基于单片机的5×7LED字幕显示的设计.docVIP

理工大学课程设计目 录1 方案选择及总体设计11.1 方案确定11.1.1 功能要求11.2.2 方案确定11.2 器件选择12 控制系统设计22.1 控制系统硬件设计22.1.1整体模块设计22.2 晶振电路设计22.3 复位电路设计32.4 驱动电路设计42.5 led点阵显示设计53 控制系统软件设计63.1 软件设计思想63.2 主程序流程图64 系统仿真及性能分析84.1 系统仿真84.2调试结果84.3 性能分析9总 结10参考文献11附 录12附录a 硬件结构图12附录b 主程序清单121 方案选择及总体设计1.1 方案确定 1.1.1 功能要求 1、采用stc-52单片机作为微处理器。 2、设计一个57点阵led数码字符显示器。 3、在目测条件下led显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。 4、动态显示“ac”几个字符。 1.2.2 方案确定 采用st89c52单片机作为微处理器，将共阳极二极管用共阴型接法连接成57点阵led数码字符阵列，通过程序控制，采用动态显示，建立字符库“09”。1.2 器件选择微处理器采用st89c52系列单片机，st89c52单片机是这几年在我国非常流行的单片机，是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）高性能单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除100次，具有低功耗、高性能的特点。 2 控制系统设计2.1 控制系统硬件设计2.1.1整体模块设计本设计行、列驱动电路，显示器电路，运用单片机的智能化，系统的将每个功能电路模块连接在一起，总体结构设计如图2.1所示。图2.1 硬件系统框图此次需要实现的功能是利用一个st89c52，一个57led点阵，动态显示“ac”10个字，采用pc上位机驱动显示电路。st89c52单片机最小系统电路由复位电路、晶振电路两部分组成。2.2 晶振电路设计st89c52单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，xtal1和xtal2分别为振荡电路的的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在xtal1和xtal2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率采用12mhz，c1、c2的电容值取30pf，电容的大小起频率微调的作用。晶振电路图如图所示。图2.2 晶振电路图2.3 复位电路设计st89c52单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位，使cpu以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动复位方式。本设计采用最简单的上电复位方式，电路如图3所示。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，复位电路产生的复位信号（高电平有效）由rst引脚送入到内部的复位电路，对st89c52单片机进行复位，复位信号要持续两个机器周期（24个时钟周期）以上，才能使st89c52单片机可靠复位。当上电时，c1相当于短路，有时碰到干扰时会造成错误复位，可在复位端加个去耦电容，可以取得很好的效果。 st89c52单片机复位电路如下图所示： 图2.3 上电复位电路图 图2.4 按键电平复位电路图复位电路工作原理： 上电瞬间rst引脚的电位与vcc等电位，rst引脚为高电平，随着电容c5充电电流的减少，rst引脚的电位不断下降，可以保持rst引脚在为高电平的时间内完成复位操作。当单片机已在运行当中时，按下复位键s5后再松开，也能使rst引脚为一段时间的高电平，从而实现st89c52单片机复位。2.4 驱动电路设计正向点亮一颗led，至少也要1020ma，若电流不够大，则led不够大。而不管是st89c52的i/o口，还是ttl、cmos的输出端，其高态输出电流都不是很高，不过12ma而已。因此很难直接高态驱动led，这时候就需要额外的驱动电路，通常有共阳型与共阴型led阵列驱动电路，本设计才用共阴型高态扫描信号驱动电路。共阴型led阵列驱动电路采用高态扫描，也就是任何时间只有一个高态信号，其它则为低态。一行扫描完成后，再把高态信号转化到近邻的其他行，扫描信号接用一个反向驱动器，st89c52本身内置一个反向驱动器，本设计将st89c52作为点矩阵显示控制系统的控制核心，通过点矩阵实时显示并移动字符。单片机的串口与行驱动器相连，用来发送显示数据信息。p0口与led阵列的行引脚相连，送出数据、地址以及系统控制信号。输出低态时，最大可吸取0.5a，即500ma，若每个led取30ma，7个led同时点亮，需要210ma，完全满足led点亮的基本条件。图2.5 驱动电路图所要显示的信号送入74hc573芯片，然后连接到led阵列的列阵脚。对于高态的显示信号，将可提供其所连接led的驱动电流，而这个驱动电流经过led到输出端，形成正向回路，即可点亮该led。其中每个晶体管任何时间只需负责驱动一个led，所以选择30ma射极电流的晶体管。驱动电路如图5所示。2.5 led点阵显示设计 本设计采用atmel公司的at89c51作矩阵显示控制系统控制核心，12mhz晶振,57点阵共阳led显示器。其中，p1口作为字符数据输出口,p3口为字符显示扫描输出口,第31脚(ea)接电源，改变电阻（270*8）的大小可改变显示字符的亮度，驱动用74hc573芯片。本设计led矩阵显示器电路选用57点阵模块，系统由单片机控制。 led显示屏是将发光二极管按行按列布置的，在扫描驱动方式下可以按行扫描按列控制，也可以按列扫描按行控制。本文就是使用1块57点阵，采用按列扫描按行控制控制方式，扫描顺序自左向右，以满足汉字显示的要求。图2.8 57点阵led等效电路一个57点阵是由35个发光二极管按规律组成的，如图2.8所示。图中，行接低电平，列接高电平，发光二极管导通发光。3 控制系统软件设计3.1 软件设计思想 主程序先进行设置中断，并启动，再进行键盘扫描载入“09”字型，然后判断一组字型是否扫描完，按不同情况进行循环调用子程序。进入子程序后，首先设置相应的程序，反复调用显示子程序，并在显示过程中反复调用键盘扫描子程序进行延时，判断是否退出相应的方式显示子程序。设计过程中，能很好得提高按键响应速度。如图3.1所示为软件系统框图。图3.1 软件系统框图字符编码：57点阵可以看成是从上至下8个字节，每个字节8位，因为该点阵为共阴型点阵，因此若该灯亮，则该位为“1”；该灯不亮，则该位为“0”。3.2 主程序流程图主程序首先设置并启动t0中断，然后调用初始化程序，为后面程序要用到的数据调入，并清零一些用到的数据单元，然后载入“ac”字型，进行扫描。图3.2为主程序流程图，详细主程序清单及子程序设计见附录b。开 始初 始 化读取显示数据依次选通列，行74ls164的clock端置低，锁存器禁止输出对应行数组元素与0x01相与，相与结果写入单片机端口输出数组元素右移一位，对应74ls164 clock端置高n右移次数是否为7？y锁存器允许输出图3.2 主程序流程图4 系统仿真及性能分析4.1 系统仿真本设计是以wave与proteus.isis相结合方式来实现本led点矩阵显示器的仿真实现过程。电路的核心是单片机st89c52。单片机的p0口八个引脚通过总线连接到led矩阵显示器的段选码和位选码（a、b、c、d、e、f、g和1、2、3、4、5、6、7、8）的引脚上，来作为控制信号的来源。如图11、12所示。图 4.1 动态显示程序调试结果图 4.2 延时程序调试结果4.2调试结果经软件调试-仿真器proteus调试通过，得到所要求的设计结果 图4.3 调试结果4.3 性能分析此次系统设计结果较好，led显示屏能很好的显示信息。led显示屏由1块88的led小模块组成，整个显示屏可以动态显示88的“09”字型。这个方案设计的88的点阵led图文显示屏，电路简单，成本较低，且较易扩展；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。总 结本次课程设计到现在有一个多星期，回顾这些天我感到学到了很多东西，在写这个心得的时候，我想就这些天的收获，说一说自己内心的想法。本设计是一个8x8的点阵led数码显示器，能够在目测条件下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。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。 总结本文的研究工作，主要做了下面几点工作： 一、通过查阅大量的相关资料，详细了解了led的发光原理和led显示屏的原理，了解了led的现状，清楚地了解了led显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。并且通过对单片机资料的查阅和应用，更进一步增加了对单片机知识的理解和运用能力。并证实了自己的思路：“查资料思考总结运用找出差错，再查资料和向别人询问再次运用”的正确性。二，本文设计的led显示屏能够实现在目测条件下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。三，本文列出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，软件流程图和具体汇编语言程序设计与调试等方面。四，在这次课程设计的过程中学会了 proteus 的基本使用，感到proteus对电子专业的同学来说是一个很有用的软件。在运用proteus时可以运用一些快捷的标号，总线的方法画图，这样既能使电路图清晰，简单，更能大大提高画图速度五，通过这次课程设计，重新复习并进一步增强了动手的能力，学以致用，把只是运用到实际生活中才是根本目的。总体来说这次的科研实践很成功，达到了预想的目的：学到了知识，提高了能力，完成了任务。有点缺憾是时间有限，不能进一步深入和扩散学习和研究。希望有时间可以对程序和电路图作更进一步的改进，譬如实现点阵的上下移动，对角线移动，多色显示等。参考文献1 张靖武,周灵彬 单片机系统的proteus设计与仿真北京 电子工业出版社2 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉 8051单片机实践与应用北京 清华大学出版社3 李群芳，肖看 单片机原理、接口及应用北京 清华大学出版社4 张毅刚，彭喜元等 新编mcs-51单片机应用设计 黑龙江 哈尔滨工业大学出版社 5 张义和，陈敌北编著 例说8051北京 人民邮电出版社 附 录附录a 硬件结构图附录b 主程序清单org 0000h ljmp start org 0003hljmp interupt org 0100hstart: /*初始化寄存器*/setb eaclr it0setb ex0mov a,#00h mov r0,#20hmov r1,#6eh ;调入数据到内存的数据长度 （tab数据量决定）mov r2,#00hmov r3,#20h ;a显示时长mov r4,#20h ;b显示时长mov r5,#20h ;c显示时长mov dptr,#tabacall initljmp maininit:mov a,r2 ;将数据调入内存（使用r0数据储存器储存数据）movc a,a+dptrmov r0,ainc r0inc r2djnz r1,initret org 0200hinterupt:/*中断函数：移位操作*/ ;由于寄存器使用数量较大，用循环地 址加5需加寄存器数据储存读取 clr ea ;已无法达到简化效果，故使用固定地址mov r5,#02h work_1: mov r0,#2fh ;移位循环 1lcall boot_inmov r0,#34hlcall boot_inmov r0,#39hlcall boot_inmov r0,#3ehlcall boot_inmov r0,#43hlcall boot_indjnz r5,work_1mov r5,#02h work_2:mov r0,#48h ;移位循环 2 右移 ;lcall boot_inmov r0,#4dhlcall boot_inmov r0,#52hlcall boot_in mov r0,#57hlcall boot_in mov r0,#5chlcall boot_indjnz r5,work_2mov r5,#02h work_3:mov r0,#61h ;移位循环 3右移 lcall boot_inmov r0,#66hlcall boot_inmov r0,#6bh lcall boot_inmov r0,#70h lcall boot_inmov r0,#75hlcall boot_indjnz r5,work_3work_2:mov r0,#48h ;移位循环 2上移lcall boot_inmov r0,#4dhlcall boot_inmov r0,#52hlcall boot_inmov r0,#57hlcall boot_inmov r0,#5chlcall boot_inmov r0,#61hlcall boot_inmov r0,#66hlcall boot_indjnz r5,work_2mov r5,#02hwork_3:mov r0,#6bh ;移位循环 3 下移lcall boot_inmov r0,#70hlcall boot_inmov r0,#75hlcall boot_inmov r0,#7ahlcall boot_inmov r0,#7fhlcall boot_inmov r0,#84hlcall boot_inmov r0,#89hlcall boot_indjnz r5,work_3mov r3,#20h ;中断返回重新初始化mov r4,#20hmov r5,#20hsetb ea retiboot_in:mov a,r0 ;显示输出初始化 mov r3,amov r4,#10h loop_in:mov a,r3 ;输出循环使字符“稳定”mov r0,amov r1,#01h mov r2,#05hpio_in:mov a,r0 ;输出一个完整字符mov p0,amov a,r1mov p2,alcall delaymov p0,#0ffh ;p0口清零消除显示误差rl amov r1,aclr ainc r0djnz r2,pio_indjnz r4,loop_inret org 0300hmain:/*a,b,c循环显示*/led_a:mov r0,#20h;r0地址为20h24h时r0内储存的数据为a的显示数据ajmp bootled_b: mov r0,#25h;r0地址为25h29h时r0内储存的数据为b的显示数据ajmp bootled_c: mov r0,#2ah;r0地址为2ah2eh时r0内储存的数据为c的显示数据boot:mov r1,#01h ;显示输出初始化 mov r2,#05h ;输出循环使字符“稳定”pio:mov a,r0 ;输出一个完整字符mov p0,amov a,r1mov p2,alcall delaymov p0,#0ffh ;p0口清零消除显示误差rl amov r1,aclr ainc r0djnz r2,pioajmp workwork:djnz r3,led_a ;显示数据切换函数mov 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