單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于單片機(jī)的廣告顯示牌設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的廣告顯示牌設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)教師：基于單片機(jī)的廣告顯示牌設(shè)計(jì)led就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)led。它是一種通過(guò)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(gè)通常是紅色的發(fā)光二極管組成，靠燈的亮滅來(lái)顯示字符。led顯示屏用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。由于led顯示屏因?yàn)槠湎袼貑卧侵鲃?dòng)發(fā)光的，具有亮度高、視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于車(chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場(chǎng)、建筑

2、市場(chǎng)、拍賣(mài)行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場(chǎng)所。 led顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。據(jù)報(bào)道，由于發(fā)光二極管（led）用于廣告牌具有亮度高、壽命長(zhǎng)和節(jié)能的特點(diǎn)，雖然其初裝價(jià)格較高，但日本一些燈具生產(chǎn)商和廣告牌經(jīng)營(yíng)者正看好這一產(chǎn)品，并努力開(kāi)發(fā)相關(guān)市場(chǎng)。led節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)與當(dāng)今越來(lái)越受重視的環(huán)保意識(shí)不謀而合，因此led的應(yīng)用前景良好。led的設(shè)計(jì)使用也不斷的得到改善，以更好的適應(yīng)社會(huì)需求。1. 設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)合實(shí)際情況，基于at89c52單片機(jī)的廣告顯示牌的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的功能要求為：(1) 廣告牌可以正常顯示字

3、體；(2) 廣告牌上的字可以循環(huán)滾動(dòng)；(3) 廣告牌可以暫停和繼續(xù)；主要硬件設(shè)備：at89c52單片機(jī)、74hc154譯碼器芯片、4片8*8點(diǎn)陣顯示器。2. 整體方案設(shè)計(jì)要顯示中文字，需要4片88的點(diǎn)陣顯示器組合成1616的點(diǎn)陣顯示器才能完整的顯示一個(gè)中文字。如圖2-1為整個(gè)系統(tǒng)的電路框架圖。圖2-1 顯示電路框架圖從理論上講，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)所在位置相對(duì)應(yīng)的器件發(fā)光，就可以得到想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱(chēng)為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。把行列總線接在單片機(jī)的i/0口，然后把上面分析到的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的漢字了。但是若將led點(diǎn)陣的行列端口全部直接接

4、入89c52單片機(jī)，則需要使用32條i/0口，這樣會(huì)造成i/0口資源的耗盡，系統(tǒng)也再無(wú)擴(kuò)充的余地。因此，我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中只是將led點(diǎn)陣的16條行線直接接在p0口和p2口，至于列選掃描信號(hào)則是由416線譯碼器74hcl54來(lái)選擇控制，這樣一來(lái)列選控制只使用了單片機(jī)的4個(gè)i/o口，節(jié)約了很多i/o口資源，為單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充使用功能提供了條件。本設(shè)計(jì)中，漢字掃描顯示的基本過(guò)程是這樣的：?jiǎn)纹瑱C(jī)89c52按照設(shè)定的程序在p0和p2接口輸出與內(nèi)部漢字對(duì)應(yīng)的代碼電平送至led點(diǎn)陣的行選線(高電平驅(qū)動(dòng))，同時(shí)在p1.1，p1.2，p1.3，p1.4接口輸出列選掃描信號(hào)(低電平驅(qū)動(dòng))，即輪流給行信號(hào)輸出低電平，

5、當(dāng)高電平與低電平接通，則該發(fā)光二極管亮。在任意時(shí)刻只有一行發(fā)光二極管是處于可以被點(diǎn)亮的狀態(tài) ，其它行都處于熄滅狀態(tài)。利用人眼的視覺(jué)暫留特性合成整個(gè)漢字的顯示。再改變?nèi)”淼刂穼?shí)現(xiàn)漢字的滾動(dòng)顯示。3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括電源，晶振，復(fù)位電路。有了以上三塊內(nèi)容，單片機(jī)就能夠工作了。另外要注意的一點(diǎn)是，ea腳也要接高電平，告訴單片機(jī)不使用片外存儲(chǔ)器。3.1.1時(shí)鐘晶振電路單片機(jī)xtal1腳和xtal腳是外部接晶振的兩個(gè)引腳，通常在接一個(gè)晶振的同時(shí)要在晶振的兩個(gè)腳接兩個(gè)電容，這兩個(gè)電容叫晶振的負(fù)載電容，分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容，一般在幾十皮法。它

6、會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，使晶振頻率更加穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)晶振采用12mhz的頻率，以獲得較高的刷新率，使顯示更加穩(wěn)定。如圖3-1所示。圖3-1單片機(jī)的時(shí)鐘晶振電路原理圖3.1.2復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位的方式實(shí)現(xiàn)復(fù)位。上電復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖3-1所示，并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道：當(dāng)系統(tǒng)一上電，rst腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的rc值來(lái)決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)rst腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位。所以我們只要適當(dāng)組合rc的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般文獻(xiàn)推薦c 取10uf，r取8.2k。本設(shè)計(jì)中我們采用c取10u法拉，r

7、取10k歐姆。如圖3-2所示為單片機(jī)的時(shí)鐘晶振和復(fù)位電路原理圖。圖3-2單片機(jī)的時(shí)鐘晶振和復(fù)位電路原理圖3.2 列驅(qū)動(dòng) 3.2.1 74hc154芯片的特性 74hc154是一款高速cmos器件，74hc154引腳兼容低功耗肖特基ttl（lsttl）系列。74hc154譯碼器可接受4位高有效二進(jìn)制地址輸入，并提供16個(gè)互斥的低有效輸出。74hc154的兩個(gè)輸入使能門(mén)電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號(hào)”，也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門(mén)電路包含兩個(gè)“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個(gè)使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74hc154可充當(dāng)一個(gè)1-16的多路分配器。當(dāng)其余的使能輸

8、入端置低時(shí)，地址輸出將會(huì)跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。以下圖3-3為74hc154的引腳圖和實(shí)物圖。圖3-3 譯碼器74hc154引腳圖 引腳說(shuō)明：1-11 13-17 ：輸出端。（outputs (active low)）18-19：使能輸入端、低電平有效 (enable inputs (active low)20-23地址輸入端 (address inputs)24：vcc電源正 (positive supply voltage)需要注意的是，只要控制端g1、g2任意一個(gè)為高電平，a、b、c、d任意電平輸入都無(wú)效。g1、g2必須都為低電平才能操作芯片。 3.2.2 列驅(qū)動(dòng)電路由于16x16點(diǎn)陣顯示器有1

9、6行，為充分利用單片機(jī)的接口，本電路中加入了一個(gè)4-16線譯碼器74hc154，其輸入是一個(gè)16進(jìn)制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號(hào)，把74hc154的g1口連接單片機(jī)89c52的p1.4引腳，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，g2引腳接地，然后以a、b、c、d四腳為輸入端。就會(huì)形成16種不同的輸入狀態(tài)，分別為00001111，然后使每種狀態(tài)只控制一路輸出，即會(huì)有16路輸出。如圖3-4為驅(qū)動(dòng)電路在proteus仿真軟件中的電路原理圖。圖3-4 驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.3 led點(diǎn)陣顯示屏工作原理 led發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片。以下為8*

10、8點(diǎn)陣led顯示屏的原理圖。圖3-5 點(diǎn)陣led原理圖 晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是n型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)p-n結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向p區(qū)，在p區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是led燈發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成p-n結(jié)的材料決定的。4. 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)顯示原理 每一個(gè)字由16行16列的點(diǎn)陣組成顯示，即國(guó)標(biāo)漢字庫(kù)中的每一

11、個(gè)字均由256點(diǎn)陣來(lái)表示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)像素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。用8位的at89c52單片機(jī)控制，由于單片機(jī)的總線為8位，一個(gè)字需要拆分為2個(gè)部分。本電路把它拆分為左部和右部，左部由16（行）*8（列）點(diǎn)陣組成， 右部也由16（行）*8（列）點(diǎn)陣組成。以顯示漢字“自”為例，來(lái)說(shuō)明其掃描原理：圖4-1點(diǎn)陣屏 單片機(jī)首先由p2口輸出顯示數(shù)據(jù)信號(hào)給左部分的第一行如圖4-1所示，即第一行的p20-p27口。方向?yàn)閜20到p27 ,顯示漢字“自”時(shí)，p27點(diǎn)亮,由左到右排，為p20滅，p21滅, p2

12、2滅，p23滅, p24滅, p25滅, p26滅, p27亮。即二進(jìn)制00000001，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制為 0x01。左部分的第一行完成后，繼續(xù)掃描右半部的第一行，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計(jì)成由左往右掃描，即從p00向p07方向掃描，從上圖可以看到，這一行全滅， 即為00000000，16進(jìn)制則為0x00。然后單片機(jī)再次轉(zhuǎn)向左半部第二行，此為p26亮，為00000010，即16進(jìn)制0x02。這一行完成后繼續(xù)進(jìn)行右半部分的第二行掃描，全滅，為二進(jìn)制00000000，即16進(jìn)制0x00。 依照這個(gè)方法，繼續(xù)進(jìn)行下面的掃描，一共掃描32個(gè)8位，可以得出漢字“自”的掃描代碼為：0x80,0x00,0x

13、40,0x00,0x20,0x00,0xf8,0x0f,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0xf8,0x0f,0x08,0x08,0x08,0x08,0xf8,0x0f,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0xf8,0x0f,0x08,0x08,由這個(gè)原理可以看出， 無(wú)論顯示何種字體或圖像， 都可以用這個(gè)方法來(lái)分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。4.2 程序框圖4.3字模提取軟件的運(yùn)用一個(gè)國(guó)標(biāo)漢字是由16x16即256個(gè)點(diǎn)（像素）來(lái)構(gòu)成的，顯示一個(gè)漢字該亮哪些點(diǎn)這些復(fù)雜的工作都交給取模軟件來(lái)完成，同時(shí)，取模軟件也負(fù)責(zé)把要顯示的漢字轉(zhuǎn)化成程序中要

14、用到的顯示代碼，代碼以一定的規(guī)律表征了該亮的點(diǎn)（用“1”表示）與不該亮的點(diǎn)（用“0”表示），一共256位。單片機(jī)負(fù)責(zé)將這些代碼一段一段有規(guī)律地送到led屏。漢字的點(diǎn)陣字模是從點(diǎn)陣字庫(kù)文件中提取出來(lái)的，就可以顯示漢字了。4.4循環(huán)程序的設(shè)計(jì) 為了是文字能夠在led顯示屏上循環(huán)顯示，設(shè)計(jì)了程序如下： int py=0; /定義偏移量 int count=0; /定義次數(shù) if (count64) /指針終點(diǎn) py=0; /偏移量歸零，重新開(kāi)始循環(huán) count用來(lái)控制每次移位led燈閃的次數(shù)。這里設(shè)置為50，即每移位一次，led燈閃50次，然后再進(jìn)行下次移位。4.5延時(shí)程序的設(shè)計(jì)畫(huà)面的穩(wěn)定有兩個(gè)條件

15、：顯示延長(zhǎng)的時(shí)間應(yīng)控制在合理的范圍之內(nèi)，時(shí)間小了會(huì)看不清畫(huà)面，時(shí)間大了畫(huà)面不連續(xù)。延時(shí)函數(shù)如下：void delay(void) / 延時(shí)程序 int j;for(j=0;j20;j+);/ 每次閃爍持續(xù)的時(shí)間，可以控制滾動(dòng)速度 4.6指針程序的設(shè)計(jì)為了讓圖像實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，設(shè)計(jì)了指針p加偏移量py。當(dāng)偏移量發(fā)生變化，*（p+py）也跟著變化，這樣指針就會(huì)指向下一個(gè)數(shù)組單元，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)顯示。py的增量必須為2的倍數(shù)，如果為奇數(shù)，會(huì)出現(xiàn)左右屏交替顯示的現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)將py每次的偏移量設(shè)置為2，因?yàn)槿绻O(shè)置太大，滾動(dòng)會(huì)有加大的跳躍性，使畫(huà)面失去流暢性。void delay(void);void main(

16、) char *p; /定義指針 int i; int count=0; p=&word_mu00; / p指向數(shù)組起始點(diǎn) while(1) for(i=0;i16;i+) /滾動(dòng)顯示程序 p1=i; p2=*(p+py+2*i); /左邊屏幕 p0=*(p+py+2*i+1); /右邊屏幕 delay(); /亮延時(shí) if (count64) py=0; 從i=0到i=15，顯示完16行，并且重復(fù)50次后，指針偏移量+2，實(shí)現(xiàn)整體移位一行。依此執(zhí)行，直到執(zhí)行完數(shù)組全部單元，然后py賦值0，即重頭開(kāi)始執(zhí)行。這樣就實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)循環(huán)顯示。5. 系統(tǒng)調(diào)試5.1 proteus軟件仿真調(diào)試5.1.1 拖

17、尾現(xiàn)象在滾動(dòng)顯示的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，通過(guò)多次調(diào)試都無(wú)法解決該問(wèn)題，于是決定在切換行前先關(guān)閉列驅(qū)動(dòng)器。并且延時(shí)，以此來(lái)消除切換行過(guò)程中，在人眼中產(chǎn)生的殘影。從而實(shí)現(xiàn)消隱。設(shè)計(jì)程序如下： for(i=0;i16;i+) p1=i;p0=*(p+py+2*i+1); /右邊p2=*(p+py+2*i); /左邊 delay();p1_4=1; delay(); 在切換行是，給p1.4賦值1，使p1.4引腳輸出高電平，關(guān)閉74hc154芯片，從而關(guān)閉了屏幕的顯示。5.1.2 指針終點(diǎn)設(shè)置錯(cuò)誤造成亂碼 在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，因?yàn)闇p少了顯示字?jǐn)?shù)，忘記了更改指針偏移量的終點(diǎn)值，導(dǎo)

18、致顯示完成預(yù)定文字之后，尾隨著顯示亂碼。 if (count225) py=0; py的終點(diǎn)值應(yīng)該等于數(shù)組總長(zhǎng)度-2i-1，即 數(shù)組長(zhǎng)度-31。5.2 硬件調(diào)試圖5-1在proteus下的原理圖基于proteus環(huán)境下仿真結(jié)果如下。 “”字樣在proteus系統(tǒng)下的仿真圖 6. 程序清單#includesbit p1_4=p14;sbit key=p15; unsigned char code word_mu2 = ;void delay(void);void main( )char *p; /定義指針int py=0; /定義偏移量int count=0; /燈閃的次數(shù)int i;p=&word_mu00; /p指向數(shù)組起始點(diǎn)while(1)for(i=0;i16;i+) /滾動(dòng)顯示程序p1=i;p2=*(p+py+2*i); /左邊屏幕p0=*(p+py+2*i+1); /右邊屏幕delay(); /亮延時(shí)p1_4=1; /p1.4引腳賦1，即關(guān)閉譯碼器delay(); /滅延時(shí)if (count225)/循環(huán)顯示的終點(diǎn)py=0; /循環(huán)初始化 void delay(void) / 延時(shí)程序 int j;fo