毕业设计---基于Proteus的LED汉字显示屏电路设计.doc

单位代码 01 学 号 090302016 分 类 号 tn702 密 级_ _ 毕业设计说明书 基于基于 proteus 的的 led 汉字显示屏电路设计汉字显示屏电路设计 院（系）名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名 王 盼 指导教师 栗红霞 2011 年 5 月 15 日 黄河科技学院毕业设计说明书 第i页 基于 proteus 的 led 汉字显示屏电路设计 摘 要 led 点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的 led 发光二极管封装 而成。led 点阵显示屏可以显示数字或符号, 通常用来显示时间、速度、系统状态等。 由于单片机技术的不断发展和高亮度 led 发光管的出现使得大屏幕高亮度 led 电子 广告屏成为可能，与传统的霓虹灯广告在显示效果以及可修改性上都有着无法比拟的 优势，而且单片机的日益平民化以及 led 技术的不断创新，使得高亮度高清晰的 led 点阵广告牌与传统霓虹灯广告牌的成本日益接近。为了能简单的实现基于单片机的 led 显示系统控制，本文设计了基于 at89c51 单片机 1616 led 汉字滚动显示屏电 路并运用 proteus 软件仿真实现其显示功能。本系统的设计具有体积小、硬件少、电路 结构简单及容易实现等优点。 关键词：关键词：led，单片机，proteus 仿真 黄河科技学院毕业设计说明书 第ii页 the design of chinese characters display circuit based on proteus led author: wangpan tutor: li hongxia abstract as a new display device led dot matrix display is consists of several independent led light-emitting diode encapsulation. led dot matrix display can display numbers or symbols, usually used to display time, speed, system status, etc. as the continuous development of microcomputer technology and the display of high-brightness led glowing tube, it makes the emergence of large-screen high-brightness led electronic advertising screen to be possible, compared to the display effect and modifiability of the traditional neon advertising it has incomparable advantage and the growing scm civilian and innovative led technology makes the brightness and high definition of led dot matrix billboards and neon signs of the cost of traditional increasingly close. in order to achieve the 1616 led chinese scroll screen and using the proteus software simulation shows the function. the design of the screen is small, less hardware, simple circuit structure and easy to implement. keyword : led, mcu, proteus imitates reall 黄河科技学院毕业设计说明书 第iii页 目 录 1 绪 论.1 1.1 课题背景.1 1.2 课题研究现状.1 1.3 课题设计任务.2 2 系统总体设计方案.3 2.1 总体设计方案的论证 3 2.2 总体设计方案的确定 3 3 系统硬件电路设计.5 3.1 单片机系统电路.5 3.2 时钟电路.7 3.3 复位电路.8 3.4 电源电路.8 3.5 点阵显示电路.9 3.6 驱动电路.10 4 系统的软件程序设计12 4.1 软件系统分析.12 4.1.1 模块细分.12 4.1.2 确定算法.12 4.1.3 编写程序.13 4.2 系统主程序.13 4.3 显示驱动程序.14 5 整体电路的设计.16 6 字模的提取.18 7 软件仿真调试.20 7.1 proteus软件介绍20 黄河科技学院毕业设计说明书 第iv页 7.1.1 进入 proteus isis 20 7.1.2 工作界面21 7.2 创建源代码仿真文件 21 7.3 仿真调试.22 结 论.25 致 谢.26 参考文献.27 附录 a28 黄河科技学院毕业设计说明书 第1页 1 绪 论 1.1 课题背景 led 显示屏是用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种 信息的显示屏幕。它的优点是亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路 匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、 英文文本和图形。视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、 同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、 vcd 节目以及现场实况1。led 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动 如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑 市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 伴随世界技术的飞速发展，以前，需要花大量的时间和精力来搭建一个模拟电路， 繁多的元器件不仅给电路构成增加了成本，也使电路复杂化，而现在只需要一块几平 方厘米的单片机，在写入相应的功能程序，便可以代替以前的电路模式了。运用单片 机技术，达到标识显示的目的，也将舍去原来的画图描写以及霓红灯标识显示方式了， 而单片机有可重复编写的功能，只需要将程序稍稍改动，就能达到相应显示效果。 同时利用嵌入式系统软硬件设计仿真平台，能够在线、实时仿真多种类型的单片 机，诸如 mcs-51 系列单片机、pic 单片机、avr 单片机等，能够像硬件仿真器一样 进行软硬件调试，而没必要花钱去购买和维护价格不菲的仿真器，对于初学单片机的 人来说，既减少了学习成本，又达到了良好的学习效果。 1.2 课题研究现状 led 点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的广告 信息烧写固化到 eprom 芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型； 另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字 显示，称可编程序型2。 目前，我发现 led 点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示 花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的 eprom 芯 片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限 黄河科技学院毕业设计说明书 第2页 制。国内的另一种 led 显示屏可编程序型 led 显示屏，虽然增加了显示屏系统 的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。 随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更 换速度快等特点。因此传统的 led 显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传 业的需要。而利用 pc 机通信技术控制 led 显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换 灵活等优点。 随着社会发展，人民生活水平的不断提高，信息化、智能化技术渗透于人们生活 的各个领域。近年来，由于电子技术的迅速发展，电子元器件的成本大幅度下降，技 术的完善，性能的提高，使得 led 显示屏的制造成本大大降低，led 显示屏也开始普 及起来，将 led 显示技术应用于日常生活和节能领域已经日渐被国内很多科研机构及 厂家所重视。 1.3 课题设计任务 本设计一个用 1616 的点阵 led 图文显示屏，通过 proteus 仿真软件并对电路进 行仿真，并实现滚动汉字显示要求在目测条件下 led 显示屏各点亮度均匀、充足，可 显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰，图形或文字滚动显示，并在 proteus 嵌入式系统设计仿真平台上完成点阵式 led 滚动汉字显示调试。本课题研究的 内容就是以单片机为主要控制元件，驱动 led 点阵显示所想要现实的汉字，以后需要 显示更大的也可以用本课题设计来实现。 黄河科技学院毕业设计说明书 第3页 2 系统总体设计方案 本章主要内容是论述 1616 点阵汉字滚动显示装置的总体设计以及方案的论证。 本系统由单片机电路、阴极、阳极驱动电路和 1616 点阵显示电路三大部分组成，功 能模块具体实现的器件的不同，将直接影响整个系统的性能及成本，为了达到高效、 实用的目的，在系统设计之前的方案论证是十分重要的。 2.1 总体设计方案的论证 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点 所在的位置相对应的 led 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制 各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。1616 的点阵共有 256 个发光二极管， 显然单片机没有这么多的端口，我们仅仅是 1616 的点阵，在实际应用中的显示屏往 往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的 显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。 动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行 （比如 16 行）的同名列共用一套驱动器。具体就 1616 的点阵来说，把所有同 1 行 的发光管的阳极连在一起，把所有同 1 列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法） ， 先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1 行使其燃亮一定时间，然 后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第 2 行使其燃亮相同的时间，然后熄 灭；以此类推，第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反复轮回。当这样轮回的速度足够 快（每秒 24 次以上） ，由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。 2.2 总体设计方案的确定 点阵式 led 滚动汉字显示屏硬件电路设计框图如图 2.1 所示。电路包括单片机、 电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和 1616 led 点阵电路等。本设计的核心 是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对 1616 led 点阵进行动态列扫描，以 实现汉字的滚动显示。本设计选用的 at89c51 单片机，为显示屏采用 1616 led 点 阵。电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5v 工作电压。时钟 黄河科技学院毕业设计说明书 第4页 电路是单片机的驱动电路，复位电路可在需要时，手动使单片机程序计数器复位清零。 通过阳极驱动电路向 1616 点阵送字型码，通过阴极驱动电路对 1616 点阵进行列 扫描，本课题采用的驱动芯片为 74hc154。 单单 片片 机机 点点阵阵显显示示器器 阴阴极极驱驱动动电电路路 电电源源电电路路 复复位位电电路路 时时钟钟电电路路点点阵阵显显示示器器 阳阳极极驱驱动动电电路路 1616点点阵阵 图 2.1 硬件电路设计框图 黄河科技学院毕业设计说明书 第5页 3 系统硬件电路设计 硬件电路大致上可以分成单片机系统电路、阴极和阳极驱动电路、时钟电路、复 位电路、电源电路及 led 点阵电路几部分。 3.1 单片机系统电路 本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对 1616 led 点阵 进行动态列扫描，以实现汉字的滚动显示。at89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可 擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的 低电压，高性能 cmos8 位微处理器，俗称单片机3。at89c2051 是一种带 2k 字节闪 烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。三级程序存储器锁定、1288 位内部 ram、32 可编程 i/o 线、两个 16 位定时器/ 计数器、5 个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟 电路；外部引脚如图 3.1 所示： 图 3.1 at89c51 单片机外部引脚图 1at89c51主要特性： 与mcs51兼容 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 u1 at89c51 黄河科技学院毕业设计说明书 第6页 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0hz至24hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部ram 32可编程io线 两个16位定时器计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2管脚说明： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向io口，每脚可吸收8t1l门电流。当p1口的 管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定 义为数据地址的第八位。在fiash编程时，po口作为原码输入口，当flash进行校 验时，po输出原码，此时p0外部必须被拉高4。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向io口，p1口缓冲器能接收输出 4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1被外部下拉为低 电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为 第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向io口，p2口缓冲器可接收，输出4个 1vrl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作 为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当 用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。 在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号 黄河科技学院毕业设计说明书 第7页 和控制信号5。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向io口，可接收输出4个ttl门电流。 当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉 为低电平，p3口将输出电流(ill)这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些 控制信号。 rst-复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 aleprog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频 率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的116。因此它可用作对外部输出的脉冲 或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉 冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时，ale只有在执行 movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外 部执行状态ale禁止，置位无效。 psen外部程序存储器的选通信号：在由外部程序存储器取指期间，每个机器 周期两次psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的psen信号将不 出现。 eavpp：当ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000hffffh)， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式l时，ea将内部锁定为reset；当ea 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v 编程电源(vpp)。 xtall：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 3.2 时钟电路 at89c51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 xtal1 和 xtal2 分别是该放大器的输入端和输出端6。这个放大器与作为负反馈的片外石英晶 体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图 3.2；外接石英晶体（或陶瓷谐 振器）及电容 c1、c2 接在放大器的反馈电路中构成并联振荡电路。对外接电容 黄河科技学院毕业设计说明书 第8页 c1、c2 虽然没有十分的严格要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振 荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，本设计使用石英晶体，其电容容 量使用 30pf10pf。 图 3.2 时钟电路 3.3 复位电路 在这个系统中的复位电路是采用上电加按钮来实现的。因为 mcs-51 单片机的复 位是靠外部电路实现的。mcs-51 单片机工作之后，只要在他的 rst 引线上加载 10ms 以上的高点平，单片机就能有地进行复位。我们采用的是上电加按键复位方式，这样 做的优点是上电后可以直接进入复位状态，当程序出现错误时，可以随时使电路复位。 单片机在启动或断电后，程序需要从头开始执行，机器内全部积存器，i/o 接口等 都必须重新复位。图 3.3 是一个简单的上电复位和按钮复位电路，图中上电时接通电源， 电容 c1 相当于瞬间短路，+5v 电源直接加到了 rst/vpd 端，该高电平使 89c51 全机 复位，若运行过程中需要程序从头执行，只需要按钮 s 即可，按下 s 则直接把+5v 加 到 rst/vpd 端从而复位。 图 3.3 复位电路图 3.4 电源电路 电源电路是单片机系统最基本的部分，所以我们应该高度重视电源部分，不能因 黄河科技学院毕业设计说明书 第9页 为电源部分电路比较简单而有所忽略，电源部分做好才能保证电路的正常工作。对电 源电路来说，最重要的就是稳压，我们采用的是+5v 电源供的直流电7。 3.5 点阵显示电路 本设计用 4 片 led88 点阵组成一个 1616 点阵显示电路8。led 数码管是本 设计中的显示器件下面对它作一简单介绍。此处选用的是八段数码管，它是由 8 个发 光二极管组合而成的，它有共阴极和共阳极两种形式（如图 3.4 a、b、c）。共阴极的 内部接法为将 8 个发光二极管的阴极结在一起，工作时公共极接地，在 8 个阳极上通 以不同的电平是将显示不同的字符；共阳极接法与共阴极相反，它是将 8 个发光二极 管的阳极接在一起，工作时公共极接+5v，在 8 个阴极上通以不同的电平来显示相应的 字符。本设计选用 led88 点阵作为显示器件，从显示亮度来说要求越高,其效果越好， 从节能的角度上看，led 器件较为节能，工作电压不高，功耗又小,且性能一定要稳定， 维修方便， led 电子显示屏以基色彩鲜亮夺目，大的显示信息量、寿命长、耗电量小， 重量轻，空间尺寸小，稳定性高，易于操作、安装和维护等特点将在本设计中扮演着 重要的角色。等效电路看起来简单，1 脚加高电平，再在 abcdefgh 段加低电平，第一 行的发光二极管就会亮，但是实际的器件引脚并不是一排引脚按 12345678 的顺序排列， 另一排引脚按 abcdefgh 的顺序排列。而实际引脚通常是乱序的，不过我们可以自己测 试引脚的分布情况。其电路排列如图 3.5 图(a)和图(b)所示： 图 3.4 led 数码管结构图 黄河科技学院毕业设计说明书 第10页 图 3.5 (a) 88led 平面图 图 3.5（b）88led 等效电路图 3.6 驱动电路 单片机 p1 口低 4 位输出的行号经 4/16 线译码器 74hc154（如图 3.6）译码后生成 16 条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。动态扫描显示时，74hc154 用来 确定某一时刻显示的行号，保证某一时刻只有一行选中。一条行线上要带动 16 列的 led 进行显示，按每一 led 器件 10ma 电流计算，16 个 led 同时发光时，需要 黄河科技学院毕业设计说明书 第11页 160ma 电流（即 16 个 led 点阵同时亮的情况），74hc154 为一行 16 个 led 点阵提 供足够大的驱动电流。74hc154 来做列选控制只使用了单片机的 4 个 io 口，节约了很 多 io 资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。 图 3.6 74hc154 外形及引脚 黄河科技学院毕业设计说明书 第12页 4 系统的软件程序设计 软件设计是一件细致而复杂的工作，应按照合理的顺序有条不絮的进行。本次毕 业设计中我们在软件设计部分依然采用模块化的设计思想题，将整个系统划分为若干 个模块，设计时将各个模块非开来设计，最后将整个模块连接起来，这样易于调试， 有助于发现问题并及时改正。 4.1 软件系统分析 根据毕业设计的要求及该系统应该满足的功能要求，决定该系统应该具有的部分 及所需的各种元器件及其分别的型号，所起到的作用。按信息的流行向分析说明信息 的性质，来源或去向，有多少数据信息、多少状态信息，是模拟量还是数字量，是串 行还是并行，数据输入/输出端口地址，与外设联络控制的方法以及输入中断源的类别 和优先级的安排。每一个输入/输出还应注意是否与其他输入/输出有关。 4.1.1 模块细分 按照所分析的结果将整个系统，按不同的功能划分为几个相对独立的模块，并分 析出各个模块之间的关系几由他两端出现的信号的形式。可以将整个系统化分为：前 端模块，主机模块，显示模块，输入模块，这样就可以对各个模块同时进行设计，只 要保证相连模块间满足相应的数据流通关系就行。 在此次设计中显示屏软件的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信 号，使屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理，可以把显示屏的软件系 统分为两层；第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱 动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成 led 显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器 t0 中断程序实现。系统应用 程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。 4.1.2 确定算法 算法设计是软件设计很重要的阶段，合理和可靠的算法将导致优化程序设计。不 同功能块有不同的算法，同一个问题也可以有很多算法，要根据具体的情况选择合适 的算法。算法设计的总目标是，在达到要求功能的基础上，保证程序流程结构简单， 运行可靠。 黄河科技学院毕业设计说明书 第13页 明确任务 题目定义 题目细分 明确算法确定算法 设计流程设计流程 编写程序编写程序 程序有错 程序调试 程序装配 综合调试 结束 4.1.3 编写程序 在手编写各部分的程序之前，还需做两件事：分配系统资源和设计流程图。提高软 件设计总体效率的有效方法是先设计流程图，在开始编程。程序流程图 4.1 的设计过程 就是程序逻辑设计的过程。流程图直观明了，有利于查错和修改。 图 4.1 显示驱动程序流程图 4.2 系统主程序 系统主程序开始以后，首先是对系统环境初始化，然后向左滚动显示“单片机仿真” 这 5 个汉字，然后以“卷帘入”效果隐去。由于单片机没有停机指令，所以可以设置系 统程序不断的循环执行上述显示效果。图 4.2 主程序流程图。详细主程序见附录 a 黄河科技学院毕业设计说明书 第14页 图 4.2 系统主程序流程图 4.3 显示驱动程序 由 led 点阵显示器的内部结构可知，器件宜采用动态扫描驱动方式工作，由于 led 管芯大多为高亮度型，因此某行或某列的单体 led 驱动电流可选用窄脉冲，但 其平均电流应限制在 20ma 内多数点阵显示器的单体 led 的正向压降约在 2v 左右。 动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次不断地对显 示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环 以上操作，就可显示各种图形或文字信息。图 4.3 驱动程序（显示屏扫描函数）流程图。 显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器 t0 重新赋初值，以保证显示屏刷新率 的稳定，1/16 扫描显示屏的刷新率（帧频）计算如公式 4.1 所示： 刷频率（帧频）=1/16t0 溢出率 =1/16f/12（65536-t） （4.1） 在公式 4.1 中 f 为晶振频率，t 为定时器 t0 初值（工作在 16 位定时器模式） 。然后显示 驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口 发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关 开始 初始化 调出显示程序 调整数据指针 是否显示完毕 y n 黄河科技学院毕业设计说明书 第15页 闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器锁存，然后再输出新的行号，重新打 开显示。 图 4.3 显示驱动程序流程图 进入中断 退出中断 定时器赋初值 读取行号并增加 1 送新行显示数据 消 隐 切换显示数据 发送新行号，打开显示 黄河科技学院毕业设计说明书 第16页 5 整体电路的设计 用 proteus 绘制原理图：运行 proteus 的 isis 程序后，进入该仿真软件的主 界面9。通过元件选择按钮 p (从库中选择元件命令) 命令，在弹出的 pick devices 窗 口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，对元件参数设置及元器件间 连线， 完成单片机系统的硬件原理图绘制。整体电路原理图如 5.1 图。 图 5.1 led 点阵显示的整机电路原理图 本文把行列控制总线接在单片机的 i/o 口，然后把通过软件编译的扫描代码送入 总线，就可以得到显示的汉字了。考虑到 p0 口必需设置上拉电阻，本文采用 1k 排电 阻作为上拉电阻。在进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱 黄河科技学院毕业设计说明书 第17页 动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按 8 位一个字节的形式顺序排放。显 示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去。 汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻 r1，电容 c4 的作用，使单 片机的 rst 复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在 c2，c3，x1 以及单片机 内部时钟电路的作用下，单片机 89c51 按照设定的程序在 p0 和 p2 口输出与内部汉字 对应的代码电平送至 led 点阵的行选线(高电平驱动)，同时在 p1.1，p1.2，p1.3，p1.4 口输出列选扫描信号(低电平驱动)，从而选中相应的象素 led 发光，并利用人眼的视 觉暂留特性合成整个汉字的显示，再改变取表地址实现汉字的滚动显示10。 黄河科技学院毕业设计说明书 第18页 6 字模的提取 在ucdos中文宋体字库中，每一个字由16行16列的点阵组成显示。如果用 8位我 们以ucdos中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库 中的每一个字均由256点阵来表示11。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一 个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字， 也可以显示在 256像素范围内的任何图形。我们以显示汉字的89s51单片机为例， 由于单片机的总线 为8位一个字需要拆分为2个部分。 一般我们把它拆分为上部和下部，上部由816点 阵组成，下部也由816点阵组成。 在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的 上半部分，即第一列的p0.0-p0.7口。方向为p0.0到p0.7 ,显示汉字“大”时，p0.5点亮,由 上往下排列，为p0.0灭，p0.1 灭, p0.2 灭p0.3 灭, p0.4 灭, p0.5 亮, p0.6 灭, p0.7 灭。 即二进制00000100转换为16进制为 04h.。 上半部第一列完成后，继续扫描下半部的 第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫描，可 以看出此部分没有灯亮，二进制码为00000000，即16位的00h。从图6.1看出，第二列 扫描时仍为p0.5点亮，为00000100，即16进制04h. 这一列完成后继续进行下半部分的 扫描，p2.1点亮，为二进制00000010，即16进制02h. 依照这个方法，继续进行下面的 扫描，一共扫描32个8位,可以得出汉字“大”。 图 6.1 点阵原理 它的扫描代码为： 黄河科技学院毕业设计说明书 第19页 04h,00h,04h,02h,04h,02h,04h,04h 04h,08h,04h,30h,05h,0c0h,0feh,00h 05h,80h,04h,60h,04h,10h,04h,08h 04h,04h,0ch,06h,04h,04h,00h,00h 如果通过描点来造字的话，任务量太大。现在有很多现成的汉字字模生成软件， 我们就不必自己去画表格算代码了。软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据 的汉字代码即可自动生成，但是我们要根据自己硬件的连接方式来在选项中选择取码 方式，然后把我们所需要的数据复制到我们的程序中即可。我们把行列总线接在单片 机的 i/0 口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。 通过软件提取 “单片机仿真”的单片机编程打下基础。字模提取软件是完成本设计 的一个重要的辅助软件，它能够很容易的将需要的汉字翻译成 1616 的汉字字模。 黄河科技学院毕业设计说明书 第20页 7 软件仿真调试 7.1 proteus 软件介绍 proteus isis 是英国 labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 windows 操作系统上，可以仿真、分析(spice)各种模拟器件和集成电路，该软件的特 点是：实现了单片机仿真和 spice 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路 仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs232 动态仿真、i2c 调试器、spi 调 试器、键盘和 lcd 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号 发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000 系列、 8051 系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11 系列 以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置 断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真 系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 keil c51 uvision2 等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和 spice 分析于一身的仿真软件，功能极其强大11。 7.1.1 进入 proteus isis 双击桌面上的 isis 7 professional 图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序” “proteus 7 professional” “isis 7professional”，出现如图 7.1 所示屏幕，表明进入 proteus isis 集成环境。 图 7.1 proteus isis 启动时的屏幕 黄河科技学院毕业设计说明书 第21页 7.1.2 工作界面 proteus isis 的工作界面是一种标准的 windows 界面，如图 7.2 所示。包括：标题 栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制 按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。以下为主窗 口和四个输出窗口的主要菜单项。对于主窗口，在菜单项旁边同时列出工具条中对应 的快捷鼠标按钮。 图 7.2 proteus isis 的工作界面 7.2 创建源代码仿真文件 proteus 虚拟仿真系统将源代码的编辑与编译整合在统一设计环境中，所以我们 可以直接编辑原程序和生成仿真代码，所以使用时先要设置代码生成具，单机“source” 下拉菜单中“define code generation tools”选项，会出现如 7.3 所示点击 ok。点击“source”下拉菜单中“add/remove source code files”对话框。在 “code generation tool”栏内选择 asem51，再点击“new”按钮，查找程序源， 点击“打开”，然后单机“source”下拉菜单“build all”选项，生成可执行的十六进制的 黄河科技学院毕业设计说明书 第22页 文件（.asm）如图 7.4 源程序在软件中的编译结果。 7.3 source 工作界面 图 7.4 源程序在软件中的编译结果 7.3 仿真调试 单击仿真运行开始按钮，单击仿真运行结束按钮，仿真结束12。本设计 黄河科技学院毕业设计说明书 第23页 的 proteus 仿真图如图 7.4 和图 7.5 所示。 图 7.4 统仿真结果 黄河科技学院毕业设计说明书 第24页 图 7.5 系统仿真结果 黄河科技学院毕业设计说明书 第25页 结 论 本文设计的 1616 的点阵 led 图文显示屏，电路简单，成本较低，且较容易扩 展成更大的显示屏。显示屏各点亮度均匀、充足、显示图形或文字稳定、清晰无串扰； 可用静止、移入移出等多种显示方式显示图形或文字。利用 proteus 实现了对点阵式 led 滚动汉字显示屏的仿真，完成了“单片机仿真”五个字滚动显示，达到了良好的设 计效果。该仿真电路接近实际电路，可以直接由该电路利用相关软件设计印制电路板， 加上电源电路和时钟电路，就可以制作出实际的点阵式 led 滚动汉字显示屏。通过前 期仿真缩短了开发周期，降低了开发成本，达到事半功倍之成效。 此设计是基于电子技术的应用，以调研、搜集资料、方案为基础，拟订了系统规 划，编程，调试的流程。本设计开拓了我的思维，使我深刻的体会到理论与实践相结 合的重要性，同时也解决了我以前在学习中遇到的许多专业知识问题。通过本设计的 实践掌握，使我的专业知识更加系统化、结构化。但由于水平有限，难免有遗漏、错 误之处，请大家给予指正。 黄河科技学院毕业设计说明书 第26页 致 谢 感谢我的导师栗红霞老师，我的本次毕业设计和论文是在他的悉心指导和关心下 完成的，栗老师给予我很大的关心和支持，正是由于这些细微的关怀，一直激励着我 去努力做好本次毕业设计，栗老师精湛的专业知识、耐心的工作态度和真诚的待人风 格给我留下了非常深刻的印象，对我以后的工作和生活将产生很大的影响，栗老师工 作能力实际应用能力也相当强，给予了我相当大的帮助，真挚的向导师说声谢谢。 感谢帮助过我的所有同学，特别是在我的设计遇到困难的时候，他们在精神上和 行动上，都给予我很大的支持，鼓励我不要泄气，勇敢的面对困难，使我终于突破了 设计的难点，顺利完成了此次毕业设计。我也感谢本科这两年里所有知道过我的老师 们，他们教授给我的各方面专业知识让我在设计中能更好的运用以及发挥，感谢他们 对我无私的教诲和帮助。 总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得 了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要 提高自己的动手能力和分析能力。 黄河科技学院毕业设计说明书 第27页 参考文献 1 michael d ciletti. advanced digital design with the ver-ilog hdl, 2004：64-69. 2元增民.单片机原理与应用m.长沙：国防科学大学出版社，2006：15-18,30. 3马忠梅.单片机外围电路设计.北京：北京航空航天大学出版社，2005：42-46. 4李全利.单片机原理及接口技术m.北京：北京航空航天大学出版社，2004：23-30. 5 at89c51 data sheep philips semiconductors 1999：12-19. 6黄继昌.电子元器件应用m.北京：人民邮电出版社，2004：65-70. 7周雪主.电子技术基础m.北京：电子工业出版社，2003：104-107. 8罗亚非.凌阳十六位单片机应用基础m. 北京：北京航天航空出版社，2001：87-89. 9清源计算机工作室proteus 软件入门北京：机械工业出版社，2004：20-34 10侯玉宝. 基于 proteus 的 51 系列单片机设计与仿真.北京：电子工业出版社, 2008：112-118. 11朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，王志奎.proteus 教程电子线路设计、制版与仿真.北京： 清华大学出版社，2008：224-228，235-240. 黄河科技学院毕业设计说明书 第28页 附录 a 1616 的点阵 led 电子图文显示屏的源程序采用汇编语言编写，以下为用汇编语 言编写的字符显示控制程序： org0000h ajmpmain org0030h main: movdptr,#tab;字码表初址