太原理工大學(xué)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)名稱1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化09-2 學(xué)號(hào) 姓名 成績(jī) 裝訂線 1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì) 一、功能要求 設(shè)計(jì)一個(gè)1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏。要求在目測(cè)條件下LED顯示屏各亮點(diǎn)度均勻、充沛，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_、圖形或文字顯示有靜止、移動(dòng)/移出等顯示方式。 二、方案論證 2.1 LED驅(qū)動(dòng)顯示方案 大屏幕顯示廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，動(dòng)態(tài)大屏幕顯示系統(tǒng)顯示的文字，數(shù)字，圖形等生動(dòng)逼真，立體感強(qiáng)。用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)

2、態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再管，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間。動(dòng)態(tài)顯示需要CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 如果用靜態(tài)顯示的方法，1616的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，單片機(jī)沒(méi)有那么多的端口，如果用鎖存器

3、來(lái)擴(kuò)展端口，按8位鎖存器來(lái)計(jì)算，也需要32個(gè)鎖存器。兩位顯示就需要64個(gè)鎖存器。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用靜態(tài)顯示，而是采用動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。 本次設(shè)計(jì)的要求是2位的1616點(diǎn)陣顯示，采用動(dòng)態(tài)顯示，掃描電路就可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。具體就1616的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同一行的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起，把同一列的發(fā)光二極管的陰極連在一起（共陽(yáng)接法），先送出對(duì)應(yīng)的第一行發(fā)光二極管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其亮滅的時(shí)間，然后熄滅；再送對(duì)應(yīng)的第二行的數(shù)據(jù)，依次下去，直到第16行。整個(gè)來(lái)回的時(shí)間只要能夠達(dá)到每秒24次以上，由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，就可以看到顯示在屏幕上的穩(wěn)定

4、的圖像了。 2.2數(shù)據(jù)傳輸和顯示方案 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上，這就存在著一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)， 裝訂線 并行傳輸?shù)姆桨覆豢扇　?采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面比較經(jīng)濟(jì)。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，

5、只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿缓螅@一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過(guò)程就可以分解為列數(shù)據(jù)傳輸和列數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分。 解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)傳輸和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問(wèn)題，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(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存的功能。經(jīng)過(guò)上述分析，歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具備的主要功能，對(duì)于列數(shù)據(jù)段傳輸來(lái)說(shuō)，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有并行鎖存的功能。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描方式驅(qū)動(dòng)LED顯示，采用串入并出的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和采用并行鎖存的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。 2.3系統(tǒng)整體方案框

6、圖 經(jīng)過(guò)分析，給出系統(tǒng)電路原理框圖如圖1-1。 列驅(qū)動(dòng)器單片機(jī)LED點(diǎn)陣屏電源行驅(qū)動(dòng)器圖1-1 系統(tǒng)電路原理框圖 裝訂線 三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路大致上可以分成單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路三部分。 3.1單片機(jī)系統(tǒng)及其外圍電路 本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)STC89C51，使用11.0592MHZ的晶振。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)器相連，用來(lái)送顯示數(shù)據(jù)。P1口低4位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)；P1.5P1.7口則用來(lái)送控制信號(hào)。P0和P2空著，在有必要時(shí)可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM.設(shè)計(jì)的顯示界面可顯示2個(gè)漢字，需要8個(gè)88LED點(diǎn)陣模塊，組成1632的矩形點(diǎn)陣。 3.2行驅(qū)動(dòng)電路 單

7、片機(jī)P1口低4位輸出的行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器74LS154譯碼后生成16條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線當(dāng)選通端（G1、G2）均為低電平時(shí)，可將地址端（ABCD）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。 若將 G1 和 G2 中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端，由 ABCD 對(duì)輸出尋址，54/74154 還可作 1 線16 線數(shù)據(jù)分配器。一條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20mA電流計(jì)算，32個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要640mA電流，選用三極管8550作為驅(qū)動(dòng)管可滿足要求。 3.3列驅(qū)動(dòng)電路 列驅(qū)動(dòng)器由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)

8、8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。 引腳SI為串行數(shù)據(jù)輸入端，與單片機(jī)串口RXD（P3.0）相連，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)；引腳SCK為移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，與單片機(jī)串口TXD(P3.1)相連；引腳SCLR信號(hào)是移位寄存器的清0輸入端，低電平有效，接與單片機(jī)P1.5口；RCLK是輸出寄存器的打入信號(hào)，與單片機(jī)P1.6口相接； 裝訂線 圖1-2 硬件電路原路圖四、主要元器件功能介紹 4.1 88點(diǎn)陣LED結(jié)構(gòu) LED點(diǎn)陣電子顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊組成的平面顯示屏幕。88點(diǎn)陣是最基本的單元

9、模塊，由4塊88點(diǎn)陣可構(gòu)成一塊1616點(diǎn)陣模塊，由8塊88點(diǎn)陣可構(gòu)成一塊1832點(diǎn)陣模塊。 單色88點(diǎn)陣外形及結(jié)構(gòu)如圖1-3： 圖1-3 裝訂線 從圖1-3中可以看出，8X8點(diǎn)陣共需要64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對(duì)應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；如要將第一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)亮，則9腳接低電平13腳接高電平，則第一個(gè)點(diǎn)就亮了；如果要將第一行點(diǎn)亮，則第9腳要接低電平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）這些引腳接高電平，那么第一行就會(huì)點(diǎn)亮；如要將第一列點(diǎn)亮，則第13腳接高電平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接低電平，那么第一

10、列就會(huì)點(diǎn)亮。 4.2 74LS154芯片介紹 74LS154為4線-16線譯碼器，其管腳圖如圖1-4所示。 引腳A,B,C,D為譯碼地址輸入端，低電平有效；G1,G2為選通端，低電平有效；0-15為輸出端，低電平有效。其功能表如圖1-5所示。 裝訂線 圖1-5 4.3 74LS595芯片介紹 74LS595是一個(gè)8位串行輸入并行輸出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)。74HC595的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-6它的輸入端有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳SER是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SRCLK是移位寄存器是移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SER的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入

11、最低位。移位后的各路信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端。RCLK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳E是輸出三態(tài)門的開(kāi)放信號(hào)，只要當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開(kāi)放，否則為高阻態(tài)。SRCLK*是寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低電平時(shí)輸出全部為零。由于SRCLK和RCLK兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)立的，所以能夠作到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為Q0Q7，最高位Q7可以做為多片74LS595級(jí)聯(lián)應(yīng)用向下級(jí)的芯片輸入。但因Q7受輸出鎖存器打控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QT作為級(jí)聯(lián)輸出。 裝訂線 圖1-6 五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生

12、各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其它控制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)程序由定時(shí)器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境的設(shè)置、顯示效果處理等工作，由主程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。 5.1 顯示驅(qū)動(dòng)程序 顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，然后顯示驅(qū)動(dòng)程 裝訂線 序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩寸區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)

13、的時(shí)候產(chǎn)生的拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開(kāi)顯示。 圖1-7是顯示驅(qū)動(dòng)程序的流程圖。 圖1-7進(jìn)去中斷定時(shí)器賦初值讀取行號(hào)并增1送新行顯示數(shù)據(jù)消隱切換顯示數(shù)據(jù)送新行號(hào)、打開(kāi)顯示退出中斷 5.2系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序開(kāi)始以后，首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口以及顯示效果。如、左移、右移等。系統(tǒng)主程序的流程圖如圖1-8所示。 裝訂線 開(kāi)始系統(tǒng)初始化左移顯示效果兩邊對(duì)移顯示效果上移顯示效果圖1-8 六.調(diào)試及性能分析 6.1硬件調(diào)試 首先檢查各個(gè)焊接點(diǎn)的焊接是否焊接正確，看是否有短路和斷路，看各條線連接是否確，對(duì)照原

14、理圖逐條線逐個(gè)點(diǎn)的檢查；然后檢查芯片的沒(méi)個(gè)引腳的功能，看其是否有實(shí)現(xiàn)，一部分一部分的檢查。直至檢查出錯(cuò)誤或保證電路完全正確。在本次設(shè)計(jì)中由于連線過(guò)多加至板面有限，布線時(shí)線布的過(guò)于密，因此要防止相鄰的兩條線之間短路，所以要一條線一條線的檢查，把短路的給分離開(kāi)，把斷路的給補(bǔ)上。硬件調(diào)試時(shí)首先要檢查晶振是否會(huì)正常起振，既看AT89S52的18腳是否有約12MHZ的頻率，看30是否有1/6的晶振頻率；然后再檢查74LS154的使能端是否正常工作；再看74LS595的SER端是否有脈沖并檢查其它引腳的脈沖和時(shí)序是否都正常工作。最后再檢查L(zhǎng)ED燈的各行和各列是否都連接正確。各部分都調(diào)試正常之后就可以進(jìn)行軟

15、件調(diào)試了。 6.2軟件調(diào)試 軟件部分需要調(diào)試的分需要調(diào)試的主要有顯示屏的刷新率及顯示效果部分。 顯示屏的刷新率由定時(shí)器T0的溢出率和單片機(jī)的晶振頻率決定。顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏的刷新率的穩(wěn)定。定時(shí)器T0設(shè)定為工作方式1，即16位定時(shí)器模式，晶振頻率f為11.0592MHZ,通過(guò)計(jì)算得定時(shí)器T0的初值TH0=0XFCH,TL0=0X18H. 顯示效果處理程序的內(nèi)容及方法非常廣泛，本次采用的是左移、兩邊對(duì)移、和上移。 調(diào)試時(shí)要編一些檢查L(zhǎng)ED燈是否完好、是否連接正確的小程序，看控制的端口的控制命令是否正確， 裝訂線 顯示的字是否亮度均勻、充足、顯示的文字

16、是否穩(wěn)定、清晰無(wú)串繞。我在做本次設(shè)計(jì)中，主要是硬件調(diào)試，在程序調(diào)試時(shí)觀察字左移顯示是否完全顯示完.，還在字段間加空格使得顯示更加美觀，另外顯示的延時(shí)也要取得恰當(dāng)。 七設(shè)計(jì)總結(jié) 兩周的課程設(shè)計(jì)終于圓滿落下帷幕了。經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我更深刻體會(huì)到了把理論學(xué)習(xí)聯(lián)系到實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中的重要性。應(yīng)該說(shuō)我們所選擇的課題1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)硬件相對(duì)復(fù)雜、軟件相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，一開(kāi)始由于對(duì)設(shè)計(jì)原理沒(méi)有做到很深入的理解，導(dǎo)致一開(kāi)始畫(huà)原理圖出現(xiàn)了點(diǎn)小錯(cuò)誤，后來(lái)在老師的指導(dǎo)下畫(huà)出了正確的原理圖，后來(lái)的畫(huà)PCB和做板的過(guò)程中又出現(xiàn)了問(wèn)題，畫(huà)PCB中由于理解錯(cuò)誤把8*8點(diǎn)陣LED的位置放錯(cuò)了，以致在做

17、板過(guò)程中經(jīng)過(guò)一番修改才做出了正確的PCB板。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，參考了很多網(wǎng)上搜索的資料，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的修改和調(diào)試，最后確定了這次設(shè)計(jì)的源程序?？傊?，經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我們的實(shí)踐動(dòng)手能力得到了很大的提高，在接下來(lái)的學(xué)習(xí)中，我們應(yīng)該更多的把學(xué)習(xí)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中。 參考文獻(xiàn) 1李曉林. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)第二版. 北京：電子工業(yè)出版社. 2005.8 2AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè) 完整源程序 #include #define BLKN 4 sbit G=0x97; sbit RCLK =0x96; sbit SCLR =0x95; void delay(unsigned int); unsigne

18、d char data dispram64; void main(void) unsigned char code Bmp32= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 裝訂線 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, /*- 文字: 請(qǐng) -*/ /*- 宋體12; 此字體下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：寬x高=16x16 -*/ 0x00,0x40,0x47,0xFC,

19、0x30,0x40,0x23,0xF8,0x00,0x40,0x07,0xFE,0xF0,0x00,0x13,0xF8, 0x12,0x08,0x13,0xF8,0x12,0x08,0x13,0xF8,0x16,0x08,0x1A,0x08,0x12,0x28,0x02,0x10, /*- 文字: 乘 -*/ /*- 宋體12; 此字體下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：寬x高=16x16 -* / 0x00,0x78,0x3F,0x80,0x01,0x04,0xFF,0xFE,0x09,0x20,0x79,0x2C,0x09,0x30,0x09,0x22, 0x39,0x3E,0xCB,0x80,0x07,0x

20、60,0x0D,0x30,0x31,0x1C,0xC1,0x08,0x01,0x00,0x00,0x00, /*- 文字: 客 -*/ /*- 宋體12; 此字體下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：寬x高=16x16 -*/ 0x02,0x00,0x01,0x00,0x3F,0xFE,0x44,0x04,0x44,0x08,0x07,0xF0,0x0C,0x20,0x12,0x40, 0x21,0x80,0x06,0x70,0x3F,0xFE,0xC8,0x14,0x08,0x10,0x08,0x10,0x0F,0xF0,0x08,0x10, /*- 文字: 保 -*/ /*- 宋體12; 此字體下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：

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