畢業(yè)設(shè)計(jì)流水燈畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)流水燈的控制畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué) 院、系： 電子工程 專 業(yè)： 通信網(wǎng)絡(luò) 學(xué) 生 姓 名： 李克 班 級(jí)： 通網(wǎng)121 學(xué) 號(hào) 120412125 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 最終評(píng)定成績(jī) 2015 年 4月摘要近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)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(wù)功能；接著簡(jiǎn)單描述設(shè)計(jì)過(guò)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(shè)計(jì)框圖；其次闡述了板的畫質(zhì)、制作、實(shí)物的完成、程序的編寫和調(diào)試；最后對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基本達(dá)到預(yù)期的目的。即通過(guò)ATmega16單片機(jī)來(lái)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(shí)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(guān)鍵詞： 單片機(jī) 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(wù)2第二章 本設(shè)計(jì)所用的主要電子器件簡(jiǎn)介3 2.1 AVR ATmega16 單片機(jī)簡(jiǎn)介3 2.2 鎖存器 MC74HC373簡(jiǎn)介5 2.3 8x16貼片發(fā)光二極管矩陣簡(jiǎn)介6 2.4 穩(wěn)壓器ams117 簡(jiǎn)介 6第三章 基本原理 7 3.1 總體設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)方案論證與選擇 8 3.3 電源模塊的選擇9第四章 設(shè)計(jì)過(guò)程 10 4.1 單元電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 13 4.3 制版做實(shí)物134.3.1 PROTEL DXP 簡(jiǎn)介144.3.2實(shí)物制作 17第五章 遇到的問(wèn)題及調(diào)試 18 5.1遇到的問(wèn)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(diǎn)電壓及波形測(cè)試19 5.3結(jié)果分析20 5.4材料清單20結(jié)束語(yǔ) 22致謝詞 23參考文獻(xiàn) 24附錄： 25第一章 緒

9、論§1.1 課程研究背景 電子計(jì)算機(jī)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(gè)階段，既通常所說(shuō)的第一代、第二代、第三代和第四代計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在廣泛使用的微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。隨著信息技術(shù)革命的深入和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并逐漸發(fā)展成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。單片機(jī)亦稱微控制器,顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這

10、種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)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(jì)算機(jī)是人類制造的用于信息處理的機(jī)器。這種機(jī)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(jìn)行存儲(chǔ)、分類、整理、判斷、計(jì)算、決策和處理等操作。目前，微型計(jì)算機(jī)主要用在以下幾個(gè)方面：數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理與信息加工、計(jì)算機(jī)輔助功能、人工智能、計(jì)算機(jī)通信、多媒體、計(jì)算機(jī)檢測(cè)和過(guò)程控制等。微型計(jì)算機(jī)在檢測(cè)和過(guò)程控制方面的應(yīng)用具有簡(jiǎn)便、快捷、準(zhǔn)確、可靠等優(yōu)點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)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(dòng)條件等方面，具有十分重要的作用。單片機(jī)具有一些突出優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、耗電少、電源單一、功能強(qiáng)、價(jià)格低、運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、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(jī)的身影。§1.2 課程研究的意義 流水燈在現(xiàn)代社會(huì)就有廣泛的應(yīng)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(yīng)用。而且基于單片機(jī)的流水燈的控制系統(tǒng)利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，如定時(shí)器、I/O口和寄存器等，完成了單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本流程，因此具有典型的代表意義，是學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)單片機(jī)的基本實(shí)驗(yàn)之一。ATmega16單片

12、機(jī)是可多次改寫的可編程芯片，內(nèi)部有16K的Flsah RAM,含有32個(gè)通用I/O口線，用這種芯片構(gòu)成的系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠，性價(jià)比相當(dāng)高，適合成為霓虹燈程序控制器的核心部件,結(jié)合鎖存器MC74HC373實(shí)現(xiàn)的控制器功能，時(shí)間常數(shù)易修改，使用靈活，電路易實(shí)現(xiàn)，成本低，控制芯片更換方便?？刂破鞯幕幼兓八俣日{(diào)節(jié)能用軟件方法實(shí)現(xiàn)，這樣進(jìn)一步提高了性價(jià)比。ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案.§1.3 課程研究的任務(wù)本設(shè)計(jì)是以AVR ATmega16芯片的電路為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件程序來(lái)控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)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(shí)物以ATmega16為主控芯片，74HC373、AMS117構(gòu)成電路，主要包括電源、控制電路、顯示電路。對(duì)于不同型號(hào)的單片機(jī)只需要相應(yīng)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(shí)際使用價(jià)值.本文研究?jī)?nèi)容包括如下幾個(gè)單元：（1）硬件電路設(shè)計(jì)以及PCB圖的繪制；（2）硬件實(shí)物的調(diào)試、編寫測(cè)試程序； （4）測(cè)試結(jié)果分析。各單元將在相應(yīng)章節(jié)詳述。第二章 主要電子器件簡(jiǎn)介§2.1 AVR ATmega16 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上，ATmega16是基于增

14、強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)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(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)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(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu),131 條指令,大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期,2個(gè)8 位通用工作寄存器,全靜態(tài)工作,工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16 MIPS,只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器.非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(dú)立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)

15、,通過(guò)片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)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(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。I/O 和封裝:32 個(gè)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(jié)構(gòu)具有兩個(gè)主要的存儲(chǔ)器空間：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和程序存儲(chǔ)器空間。此外， ATmega16 還有EEPROM 存儲(chǔ)器以保存數(shù)據(jù)。這三個(gè)存儲(chǔ)器空間都為線性的平面結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 程序存儲(chǔ)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?yàn)樗械腁VR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(chǔ)器的兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)(Boot) 程序區(qū)和應(yīng)用程序區(qū)，分開(kāi)來(lái)考慮。Flash存儲(chǔ)器至少可以擦寫10,000次。ATmega16的程序計(jì)數(shù)器(PC)為13位，因此可以址8K 字的程序存儲(chǔ)器空間 圖2-1 ATmega16 引腳圖引腳說(shuō)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(zhuǎn)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部

17、上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作 為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系

18、統(tǒng)時(shí)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(fù)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電 流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)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(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。§2.2鎖存器MC74HC373簡(jiǎn)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(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)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(gè)相同的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個(gè)控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當(dāng)OE接地時(shí)，若G為高電平，74LS373接收由PPU輸出的地址信號(hào)；如果G為低電

20、平，則將地址信號(hào)鎖存。工作原理：74LS373的輸出端O0O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，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(jiǎn)介。16x8點(diǎn)陣共由128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)的某一行置0電平，某一列置1電平，則相應(yīng)的二極管就亮；例

21、如要將D1點(diǎn)亮，則R01腳接高電平LIN01腳接低電平，則第一個(gè)點(diǎn)就亮了；如果要將第一行點(diǎn)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(huì)點(diǎn)亮；如要將第一行點(diǎn)亮，則LIN01腳接低電平，而R（01-08）接高電平，那么第一行就會(huì)點(diǎn)亮.§2.4 穩(wěn)壓器ams117簡(jiǎn)介MS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)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(shí)，AMS1117器件的壓差保證最大不超過(guò)1.3V，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)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(shè)計(jì)思路利用AVR ATmega16單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)霓虹燈控制器，控制128個(gè)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(jī)完成，顯示部分由單片機(jī)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光，形成圖案。為了整體布局美觀，實(shí)物采用印制PCB版，顯示部分由128個(gè)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(jī)為核心芯片的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要由ATmega16芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、列掃描驅(qū)動(dòng)電路、16x8LBD點(diǎn)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(chǔ)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(jī)。其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，能夠進(jìn)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(jià)廉的方案。時(shí)鐘電路由ATmega16的7，8腳的時(shí)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(fù)位電路采用簡(jiǎn)易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R 12，電容C5 ，開(kāi)關(guān)S1 組成，分別接至ATmega16的RST復(fù)位輸人端。LED點(diǎn)陣顯示屏采用16x8的發(fā)光二極管點(diǎn)陣，可通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)發(fā)光二極管的方法測(cè)試判斷出該點(diǎn)陣的引腳分布。我們把行列總線接在單片機(jī)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?cè)趯?shí)際應(yīng)用中是將LBD點(diǎn)陣的8條列線通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路

25、接在PD口8條行線通過(guò)限流電阻接在PA、PC口，考慮到PD口必需設(shè)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(guò)程是這樣的：通電后由于電阻R12 ，電容C5的作用，使單片機(jī)的RST復(fù)位腳電平先高后低，從而達(dá)到復(fù)位；之后，在C4、C6 、X 以及單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路的作用下，單片機(jī)ATmega16按照設(shè)定的程序在PA、PC、PD接口輸出與內(nèi)部圖像對(duì)應(yīng)的代碼電平送至LBD點(diǎn)陣的行列線(高電平驅(qū)動(dòng))，從而選中相應(yīng)的LBD點(diǎn)發(fā)光，并利用人眼的視覺(jué)暫留特性合成圖像的顯示。電路總體方框圖如圖3-1。16x8LBD點(diǎn)陣74HC373時(shí)鐘電路 PA ATmega16 PC PD 74HC373復(fù)位

26、電路三極管驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)方案與論證方案一、采用移位寄存器擴(kuò)展I/O口。利用74HC595擴(kuò)展單片機(jī)的輸入輸出口來(lái)接發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)串行輸入并行輸出。電路圖如3-2-1所示。此方案可擴(kuò)展受控制的發(fā)光二極管的數(shù)量，但要控制128個(gè)LBD需要16個(gè)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(jī)的PD口做行選信號(hào)，PA和PC口做列選信號(hào)，128個(gè)LBD構(gòu)成16行，18列的矩陣。詳細(xì)電路圖見(jiàn)單元電路設(shè)計(jì)中。此方案能單獨(dú)控制每一個(gè)LBD，也可單獨(dú)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(jiǎn)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(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)方案論證與選擇。方案一、三極管一級(jí)驅(qū)動(dòng)。由1個(gè)9012驅(qū)動(dòng)一行16個(gè)LBD。正常發(fā)光時(shí)每個(gè)LBD的工作電流為1015毫安，16×(1015) =160240毫安, 這樣大的電流一個(gè)三極管就能提供。當(dāng)一行同時(shí)亮?xí)r能滿足發(fā)光工作要求。當(dāng)一個(gè)燈亮?xí)r，由于亮的時(shí)間非常短不會(huì)對(duì)LBD的工作造成影響。方案二、功率放大芯片?？梢院芎玫膶?shí)現(xiàn)放大和驅(qū)動(dòng)，性能穩(wěn)定，效果好，但價(jià)格較三極管高，電路較方案一

28、也明顯復(fù)雜。綜上所述，三極管驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，又能很好完成驅(qū)動(dòng)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(hù)電路，如圖3-2-3所示。 線性電源是先將交流點(diǎn)經(jīng)過(guò)變壓器變壓，在經(jīng)過(guò)整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過(guò)電壓反饋調(diào)節(jié)輸出電壓，這種電源技術(shù)很成熟，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，紋波也很小，而且沒(méi)有開(kāi)關(guān)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(gè)放光二極管，每個(gè)LBD的工作電流為1015毫安，則當(dāng)二極管全部工作時(shí)，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(chǎng)上出售的成品，不再另行設(shè)計(jì)。圖3-2-1 寄存器擴(kuò)展的電路圖第四章 設(shè)計(jì)過(guò)程§4.1 單元電路的設(shè)計(jì)4.1.1控制部分電路控制部分主要是有單片機(jī)最小系統(tǒng)完成。采用了1個(gè)ATmega16單片機(jī)，2個(gè)74HC373鎖存器，12M晶振和電阻、插座等等。驅(qū)動(dòng)部分的8個(gè)8050三極管也在此部分內(nèi)。單片機(jī)的PD07作為行的選通信號(hào)，PA07和PC07的16個(gè)輸出信號(hào)作為列的控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)74HC373與二極管矩陣鏈接。輸出信號(hào)經(jīng)8050放大后驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。時(shí)鐘電路ATmega16單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器構(gòu)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(shí)鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí)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(shí)鐘電路圖如圖4-11所示 圖4-11 時(shí)鐘電路復(fù)位電路 單片機(jī)有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用電平式開(kāi)關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位方式，電路如圖4-12所示。當(dāng)上電時(shí)，C5相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位，在正常工作時(shí)，按下復(fù)位鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位。在有時(shí)碰到干擾時(shí)會(huì)造成錯(cuò)誤復(fù)位，但在大多數(shù)條件下，不會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)錯(cuò)誤復(fù)位，而可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位，如果在復(fù)位端加一個(gè)去耦電容，

31、則會(huì)得到很好的效果 圖4-12 復(fù)位電路由于ATmega16相對(duì)89S51來(lái)說(shuō)，已經(jīng)有了內(nèi)部的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，那么，在焊機(jī)的時(shí)候，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路的原件不比標(biāo)記上，但是為了區(qū)別以及提醒他們的相關(guān)作用，在畫電路和繪制PCB板時(shí)，仍然標(biāo)出電路。4.1.2 顯示部分電路顯示部分主要由128個(gè)貼片發(fā)光二極管組成8x16的矩陣。每行16個(gè)LED的陽(yáng)極連接在一起引出8行輸出分別接單片機(jī)I/O口的PD0PD7口；每列8個(gè)LED的陰極連接在一起引出16列輸出分別接單片機(jī)PA0PA7和PC0PC7口。從結(jié)構(gòu)上可知，它的每一列共用一根列線，每一行共用一根行線。當(dāng)相應(yīng)的行接高電平，列接低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極

32、管被點(diǎn)亮。在顯示過(guò)程中，多采用掃描方式，利用人的視覺(jué)暫停效應(yīng)，只要刷新速率不小于25幀/秒，就不會(huì)有閃爍的感覺(jué)。點(diǎn)陣顯示的原理就對(duì)點(diǎn)陣的每一列（或者每一行）進(jìn)行快速的掃描（起到選擇的作用），然后對(duì)相應(yīng)的行或列進(jìn)行賦值，如果在速度很慢的情況，可以看到列相應(yīng)的點(diǎn)亮或滅，但當(dāng)延時(shí)的時(shí)間足夠短，人 因視覺(jué)的上惰性，只看到就是一個(gè)個(gè)漢字的顯示了電路圖如圖4-14所示。結(jié)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(shè)計(jì)的時(shí)候沒(méi)有考慮設(shè)計(jì)電源，采用的 是市場(chǎng)上賣的9V 10000mA 的直流電源，但是單片機(jī)工作的電源一般穩(wěn)定在5V左右，所以利用ams117設(shè)計(jì)了一個(gè)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(jī)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(shè)計(jì)要實(shí)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;字模“明”à全暗程序的框圖如圖4-2圖4-2 程序框圖漢字的點(diǎn)陣顯示原理及字庫(kù)代碼獲取方法：我們以UCDOS中文宋體字庫(kù)為例，每一個(gè)字由16x8的點(diǎn)陣組成顯示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)象素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個(gè)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(diǎn)陣組成規(guī)律，首先通過(guò)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(jìn)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(gè)原理可以看出，無(wú)論顯示何種字體或圖像，都可以用這個(gè)方法來(lái)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(diǎn)陣代碼的獲取過(guò)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(duì)于16X16十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼，我們經(jīng)常采用字庫(kù)軟件查找字符代碼，軟件打開(kāi)后輸入漢字，點(diǎn)“檢取”，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動(dòng)生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到程序中即可，如圖4所示?？梢?jiàn)，漢字點(diǎn)陣顯示一般有點(diǎn)掃描、行掃描和列掃描3種。為了符合視覺(jué)暫留要求，點(diǎn)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(qū)動(dòng)一列或一行(8顆LBD)時(shí)需外加驅(qū)動(dòng)電路提高電流，否則LED亮度會(huì)不足。完整的程序代碼請(qǐng)參看附錄。§4.3 制版做實(shí)物 4.3

36、.1 PROTEL DXP 簡(jiǎn)介： Protel DXP 2004是由多個(gè)模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是SCH（原理圖）設(shè)計(jì)、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、Auto Router（自動(dòng)布線器）和FPGA設(shè)計(jì)等，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。該軟件將項(xiàng)目管理方式、原理圖和PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計(jì)、拓樸自動(dòng)布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。 PROTEL DXP 的一個(gè)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(shè)計(jì)電路板最基本的過(guò)程可以分為三大步驟： 1、電路原理圖的設(shè)計(jì) 電路原理圖的設(shè)

37、計(jì)主要是PROTEL DXP的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)（SCHDOC）來(lái)繪制一張電路原理圖。在這一過(guò)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(lái)實(shí)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(luò)表 網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)（SCH）與印制電路板設(shè)計(jì)（PCB）之間的一座橋梁，它是電路板自動(dòng)的靈魂。網(wǎng)絡(luò)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(lái)。 3、印制電路板的設(shè)計(jì) 印制電路板的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)PROTEL DXP的另外一個(gè)重要的部分PCB而言的，在這個(gè)過(guò)程中，我們借助PROTEL DXP提供的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)電路板的版面設(shè)計(jì)，完成高難度的等工作。 制版

38、過(guò)程：步驟一、制作原理圖，制作結(jié)果如圖4-3-12所示 圖4-3-12 本設(shè)計(jì)電路原圖步驟二、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表，如圖4-3-13所示圖4-3-13 電路原理圖產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)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(shí)物制作 1.PCB版的制作： 以下是轉(zhuǎn)載相應(yīng)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(zhuǎn)印紙上，（2）將頂層與底層PCB圖對(duì)齊，中間插入PCB空板，將轉(zhuǎn)印紙固定在PCB空板上。（3）用熱轉(zhuǎn)印機(jī)轉(zhuǎn)印貼有PCB圖的PCB空板。（4）轉(zhuǎn)印完后，待PCB板冷卻后，除去轉(zhuǎn)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(shí)用細(xì)砂紙擦去粉墨層，用紙擦干表面，切割PCB板。（6）用鉆孔機(jī)過(guò)孔徑這個(gè)部分因?yàn)榭紤]到設(shè)備的因素，以及自身的能力問(wèn)題，并沒(méi)有自己動(dòng)手，所以是選擇給工廠代印制，花費(fèi)時(shí)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(wàn)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(duì)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(wèn)題及調(diào)試§5.1遇到的問(wèn)題和解決方法 5.1.1 硬件方面焊接過(guò)程中所遇到的問(wèn)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(fù)極的確定。3.單片機(jī)引腳過(guò)密、細(xì)小，容易造成引腳之間的相通焊接。4.焊接過(guò)久，元件過(guò)熱導(dǎo)致?lián)p壞。針對(duì)以上遇到的問(wèn)題，主要采取了一些辦法來(lái)解決：1.對(duì)于大部分的元件，先在右側(cè)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(cè)上錫。2.可以利用萬(wàn)用表，調(diào)到二極管檔測(cè)元件，發(fā)亮?xí)r紅筆為正黑筆為負(fù)。3.這個(gè)實(shí)際上是整個(gè)焊接過(guò)程最關(guān)鍵也是困難的部分，如果焊接的不好，那么接下來(lái)的工作將很難進(jìn)行。焊接單片機(jī)，首先是引腳對(duì)正焊盤，這個(gè)過(guò)程需要仔細(xì)，多花點(diǎn)時(shí)間也是值得的，對(duì)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(shí)不用考慮引腳相連

41、的問(wèn)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(wèn)題；最后為了使單片機(jī)能正常工作，要對(duì)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(shí)引腳上的錫會(huì)被吸到烙鐵頭上，重復(fù)幾次直到吸完多余的錫。這個(gè)過(guò)程有點(diǎn)繁瑣，需要的就是耐心。4.焊接時(shí)時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)，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(gè)，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(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)綠色二極管相對(duì)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(shí)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(shí)用到的硬件為AVRISPMKII下載器，上位機(jī)軟件采用的是 AVR Studio。其簡(jiǎn)略圖參看附錄圖5-1-21、圖5-1-22。程序采用的是C語(yǔ)言編寫，其原理參看“軟件設(shè)計(jì)”部分，調(diào)試時(shí)遇到的問(wèn)題：1. LBD不停閃爍或者圖形變換時(shí)有重影。分析：這跟人的視覺(jué)暫停有關(guān)，閃爍時(shí)因?yàn)閽呙璧念l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(kāi)始認(rèn)為是74HC373芯片在焊接的時(shí)候壞了，用萬(wàn)用表檢測(cè)后為正常工作電壓，又檢查了一遍程序，確定無(wú)誤。懷疑可能是燒寫步

43、驟出現(xiàn)了差錯(cuò)，重頭檢查，最后是上位機(jī)熔絲位設(shè)置的復(fù)選框選擇不正確，修改后LBD正常工作。3. 設(shè)計(jì)的漢字不能正確顯示。分析：因?yàn)椴捎玫氖切袙呙璧霓k法，把每行各點(diǎn)組成的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為16進(jìn)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(dòng)轉(zhuǎn)換，所以不免出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，導(dǎo)致漢字不能正確顯示。最后是逐個(gè)重新計(jì)算，確保每個(gè)漢字對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制是正確的。4. 圖像之間不能正常變換。分析：FOR 循環(huán)語(yǔ)句不正確，檢查后發(fā)現(xiàn)CASE語(yǔ)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(shí)候碰到的一些主要的問(wèn)題，也是費(fèi)了一番功夫才調(diào)試好，最后程序所實(shí)現(xiàn)的目的參看附錄實(shí)物圖5-11、

44、圖5-12、圖5-13。 §5.2各點(diǎn)電壓以及波形測(cè)試單片機(jī)引腳的波形測(cè)試,如圖5-2 圖 5-2各元件主要點(diǎn)電壓以及整機(jī)電流測(cè)試：供電電源電壓：8.95V穩(wěn)壓后的電壓： 5.04VTmega16 單片機(jī)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(jié)果分析通過(guò)測(cè)試以上各個(gè)主要集成芯片引腳的電壓以及電流值，以及整個(gè)調(diào)試的過(guò)程設(shè)計(jì)出的實(shí)物也能正常工作，各項(xiàng)指標(biāo)都均正常，而且也能實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)目標(biāo)“全亮à字模中à字模明à全暗”的循環(huán)顯示，達(dá)到了預(yù)期的效果，因此本設(shè)計(jì)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(zhuǎn)化成機(jī)器碼存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中；也可以按照自己的意愿，將發(fā)光二極管進(jìn)行不同的樣式排列以及不同顏色的選擇，再對(duì)程序加以修改就可以組成各種各樣的漂亮花紋圖案。對(duì)于不同型號(hào)的單片機(jī)只需要相應(yīng)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(shí)際使用價(jià)值。§5.4材料清單清單如表5-4表5-4器件名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量單片機(jī)ATmega161鎖存器74HC3732貼片發(fā)