基于單片機控制文字的顯示論文

1、-. z.*學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書論文課題名稱基于單片機控制文字的顯示專業(yè)電子信息工程技術(shù)班級 131311 學(xué)生* * 指導(dǎo)教師 * 指導(dǎo)教師技術(shù)職稱高級講師2016年3月*學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書學(xué)生*：*班級：1313111.畢業(yè)設(shè)計論文題目：基于單片機控制文字的顯示2.畢業(yè)設(shè)計論文使用的原始資料數(shù)據(jù)及設(shè)計技術(shù)要求：各種資料來源于書本和互聯(lián)網(wǎng)上查找的資料，設(shè)計的要求是利用單片機的控制系統(tǒng)，使文字在LED上清晰的顯示出來。3.畢業(yè)設(shè)計論文工作內(nèi)容及完成時間：以MCS-51系列的單片機為核心器件，組成一個點陣式漢字顯示屏。而顯示屏由一塊16*16LED點陣顯示器組成，可以依次顯示四個漢字歡送光臨。

2、而且可以通過編程能夠隨時對漢字進展修改、調(diào)整。日期：自_2016_年_1_月_10_日至_2016_年_3_月_15_日指導(dǎo)教師評語：_目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc320351 引言 PAGEREF _Toc32035 3HYPERLINK l _Toc153321.1目的及意義 PAGEREF _Toc15332 3HYPERLINK l _Toc223842 總體設(shè)計的原理與實現(xiàn) PAGEREF _Toc22384 3HYPERLINK l _Toc203692.1 方案論證2HYPERLINK l _Toc205612.1.1 漢字顯示分析與論證 PA

3、GEREF _Toc20561 3HYPERLINK l _Toc30290時間顯示分析與論證 PAGEREF _Toc30290 3HYPERLINK l _Toc83172.2 電路原理的總體設(shè)計 PAGEREF _Toc8317 3HYPERLINK l _Toc20129漢字顯示的工作原理 PAGEREF _Toc20129 3HYPERLINK l _Toc31416系統(tǒng)構(gòu)造圖 PAGEREF _Toc31416 3HYPERLINK l _Toc239633 硬件局部的設(shè)計 PAGEREF _Toc23963 3HYPERLINK l _Toc80453.1 硬件組成局部 PAGE

4、REF _Toc8045 3HYPERLINK l _Toc314173.2 相關(guān)芯片介紹 PAGEREF _Toc31417 3HYPERLINK l _Toc97293.2.1 AT89C51 的功能及說明 PAGEREF _Toc9729 3HYPERLINK l _Toc200503.3 硬件各局部設(shè)計 PAGEREF _Toc20050 3HYPERLINK l _Toc29136單片機系統(tǒng)及外圍電路 PAGEREF _Toc29136 3HYPERLINK l _Toc8497行驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc8497 3HYPERLINK l _Toc14320列驅(qū)動電路 PA

5、GEREF _Toc14320 3HYPERLINK l _Toc280923.3.4 LED點陣顯示電路 PAGEREF _Toc28092 3HYPERLINK l _Toc265004 軟件局部的設(shè)計 PAGEREF _Toc26500 3HYPERLINK l _Toc242984.1 軟件總體設(shè)計 PAGEREF _Toc24298 3HYPERLINK l _Toc51804.2 軟件各模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc5180 3HYPERLINK l _Toc6824.2.1 中斷控制程序 PAGEREF _Toc682 3HYPERLINK l _Toc10591串行中斷程程

6、序 PAGEREF _Toc10591 3HYPERLINK l _Toc18356程序清單 PAGEREF _Toc18356 3HYPERLINK l _Toc153745 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc15374 3HYPERLINK l _Toc73925.1 常見硬件故障調(diào)試 PAGEREF _Toc7392 3結(jié)論20 致謝21 參考文獻20 -. z.1 引言單片機自20世紀70年代問世，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。問世以來以極其高的性能價格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，開展很快。單片機的特點是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉

7、，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。本設(shè)計基于單片機AT89C51講述了16*16 LED漢字點陣顯示的根本原理、硬件組成與程序設(shè)計等根本環(huán)節(jié)的相關(guān)技術(shù)。1.1目的及意義隨著信息社會的到來，單片機廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、聲學(xué)領(lǐng)域和微機技術(shù)等廣闊的領(lǐng)域。而利用單片機對語音芯片進展控制可以到達語音報站的效果。因此，了解并掌握單片機智能控制技術(shù)工作原理及特性是非常重要的。在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用LED點陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已成為一個快速開展的新興產(chǎn)業(yè)，市場空間巨大，前景廣闊。 LED電子顯示屏是隨著計算機及相關(guān)的微電子

8、光電子技術(shù)的迅猛開展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，它具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)點。由于采用單元模塊化構(gòu)造，屏體大小可按用戶要求靈活拼制；它的超高亮度，使它在戶內(nèi)外顯示中具有不可替代的作用。2 總體設(shè)計的原理與實現(xiàn)2.1 方案論證根據(jù)此設(shè)計要求，我們認為此設(shè)計屬于多輸出量的復(fù)雜程序控制問題，結(jié)合實際情況，我們擬定了以下兩種方案并進展了綜合的比擬論證。方案一：采用組合數(shù)字電路實現(xiàn)核心控制的方案采用組合電路實現(xiàn)控制和處理功能，具有速度快，資源豐富的優(yōu)點，但在實現(xiàn)多路控制和附加功能上受到種種限制，且功能越

9、多電路越復(fù)雜，給電路的設(shè)計制作帶來諸多不便，另外設(shè)計制作費用高，功能固定，不能擴展，因此該方案不被采用。方案二：采用單片機為核心控制的方案采用單片機作為控制和處理的核心，由于單片機功能的高度集成，能到達多任務(wù)的處理，使得電路的復(fù)雜程度大大降低，尤其在實現(xiàn)漢字顯示的自動控制和時間顯示、調(diào)整上顯現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。同時能使設(shè)計費用降低許多，綜合考慮以上實際情況，采用本方案。2.1.1 漢字顯示分析與論證考慮到元器件的易購性和價格低廉，采用由256個發(fā)光二極管組成的16*16漢字點陣陣列作為顯示系統(tǒng)。在顯示驅(qū)動電路中我們擬訂了兩種設(shè)計方案：方案一：采用靜態(tài)顯示的方案使其列選信號始終為低電平，保證列選始終

10、選中，此方案能使各個漢字呈現(xiàn)出穩(wěn)定的顯示，但系統(tǒng)占用資源多，使AT89C51的CPU的使用率降低，不能發(fā)揮主處理器應(yīng)有的功能，因此不采用此方案。方案二：采用動態(tài)顯示的方案動態(tài)顯示，即使列選線按已編寫好的方案有序出現(xiàn)低電平，點亮該列上的二極管，由于人眼的視覺暫留，在20ms時間內(nèi)，人的眼睛會認為仍呈現(xiàn)出穩(wěn)定顯示，因此結(jié)合實際，采用譯碼器為列選線循環(huán)出現(xiàn)低電平提供有效的保證，故此漢字顯示模塊采用本方案。時間顯示分析與論證對時間的顯示采用數(shù)碼管顯示，同樣也有兩種設(shè)計方案方案一：采用靜態(tài)顯示的方案使其位選信號始終為低電平，保證位選始終選中，從而使各個數(shù)碼管始終點亮，其特點等同于漢字靜態(tài)顯示的特點，因此

11、，不采用此方案。方案二：采用動態(tài)顯示的方案采用移位循環(huán)使位選線循環(huán)出現(xiàn)低電平，從而使各個數(shù)碼管依次點亮，此方案能提高CPU的效率，其特點等同于漢字動態(tài)顯示，顯現(xiàn)出動態(tài)顯示的諸多優(yōu)點，所以此模塊采用本方案。2.2 電路原理的總體設(shè)計漢字顯示的工作原理AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進展1 000次寫擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保存時間為10年。他是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系

12、統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。時鐘電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端(*TALl及*TAL2)以及12 MHz晶振*1、電容C2，C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R1，R2，電容C1，開關(guān)K1組成，分別接至AT89C51的RST復(fù)位輸入端。圖2-1電路原理圖系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖2-2可以看出系統(tǒng)有以下幾局部：電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、單片機、按鍵電路、行驅(qū)動、列驅(qū)動電路以及點陣屏構(gòu)成。圖2-2 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖3 硬件局部的設(shè)計3.1 硬件組成局部硬件電路大致上可分為單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路3局部。單片機采用89C51及其兼容

13、系列，列驅(qū)動電路由74HC595構(gòu)成，P1口低四位輸出的行號經(jīng)4線-16線譯碼器74LS154譯碼后生成16行選通信號線，再經(jīng)過行驅(qū)動器驅(qū)動相應(yīng)的行線。3.2 相關(guān)芯片介紹3.2.1 AT89C51的功能及說明(1). AT89C51的主要性能有：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命長：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保存時間長：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級程序存儲器鎖存；128*8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器1；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路(2)管腳說明：圖3-1 AT89C51的引腳VCC：供電

14、電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 R*D串行輸入口P3.1 T*D串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3 /INT1外部中斷1P3.4 T0記時器0外部輸入P3.5 T1記時器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。A

15、LE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許輸出電平用于鎖存地址低位字節(jié)PSEN：外部程序存儲器的選通信號。EA/VPP：當(dāng)EA端保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器0000H-FFFFH，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，始終選用外部程序存儲器。當(dāng)EA端保持高電平時，首先選中內(nèi)部程序存儲器，當(dāng)存儲容量超過內(nèi)部程序存儲空間時，如果有外擴程序存儲器則自動調(diào)至外部存儲空間。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。*TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。*TAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.3 硬件各局部設(shè)計單片機系統(tǒng)

16、及外圍電路本系統(tǒng)由AT89C51構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)同時配有110592 MHz晶振和按鍵復(fù)位電路等。系統(tǒng)外擴的一片F(xiàn)lash存儲器,可用來存儲由PC機串口送來的點陣信息另外，采用MA*232可完成RS232與TTL電平的轉(zhuǎn)換，以便使PC機與單片機交換信息。行驅(qū)動電路行驅(qū)動電路如圖3-2所示，P1口低四位輸出的行號經(jīng)4線-16線譯碼器74LS154譯碼后生成16行選通信號線，再經(jīng)過行驅(qū)動器驅(qū)動相應(yīng)的行線。1條行線上要帶動16列的LED進展顯示，按每一LED器件20mA電流計算，16個LED同時發(fā)光時，需要320mA電流，選用三極管8550作為驅(qū)動管可以滿足要求。圖3-2行驅(qū)動電路原理圖列驅(qū)動

17、電路圖3-3列驅(qū)動電路原理圖列輸入驅(qū)動由八個8位串行輸入，串行或并行輸出三態(tài)移位存放器74HC595實現(xiàn)。該芯片具有串行輸入、并行輸出兩個獨立的時鐘信號。輸入數(shù)據(jù)在串行移位時鐘SRCLK上升沿由串行輸入端SER輸入到芯片內(nèi)部串行移位存放器中，同時,SQH端串行輸出；在鎖存時鐘信號RCLK上升沿到來時，芯片將內(nèi)部串行移位存放器8位數(shù)據(jù)并行輸出。正常工作時，應(yīng)將復(fù)位端SRCLR與使能端RCLK分別接高電平、低電平。單片機輸出信號直接與串入并出移位存放器74HC595的鎖存器輸出端連接。系統(tǒng)總電路圖如下所示:圖3-4 系統(tǒng)總電路圖它的輸入側(cè)有8個串行移位存放器，每個移位存放器的輸出都連接一個輸出鎖存

18、器。引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK是移位存放器的移位時鐘脈沖，在其上升沿將發(fā)生移位，并將SI的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號出現(xiàn)在各移位存放器的輸出端，也就是輸出存放器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號，器上升沿將移位存放器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當(dāng)其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。SCLR信號是移位存放器的清0輸入端，當(dāng)其為低時移位存放器的輸出全為O。由于SCK和RCK兩個信號是相互獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存器互不干擾。芯片的輸出端為QA-QH，最高位QH可作為多片74HC595級聯(lián)應(yīng)用時，向上一級的級聯(lián)輸出。但因Q

19、H受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH，作為與移位存放器完全同步的級聯(lián)輸出。3.3.4 LED點陣顯示電路顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進展顯示。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，以致影響到LED的亮度。基于串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行

20、的列數(shù)據(jù)。為了到達重疊處理的方的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要有鎖存功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進展顯示時，串行移位存放器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。4 軟件局部的設(shè)計4.1 軟件總體設(shè)計程序中需要使用兩個計時器，一個用于掃描定時，定時時間到時輸出1幀顯示數(shù)據(jù)，另一個用于循環(huán)顯示7個漢字，定時時間到時調(diào)整字模數(shù)據(jù)起點，從而改變顯示字符。第二個計時器可以在第一個定時中斷中設(shè)置一個計數(shù)器，到達預(yù)定值后調(diào)整字模數(shù)據(jù)起點。圖4-1主程序流程圖圖4-2顯示驅(qū)動程序流程圖4.2 軟件各模塊設(shè)計4.2.1 中斷控制程序任務(wù)：啟動下一

21、幀數(shù)據(jù)的發(fā)送發(fā)送本幀字模數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)為每個字符顯示時間ZFJS計數(shù)，當(dāng)?shù)竭_預(yù)定值時將顯示字符編號串行中斷程序任務(wù)：發(fā)送的字節(jié)數(shù)J*JS為02時，繼續(xù)發(fā)送字模數(shù)據(jù)，每次發(fā)送后發(fā)送字節(jié)數(shù)JZJS加1。發(fā)送的字節(jié)數(shù)JZJS為3時，4字節(jié)的字模數(shù)據(jù)已發(fā)送完，發(fā)送掃描碼SMM，發(fā)送字節(jié)數(shù)再加1。發(fā)送的字節(jié)數(shù)JZJS為4時，本幀數(shù)據(jù)全部發(fā)送完成，由P3.2產(chǎn)生一個RCLK脈沖，使移位存放器鎖存數(shù)據(jù)，同時檢查一個字符的全部8行數(shù)據(jù)是否都發(fā)送完成，假設(shè)是則調(diào)整字模數(shù)據(jù)指針DPTR指向本字符字模數(shù)據(jù)的起點。注意：串行中斷首先是在定時中斷中向串行口發(fā)送了第一字節(jié)，串行口發(fā)送完成后產(chǎn)生的。串行中斷程序繼續(xù)向串行

22、口發(fā)送數(shù)據(jù)，每當(dāng)串行口發(fā)送完成后繼續(xù)產(chǎn)生中斷。當(dāng)字節(jié)計數(shù)器到達4后，本幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，不再向串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，因此也就不會再有串行中斷產(chǎn)生，直到定時計數(shù)器中斷發(fā)起下一幀數(shù)據(jù)的傳送。程序清單由于顯示工作都安排在中斷中完成，主程序的工作只是對定時計數(shù)器控制存放器，串行口控制存放器進展設(shè)置，同時開放定時計數(shù)器0和串行中斷，啟動定時計數(shù)器5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 常見硬件故障調(diào)試邏輯錯誤:由于設(shè)計錯誤和焊接所造成的，包括錯線，開路，短路，相位錯等幾種，其中短路是最常見的故障。可靠性差:如金屬化孔，接插件接觸不良造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；器件負載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定。電源故障:電壓值不符合設(shè)計要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，電源功率缺乏，負載能力差等故障。脫機調(diào)試:在樣機加電之