù)位。當(dāng)上電時(shí)，c1相當(dāng)于短路，有時(shí)碰到干擾時(shí)會(huì)造成錯(cuò)誤復(fù)位，可在復(fù)位端加個(gè)去耦電容，可以取得很好的效果。 st89c52單片機(jī)復(fù)位電路如下圖所示： 圖2.3 上電復(fù)位電路圖 圖2.4 按鍵電平復(fù)位電路圖復(fù)位電路工作原理： 上電瞬間rst引腳的電位與vcc等電位，rst引腳為高電平，隨著電容c5充電電流的減少，rst引腳的電位不斷下降，可以保持rst引腳在為高電平的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)位操作。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵s5后再松開(kāi)，也能使rst引腳為一段時(shí)間的高電平，從

6、而實(shí)現(xiàn)st89c52單片機(jī)復(fù)位。2.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)正向點(diǎn)亮一顆led，至少也要1020ma，若電流不夠大，則led不夠大。而不管是st89c52的i/o口，還是ttl、cmos的輸出端，其高態(tài)輸出電流都不是很高，不過(guò)12ma而已。因此很難直接高態(tài)驅(qū)動(dòng)led，這時(shí)候就需要額外的驅(qū)動(dòng)電路，通常有共陽(yáng)型與共陰型led陣列驅(qū)動(dòng)電路，本設(shè)計(jì)才用共陰型高態(tài)掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。共陰型led陣列驅(qū)動(dòng)電路采用高態(tài)掃描，也就是任何時(shí)間只有一個(gè)高態(tài)信號(hào)，其它則為低態(tài)。一行掃描完成后，再把高態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)化到近鄰的其他行，掃描信號(hào)接用一個(gè)反向驅(qū)動(dòng)器，st89c52本身內(nèi)置一個(gè)反向驅(qū)動(dòng)器，本設(shè)計(jì)將st89c52作為點(diǎn)矩陣顯示

7、控制系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)點(diǎn)矩陣實(shí)時(shí)顯示并移動(dòng)字符。單片機(jī)的串口與行驅(qū)動(dòng)器相連，用來(lái)發(fā)送顯示數(shù)據(jù)信息。p0口與led陣列的行引腳相連，送出數(shù)據(jù)、地址以及系統(tǒng)控制信號(hào)。輸出低態(tài)時(shí)，最大可吸取0.5a，即500ma，若每個(gè)led取30ma，7個(gè)led同時(shí)點(diǎn)亮，需要210ma，完全滿足led點(diǎn)亮的基本條件。圖2.5 驅(qū)動(dòng)電路圖所要顯示的信號(hào)送入74hc573芯片，然后連接到led陣列的列陣腳。對(duì)于高態(tài)的顯示信號(hào)，將可提供其所連接led的驅(qū)動(dòng)電流，而這個(gè)驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)過(guò)led到輸出端，形成正向回路，即可點(diǎn)亮該led。其中每個(gè)晶體管任何時(shí)間只需負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)一個(gè)led，所以選擇30ma射極電流的晶體管。驅(qū)動(dòng)電路如圖

8、5所示。2.5 led點(diǎn)陣顯示設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用atmel公司的at89c51作矩陣顯示控制系統(tǒng)控制核心，12mhz晶振,57點(diǎn)陣共陽(yáng)led顯示器。其中，p1口作為字符數(shù)據(jù)輸出口,p3口為字符顯示掃描輸出口,第31腳(ea)接電源，改變電阻（270*8）的大小可改變顯示字符的亮度，驅(qū)動(dòng)用74hc573芯片。本設(shè)計(jì)led矩陣顯示器電路選用57點(diǎn)陣模塊，系統(tǒng)由單片機(jī)控制。 led顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描按列控制，也可以按列掃描按行控制。本文就是使用1塊57點(diǎn)陣，采用按列掃描按行控制控制方式，掃描順序自左向右，以滿足漢字顯示的要求。圖2.8 57點(diǎn)陣led等效電

9、路一個(gè)57點(diǎn)陣是由35個(gè)發(fā)光二極管按規(guī)律組成的，如圖2.8所示。圖中，行接低電平，列接高電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)思想 主程序先進(jìn)行設(shè)置中斷，并啟動(dòng)，再進(jìn)行鍵盤(pán)掃描載入“09”字型，然后判斷一組字型是否掃描完，按不同情況進(jìn)行循環(huán)調(diào)用子程序。進(jìn)入子程序后，首先設(shè)置相應(yīng)的程序，反復(fù)調(diào)用顯示子程序，并在顯示過(guò)程中反復(fù)調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序進(jìn)行延時(shí)，判斷是否退出相應(yīng)的方式顯示子程序。設(shè)計(jì)過(guò)程中，能很好得提高按鍵響應(yīng)速度。如圖3.1所示為軟件系統(tǒng)框圖。圖3.1 軟件系統(tǒng)框圖字符編碼：57點(diǎn)陣可以看成是從上至下8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位，因?yàn)樵擖c(diǎn)陣為共陰型點(diǎn)陣，因此若該燈亮，則

10、該位為“1”；該燈不亮，則該位為“0”。3.2 主程序流程圖主程序首先設(shè)置并啟動(dòng)t0中斷，然后調(diào)用初始化程序，為后面程序要用到的數(shù)據(jù)調(diào)入，并清零一些用到的數(shù)據(jù)單元，然后載入“ac”字型，進(jìn)行掃描。圖3.2為主程序流程圖，詳細(xì)主程序清單及子程序設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄b。開(kāi) 始初 始 化讀取顯示數(shù)據(jù)依次選通列，行74ls164的clock端置低，鎖存器禁止輸出對(duì)應(yīng)行數(shù)組元素與0x01相與，相與結(jié)果寫(xiě)入單片機(jī)端口輸出數(shù)組元素右移一位，對(duì)應(yīng)74ls164 clock端置高n右移次數(shù)是否為7？y鎖存器允許輸出圖3.2 主程序流程圖4 系統(tǒng)仿真及性能分析4.1 系統(tǒng)仿真本設(shè)計(jì)是以wave與proteus.isis相結(jié)

11、合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本led點(diǎn)矩陣顯示器的仿真實(shí)現(xiàn)過(guò)程。電路的核心是單片機(jī)st89c52。單片機(jī)的p0口八個(gè)引腳通過(guò)總線連接到led矩陣顯示器的段選碼和位選碼（a、b、c、d、e、f、g和1、2、3、4、5、6、7、8）的引腳上，來(lái)作為控制信號(hào)的來(lái)源。如圖11、12所示。圖 4.1 動(dòng)態(tài)顯示程序調(diào)試結(jié)果圖 4.2 延時(shí)程序調(diào)試結(jié)果4.2調(diào)試結(jié)果經(jīng)軟件調(diào)試-仿真器proteus調(diào)試通過(guò)，得到所要求的設(shè)計(jì)結(jié)果 圖4.3 調(diào)試結(jié)果4.3 性能分析此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果較好，led顯示屏能很好的顯示信息。led顯示屏由1塊88的led小模塊組成，整個(gè)顯示屏可以動(dòng)態(tài)顯示88的“09”字型。這個(gè)方案設(shè)計(jì)的88的點(diǎn)陣le

12、d圖文顯示屏，電路簡(jiǎn)單，成本較低，且較易擴(kuò)展；顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_?？?結(jié)本次課程設(shè)計(jì)到現(xiàn)在有一個(gè)多星期，回顧這些天我感到學(xué)到了很多東西，在寫(xiě)這個(gè)心得的時(shí)候，我想就這些天的收獲，說(shuō)一說(shuō)自己內(nèi)心的想法。本設(shè)計(jì)是一個(gè)8x8的點(diǎn)陣led數(shù)碼顯示器，能夠在目測(cè)條件下led顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。 總結(jié)本文的研究工作，主要做了下面幾點(diǎn)工作： 一、通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了led的發(fā)光原理和led顯示屏

13、的原理，了解了led的現(xiàn)狀，清楚地了解了led顯示屏與其它顯示屏相比較有那些優(yōu)點(diǎn)，明確了研究目標(biāo)。并且通過(guò)對(duì)單片機(jī)資料的查閱和應(yīng)用，更進(jìn)一步增加了對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力。并證實(shí)了自己的思路：“查資料思考總結(jié)運(yùn)用找出差錯(cuò)，再查資料和向別人詢(xún)問(wèn)再次運(yùn)用”的正確性。二，本文設(shè)計(jì)的led顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測(cè)條件下led顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。三，本文列出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計(jì)方案,硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和具體匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試等方面。四，在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)會(huì)了 proteus 的基本使用，感到proteus對(duì)電子專(zhuān)業(yè)的同學(xué)來(lái)說(shuō)是一

14、個(gè)很有用的軟件。在運(yùn)用proteus時(shí)可以運(yùn)用一些快捷的標(biāo)號(hào)，總線的方法畫(huà)圖，這樣既能使電路圖清晰，簡(jiǎn)單，更能大大提高畫(huà)圖速度五，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步增強(qiáng)了動(dòng)手的能力，學(xué)以致用，把只是運(yùn)用到實(shí)際生活中才是根本目的。總體來(lái)說(shuō)這次的科研實(shí)踐很成功，達(dá)到了預(yù)想的目的：學(xué)到了知識(shí)，提高了能力，完成了任務(wù)。有點(diǎn)缺憾是時(shí)間有限，不能進(jìn)一步深入和擴(kuò)散學(xué)習(xí)和研究。希望有時(shí)間可以對(duì)程序和電路圖作更進(jìn)一步的改進(jìn)，譬如實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣的上下移動(dòng)，對(duì)角線移動(dòng)，多色顯示等。參考文獻(xiàn)1 張靖武,周靈彬 單片機(jī)系統(tǒng)的proteus設(shè)計(jì)與仿真北京 電子工業(yè)出版社2 吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用北京

15、清華大學(xué)出版社3 李群芳，肖看 單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用北京 清華大學(xué)出版社4 張毅剛，彭喜元等 新編mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 黑龍江 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 5 張義和，陳敵北編著 例說(shuō)8051北京 人民郵電出版社 附 錄附錄a 硬件結(jié)構(gòu)圖附錄b 主程序清單org 0000h ljmp start org 0003hljmp interupt org 0100hstart: /*初始化寄存器*/setb eaclr it0setb ex0mov a,#00h mov r0,#20hmov r1,#6eh ;調(diào)入數(shù)據(jù)到內(nèi)存的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 （tab數(shù)據(jù)量決定）mov r2,#00hmov r3,#20

16、h ;a顯示時(shí)長(zhǎng)mov r4,#20h ;b顯示時(shí)長(zhǎng)mov r5,#20h ;c顯示時(shí)長(zhǎng)mov dptr,#tabacall initljmp maininit:mov a,r2 ;將數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存（使用r0數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器儲(chǔ)存數(shù)據(jù)）movc a,a+dptrmov r0,ainc r0inc r2djnz r1,initret org 0200hinterupt:/*中斷函數(shù)：移位操作*/ ;由于寄存器使用數(shù)量較大，用循環(huán)地 址加5需加寄存器數(shù)據(jù)儲(chǔ)存讀取 clr ea ;已無(wú)法達(dá)到簡(jiǎn)化效果，故使用固定地址mov r5,#02h work_1: mov r0,#2fh ;移位循環(huán) 1lcall boo

17、t_inmov r0,#34hlcall boot_inmov r0,#39hlcall boot_inmov r0,#3ehlcall boot_inmov r0,#43hlcall boot_indjnz r5,work_1mov r5,#02h work_2:mov r0,#48h ;移位循環(huán) 2 右移 ;lcall boot_inmov r0,#4dhlcall boot_inmov r0,#52hlcall boot_in mov r0,#57hlcall boot_in mov r0,#5chlcall boot_indjnz r5,work_2mov r5,#02h work_3

18、:mov r0,#61h ;移位循環(huán) 3右移 lcall boot_inmov r0,#66hlcall boot_inmov r0,#6bh lcall boot_inmov r0,#70h lcall boot_inmov r0,#75hlcall boot_indjnz r5,work_3work_2:mov r0,#48h ;移位循環(huán) 2上移lcall boot_inmov r0,#4dhlcall boot_inmov r0,#52hlcall boot_inmov r0,#57hlcall boot_inmov r0,#5chlcall boot_inmov r0,#61hlcal

19、l boot_inmov r0,#66hlcall boot_indjnz r5,work_2mov r5,#02hwork_3:mov r0,#6bh ;移位循環(huán) 3 下移lcall boot_inmov r0,#70hlcall boot_inmov r0,#75hlcall boot_inmov r0,#7ahlcall boot_inmov r0,#7fhlcall boot_inmov r0,#84hlcall boot_inmov r0,#89hlcall boot_indjnz r5,work_3mov r3,#20h ;中斷返回重新初始化mov r4,#20hmov r5,#2

20、0hsetb ea retiboot_in:mov a,r0 ;顯示輸出初始化 mov r3,amov r4,#10h loop_in:mov a,r3 ;輸出循環(huán)使字符“穩(wěn)定”mov r0,amov r1,#01h mov r2,#05hpio_in:mov a,r0 ;輸出一個(gè)完整字符mov p0,amov a,r1mov p2,alcall delaymov p0,#0ffh ;p0口清零消除顯示誤差rl amov r1,aclr ainc r0djnz r2,pio_indjnz r4,loop_inret org 0300hmain:/*a,b,c循環(huán)顯示*/led_a:mov r0

21、,#20h;r0地址為20h24h時(shí)r0內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)為a的顯示數(shù)據(jù)ajmp bootled_b: mov r0,#25h;r0地址為25h29h時(shí)r0內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)為b的顯示數(shù)據(jù)ajmp bootled_c: mov r0,#2ah;r0地址為2ah2eh時(shí)r0內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)為c的顯示數(shù)據(jù)boot:mov r1,#01h ;顯示輸出初始化 mov r2,#05h ;輸出循環(huán)使字符“穩(wěn)定”pio:mov a,r0 ;輸出一個(gè)完整字符mov p0,amov a,r1mov p2,alcall delaymov p0,#0ffh ;p0口清零消除顯示誤差rl amov r1,aclr ainc r0dj

22、nz r2,pioajmp workwork:djnz r3,led_a ;顯示數(shù)據(jù)切換函數(shù)mov r3,#01hdjnz r4,led_bmov r4,#01hdjnz r5,led_cmov r3,#20hmov r4,#20hmov r5,#20hljmp led_adelay:mov r7,#01fhdel: mov r6,#05ah djnz r6,$ djnz r7,del rettab:db 03h, 61h, 64h, 61h, 03h ;adb 00h, 36h, 36h, 36h, 49h ;bdb 41h, 3eh, 3eh, 3eh, 5dh ;cdb 0ffh, 5dh, 40h, 5fh, 0ffh ;1 右移db 0ffh, 0ffh, 5dh, 40h, 5fhdb 5fh, 0ffh, 0ff