毕业设计（论文）-16X16 LED点阵汉字广告屏设计.doc

1616 点阵 led汉字广告屏设计目录摘要1引言2第1章 设计内容及设计方案31.1本设计任务31.2 总体设计方案和论证31.2.1 led显示屏控制系统设计31.2.2系统模块化设计4第2章 系统硬件设计52.1 at89c51单片机的结构52.2 88 led点阵显示模块的硬件设计及工作原理72.3 74 ls154译码器芯片介绍8第3章 系统的软件设计103.1 软件流程103.2汉字字库的提取113.2.1汉字的表示及编码原理113.2.2提取汉字的软件设计及实现123.3 uvision2集成开发环境133.4烧写程序14第4章 系统调试与测试结果分析154.1元器件清单和使用的仪器仪表154.1.1,电子设计元件清单154.1.2 使用的仪器仪表154.2 系统调试154.2.1硬件调试164.2.2软件调试164.2.3硬件软件联调164.3 测试结果16总 结17致 谢17参考文献18附1 实物图19附2 电路总设计原理图20附3 程序清单211616点阵led汉字广告屏设计摘要随着电子技术和信息技术的迅速发展，计算机技术正在日益渗透到人们日常生活的方方面面，在这一进程中，单片机起到了重要作用。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃且颇具生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称微控制器( microcontroller unit, mcu)，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器（cpu）、存储器（mem）、输入/输出接口（i/o）等。因此，单片机只需要有适当的软件和外部设备，便可组成为一个单片机控制系统。自20世纪70年代问世以来，已经对人类社会的各个方面产生了巨大的影响。单片机技术开发和应用水平已经成为一个国家工业化发展水平的重要标志。近年来，由于单片机在国防、工业、医疗、交通、通信、机器人等高精尖技术领域的广泛应用，促进了单片机技术的迅猛发展。为了适应广泛要求，各种新型的速度快、体积小、功能全、功耗低的单片机不断涌现出来。比较有代表性的主要有intel公司的mcs-51系列以及其他公司的基于51内核的兼容机、pic公司的pic系列单片机、atmel公司的avr系列单片机以及32位arm单片机等等。关键字：控制、微控制器、单片机 abstractas electronic technology and the rapid development of information technology, computer technology is increasingly penetrated into every aspect of daily life, in this process, the mcu has played an important role. single-chip micro-computer micro-computer is an important branch, is also a very active and very vitality of the aircraft. single-chip micro-computer referred to scm, is particularly applicable to control the area, it is also called microcontrollers (microcontroller unit, mcu), scm from a single integrated circuit chip, the internal computer contains the basic components: central processing - (cpu), memory (mem), input / output interface (i / o), and so on. therefore, only to have the appropriate scm software and external equipment, will be composed of a microcontroller control system. since the 20th century since the advent of the 1970s, has been on the various aspects of human society has had a huge impact. scm technology development and application of standards has become an industrialized country an important indicator of the level of development. in recent years, scm in defense, industrial, medical, transportation, telecommunications, robotics and other sophisticated technology of the extensive application of technology has promoted the rapid development of scm. to meet the widespread demand, the speed of new, small size, full-function, low power consumption will continue to emerge from the scm. more representative of the main intels mcs-51 series and 51 other companies based on the core compatible, pics pic mcu, atmels avr microcontroller series and 32 arm microcontroller and so on.keywords: control、microcontrollers 、scm引 言led显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。led显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，led显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。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。显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。led显示屏的构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行。在led显示屏的控制系统中，因根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制，也可根据需要，远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以及工作方式的转换等。第1章 设计内容及设计方案1.1本设计任务利用atmel 89 c51单片机，进行硬件和软件设计，实现1616点阵led汉字广告屏的动态显示。1.2 总体设计方案和论证1.2.1 led显示屏控制系统设计led显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式。方案一：动态扫描，即一行发光二极管共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目，分为1/4,1/16扫描等；方案二：静态锁存，即每一个发光一极管都对应有一个驱动寄存器，无需时分工作，从而保证了每一个发光一极管的亮度占空比为100%；动态扫描法可以大大减少控制器的i/o口，不但符合本设计的要，求而且应用较广，因此选用方案一。led显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种。日前普遍采用串行控制技术，显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间，每个时钟仅传送一位数据。采用这种方式的驱动ic种类较多，不同显示单元之间的联线较少，可减少显示单元的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和性价比，具体工程实现也较为容易。因此本设计采用串行控制技术。？1.2.2系统模块化设计本系统采用单片机at89c51为led显示屏的控制核心，系统主要包括led88点阵显示模块、74ls154译码器等。 图2-1 总体硬件组成框图系统框图如图2-1所示，系统主要由三大模块组成即74ls154译码器、at89c51单片机， 88 led点阵显示模块。第2章 系统硬件设计对系统的硬件做了模块化设计。硬件电路包括at89c51单片机、88 led点阵显示模块、74ls154译码模块，下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1 at89c51单片机的结构1 内部结构：只读存储器即rom（read only memory）。2 外部结构：1、电源：单片机使用的是5v电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。 2、振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。3、复位引脚 4、ea引脚：ea引脚接到正电源端。整体结构图如下：3 引脚功能说明: 单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和i/o引脚。 电源: vcc 芯片电源，接+5v； vss -接地端；4 时钟:xtal1、xtal2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。 5控制线:控制线共有4根， ale/prog:地址锁存允许/片内eprom编程脉冲。新门户zgg%x7l a!q m ale功能：用来锁存p0口送出的低8位地址。新门户5n*ynor9?4e(c prog功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，此引脚输入编程脉冲。 psen:外rom读选通信号。 rst/vpd:复位/备用电源。 rst（reset）功能：复位信号输入端。 vpd功能：在vcc掉电情况下，接备用电源。 ea/vpp:内外rom选择/片内eprom编程电源。 ea功能：内外rom选择端，管脚接到正电源端。 vpp功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，施加编程电源vpp。6 i/o线89c51共有4个8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32个引脚。p3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）.51单片机引脚图及引脚功能如下图：.51单片机引脚图2.2 88 led点阵显示模块的硬件设计及工作原理88 led点阵显示模块是led显示屏设计的关键部分，共阴和共阳接法设计的好坏直接关系到led显示屏的亮度、稳定度等重要指标。给出 88 点阵led的工作原理。图（1）为88点阵led外观及引脚图，其等效电路如图（2）所示，只要其对应的x、y轴顺向偏压，即可使led发亮。例如如果想使左上角led点亮，则y0=1，x0=0即可。应用时限流电阻可以放在x轴或y轴。图（1）88点阵led外观及引脚图图（2）88点阵led等效电路由 88 点阵led的工作原理图以及88点阵led外观及引脚图和其等效电路，可得出1616点阵led显示汉字的工作原理：1616点阵led显示器有两种接线形式，即共阴接法和共阳接法。共阳接法的原理图如图（2）所示，图中只画出了88点阵的二极管。每一行发光二极管的阳极接在一起，有一个引出端x，每一列发光二极管的阴极接在一起，有一个引出端y。当给发光二极管阳极引出端0加高电平，阴极引出端y0加低电平时，左上角的二极管点亮。因此，对行和列的电平进行扫描控制时，可以实现显示不同汉字的目的。2.3 74 ls154译码器芯片介绍74ls154是一个416译码器，4-线至16线解码器/解复用器，上述每4行至16线解码器采用的ttl电路破解四个二进制编码的输入，其中有16互相排斥的输出时，双方频闪输入，g1和g2，是低的。解复用功能，是由使用4输入线路，以解决输出线，通过数据从一台的频闪输入与其他频闪输入偏低。当频闪输入高，所有产出都很高。这些解多工器，都是一个完美适合实施高效能记忆体解码器。所有投入都缓冲和输入钳位二极管提供，以减少传输线的影响，从而简化了系统设计。图2-3-1 74ls154的真值表4-16线译码器， 其管脚如2-3-2图所示， a，b，c，d为译码的输入端，值的区间从0000到1111，y1y15是对应a，b，c，d四个输入引脚的输出脚，其中选中的线用输出低电平，没有选中的输出高电平， 1 g 、 2 g 是使能端，只有输入相应d低电平才能使译码器正常工作。 74ls154与at89c51的连接：a【23脚】 ，b【22脚】 ，c【21脚】 ，d【20脚】分别接到at89c51的p1.0【1脚】 ，p1.1【2脚】 ，p1.2【3脚】和p1.3【4脚】上。 其他脚连接：g1【18脚】 ，g2【19脚】接地，使芯片工作；y1【1脚】y15【17脚】连接到16*16点阵led显示屏上；其中gnd【12脚】 ，vcc【24脚】 。图2-3-2 74ls154管脚图第3章 系统的软件设计软件是该led显示屏控制系统的重要组成部分，在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。3.1 软件流程本系统中（单片机89c51）的主要功能就是实现led显示屏上字样的移位、显示、数据的读取等功能。其主程序流程如图4-2-1所示。开机 机系统初始化否是判断是否处于通状态？移位显示读取显示内容 图4-2-1 主程序流程图读取at89c51的rom中的标志位等待判断是否有中断标志？是否3.2汉字字库的提取3.2.1汉字的表示及编码原理计算机用编码的方式来处理和使用字符，英文在计算机机内是用一个 ascii码来表示，而中文汉字则由两个 ascii 码表示。1981 年我国正式发布国家标准信息交换用汉字编码字符集-基本集gb2312-80。在这个标准中共收录简化汉字及符号、字母、日文假名等共7445个图形字符，其中汉字占6763个。另外，gb2312规定“对任意一个图形字符都采用两个字节表示，每个字节均采用七位编码表示” ，gb2312将汉字分为94 个区，每个区用一个区码表示； 每个区又对应有94个汉字， 用位码加以表示， 因此也称为区位码。 01-09区为符号、数字区，16-87区为汉字区，10-15区、88-94区是有待进一步标准化的空白区。gb2312还将收录的汉字分成两级：第一级是常用汉字计 3755 个，置于 16-55区，按汉语拼音字母/笔形顺序排列；第二级汉字是次常用汉字计3008个，置于56-87区，按部首/笔画顺序排列，故而gb2312最多能表示6763个汉字。 为了解决区位码与西文字符相混淆的问题，就规定汉字在计算机中用内码表示，内码为两个字节，而且为了保证中西文兼容，即与 ascii 码的使用不发生冲突，所以汉字的两个字节的最高位均为 1 。所以汉字内码与区位码之间的关系公式为：机内码高位区码a0h；机内码低位位码a0h。只要通过某个汉字的内码就可得到该汉字的区位码，也就得到了该汉字的字模。在 软件设计中选用了ucdos 5.0汉字系统中的1616点阵字库hzk16作为提取汉字字模的标准字库，其中每个汉字占有 32 个字节的空间，汉字在字库中位置的计算公式为：location = (机内码高位&ha1)94 + (机内码低位&ha1)32。3.2.2提取汉字的软件设计及实现本系统的取字模软件主要是编辑led显示屏显示的内容，在设计中采用汇编语言写了led显示屏控制系统的内容下载软件。软件界面如图4-2-1所示。该软件的主要是对输入的汉字取点阵数据如下：;-转换字符 滁 -;db 008h,010h,084h,03fh,061h,0c0h,006h,000h,07fh,0ffh,044h,040h,05ah,024h,061h,0c8h,db 008h,0b2h,034h,081h,0c7h,0feh,024h,080h,014h,0a0h,008h,090h,008h,00ch,000h,000h,;-转换字符 州 -;db 000h,080h,007h,001h,000h,006h,000h,018h,0ffh,0e0h,004h,000h,003h,000h,000h,000h,db 07fh,0feh,008h,000h,006h,000h,001h,080h,000h,000h,0ffh,0ffh,000h,000h,000h,000h,;-转换字符 学 -;db 002h,000h,00ch,040h,008h,040h,048h,040h,03ah,040h,02ah,040h,00ah,042h,08ah,041h,db 07ah,0feh,02bh,040h,00ah,040h,018h,040h,0eah,040h,04ch,040h,008h,040h,000h,000h,;-转换字符 院 -;db 07fh,0ffh,040h,000h,04ch,040h,052h,020h,061h,0c1h,030h,082h,024h,08ch,024h,0f0h,db 0a4h,080h,064h,080h,024h,0feh,024h,081h,024h,081h,030h,081h,020h,08fh,000h,000h,;-转换字符 电 -;db 000h,000h,000h,000h,01fh,0f0h,012h,020h,012h,020h,012h,020h,012h,020h,0ffh,0fch,db 012h,022h,012h,022h,012h,022h,012h,022h,01fh,0f2h,000h,002h,000h,00eh,000h,000h,;-转换字符 子 -;db 000h,080h,000h,080h,040h,080h,040h,080h,040h,080h,040h,082h,040h,081h,047h,0feh,db 048h,080h,050h,080h,060h,080h,040h,080h,000h,080h,001h,080h,000h,080h,000h,000h,;-转换字符 系 -;3.3 uvision2集成开发环境 uvision2ide基于windows的开发平台，包含一个高效的编辑器，一个项目管理和一make工具。uvision2支持所有的keilc51工具。keil c51是美国 keil software公司出品的51系列兼容单片机 c语言软件开发系统，与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用c来开发，体会更加深刻。keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 keil c51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势，包括c编辑器。宏汇编器，连接/定位器，目标代码到hex的转换器uvision2界面如下图所示3.4烧写程序在烧写程序之前，还要确保，电源是通的，下图示，电源指示灯是亮着的，isp下载线连接正确，软件设置正确，再将刚才的led.hex文件烧写到 at89s52中，烧写完毕后如下图示，这时可以看到学习板左下脚的8个灯，一个亮，一个暗第4章 系统调试与测试结果分析4.1元器件清单和使用的仪器仪表 4.1.1,电子设计元件清单8*8点阵模快(sd41588)4块at89c511片74ls154译码器1片2k电阻8个开关1个22微法电解电容1个30皮法电容2个晶振(12mhz)1个10千欧电阻1个二极管(4007)1个元件试验板2片单片机底座1个芯片底座3条电池座(放3节1.5v5号电池)1个4.1.2 使用的仪器仪表数字万用表dt9203烧写器 gf21004.2 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：led显示模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。4.2.1硬件调试对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。4.2.2软件调试 软件调试采用uvision3集成开发环境及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。4.2.3硬件软件联调 将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。4.3 测试结果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4块8*8的led小模块组成，整个显示屏可以显示一个16*16的汉字，汉字从右到左移动显示，显示亮度也正好。总 结在 led 点阵汉字显示屏的设计过程中，学到了很多东西，基本了解了整个嵌入式开发的流程。例如，在进行整个设计之前，应该先根据需求分析，对单片机进行选型，然后对各个硬件模块在面包板进行搭试时候，要注意基本的布板原则。在焊接电路板的时候，应该从最基本的最小系统开始， 分模块， 逐个进行焊接测试。在对各个硬件模块进行测试时，要保证软件正确的情况下去测试硬件，要不然发生错误时，不知道到底是哪一方出错了。在进行搭试点阵块的时候，因为电压过高，导致点阵模块损坏。这次设计开发，本人受益非浅，在以后的开发过程中一定吸取教训。致 谢首先感谢在写作此文的两个多月的时间里，我的导师葛浩的悉心指导，感谢他对我的严格要求，感谢他的监督，没有他的指导与监督我将一事无成。然后，我要感谢在论文写作的这段时间里，我的同学对我的支持。参考文献1 张毅刚.单片机原理与应用m.北京:高等教育出版社,2003.2 张大明,彭旭昀,尚静基.单片微机控制应用技术m.北京:机械工业出版社,2006.3 付家才.单片机控制工程实践技术m.北京:化学工业出版社,2004.4 :proteus,2008,3.5 戴佳，戴卫恒.51单片机c语言应用程序设计实例精讲m.北京：电子工业出版社,2006.6 彭为，黄科，雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲m.北京：电子工业出版社,2006.7 杨将新，李华军，刘东骏.单片机程序设计及应用从基础到实践m.北京：电子业出版社工,2006.8 赵亮，侯国锐.51单片机c语言编程与实例m. 北京：人民邮电出版社.2003。9 韩志军，沈晋源. 单片机应用系统设计m.北京：机械工业出社，2003。10 睢丙东，魏泽鼎.单片机应用与实例m.北京：电子业出版社工，2004。11 李玉梅.基于mcs-51系列单片机原理的应用设计m. 北京： 国防工业出版社，2006。12 阎石.数字电子技术基础m.北京:高等教育出版社，2000。13 潘永雄.新编单片机原理与应用m.西安：西安电子科技大学出版社，2007。14 戴胜华，蒋大明，杨世武.单片机原理与应用m.北京：清华大学出版社，2005。15 keil software inc.getting started with uvision2 and the c51 microcontroller development tools users guide 2001.216 徐爱.8051单片机实践教程m.北京： 电子工业出版社,2004。17 马忠梅.单片机c语言应用程序设计m.北京：北京航空航天大学出版社，1999。18 张迎新.单片机中级教程.第2版m.北京：北京航空航天大学出版社，2002。19 黄遵熹.单片机原理及接口技术m. 西安： 西北工业大学出版社，1997。20 吴金戎.8051单片机实践与应用m.北京：清华大学出版社，2002。21 long anguo. scm based on the led display design and production of chinese characters m. modern electronic technology, 2007.22 梁纯,王军. 基于mcs-51单片机的led点阵图文显示屏设计m. 西安：西北工业大学出版社，2005.23 袁强,陆启生,李文煜. 基于单片机89c51和89c2051点阵led图文显示m.北京： 电子工业出版社,2004。.24 张学成,曾素琼. led点阵显示模块及其驱动设计m.北京：人民邮电出版社.2006。25 康志亮,廖国刚. led点阵显示系统设计j.昆明：云南民族大学学报(自然科学版), 2006,(04)。附1 实物图 附2 电路总设计原理图附3 程序清单org0000hmain:movdptr,#tab;字码表初址赋值movr1,#00h ;列控制码movr4,#208 ; 移动 及 滁州学院电子系张飞欢迎你！ 13个字符，共208列cm:movr5,#5 ;每屏反复显示5次movr3,#16 ;列数c1:movr2,#0 ;取码指针c16:movp0,#00hmovp2,#00h;关显示clrp3.0mova,r2movca,a+dptr;取当前列显示字码的第一个字节movp0,a;送18行控制口incr2mova,r2movca,a+dptr;取当前列的显示字码的第二个字节movp2,a;送915行控制口incr2movp1,r1;送列控制码incr1 acalld1ms;显示2msacalld1msdjnzr3,c16;一屏16列是否显示完movr3,#16djnzr5,c1;未显示5次，继续incdptr;一屏反复显示5次完，字码表初值加2incdptrdjnzr4,cm;208列未移动完，继续ajmpmain;208列移动完，返回，重新从滁 开始显示d1ms:movr6,#2movr7,#248djnzr7,$djnzr6,$-4rettab:;-转换字符 滁 -;db 008h,010h,084h,03fh,061h,0c0h,006h,000h,07fh,0ffh,044h,040h,05ah,024h,061h,0c8h;db 008h,0b2h,034h,081h,0c7h,0feh,024h,080h,014h,0a0h,008h,090h,008h,00ch,000h,000h;-转换字符 州 -;db 000h,080h,007h,001h,000h,006h,000h,018h,0ffh,0e0h,004h,000h,003h,000h,000h,000h;db 07fh,0feh,008h,000h,006h,000h,001h,080h,000h,000h,0ffh,0ffh,000h,000h,000h,000h;-转换字符 学 -;db 002h,000h,00ch,040h,008h,040h,048h,040h,03ah,040h,02ah,040h,00ah,042h,08ah,041h;db 07ah,0feh,02bh,040h,00ah,040h,018h,040h,0eah,040h,04ch,040h,008h,040h,000h,000h;-转换字符 院 -;db 07fh,0ffh,040h,000h,04ch,040h,052h,020h,061h,0c1h,030h,082h,024h,08ch,024h,0f0h;db 0a4h,080h,064h,080h,024h,0feh,024h,081h,024h,081h,030h,081h,020h,08fh,000h,000h;-转换字符 电 -;db 000h,000h,000h,000h,01fh,0f0h,012h,020h,012h,020h,012h,020h,012h,020h,0ffh,0fch;db 012h,022h,012h,022h,012h,022h,012h,022h,01fh,0f2h,000h,002h,000h,00eh,000h,000h;-转换字符