陣式圖形顯示單片機課設說明書

1、微機綜合實踐課程說明書題 目： 陣式圖形顯示 學院： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 李寬 學 號： 1000110314 指導教師單位： 機械制造教研室 姓 名： 惲 志 東 職 稱： 副 教 授 2013年12月30日 摘 要 本文用基于STC89C51芯片搭建的單片機最小系統(tǒng)，配合硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)對LED8x8點陣進行了控制，實現了對LED8x8點陣圖形顯示的控制。該點陣可以顯示“”、“”和心形圖，并通過按鍵選擇顯示的圖形，顯示時間可調，并且詳述了本單片機最小系統(tǒng)的工作原理，設計過程，實現過程。關鍵詞：STC89C51；LED 8x8點陣；圖形顯示。 目 錄

2、 1、緒論11.1前言11.2設計任務及意義11.3 LED點陣12、總體方案設計23、系統(tǒng)硬件設計33.1各個模塊電路設計33.1.1電源電路33.1.2數碼管驅動電路33.1.3晶振電路與復位電路43.1.4點陣顯示電路53.2元器件的選擇及功用53.2.1鎖存器53.2.2 STC89C51芯片63.3總體電路設計74、系統(tǒng)軟件設計84.1主程序設計84.2定時中斷程序設計94.3數碼管顯示程序設計94.4按鍵檢測子程序104.5點陣顯示程序設計105、 調試與使用115.1使用的工具115.2調試過程出現的問題及解決方法115.3作品操作說明116、 總結117、參考文獻128、附錄1

3、28.1總程序清單128.2元器件清單168.3布線圖161、緒論1.1前言 計算機技術和電子技術的飛速發(fā)展使得現代電子產品向跟微型、更集成化的方向發(fā)展。單片機恰恰具備這樣的功能，甚至可以不夸張的說，沒有單片機，就沒有現在的進步與文明。而LED顯示技術的應用已經滲透到我們的生活中，各種廣告牌，各種燈具等應用十分廣泛，所以學習、了解單片機最小系統(tǒng)的原理、制作對我們來說是非常好的，我們可以更好的認識了解生活中的一些電子、電器的原理。不過話說回來，其原理相對我們來說比較難理解，因為并不是每個人都能把單片機學好。加深對單片機的認識和鍛煉運用單片機實現具體要求的能力是本次課設的主要目的。1.2設計任務及

4、意義 本次設計是以小組為單位，每組6到7人不等，小組合作完成全部設計過程，權衡課題的難度，結合自身小組成員對單片機的了解的能力后，我們經過討論選擇如下題目：陣式圖形顯示控制任務及要求：在88點陣式LED顯示“”、“”和心形圖，通過按鍵來選擇要顯示的圖形，顯示時間可調（時間自定義）。1.3 LED點陣LED點陣就是將多個LED以矩陣方式排列，而構成一個元件，其中各LED的引腳以規(guī)律性的連接，對于共陽極LED點陣而言，每列的LED陽極連接在一起，即構成列引腳，而每行的陰極連接在一起，即為行引腳。若要點亮其中的LED，則需要列信號和行信號的交集，給列一個高電平相應的行給低電平，行列交集的LED就被點

5、亮。共陰極的LED與共陽極LED原理是一致的，共陽是所有LED正極連在一起，負極是獨立的。而共陰則是所有LED負極連在一起，陽極是獨立的。2、總體方案設計經過小組討論，我們提出了以下兩種方案方案一：采用我們比較常見STC89C51單片機作為控制核心，LED點陣行驅動采用74LS595芯片，列掃描直接由單片機P2口驅動。P1口接五個輕觸開關實現對點陣顯示圖形和顯示時間的控制。結構框圖見圖2.1。 圖2.1方案一機構框圖方案二：還是采用我們常見的STC89C51單片機作為控制核心，LED點陣行驅動采用74HC573芯片，帶鎖存功能，并且并行輸出。列掃描直接由單片機P2口驅動。P1口接五個輕觸開關實

6、現對點陣顯示圖形和顯示時間的控制。采用兩位一體共陽數碼管顯示圖形顯示時間，在實現功能的同時顯得更加合理，其結構框圖見圖2.2。圖2.2方案二結構框圖 方案對比及確定兩種方案都能實現功能要求。方案一采用74LS595芯片驅動LED點陣行，該芯片為串行輸入；方案二采用74HC573芯片驅動點陣，并行輸出，且具有鎖存功能，可以方便控制。采用數碼管直觀顯示圖形顯示時間，系統(tǒng)的功能得到進一步完善。鑒于以上的區(qū)別，方案二更勝一籌，故我們選擇了方案二。3、系統(tǒng)硬件設計3.1各個模塊電路設計3.1.1電源電路我們采用USB供電的電源電路系統(tǒng)，將電流傳輸入電路系統(tǒng)的電源電路，為電路系統(tǒng)的提供正常穩(wěn)定的5V工作電

7、流；發(fā)光二極管的作為指示燈作指示作用。其電路圖見圖3.1。 圖3.1電源電路圖3.1.2數碼管驅動電路我們采用兩位一體共陽數碼管驅動電路。數碼管如用單片機吸收電流驅動，列掃描驅動使用三極管，按每段7mA電流算，全顯示字型“8”時，每個數碼管需7mA8=56mA。兩位數碼管需112mA,因此設計中采用功率三極管PNP8550驅動，兼片選控制的作用，保護了單片機的I/O口。在焊接電路板的過程中要特別注意區(qū)分清楚三極管的引腳。其電路圖見圖3.2。 圖3.2數碼管驅動電路3.1.3晶振電路與復位電路 在8051內部設置了一個反相放大器 為了產生時鐘信號，XTAL1是片內振蕩器反相放大器的輸入端，XLA

8、L2是片內振蕩器反相放大器的輸出端，也是內部時鐘發(fā)生器的輸入端，本設計使用自激震蕩方式，XLAL1和XLAL2外接一個12MHZ的石英晶振，是內部振蕩器按照石英晶振的頻率震蕩，即產生時鐘信號。單片機上電后，在該引腳出現兩個機器周期寬度以上的高電平，就會使單片機復位。在RST與Vss之間接10K即可實現單片機上電自動復位，加以按鍵K1可實現手動復位。其電路圖見圖3.3。圖3.3晶振與復位電路 3.1.4點陣顯示電路 點陣顯示由點陣、8個阻流電阻和74HC573芯片構成。本設計中一次驅動一列LED，為了使點陣顯示的亮度足夠，電路中使用74HC573芯片作驅動之用，主要考慮其使用簡單、方便，易于控制

9、。單片機的P0口僅與74HC573數據輸入端連接，不會產生混淆現象，故74HC573芯片的鎖存端不需要加以控制，電路中將其直接電源正極相連。由于點陣采用動態(tài)顯示，按只點亮一個LED看待，LED點亮時通過電流按0.7mA計算，限流電阻阻值為：R=（5-1.7）/0.007=470,其電路圖見圖3.4。圖3.4點陣顯示電路3.2元器件的選擇及功用3.2.1鎖存器 鎖存器型號為74HC573，74HC573 鎖存器是透明的D 型鎖存器，當使能（G）為高時，Q 輸出。將隨數據（D）輸入而變。當使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數據電平上。輸出控制不影響鎖存器的內部工作，即老數據可以保持，甚至當輸出被關閉

10、時，新的數據也可以置入。這種電路可以驅動大電容或低阻抗負載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅動器和工作寄存器。其各引腳的作用見表3.1。 表3.1 鎖存器74HC573功能表 PIN No 引腳號SYMBOL符號NAME AND FUNCTION名稱及功能1OE3 State output Enable Input (Active LOW)3態(tài)輸出使能輸入（低電平）2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9D0 to D7Data Inputs數據輸入12,13,14,15,16,17,18,19Q0 to Q73 State

11、Latch Outputs 3態(tài)鎖存輸出11LELatch Enable Input 鎖存使能輸入10GNDGround接地(0V)20VCCPositive Supply Voltage電源電壓3.2.2 STC89C51芯片 STC89C51芯片是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，128B的RAM，4個8位I/O并行端口，1個串行口、兩個16位定時/計數器及中斷系統(tǒng)等組成。由于他的廣泛的使用性，以及使用起來非常方便，因此在很多研究領域都要用到STC89C51芯片。其各引腳分布見圖3.5，其各引腳功能介紹見表3.2。此外，在這里還介紹了P3口第二功

12、能見表3.3。圖3.5 芯片STC89C51引腳分布表3.2芯片STC89C51各引腳功能介紹類型名稱功能主電源引腳 Vcc接主電源+5vVss電源接地端時鐘電路引腳XLAL1接晶振反相放大器輸入端（接地）XLAL2接晶振反相放大器的輸出端（接信號源） 控制信號引腳RST/VPD復位/備用電源輸入端ALE/PROG為低8位地址鎖存使能輸出/編程脈沖輸入端PSEN讀選通信號EA/VPP為外存儲器允許訪問/編程電源輸入并行I/O口P0口8 位漏極開路型雙向I/O端口P1口內部帶上拉電阻的8位準雙向I/O端口P2口內部帶上拉電阻的8位準雙向I/O端口P3口內部帶上拉電阻的8位多功能雙向I/O端口表3

13、.3芯片STC89C51 P3口各位的第二功能表P3口引腳第二功能P3.0RXD（串行口輸入端）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0(外部中斷0輸入端)P3.3INT1(外部中斷1輸入端)P3.4T0(定時器0的外部輸入)P3.5T1(定時器1的外部輸入)P3.6WR(外部數據存儲器“寫”控制輸出信號)P3.7RD（外部數據存儲器“讀”控制輸出信號）3.3總體電路設計為了能夠實現利用單片機控制電路使整個電路能正常運行。本設計利用8X8點陣LED顯示屏來顯示星形、圓形、心形。利用鎖存器對P0口數據進行鎖存，利用數碼管顯示延時時長，利用按鍵來實現圖形顯示的切換、延時時長的改變以及復位.其

14、總電路圖見圖3.6。 圖3.6 8x8點陣LED顯示整體電路圖4、系統(tǒng)軟件設計4.1主程序設計負責總體程序管理功能的主程序采用動態(tài)掃描的方式檢測按鍵狀態(tài)、點陣顯示和數碼管的顯示，主程序不斷重復調用子程序檢測按鍵狀態(tài)和輸送顯示圖形、時間數據。定時器初始化部分完成定時器的工作模式、計時初值的設定。其程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1主程序流程圖 4.2定時中斷程序設計用于點陣顯示圖形和數碼管顯示的定時轉換的定時中斷子程序。定時器T0定時溢出中斷周期設為50ms，根據時間調節(jié)鍵的操作改變參數值，并且控制定時中斷的次數，以實現相應的定時，從而達到預設的定時效果。定時中斷程序流程圖見圖4.2。 圖4.

15、2中斷程序流程圖 4.3數碼管顯示程序設計數碼管由兩位組成，可以顯示個位數與十位數，因此在輸送顯示數值時先摸除10求得個位數，再除10取整得到十位數，先后將個位十位數送P3口，由數碼管顯示數值。其程序設計見附錄8.1總程序清單。4.4按鍵檢測子程序5個按鍵的狀態(tài)由按按鍵檢測子程序檢測，當鍵按下時把單片機相連的端口拉低為低電平，根據P1口的邏輯狀態(tài)字(未接按鍵的引腳屏蔽)判別具體是哪個鍵按下，并進行相應的處理，其中為了調節(jié)時間的準確，應在時間調節(jié)按鍵松開后再進行時間加/減的操作。其程序設計見附錄8.1總程序清單。4.5點陣顯示程序設計 在這里，我們采用列掃描的方式點亮點陣的發(fā)光二極管,掃描頻率必

16、須大于1128HZ,周期要符合人類視覺暫留要求。程序中調用延時子程序實現，2ms的延時時間。其顯示程序流程圖見圖4.3。圖4.3點陣顯示程序流程圖5、 調試與使用5.1使用的工具 萬用表、鑷子、單片機開發(fā)板5.2調試過程出現的問題及解決方法調試中遇到的問題： 燒寫程序進去后，雖然點陣能亮了，當時沒有按照我們想要的圖形來運行，而且圖形顯示的過程中有幾個點不要求亮的卻亮了，其中一個按鍵也是失靈的，起不到調節(jié)的作用。解決方法： 通過檢查程序無誤后，我們又用了萬用表對電路進行檢查，確定電路無誤后，最終我們換了一塊52芯片，奇跡般的可以了，后來我們檢查原來的51芯片，發(fā)現其中一個引腳歪了，接觸不好，最終

17、造成了上述現象。5.3作品操作說明分別按下不同的按鍵實現不同的功能，實現不同的功能，按鍵1實現星形圖形轉換；按鍵2實現圓形圖形轉換；按鍵3實現心形圖形轉換；按鍵4用來延長顯示時間，按鍵5用來縮短顯示時間；按鍵6用來實現復位。6、 總結 本次課程設計用AT89C51芯片對單片機最小系統(tǒng)中的LED8x8點陣實現了控制，能過顯示“”、“”和心形圖，圖形顯示時間可調，并通過系統(tǒng)擴展，加上了兩片二位一體共陽數碼管，將延時時間在數碼管上進行顯示。完成了老師規(guī)定的任務。本次課程設計意義非凡，以前我們都只是做過關于機械的課程設計，像這種偏電子的課設還真是沒有做過，所以一開始感覺困難很多。好在我們是一個團體，集

18、體的智慧是最大的，在設計過程中，我們碰到了許多看似不可逾越的困難，但是最終我們還是通過各種各樣的方法克服了這些困難。我們通過去圖書館找相關的書籍或是通過網上相關資料解決了不少問題。經同學的推薦，我們看了郭天祥的視頻，學習了protel的簡單應用，并能利用protel繪制簡單的電路圖，雖然沒有達到熟練的水準，但是至少能用一點點了。小組同學積極參與、貢獻智慧，共同合作完成了作品的制作。作品的完成只是一個結果，在這個過程我們學到了許多的知識，加深了對微機原理課程，C語言程序課程，單片機課程知識的了解。在編寫程序的過程中，我們也出現過些許錯誤，其主要原因是我們對單片機各部分的功能了解不夠，導致有點混亂

19、，后來我們經過仔細的檢查子函數，發(fā)現出來問題，由此可見，在編寫程序的時候，特別是比較長的程序，分塊編程顯得尤為重要。在硬件的制作過程中，腐蝕板的制作需要一定的經驗，元器件的排布也有講究，如何能將固定數量的元件排布占板面積最小，最能體現集成化，不是一件容易的事情。當然，我們老生常談的話題，比如說焊機過程中避免虛焊等問題也是不容小覷的，否則后期的調試，檢查電路將會非常麻煩，導致“一招不慎，滿盤皆輸”現象的發(fā)生。7、參考文獻1 張曄,王玉民.單片機應用技術M.高等教育出版社,2006:62 肖洪兵.跟我學用單片機M.北京航空航天大學出版社,2002:8 3 馬長林,陳怡.單片機實踐應用與技術M.北京

20、大學出版社,2008:64 何立民.單片機高級教程第1版M.北京航空航天大學出版社,2001:85 程成.單片機課程設計指導M .清華大學出版社,2009:36 李朝清.單片機原理及接口技術M.北京航空航天大學出版社,1999:18、附錄8.1總程序清單#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int uchar shu=0x60,0xf9,0xa4,0xb0,0x39,0x32,0x22,0x78,0x20,0x30;uchar table8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f

21、;uchar xing38=0x48,0x28,0x3c,0x1f,0x3c,0x28,0x48,0x00, 0x00,0x38,0x44,0x44,0x44,0x38,0x00,0x00, 0x0c,0x12,0x22,0x44,0x22,0x12,0x0c,0x00;uchar i,num,time,temp;sbit k6=P16;sbit k7=P17;uint aa=20;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-)（續(xù)錄） for(y=110;y0;y-);void check()temp=P1;temp=temp&0x1f;if(temp!=0x1f)delay(5);temp=P1;temp=temp&0x1f;if(temp!=0x1f)switch(temp) case 0x1e : num=0; break; case 0x1d: num=1; break; case 0x1b:num=2; break; case 0x17: while(temp=0