單片機原理課程設計報告

1、單片機原理及接口技術課程設計報告設計題目：基于單片機的廣告顯示牌設計學 號：姓 名：指導教師：基于單片機的廣告顯示牌設計LED就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱LED。它是一種通過控制半導體發(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發(fā)光二極管組成，靠燈的亮滅來顯示字符。LED顯示屏用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。由于LED顯示屏因為其像素單元是主動發(fā)光的，具有亮度高、視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。因而被廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑

2、市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。 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)報道，由于發(fā)光二極管（LED）用于廣告牌具有亮度高、壽命長和節(jié)能的特點，雖然其初裝價格較高，但日本一些燈具生產(chǎn)商和廣告牌經(jīng)營者正看好這一產(chǎn)品，并努力開發(fā)相關市場。LED節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點與當今越來越受重視的環(huán)保意識不謀而合，因此LED的應用前景良好。LED的設計使用也不斷的得到改善，以更好的適應社會需求。1. 設計任務結合實際情況，基于AT89C52單片機的廣告顯示牌的設計。該設計應滿足的功能要求為：(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；(3) 廣告牌可以暫停和繼續(xù)；主要硬件設備：AT89C52單片機、74HC154譯碼器芯片、4片8*8點陣顯示器。2. 整體方案設計要顯示中文字，需要4片8×8的點陣顯示器組合成16×16的點陣顯示器才能完整的顯示一個中文字。如圖2-1為整個系統(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所在位置相對應的器件發(fā)光，就可以得到想要的顯示結果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅動顯示方式。把行列總線接在單片機的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

4、點陣的行列端口全部直接接入89C52單片機，則需要使用32條I/0口，這樣會造成I/0口資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴充的余地。因此，我們在實際應用中只是將LED點陣的16條行線直接接在P0口和P2口，至于列選掃描信號則是由416線譯碼器74HCl54來選擇控制，這樣一來列選控制只使用了單片機的4個I/O口，節(jié)約了很多I/O口資源，為單片機系統(tǒng)擴充使用功能提供了條件。本設計中，漢字掃描顯示的基本過程是這樣的：單片機89C52按照設定的程序在P0和P2接口輸出與內(nèi)部漢字對應的代碼電平送至LED點陣的行選線(高電平驅動)，同時在P1.1，P1.2，P1.3，P1.4接口輸出列選掃描信號(低電平驅動)，即

5、輪流給行信號輸出低電平，當高電平與低電平接通，則該發(fā)光二極管亮。在任意時刻只有一行發(fā)光二極管是處于可以被點亮的狀態(tài) ，其它行都處于熄滅狀態(tài)。利用人眼的視覺暫留特性合成整個漢字的顯示。再改變?nèi)”淼刂穼崿F(xiàn)漢字的滾動顯示。3. 系統(tǒng)硬件電路設計3.1單片機最小系統(tǒng)一般來說，單片機的最小系統(tǒng)包括電源，晶振，復位電路。有了以上三塊內(nèi)容，單片機就能夠工作了。另外要注意的一點是，EA腳也要接高電平，告訴單片機不使用片外存儲器。3.1.1時鐘晶振電路單片機XTAL1腳和XTAL腳是外部接晶振的兩個引腳，通常在接一個晶振的同時要在晶振的兩個腳接兩個電容，這兩個電容叫晶振的負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的

6、電容，一般在幾十皮法。它會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。本設計中，單片機晶振采用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單片機的時鐘晶振電路原理圖3.1.2復位電路 本設計采用上電復位的方式實現(xiàn)復位。上電復位電路由電容串聯(lián)電阻構成，由圖3-1所示，并結合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道：當系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位。所以我們只要適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般文獻推薦C 取10uF，R取8.2K。本設計中我

7、們采用C取10u法拉，R取10K歐姆。如圖3-2所示為單片機的時鐘晶振和復位電路原理圖。圖3-2單片機的時鐘晶振和復位電路原理圖3.2 列驅動 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位高有效二進制地址輸入，并提供16個互斥的低有效輸出。74HC154的兩個輸入使能門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”，也可用于譯碼器擴展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當一個1-16的多

8、路分配器。當其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應用的狀態(tài)。以下圖3-3為74HC154的引腳圖和實物圖。圖3-3 譯碼器74HC154引腳圖 引腳說明：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任意一個為高電平，A、B、C、D任意電平輸入都無效。G1、G2必須都為低電平才能操作芯片。 3.2.2 列驅動電路由于

9、16x16點陣顯示器有16行，為充分利用單片機的接口，本電路中加入了一個4-16線譯碼器74HC154，其輸入是一個16進制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號，把74HC154的G1口連接單片機89C52的P1.4引腳，來實現(xiàn)控制，G2引腳接地，然后以A、B、C、D四腳為輸入端。就會形成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，即會有16路輸出。如圖3-4為驅動電路在proteus仿真軟件中的電路原理圖。圖3-4 驅動電路原理圖3.3 LED點陣顯示屏工作原理 LED發(fā)光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個

10、半導體的晶片。以下為8*8點陣LED顯示屏的原理圖。圖3-5 點陣LED原理圖 晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。4. 系統(tǒng)程序設計4.1 系統(tǒng)顯示原理 每一個字由16行16列的點陣組成顯

11、示，即國標漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個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單片機控制， 由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。本電路把它拆分為左部和右部，左部由16（行）*8（列）點陣組成， 右部也由16（行）*8（列）點陣組成。以顯示漢字“自”為例，來說明其掃描原理：圖4-1點陣屏 單片機首先由P2口輸出顯示數(shù)據(jù)信號給左部分的第一行如圖4-1所示，即第一行的P20-P27口。方向為P20到P27 ,顯示漢字“自”時，P2

12、7點亮,由左到右排，為P20滅，P21滅, P22滅，P23滅, P24滅, P25滅, P26滅, P27亮。即二進制00000001，轉換為16進制為 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計成由左往右掃描，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進制則為0x00。然后單片機再次轉向左半部第二行，此為P26亮，為00000010，即16進制0x02。這一行完成后繼續(xù)進行右半部分的第二行掃描，全滅，為二進制00000000，即16進制0x00。 依照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描，一共掃描32個8位，可以得出

13、漢字“自”的掃描代碼為：0x80,0x00,0x40,0x00,0x20,0x00,0xF8,0x0F,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x0F,0x08,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x0F,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x0F,0x08,0x08,由這個原理可以看出， 無論顯示何種字體或圖像， 都可以用這個方法來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字模提取軟件的運用一個國標漢字是由16X16即256個點（像素）來構成的，顯示一個漢字該亮哪些點這些復雜的工作都交給取模軟件來完成，

14、同時，取模軟件也負責把要顯示的漢字轉化成程序中要用到的顯示代碼，代碼以一定的規(guī)律表征了該亮的點（用“1”表示）與不該亮的點（用“0”表示），一共256位。單片機負責將這些代碼一段一段有規(guī)律地送到LED屏。漢字的點陣字模是從點陣字庫文件中提取出來的，就可以顯示漢字了。4.4循環(huán)程序的設計 為了是文字能夠在LED顯示屏上循環(huán)顯示，設計了程序如下： int py=0; /定義偏移量 int count=0; /定義次數(shù) if (count<50) /設置為每閃60次指針發(fā)生一次偏移 count+; if(count=50) count=0; /次數(shù)清零 py+=2; /每次偏移量為2 if(p

15、y>64) /指針終點 py=0; /偏移量歸零，重新開始循環(huán) count用來控制每次移位LED燈閃的次數(shù)。這里設置為50，即每移位一次，LED燈閃50次，然后再進行下次移位。4.5延時程序的設計畫面的穩(wěn)定有兩個條件：顯示延長的時間應控制在合理的范圍之內(nèi)，時間小了會看不清畫面，時間大了畫面不連續(xù)。延時函數(shù)如下：void delay(void) / 延時程序 int j;for(j=0;j<20;j+);/ 每次閃爍持續(xù)的時間，可以控制滾動速度 4.6指針程序的設計為了讓圖像實現(xiàn)滾動，設計了指針p加偏移量py。當偏移量發(fā)生變化，*（p+py）也跟著變化，這樣指針就會指向下一個數(shù)組單元

16、，實現(xiàn)滾動顯示。py的增量必須為2的倍數(shù)，如果為奇數(shù)，會出現(xiàn)左右屏交替顯示的現(xiàn)象。本設計將py每次的偏移量設置為2，因為如果設置太大，滾動會有加大的跳躍性，使畫面失去流暢性。void delay(void);void main( ) char *p; /定義指針 int i; int count=0; p=&word_mu00; / p指向數(shù)組起始點 while(1) for(i=0;i<16;i+) /滾動顯示程序 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 if (count<50)

17、count+; if(count=50) /滾動速度，count越小越快 閃的次數(shù)count=0;py+=2;if(py>64) py=0; 從i=0到i=15，顯示完16行，并且重復50次后，指針偏移量+2，實現(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，即重頭開始執(zhí)行。這樣就實現(xiàn)了滾動循環(huán)顯示。5. 系統(tǒng)調(diào)試5.1 Proteus軟件仿真調(diào)試5.1.1 拖尾現(xiàn)象在滾動顯示的過程中，發(fā)現(xiàn)在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，通過多次調(diào)試都無法解決該問題，于是決定在切換行前先關閉列驅動器。并且延時，以此來消除切換行過程中，在人眼中產(chǎn)生的殘影。從而實現(xiàn)消隱。設計程序如下：

18、 for(i=0;i<16;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，關閉74HC154芯片，從而關閉了屏幕的顯示。5.1.2 指針終點設置錯誤造成亂碼 在程序設計的過程中，因為減少了顯示字數(shù)，忘記了更改指針偏移量的終點值，導致顯示完成預定文字之后，尾隨著顯示亂碼。 if (count<50) count+; if(count=50) count=0;offset+=2; if(py>225) py=0; py的終點值應該等于數(shù)組總長度-2×i-1，即 數(shù)組長度-31。5.2 硬件調(diào)試圖5-1在Proteus下的原理圖基于Proteus環(huán)境下仿真結果如下。 “”字樣在Proteus系統(tǒng)下的仿真圖 6. 程序清單#include<reg52.h>sbit 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)