畢業(yè)設計流水燈畢業(yè)設計

1、用單片機實現(xiàn)流水燈的控制畢業(yè)設計（論文）學 院、系： 電子工程 專 業(yè)： 通信網(wǎng)絡 學 生 姓 名： 李克 班 級： 通網(wǎng)121 學 號 120412125 指導教師姓名： 職稱 最終評定成績 2015 年 4月摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。正文首先介紹本課題的背景、研究意義及完成的任務功能；接著簡單描述設計過程中所用的一些主要元器件、方案的論證，以及介紹了系統(tǒng)

2、硬件工作原理，并且附以系統(tǒng)硬件設計框圖；其次闡述了板的畫質(zhì)、制作、實物的完成、程序的編寫和調(diào)試；最后對本設計進行了總結。 本次畢業(yè)設計根據(jù)設計要求，基本達到預期的目的。即通過ATmega16單片機來控制16x8的貼片發(fā)光二極管矩陣顯示，以中、明字符為例，分別可以實現(xiàn)全亮到字模中再到字模明到全暗的循環(huán)顯示。用戶可以按照自己的喜好選擇不同的字模、顯示方式。關鍵詞： 單片機 ATmega16 發(fā)光二極管 霓虹燈AbstractIn recent years, with the rapid development of science and technology, SCM applications

3、are continually deepening, while the traditional control test drive rapid updates. In real-time detection and control of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, Jin Zhi Shi MCU side is not enough, Haiyinggenju specific hardware structure and appli

4、cation specific characteristics of the software Duixiang Jie He, to be perfect. The text introduces the subject of this issue background, significance, and complete functionality. A brief description of the design process used in some of the major components of the demonstration program, and introdu

5、ced the principle of the system hardware, and attached to the system hardware design block diagram; second section describes the PCB board of the definition, production, physical completion of the preparation process and debugging; Finally, a summary of the design. The graduation project according t

6、o set requirements, achieves the desired purpose. ATmega16 microcontroller to control through the SMD LEDs 16x8 matrix display to the Ming character, for example, were able to achieve 'full light' to the font 'in' then font 'out' to 'all dark' cycle of display. Users

7、can follow their own preferences to select a different font, display Keywords: microcontroller ATmega16 LBD Neon 目錄第一章 緒論 1 1.1課程研究背景11.2 課程研究的意義11.3 課程研究的任務2第二章 本設計所用的主要電子器件簡介3 2.1 AVR ATmega16 單片機簡介3 2.2 鎖存器 MC74HC373簡介5 2.3 8x16貼片發(fā)光二極管矩陣簡介6 2.4 穩(wěn)壓器ams117 簡介 6第三章 基本原理 7 3.1 總體設計思路7 3.2方案論證與比較83.2.

8、1 顯示部分方案論證與選擇 83.2.2 驅動部分設計方案論證與選擇 8 3.3 電源模塊的選擇9第四章 設計過程 10 4.1 單元電路設計104.1.1 控制部分電路 104.1.2顯示部分電路 114.1.3 ams117穩(wěn)壓電路11 4.2 軟件設計 13 4.3 制版做實物134.3.1 PROTEL DXP 簡介144.3.2實物制作 17第五章 遇到的問題及調(diào)試 18 5.1遇到的問題及解決方法18 5.1.1 硬件方面18 5.1.2 程序的調(diào)試18 5.2各點電壓及波形測試19 5.3結果分析20 5.4材料清單20結束語 22致謝詞 23參考文獻 24附錄： 25第一章 緒

9、論§1.1 課程研究背景 電子計算機的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路弓四個階段，既通常所說的第一代、第二代、第三代和第四代計算機?，F(xiàn)在廣泛使用的微型計算機是大規(guī)模集成電路技術的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計算機，而單片機則是微型計算機的一個分支。隨著信息技術革命的深入和計算機技術的飛速發(fā)展，單片機的應用越來越廣泛，并逐漸發(fā)展成為一門關鍵的技術學科。單片機亦稱微控制器,顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這

10、種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能微電腦型”，如智能型熱水器等。計算機是人類制造的用于信息處理的機器。這種機器只能在人的控制下，將輸入的數(shù)據(jù)信息，按照人們的要求進行存儲、分類、整理、判斷、計算、決策和處理等操作。目前，微型計算機主要用在以下幾個方面：數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理與信息加工、計算機輔助功能、人工智能、計算機通信、多媒體、計算機檢測和過程控制等。微型計算機在檢測和過程控制方面的應用具有簡便、快捷、準確、可靠等優(yōu)點，便于實現(xiàn)各種生產(chǎn)過程自動化。在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、

11、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、改善生產(chǎn)者勞動條件等方面，具有十分重要的作用。單片機具有一些突出優(yōu)點：體積小、重量輕、耗電少、電源單一、功能強、價格低、運行速度快、抗干擾能力強、可靠性高，所以在通信、家電、工業(yè)控制、儀器儀表、汽車等產(chǎn)品中都可以看到單片機的身影。§1.2 課程研究的意義 流水燈在現(xiàn)代社會就有廣泛的應用，大型電子廣告牌、霓虹燈、指示牌和工業(yè)控制的控制面板等等都有流水燈的應用。而且基于單片機的流水燈的控制系統(tǒng)利用了單片機的內(nèi)部資源，如定時器、I/O口和寄存器等，完成了單片機系統(tǒng)開發(fā)的基本流程，因此具有典型的代表意義，是學習和開發(fā)單片機的基本實驗之一。ATmega16單片

12、機是可多次改寫的可編程芯片，內(nèi)部有16K的Flsah RAM,含有32個通用I/O口線，用這種芯片構成的系統(tǒng)簡單、可靠，性價比相當高，適合成為霓虹燈程序控制器的核心部件,結合鎖存器MC74HC373實現(xiàn)的控制器功能，時間常數(shù)易修改，使用靈活，電路易實現(xiàn)，成本低，控制芯片更換方便。控制器的花樣變化及速度調(diào)節(jié)能用軟件方法實現(xiàn)，這樣進一步提高了性價比。ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案.§1.3 課程研究的任務本設計是以AVR ATmega16芯片的電路為基礎，通過軟件程序來控制單片機內(nèi)部的定時器來控制16x8的矩陣貼片發(fā)光二極管的

13、明亮，顯示不同的圖案花樣，形成霓虹燈控制器。實物以ATmega16為主控芯片，74HC373、AMS117構成電路，主要包括電源、控制電路、顯示電路。對于不同型號的單片機只需要相應的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性和一定的實際使用價值.本文研究內(nèi)容包括如下幾個單元：（1）硬件電路設計以及PCB圖的繪制；（2）硬件實物的調(diào)試、編寫測試程序； （4）測試結果分析。各單元將在相應章節(jié)詳述。第二章 主要電子器件簡介§2.1 AVR ATmega16 單片機簡介單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上，ATmega16是基于增

14、強的AVR RISC結構的低功耗8 位CMOS微控制器，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。高性能、低功耗的 8 位AVR® 微處理器.先進的RISC 結構,131 條指令,大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期,2個8 位通用工作寄存器,全靜態(tài)工作,工作于16 MHz 時性能高達16 MIPS,只需兩個時鐘周期的硬件乘法器.非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器,16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash.擦寫壽命: 10,000 次,具有獨立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)

15、,通過片上Boot 程序實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時讀寫操作,512 字節(jié)的EEPROM,擦寫壽命: 100,000 次,1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM,可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密。I/O 和封裝:32 個可編程的I/O 口40引腳PDIP 封裝, 44 引腳TQFP 封裝, 與44 引腳MLF 封裝。其引腳分布圖如圖2-1所示。AVR 結構具有兩個主要的存儲器空間：數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間。此外， ATmega16 還有EEPROM 存儲器以保存數(shù)據(jù)。這三個存儲器空間都為線性的平面結構。系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 程序存儲器ATmega16具有16K字節(jié)的在線編程Flash，用于存放程

16、序指令代碼。因為所有的AVR指令為16 位或32 位，故而Flash 組織成8K x 16 位的形式。用戶程序的安全性要根據(jù)Flash程序存儲器的兩個區(qū)：引導(Boot) 程序區(qū)和應用程序區(qū)，分開來考慮。Flash存儲器至少可以擦寫10,000次。ATmega16的程序計數(shù)器(PC)為13位，因此可以址8K 字的程序存儲器空間 圖2-1 ATmega16 引腳圖引腳說明：VCC 數(shù)字電路的電源GND 地端口A (PA7.PA0) 端口A 做為A/D 轉換器的模擬輸入端。為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部

17、上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。端口B (PB7.PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作 為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口C (PC7.PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系

18、統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高 阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激端口D (PD7.PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電 流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)RESET 復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。VCC AVCC是

19、端口A與A/D轉換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準輸入引腳。§2.2鎖存器MC74HC373簡介74LS373是低功耗肖特基TTL8D鎖存器，是八D鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) ，常應用在地址鎖存及輸出口的擴展中，74H373是高速CMOS器件，功能與74LS373相同，兩者可以互換。74LS373內(nèi)有8個相同的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當OE接地時，若G為高電平，74LS373接收由PPU輸出的地址信號；如果G為低電

20、平，則將地址信號鎖存。工作原理：74LS373的輸出端O0O7可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當OE為高電平時，O0O7呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當鎖存允許端LE為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。其引腳圖為2-2。 圖2-2 74HC373引腳圖§2.3 16x8貼片發(fā)光二極管矩陣簡介。16x8點陣共由128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，當對應的某一行置0電平，某一列置1電平，則相應的二極管就亮；例

21、如要將D1點亮，則R01腳接高電平LIN01腳接低電平，則第一個點就亮了；如果要將第一行點亮，則R01要接高電平，而LIN（01-16）這些引腳接低電平，那么第一列就會點亮；如要將第一行點亮，則LIN01腳接低電平，而R（01-08）接高電平，那么第一行就會點亮.§2.4 穩(wěn)壓器ams117簡介MS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時，AMS1117器件的壓差保證最大不超過1.3V，并隨負載電流的減小而逐漸降低。AMS1117的片上微調(diào)把基準電壓調(diào)整到1.5%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器

22、和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117器件引腳上兼容其他三端SCSI穩(wěn)壓器，提供適用貼片安裝的SOT-223，8引腳SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封裝。參數(shù)如圖2-41 引腳圖如圖2-42： 圖2-41 參數(shù)圖 圖2-42 引腳圖第三章 基本原理§3.1總體設計思路利用AVR ATmega16單片機設計一個霓虹燈控制器，控制128個發(fā)光二極管，利用二極管的閃爍形成各種圖案和花樣?？刂撇糠种饕蓡纹瑱C完成，顯示部分由單片機輸出的信號經(jīng)過放大后驅動二極管發(fā)光，形成圖案。為了整體布局美觀，實物采用印制PCB版，顯示部分由128個貼片發(fā)光二極管組成16x8的矩陣.本產(chǎn)品采用以A

23、Tmega16單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由ATmega16芯片、時鐘電路、復位電路、列掃描驅動電路、16x8LBD點陣5部分組成，電路框圖如圖4-2所示。其中，ATmega16是一種帶16kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機。其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行1 000

24、次寫擦循環(huán)。他是一種高效微控制器，為很多嵌人式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。時鐘電路由ATmega16的7，8腳的時鐘端(XTAI 1及XTAL2)以及12 MHz晶振X 、電容C4、C6組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復位電路采用簡易的上電復位電路，主要由電阻R 12，電容C5 ，開關S1 組成，分別接至ATmega16的RST復位輸人端。LED點陣顯示屏采用16x8的發(fā)光二極管點陣，可通過萬用表檢測發(fā)光二極管的方法測試判斷出該點陣的引腳分布。我們把行列總線接在單片機的I/O口，然后把上面分析到的掃描代碼送入總線，就可以得到顯示的圖像了。我們在實際應用中是將LBD點陣的8條列線通過驅動電路

25、接在PD口8條行線通過限流電阻接在PA、PC口，考慮到PD口必需設置上拉電阻，我們采用1k排電阻作為上拉電阻。圖像顯示的基本過程是這樣的：通電后由于電阻R12 ，電容C5的作用，使單片機的RST復位腳電平先高后低，從而達到復位；之后，在C4、C6 、X 以及單片機內(nèi)部時鐘電路的作用下，單片機ATmega16按照設定的程序在PA、PC、PD接口輸出與內(nèi)部圖像對應的代碼電平送至LBD點陣的行列線(高電平驅動)，從而選中相應的LBD點發(fā)光，并利用人眼的視覺暫留特性合成圖像的顯示。電路總體方框圖如圖3-1。16x8LBD點陣74HC373時鐘電路 PA ATmega16 PC PD 74HC373復位

26、電路三極管驅動電路 圖3-1 電路總體方框圖§3.2方案的論證與比較3.2.1 顯示部分設計方案與論證方案一、采用移位寄存器擴展I/O口。利用74HC595擴展單片機的輸入輸出口來接發(fā)光二極管，實現(xiàn)串行輸入并行輸出。電路圖如3-2-1所示。此方案可擴展受控制的發(fā)光二極管的數(shù)量，但要控制128個LBD需要16個移位寄存器，需要芯片多，且PCB布局和布線不方便。方案二、采用矩陣式分布。利用單片機的PD口做行選信號，PA和PC口做列選信號，128個LBD構成16行，18列的矩陣。詳細電路圖見單元電路設計中。此方案能單獨控制每一個LBD，也可單獨控制每行或每列的LBD，可形成豐富的圖案或花樣

27、，顯示部分不需要格外的芯片，形成的電路簡單，PCB的布局和布線也較容易和美觀。綜上所述，考慮到要求控制的LBD不是太多，又矩陣式能形成較豐富的圖案，PCB板的布局和布線也較美觀，選擇方案二。 驅動部分設計方案論證與選擇。方案一、三極管一級驅動。由1個9012驅動一行16個LBD。正常發(fā)光時每個LBD的工作電流為1015毫安，16×(1015) =160240毫安, 這樣大的電流一個三極管就能提供。當一行同時亮時能滿足發(fā)光工作要求。當一個燈亮時，由于亮的時間非常短不會對LBD的工作造成影響。方案二、功率放大芯片?？梢院芎玫膶崿F(xiàn)放大和驅動，性能穩(wěn)定，效果好，但價格較三極管高，電路較方案一

28、也明顯復雜。綜上所述，三極管驅動電路簡單，性價比高，又能很好完成驅動作用，選擇方案一。3.2.3電源模塊的選擇線性電源的原理：線性電源主要包括工頻變壓器，輸出整流濾波器，控制電路，保護電路，如圖3-2-3所示。 線性電源是先將交流點經(jīng)過變壓器變壓，在經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)節(jié)輸出電壓，這種電源技術很成熟，可以達到很高的穩(wěn)定度，紋波也很小，而且沒有開關電源具有的干擾和噪。 圖3-2-3 線性電路原理圖由顯示部分共128個放光二極管，每個LBD的工作電流為1015毫安，則當二極管全部工作時，大約需要1.22A。所以選用9V 1A的直流電源

29、作為工作電源，采用市場上出售的成品，不再另行設計。圖3-2-1 寄存器擴展的電路圖第四章 設計過程§4.1 單元電路的設計4.1.1控制部分電路控制部分主要是有單片機最小系統(tǒng)完成。采用了1個ATmega16單片機，2個74HC373鎖存器，12M晶振和電阻、插座等等。驅動部分的8個8050三極管也在此部分內(nèi)。單片機的PD07作為行的選通信號，PA07和PC07的16個輸出信號作為列的控制信號，經(jīng)過74HC373與二極管矩陣鏈接。輸出信號經(jīng)8050放大后驅動發(fā)光二極管。時鐘電路ATmega16單片機芯片內(nèi)部設有一個由反向放大器構成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和

30、輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生成，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，C4、C6的電容值取30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。時鐘電路圖如圖4-11所示 圖4-11 時鐘電路復位電路 單片機有多種復位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關復位與上電復位方式，電路如圖4-12所示。當上電時，C5相當于短路，使單片機復位，在正常工作時，按下復位鍵時單片機復位。在有時碰到干擾時會造成錯誤復位，但在大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機錯誤復位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復位，如果在復位端加一個去耦電容，

31、則會得到很好的效果 圖4-12 復位電路由于ATmega16相對89S51來說，已經(jīng)有了內(nèi)部的時鐘電路和復位電路，那么，在焊機的時候，復位電路和時鐘電路的原件不比標記上，但是為了區(qū)別以及提醒他們的相關作用，在畫電路和繪制PCB板時，仍然標出電路。4.1.2 顯示部分電路顯示部分主要由128個貼片發(fā)光二極管組成8x16的矩陣。每行16個LED的陽極連接在一起引出8行輸出分別接單片機I/O口的PD0PD7口；每列8個LED的陰極連接在一起引出16列輸出分別接單片機PA0PA7和PC0PC7口。從結構上可知，它的每一列共用一根列線，每一行共用一根行線。當相應的行接高電平，列接低電平時，對應的發(fā)光二極

32、管被點亮。在顯示過程中，多采用掃描方式，利用人的視覺暫停效應，只要刷新速率不小于25幀/秒，就不會有閃爍的感覺。點陣顯示的原理就對點陣的每一列（或者每一行）進行快速的掃描（起到選擇的作用），然后對相應的行或列進行賦值，如果在速度很慢的情況，可以看到列相應的點亮或滅，但當延時的時間足夠短，人 因視覺的上惰性，只看到就是一個個漢字的顯示了電路圖如圖4-14所示。結合以上，總體的硬件電路圖如圖4-13所示4.1.3 ams117穩(wěn)壓電路原先設計的時候沒有考慮設計電源，采用的 是市場上賣的9V 10000mA 的直流電源，但是單片機工作的電源一般穩(wěn)定在5V左右，所以利用ams117設計了一個5V穩(wěn)壓電

33、路。ams117穩(wěn)壓電路的作用是把9V 1A的直流電源穩(wěn)壓到5LV，然后提供給單片機和LBD矩陣使用，其電路圖如圖4-13圖4-14整體硬件電路圖 圖4-13 穩(wěn)壓電路 §4.2 軟件設計要實現(xiàn)的目的是漢字的顯示，其功能為顯示：燈全亮à字?！爸小?#224;字?！懊鳌?#224;全暗程序的框圖如圖4-2圖4-2 程序框圖漢字的點陣顯示原理及字庫代碼獲取方法：我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16x8的點陣組成顯示。我們可以把每一個點理解為一個象素，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，也可以顯示在象素范圍內(nèi)的任何圖形。漢字顯示原理為了

34、弄清楚漢字的點陣組成規(guī)律，首先通過行掃描方法獲取漢字的代碼。首先將16行分成8位的上、下兩部分，把發(fā)光的象素位編為0不發(fā)光的象素位為1的十六進制代碼。這樣就把要顯示的“中 明”字編為如下代碼： 中：00,00,10,10,7c,54,54,7c,10,10,10,10,00,00,00,00,00 明：00,00,00,0e,0a,7a,5e,7a,5a,7e,0a,0a,0a,00,00,00,00 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他的掃描代碼從而顯示在屏幕上。上述方法雖然能夠讓我們弄清楚漢字點陣代碼的獲取過程，但是依靠人工方法獲取漢字代碼是一件非常繁瑣的

35、事情。對于16X16十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼，我們經(jīng)常采用字庫軟件查找字符代碼，軟件打開后輸入漢字，點“檢取”，十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復制到程序中即可，如圖4所示?？梢姡瑵h字點陣顯示一般有點掃描、行掃描和列掃描3種。為了符合視覺暫留要求，點掃描方法的掃描頻率必須大于16×641 024 Hz，周期小于1 ms即可。行掃描和列掃描方法的掃描頻率必須大于16×8128 Hz，周期小于78 ms即可，但是一次驅動一列或一行(8顆LBD)時需外加驅動電路提高電流，否則LED亮度會不足。完整的程序代碼請參看附錄。§4.3 制版做實物 4.3

36、.1 PROTEL DXP 簡介： Protel DXP 2004是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是SCH（原理圖）設計、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設計、Auto Router（自動布線器）和FPGA設計等，覆蓋了以PCB為核心的整個物理設計。該軟件將項目管理方式、原理圖和PCB圖的雙向同步技術、多通道設計、拓樸自動布線以及電路仿真等技術結合在一起，為電路設計提供了強大的支持。 PROTEL DXP 的一個界面如圖4-3-11所示： 圖4-3-11 PROTEL DXP 軟件界面制板步驟： 一般而言，設計電路板最基本的過程可以分為三大步驟： 1、電路原理圖的設計 電路原理圖的設

37、計主要是PROTEL DXP的原理圖設計系統(tǒng)（SCHDOC）來繪制一張電路原理圖。在這一過程中，要充分利用PROTEL DXP所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。 2、產(chǎn)生網(wǎng)絡表 網(wǎng)絡表是電路原理圖設計（SCH）與印制電路板設計（PCB）之間的一座橋梁，它是電路板自動的靈魂。網(wǎng)絡表可以從電路原理圖中獲得，也可從印制電路板中提取出來。 3、印制電路板的設計 印制電路板的設計主要是針對PROTEL DXP的另外一個重要的部分PCB而言的，在這個過程中，我們借助PROTEL DXP提供的強大功能實現(xiàn)電路板的版面設計，完成高難度的等工作。 制版

38、過程：步驟一、制作原理圖，制作結果如圖4-3-12所示 圖4-3-12 本設計電路原圖步驟二、產(chǎn)生網(wǎng)絡表，如圖4-3-13所示圖4-3-13 電路原理圖產(chǎn)生的網(wǎng)絡表 步驟三、畫PCB板，主體電路及如圖4-3-14所示 圖4-3-14 電源電路PCB板4.3.2 實物制作 1.PCB版的制作： 以下是轉載相應資料的制作PCB版的方法以及步驟（1） 分別打印頂層和底PCB圖到轉印紙上，（2）將頂層與底層PCB圖對齊，中間插入PCB空板，將轉印紙固定在PCB空板上。（3）用熱轉印機轉印貼有PCB圖的PCB空板。（4）轉印完后，待PCB板冷卻后，除去轉印紙。（5）將PCB板放入腐蝕液中，腐蝕完后，用清

39、水沖洗表面同時用細砂紙擦去粉墨層，用紙擦干表面，切割PCB板。（6）用鉆孔機過孔徑這個部分因為考慮到設備的因素，以及自身的能力問題，并沒有自己動手，所以是選擇給工廠代印制，花費時間12天。 2.元件的焊接焊接所需要的器件主要由：電烙鐵、錫絲、松香、鑷子、萬用表、吸錫器。焊接之前焊接前檢查電烙鐵的焊頭是否被氧化，若出現(xiàn)氧化需將氧化部分的氧化物用小刀刮去，然后涂上焊錫，用于隔離空氣，防止焊頭再次氧化。對于焊接部位被氧化的元器件或被氧化的焊盤，也需要清除其氧化層。第五章 遇到的問題及調(diào)試§5.1遇到的問題和解決方法 5.1.1 硬件方面焊接過程中所遇到的問題：1.由于是貼片元件，都非常小，

40、容易造成焊接不牢，虛焊。2.發(fā)光二極管正負極的確定。3.單片機引腳過密、細小，容易造成引腳之間的相通焊接。4.焊接過久，元件過熱導致?lián)p壞。針對以上遇到的問題，主要采取了一些辦法來解決：1.對于大部分的元件，先在右側的焊盤上上錫，再用鑷子夾住元件，利用電烙鐵焊接固定住元件，最后在左側上錫。2.可以利用萬用表，調(diào)到二極管檔測元件，發(fā)亮時紅筆為正黑筆為負。3.這個實際上是整個焊接過程最關鍵也是困難的部分，如果焊接的不好，那么接下來的工作將很難進行。焊接單片機，首先是引腳對正焊盤，這個過程需要仔細，多花點時間也是值得的，對正后鑷子固定?。唤又彦a上到電烙鐵再上到其中一邊腳的焊盤上，此時不用考慮引腳相連

41、的問題；然后依次把其余的各邊引腳上錫，均不考慮引腳相連的問題；最后為了使單片機能正常工作，要對引腳去掉多余的錫，方法是用烙鐵頭蘸上松香，然后去吸掉引腳多余的錫，此時引腳上的錫會被吸到烙鐵頭上，重復幾次直到吸完多余的錫。這個過程有點繁瑣，需要的就是耐心。4.焊接時時間不要過長，用可調(diào)溫度的電烙鐵，溫度控制在380度以內(nèi)。貼片發(fā)光二極管的選擇:最先選擇的是紅綠兩種顏色各64個，按照隔一列同種顏色的方式排列矩陣，即：紅綠紅綠紅綠紅綠。但是在測試時發(fā)現(xiàn)綠色二極管相對紅色要暗很多，顯示不出原本所需要的圖像，故最后全部替換為紅色的二極管。最終的實物圖參看附錄。圖5-1-11、圖5-1-12、圖5-1-13

42、5.1.2 程序的調(diào)試 程序調(diào)試時用到的硬件為AVRISPMKII下載器，上位機軟件采用的是 AVR Studio。其簡略圖參看附錄圖5-1-21、圖5-1-22。程序采用的是C語言編寫，其原理參看“軟件設計”部分，調(diào)試時遇到的問題：1. LBD不停閃爍或者圖形變換時有重影。分析：這跟人的視覺暫停有關，閃爍時因為掃描的頻率低于25幀/s，重影是掃描間隙太短，解決的辦法是選擇適合的掃描頻率和間隙，最后選擇的是100次/s。2. 全亮的程序燒寫后，有中間四行的LBD不亮。分析：最開始認為是74HC373芯片在焊接的時候壞了，用萬用表檢測后為正常工作電壓，又檢查了一遍程序，確定無誤。懷疑可能是燒寫步

43、驟出現(xiàn)了差錯，重頭檢查，最后是上位機熔絲位設置的復選框選擇不正確，修改后LBD正常工作。3. 設計的漢字不能正確顯示。分析：因為采用的是行掃描的辦法，把每行各點組成的二進制轉換為16進制，原先采用漢字軟件輔助，后發(fā)現(xiàn)不適合16x8的矩陣，便更改為手動轉換，所以不免出現(xiàn)一些錯誤，導致漢字不能正確顯示。最后是逐個重新計算，確保每個漢字對應的16進制是正確的。4. 圖像之間不能正常變換。分析：FOR 循環(huán)語句不正確，檢查后發(fā)現(xiàn)CASE語句后未加break.修正后字模圖形之間能正常變換。 以上就是程序調(diào)試的時候碰到的一些主要的問題，也是費了一番功夫才調(diào)試好，最后程序所實現(xiàn)的目的參看附錄實物圖5-11、

44、圖5-12、圖5-13。 §5.2各點電壓以及波形測試單片機引腳的波形測試,如圖5-2 圖 5-2各元件主要點電壓以及整機電流測試：供電電源電壓：8.95V穩(wěn)壓后的電壓： 5.04VTmega16 單片機正常工作腳電壓：4.98V74HC373 正常工作腳電壓：4.87V發(fā)光二極管工作電壓：1.56V三極管電壓：3.98V§5.3結果分析通過測試以上各個主要集成芯片引腳的電壓以及電流值，以及整個調(diào)試的過程設計出的實物也能正常工作，各項指標都均正常，而且也能實現(xiàn)了本設計目標“全亮à字模中à字模明à全暗”的循環(huán)顯示，達到了預期的效果，因此本設計基本上成功。用戶可以按照自己的喜好選擇不同的字模、顯示方式，并將其轉化成機器碼存入單片機的存儲器中；也可以按照自己的意愿，將發(fā)光二極管進行不同的樣式排列以及不同顏色的選擇，再對程序加以修改就可以組成各種各樣的漂亮花紋圖案。對于不同型號的單片機只需要相應的改變一下地址即可。該軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性和一定的實際使用價值。§5.4材料清單清單如表5-4表5-4器件名稱型號規(guī)格數(shù)量單片機ATmega161鎖存器74HC3732貼片發(fā)