霓虹灯设计论文.doc

单片机课程设计单片机课程设计 设计课题：霓红灯设计设计课题：霓红灯设计 期：期：20112011 年年 6 6 月月 2020 日日 霓红灯课程设计 摘 要 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。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，汉字显示屏也广泛应用到汽车报站器，广告屏等。所以研究 led 显示有实用的意义。led 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 led 矩 阵块组成。led 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于 室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的 优点。 led 之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点 分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿 命长、耐冲击和性能稳定。led 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、 更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发 展。 现代 led 的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，所以想利用自己学的 单片机知识简单的研究一下用单片机驱动的 led 显示汉字，以达到学以致用和 实践相结合的目的，同时巩固加深自己的单片机知识。用点阵方式构成图形或 文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据 文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要 变化的信息，是非常有效的。 点阵大小可以有 1616、2424、3232、4848 等不同规格，也有单色、 双色、和多色几种，最常用的是单色图文屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙 色 led 点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在 led 点阵的每一个“点”上布 置有两个或多个不同颜色的 led 发光器件。换句话说，对应于每种颜色都有自 己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各 种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。每 一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显示屏的原理， 双色屏和多色屏就不难理解了。 目 录 1. 绪论3 1.1 课题描述3 1.2 基本工作原理及框图3 2 相关芯片及硬件电路设计.4 2.1 at89c51 芯片4 2.1.1 at89c51 的功能特性5 2.1.2 at89c51 的主要性能参数5 2.2 单片机的最小系统6 3 系统软件设计.10 3.1 制作霓虹灯所需的无件.10 3.2 电路仿真原理.11 3.3 制作成的电路板.12 3.4 霓虹灯的 c 程序.13 3.5 灯闪模拟14 4.心得体会 5.参考文献 绪论 1.1 课题描述 随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术 的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代 科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给 现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量 轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容 易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领 域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到 处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个 国家工业发展水平的标志之一。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。 1.2 基本工作原理及框图 led 点阵总体框图如图 1.1 所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬 件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。控制电路部分包括一个 51cup 和一 些外围电路。在整个电路当中单片机负责控制整个电路以及相应的程序的运行、 与 pc 机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。点阵显示屏体、以及它 的行和列的各个驱动电路。 此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名 列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序 依次对各行进行扫描(把该行与电源的一端接通)。另一方而，根据各列锁存的 数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在 该行该列点燃相应的 led；未接通的列所对应的 led 熄灭。可通过扫描输出 口的控制实现颜色的转换。 2 相关芯片结构 2.1 at89c51 芯片 at89c51 是美国 atmel 公司生产的低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内 含 4k bytes 的反复擦写的 flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存 储器（ram） ，器件采用 atmel 公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容 标准 mcs-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元， 功能强大 at89c51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于 各种控制领域。at89c51 引脚图如图 2.1 所示。 图 2.1 at89c51 引脚图 单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理 器 cpu、数据存储器 ram、程序存储器 rom、定时器/计数器和多种 i/o 接口 电路。8051 单片机的基本结构见图 2.2。 图 2.2 8051 单片机的基本结构 2.1.1 at89c51 的功能特性 at89c51 提供以下标准功能：4k 字节 flash 闪速存储器，128 字节内部 ram，32 个 i/o 口线，两个十六位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构， 一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51 可降至 0hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的 工作，但允许 ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方 式保存 ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一 个硬件复位。 2.1.2 at89c51at89c51 的主要性能参数的主要性能参数 at89c51 主要性能参数如下： 与 mc51 产品指令系统完全兼容 4k 字节可重擦写 flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0hz24hz 三级加密程序存储器 1288 字节内部 ram 32 个可编程 i/o 口线 2 个 16 位定时/计数器 6 个中断源 可编程串行 uart 通道 低功耗空闲和掉电模式 2.2 单片机的最小系统单片机的最小系统 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rest 9 p3.0 10 p3.1 11 p3.2 12 p3.3 13 p3.4 14 p3.5 15 p3.6 16 p3.7 17 xtal2 18 xtal1 19 gnd 20 vcc 40 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 u1 89c52 vcc vcc gnd rst p00 p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 p11 x2 p21 p22 p24 p25 p26 p27 p23 510 r1 vcc vcc 10uf c1 10k r5 gnd 100 r4 12 12mhz y2 30pf c4 30pf c5 gnd x1 x2 x1 p10 p12 key1 d2 led p32 图 2.4 单片机最小应用系统原理图 注: 该最小系统由按键复位 reset 电路、晶体振荡电路以及 i/o 接口电路组 成。 复位的实现通常用 2 种方式: 开机上电复位和外部手动复位，本设计用的 是外部手动复位。电路图 2.5 如下： v cc 10uf c1 10k r5 g n d 100 r4 x 1 key1 图 2.5 单片机复位图 at89c51 工作电压 vcc=5v,其 ea 引脚需接高电平,5v 电源电路如图 2.6 所示。 该电源电路主要模块为 ic7805,它能输出稳定的 5v 电源,图中整流桥是 将市电转变为直流电,电容起到虑波作用由 7805 的 out 引脚输出 5v 电压。 t1 ac 1 v+ 2 ac 3 v- 4 d6 c4 100u/16v c6 100u/16v vcc vin 1 gnd 3 +5v 2 u2 7805c5 104 c7 104 图 2.6 单片机电源原理 3.13.1：制作霓红灯硬件图： 元件名称参数数量元件名称数量参数 单片机电阻 89c51 1k 1 8 按键 电阻 - 470 1 1 8 反相器 发光二极管 晶体振荡 电源 74s240 12mhz 直流+5v 1 8 1 1 电解电容 ic 插座 ic 插座 瓷片电容 22uf 直列式 40 脚 直列式 40 脚 20pf。33pf 1 1 1 2 3.2：电路仿真原理 3.3电路板： 3.4：霓虹灯的 c 程序 #include unsigned char code table= 0xe7,0xdb,0xbd,0x7e, 0xbd,0xdb,0xe7,0xff, 0xe7,0xc3,0x81,0x00, 0x81,0xc3,0xe7,0xff, 0xaa,0x55,0x18,0xff, 0xf0,0x0f,0x00,0xff, 0xf8,0xf1,0xe3,0xc7, 0x8f,0x1f,0x3f,0x7f, 0x7f,0x3f,0x1f,0x8f, 0xc7,0xe3,0xf1,0xf8, 0xff,0x00,0x00,0xff, 0xff,0x0f,0xf0,0xff, 0xf7,0xfb,0xfd,0xfe, 0x1f,0x2f,0x3f,0x4f, 0xf1,0xf2,0xf3,0xf4, 0x00,0xff,0x00,0xff, 0x05; unsigned char i; void delay(void) unsigned char m,n,s;（闪烁时间间隔） for(m=120;m0;m-) for(n=20;n0;n-) for(s=248;s0;s-); void main(void) while(1) if(tablei!=0x05)（当遇到 0x05 从开始循环） p1=tablei; i+; delay(); else i=0; 3.5：霓虹灯是如何闪的 列出 led 灯的状态表如下：（其中，1 代表灯亮，0 代表灯灭） 状态 0 11100111 1 11011011 2 10111101 3 01111110 4 10111101 5 11011100 6 11011011 7 11100111 8 11111111 9 00111111 10 11100111 11 11000011 12 10000001 13 00000000 14 11000011 15 11100111 16 11111111 17 10101010 18 01010101 19 00011000 20 11111111 21 11110000 22 00001111 23 00000000 24 11111111 25 11111000 26 11110001 27 11100011 28 11000111 29 10001111 30 00011111 31 00111111 32 01111111 33 01111111 34 00111111 35 00001111 36 10001111 37 11000111 38 11100011 39 11110001 40 10001000 41 11111111 42 00000000 43 00000000 44 11111111 45 11111111 46 00001111 47 00001111 48 00000000 49 11110111 50 11111011 51 11111101 52 11111110 53 00011111 54 00101111 55 00111111 56 01001111 57 11110001 58 11110010 59 11110011 60 11110100 61 00000000 62 11111111 63 00000000 64 11111111 硬件的调试 检查硬件各模块是否断路或短路，根据电路图查看接线线路是否正确