毕业设计（论文）-基于STC12c5a60s2LED广告牌设计.docVIP

金 华 职 业 技 术 学 院jinhua college of vocation and technology毕业教学环节成果 （2012届）题 目 基于stc12c5a60s2led广告牌设计 学 院 信息工程学院 专 业 应用电子技术 班 级 应电 091 学 号 姓 名 指导教师 2012年 5 月 26日金华职业技术学院毕业教学成果目 录摘要 2 英文摘要 3 引言4 1系统硬件设计 5 1.1 硬件电路设计 5 1.2 stc12c5a60s简介 5 1.3 主电路设计 7 1.4 显示电路 8 1.5 显示驱动电路 9 1.6 最小系统电路 11 2系统软件设计 12 2.1 主程序设计 12 2.2 点阵汉字代码的实现 13 3系统调试 14 3.1 软件调试 14 3.2 硬件调试 15 结论与谢词 16 参考文献 17 附录1. 程序清单 17 附录2. pcb图设计 20 基于stc12c5a60s2led广告牌设计信息工程学院应用电子技术 摘要： 本设计是以stc12c5a60s单片机为核心的组成的led广告牌，实现用led8*8点阵显示汉字广告，期间可以用不同的字码来显示不同的内容，为了节约io口，用74ls138芯片驱动点阵。因为用单片机直接驱动点阵会使点阵电压不足，产生点阵太暗现象，设计里用74ls245收发器的特性来做点阵的行的驱动电路。关键字：stc12c5a60s2 ark_sz411288k点阵 汉字显示billboarddesignbasedstc12c5a60s2led（major of applied electronic technology，information and engineering college，jinhua college of vocation and technology，lihaibo）abstract:thedesign is based onthestc12c5a60smicrocontrollercorecomposed ofledbillboards,theuseled8*8dot matrixdisplay chinese charactersadvertisingduringdifferent codecan be usedto displaydifferent content,in order to savetheio port,andusing74ls138chipdriverdot matrix.with mcudirectlydrivenlatticemake thelatticevoltage, resulting inthelatticeofdarkphenomenon,withthecharacteristicsofthe74ls245transceivertodolatticelinedrive circuitdesign. keywords: stc12c5a60s2 ark_sz411288klattice character display引言单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。正因为如此，在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字。汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×16点阵），将点阵文件存入rom，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由mcu根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。1 系统硬件设计1.1 硬件电路设计从下图2-1可以看出，本设计是以stc12c5a60s单片机为核心，进行编程控制点阵显示汉字广告牌，利用74ls138译码器的特性，节约i/o口的使用。利用单片机i/o口控制点阵显示屏的行、列。同时也考虑到单片机直接驱动点阵会产生电流不足，利用74ls245收发器的特性，增大i/o输出电流。具体如下硬件电路图1-1图1-1硬件电路框图其中由于stc12c5a60s2单片机的特性，在其单片机就具有内部最小系统模块，所以在实际电路里省略了最小系统。1.2 stc12c5a60s简介stc12c5a60s2/ad/pwm 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12 倍。内部集成 max810 专用复位电路,2路pwm,8路高速10位a/d转换对电机控制，(1). 增型 8051 cpu，1t，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051(2). 工作电压： stc12c5a60s2 系列工作电压： 5.5v 3.5v （5v单片机） stc12le5a60s2 系列工作电压： 3.6v 2.2v （3v单片机）(3). 工作频率范围：0 35mhz，相当于普通8051的 0 420mhz(4). 用户应用程序空间 8k /16k / 20k / 32k / 40k / 48k / 52k / 60k / 62节.(5). 片上集成1280字节 ram（6）. 通用i/o口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统i/o口）设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个i/o口驱动能力均可达到20ma，但整个芯片最大不要超过120ma(7). isp（在系统可编程）/ iap（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（p3.0/p3.1）直接下载用户程序，数即可完成一片(8). 有eeprom功能(stc12c5a62s2/ad/pwm无内部eeprom)(9). 看门狗(10).内部集成max810专用复位电路（外部晶体12m以下时，复位脚可直接1k电阻到地）(11). 外部掉电检测电路: 在p4.6口有一个低压门槛比较器5v单片机为1.33v，误差为5%,3.3v 单片机为1.31v，误差为3%(12). 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部r/c振荡器(温漂为5% 到10% 以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部r/c 振荡器还是外部晶体/ 时钟常温下内部r/c 振荡器频率为：5.0v 单片机为： 11mhz 17mhz3.3v 单片机为： 8mhz 12mhz度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。(13). 共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器t0和t1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再上2路pca模块可再实现2个16位定时器(14). 3个时钟输出口，可由t0的溢出在p3.4/t0输出时钟，可由t1的溢出在p3.5/t1输出时钟,独立波特率发生器可以在p1.0口输出时钟(15). 外部中断 i/o 口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的pca模块，ower down 模式可由外部中断唤醒，int0/p3.2,int1/p3.3,t0/p3.4, t1/p3.5, rxd/p3.0,ccp0/p1.3 (也可通过寄存器设置到p4.2), ccp1/p1.4 (也可通过寄存器设置到p4.3)(16). pwm (2路） / pca （可编程计数器阵列, 2 路） - 也可用来当2路 d/a 使用 - 也可用来再实现 2 个定时器 - 也可用来再实现 2 个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)(17). a/d 转换, 10位精度 adc ，共8路，转换速度可达 250k/s (18). 通用全双工异步串行口 (uart) ，由于stc12系列是高速的8051，可再用定时器或pca软件，可再用定时器或pca软件可再用定时器或pca软件实现多串口(19). stc12c5a60s2 系列有双串口，后缀有 s2 标志的才有双串口， rxd2/p1.2 (可通过寄存器设置到 p4.2 )， txd2/p1.3 (可通过寄存器设置到 p4.3 )(20). 工作温度范围： -40 +85 (工业级) / 0 75 (商业级)(21). 封装： lqfp-48, lqfp-44, pdip-40, plcc-44, qfn-40i/o 口不够时，可用2到3根普通 i/o 口线外接 74hc164/165/595 （均可级联）来扩展 i/o 口,还可用 a/d 做按键扫描来节省 i/o 口，或用双 cpu ,三线通信，还多了串口。1.3 主电路设计主电路主要有核心stc12c5a60s单片机构成，由单片机编程控制点阵的输出结构，由5v直流电源进行给单片机供电，用74ls138译码器解决了i/o口不够问题，因为是由单片机直接驱动点阵，直接驱动往往会产生点阵电流太低的问题，设计时候也考虑到这点，用74ls245收发器来放大i/o驱动电流，实现了单片机直接驱动点阵的目的。具体主电路如下图1-2图1-2 主电路图主电路的电源模块是有7805为核心的稳压电路构成，由7805进行稳压，用桥式整流电路进行交直流转换，但考虑到实际应用中的可携带性，故直接采用了3节干电池串联组成的5v直流电源1.4 显示电路本设计显示使用的是ark_sz411288k型点阵，只要其对应的x、y轴顺向偏压，即可使led发亮点阵led扫描法介绍点阵led一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：(1). 点扫描；(2). 行扫描；(3). 列扫描。若使用第一种方式，其扫描频率必须大于1664=1024hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于168=128hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗led）时需外加驱动电路提高电流，否则led亮度会不足。点阵内部管脚分布如下图1-3图1-3点阵内部管脚分布本设计显示电路由两块8*8点阵组成，因为8*8管脚多的缘故，为了节油单片机i/o口的数量，提高单片机的可利用性，在设计中特地采用74ls138芯片进行对i/o的配置。1.5 显示驱动电路本次设计中考虑到实际应用中数码管显示亮度问题，所以采用了74ls245芯片进行驱动以达到点阵更好的显示。芯片接线图如图1-7（a、b）所示。74ls245收发器简介图1-474ls245管脚图 74ls245功能表 表1-174ls245主要电器特性的典型值如下: 引出端符号: aa总线端bb总线端/g三态允许端(低电平有效)dir方向控制端74ls245管脚引出端 表1-2逻辑图:图1-5 74ls245内部逻辑 图1-6（a）74ls245电路图 图1-6（b）74ls245电路图因为本设计使用了两个8*8点阵，为了避免管脚的不足，采用74ls138芯片。74ls138为3线-8线译码器，当一个选通端（g1）为高电平，另两个选通端（/(g2a)和/(g2b)）为 低电平时，可将地址端（a、b、c）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出，74ls138接线图如图1-10（a、b）图1-774ls138管脚图74ls138功能表 表1-3 图1-8（a）74ls138电路图 图1-8（b） 74ls138电路图74ls138主要电器特性的典型值如下: 引出端符号： a/b/c译码地址输入端g1选通端/(g2a)、/(g2b)选通端（低电平有效）y0y7译码输出端（低电平有效） 74ls138管脚引出端 表1-41.6 最小系统电路本设计最小系统具有一下功能（芯片接线图如图图1-11所示）：(1). 具有上电复位和手动复位功能.(2). 使用单片机片内程序存储器. (3). 具有基本的人机交互接口.按键输入,led 显示功能.4,具有一定的可扩展性,单片机 i/o 口可方便地与其他电路板连接.图1-9 芯片接线图其中由于stc12c5a60s2单片机的特性，在其单片机就具有内部最小系统模块，所以在实际电路里省略了最小系统。2 系统软件设计 2.1 主程序设计基于stc12c5a60s2led广告牌设计的软件由三部分组成:主程序、中断服务子程序和动态显示程序。主程序进行对定时器的的初始化，主要包括tmod、tr、ea、et等寄存器的初始赋值。所有的初始化工作完成后，主程序进入背景循环中， 等待中断事件的发生，从而去响应中断服务子程序。中断服务子程序主要对计数器的再次装值和点阵动态显示的速度控制。动态显示子程序主要进行对点阵的行、列进行动态赋值等。如图2-1所示主程序流程图。图2-1 主程序流程图本次设计使用c语言来编写程序，作为一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。此外，c语言程序还具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用c语言进行程序设计已成为软件开发的主流。2.2 点阵汉字代码的实现本设计中的汉字由汉字代码取模软件算成，具体代码如下：金：0x0c,0xc6,0xab,0xf9,0xab,0xc6,0x0c,0x00职: 0x00,0x6e,0x0a,0x6e,0x00,0xff,0x05,0x1f院：0x86,0xf2,0x1b,0x1a,0xf6,0x8f,0x09,0xffi：0x00,0xc0,0xc3,0xff,0xff,0xc3,0xc0,0x00：0x1c,0x3e,0x7e,0xfc,0xfc,0x7e,0x3e,0x1cu：0x00,0x3e,0x7e,0x60,0x60,0x7e,0x3e,0x003 系统调试3.1 软件调试软件调试使用proteus isis 7进行仿真测试。proteus软件是来自英国labcenter electronics公司的eda工具软件，它组合了高级原理布图、混合模式spice仿真,pcb设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真,可以实时采用诸如led/lcd、键盘、rs232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。操作方法：1.打开proteus软件。2.选择file菜单下的 open design选项，找到所需的元器件，元器件上单击右键选中，再单击左键对其进行命名和赋值，接着在编辑器左边的一栏中，找出并绘制设计所要的各种元器件，按照电路图连接后并保存。3.将用keil编译产生的hex文件下载到单片机中：双击单片机，在对话框中把保存过的hex文件打开，再单击确定。 4.单击左下角运行按钮，进行软件仿真调试，直到出现正确的结果。仿真图如图3-1所示。图3-1 模拟仿真图3.2 硬件调试除了软件调试之外硬件的调试也很重要，因为在系统的仿真过程中。各元件都是理想的，而在设计实际电路时，就需要多方面考虑。例如如果在设计中不加任何驱动，在仿真软件中点阵是正常显示的，但是在具体硬件焊接时，需要考虑电路的驱动能力。本次调试中碰到了点阵不亮的问题，我们先检测了电路电源是否接入，单片机是否有信号输出，再检测74ls245和74ls138芯片是否正确的信号输出。发现芯片信号输出有问题，再对电路进行了排查，发现单片机最小系统位子焊错。后来将其纠正后，点阵成功显示了。但是，在显示的时候，发现中文字体发生乱码现象，后来请教老师已经在网上查阅了相关资料，查到原因在于取字模软件设置有问题，重新设定后再次取字代码，写入程序，成功出调试理想现象。结论与谢词本次毕业设计是在指导老师陈群挺的指导下完成的。为期两个月的毕业设计即将接近尾声，在陈老师的亲切指导和同学的帮助下，此次设计才得以完成，在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助的老师和同学表示最诚挚的感谢。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，可是，我觉得做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。在设计与调试过程中，我得到指导老师陈群挺老师亲切关怀和悉心的指导，在此再次表示感谢。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。我在毕业设计中主要负责单片机软件编程，这对我来说也是很大的挑战。一开始刚接触到这个课题感到无从下手。在指导老师的指导和帮助下，我自己查找了相关的资料，拟订了设计思路和方案，经过不断修改和调试完成了设计内容。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想籍次机会感谢在校期间二年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。我的毕业指导老师陈群挺老师，虽然我们是在开始毕设时才认识，但他却给我不厌其烦的指导，并提供了很多与该研究相关的重要信息，培养了我们对科学研究的严谨态度和创新精神。这将非常有利于我们今后的学习和工作。在此表示衷心的感谢！本次毕业设计还得到了课题组的各位老师的大力协助，在此一并表示我们的感谢！参考文献1 李朝春.单片机原理及接口技术j.北京航空航天大学,2005,5：1254.2 苏铁力.孙彦卿.传感器及其接口技术m.中国石化出版社, 1998,8：31100.3 林志琦.信号发生电路原理与实用设计m.人民邮电出版社, 2010,2：2986.4 何小艇.电子系统设计.浙江大学出版社m. 2005,8：1214.附录1. 程序清单/#include #include60s2.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar i=0,j=0,temp;uchara= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0xc0,0xc3,0xff,0xff,0xc3,0xc0,0x00, 0x1c,0x3e,0x7e,0xfc,0xfc,0x7e,0x3e,0x1c, 0x00,0x3e,0x7e,0x60,0x60,0x7e,0x3e,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; uchar b= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x0c,0xc6,0xab,0xf9,0xab,0xc6,0x0c, 0x1f,0x05,0xff,0x00,0x77,0x05,0x77,0x00, 0xff,0x09,0x8f,0xf6,0x1a,0x1b,0xf2,0x86, 0x00,0x00,0x00