《单片机课设》doc版.doc

沈阳理工大学课程设计报告 I 成成 绩绩 评评 定定 表表 学生姓名曾庆班级学号1203070135 专 业电子信息科 学与技术 课程设计题目LED 矩阵图形 显示设计 评 语 组长签字： 成绩 日期 2015 年 3 月 日 沈阳理工大学课程设计报告 II 课程设计任务书课程设计任务书 学 院信息科学与工程学院专 业电子信息科学与技术 学生姓名曾庆班级学号 1203070135 课程设计题目LED 矩阵图形显示设计 实践教学要求与任务实践教学要求与任务: : 1) 采用 Keil 和 Proteus 对电路进行设计以及电路仿真； 2) 对电路及程序进行调试； 3) 在 Proteus 环境下分析结果，得出正确仿真结果； 4) 电路焊接及程序写入； 5) 撰写课程设计报告。 工作计划与进度安排工作计划与进度安排: : 2015 年 3 月 23 日: 布置任务， 查找资料 2015 年 3 月 24-25 日: 画电路原理图、焊接硬件 2015 年 3 月 26-27 日: 编程调试,撰写报告 2015 年 3 月 28 日: 验收答辩 指导教师： 2015 年 3 月 日 专业负责人： 2015 年 3 月 日 学院教学副院长： 2015 年 3 月 日 沈阳理工大学课程设计报告 III 摘摘 要要 利用LED矩阵动态显示图形。采用STC89C52单片机作为整个控制电路的核心，并编 制软件程序，实现图形动态显示。通过此设计来巩固单片机硬件系统的设计及软件系 统的编程，通过设计将平时所学知识付诸实践，提高动手能力。 单片机是集CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口于一体的微控制器。它体 积小、成本低、功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51系列的单片机是 各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本文设计的电子时钟是基于51单片机，同 时使用c语言为程序设计语言，从而克服传统电子时钟的弊端。 本设计拟实现的基本功能为单片机控制LED矩阵显示图形功能。能够体现单片机控 制的可扩展优越性。使学生更深入地理解和掌握该课程中的有关基本概念，程序设计 思想和方法。 关键词：单片机，LED矩阵，c语言 沈阳理工大学课程设计报告 IV 目目 录录 1 引言1 2 总体设计2 2.1 可实现的功能.2 2.2 软件设计流程.2 3 详细设计.4 3.1 硬件设计.4 3.1.1 单片机的结构4 3.1.2 单片机的存储器6 3.1.3 LED 灯的介绍.8 3.2 软件设计10 3.3 程序代码.12 4 实验结果及分析14 5 心得体会16 6 参考文献17 沈阳理工大学课程设计报告 1 1 引言引言 利用 8*8LED 点阵动态显示汉字的字样。采用 STC89C52 单片机作为整个控制搭电 路的核心，并编制软件程序，实现汉字动态显示。通过此设计来巩固单片机硬件系统 的设计及软件系统的编程，通过设计将平时所学知识付诸实践，提高动手能力。 1使学生更深入地理解和掌握该课程中的有关基本概念，程序设计思想和方法。 2培养学生勇于探索、严谨推理、实事求是、有错必改，用实践来检验理论，全 方位考虑问题等科学技术人员应具有的素质。 3提高学生对工作认真负责、一丝不苟，对同学团结友爱，协作攻关的基本素质。 4培养学生从资料文献、科学实验中获得知识的能力。 5. 对学生掌握知识的深度、运用理论去处理问题的能力、实验能力、课程设计能 力、书面及口头表达能力进行考核。 沈阳理工大学课程设计报告 2 2 总体设计总体设计 2.1 可实现的功能可实现的功能 采用64颗LED灯显示自己需要的图形，数字，流水灯实现等等。 系统的初始状态为流水灯从上到下，一排接着一排的向下流，然后从下到上，再 从左到右，再从右到左，依次循环实现流水灯。 在程序变更后可实现数字的报数显示或者需要的简单图形设计。 2.2 软件设计流程软件设计流程 LED矩阵设计首先是LED灯64个的连接设计，及设计矩阵的布局。然后设计矩阵与 单片机的控制口相连接，如何才能让每一颗灯在控制下成功点亮而不影响其他灯，本 着此目的，对程序进行设计。是程序能完全完成自己所想要的图形显示功能。然后进 行仿真，在仿真过程中进行程序和电路的调试，修改，直到仿真成功为止。最后进行 电路板设计及焊接，写入单片机对应程序。 LED矩阵设计图 沈阳理工大学课程设计报告 3 总设计框图 电路框架总体设计图 沈阳理工大学课程设计报告 4 3 详细设计详细设计 3.1 硬件设计硬件设计 3.1.13.1.1 单片机的结构单片机的结构 MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的 结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111 条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单 片机仍是应用的主流产品，MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。 沈阳理工大学课程设计报告 5 MCS-51MCS-51的引脚说明的引脚说明 MCS-51单片机结构框架4如图2.1 MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构， 下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线 两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以 说明： Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚 上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向 0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0” 。 RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位 不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。 8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。此外，RESET/PDF还是一复 用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。 沈阳理工大学课程设计报告 6 3.1.23.1.2 单片机的存储器单片机的存储器 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为 一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结 构的形式。 程序存储空间 程序存储空间可以被映射为内部程序存储器或者外部程序存储器。AT89C51单片机 内部具有的4KB程序存储器被映射到程序存储空间的0000H0FFFH区间。这部分程序存 储空间也可以被映射为外部程序存储器，它具体被映射为哪一种程序存储器取决于引 脚 （引脚31）所接的电平。当引脚为高电平，内部程序存储器被映射到这部分程序存 储空间；当引脚为低电平，外部程序存储器被映射到这部分程序存储空间。高于0FFFH 的程序存储空间只能被映射为外部程序存储器。 数据存储空间 AT89C51的内部数据存储器有256字节，它们被分为两部分：高128字节和低128字 节。低128字节的内部数据存储器是真正的RAM区，可以被用来写入或读出数据。这一 部分存储容量不是很大，但有很大的作用。它可以进一步被分为3部分，如图2.4所示。 沈阳理工大学课程设计报告 7 位寻址空间 4组工作寄存器 00H 08H 10H 18H 20H 07H 0FH 17H 2FH 1FH 7FH 11 01 10 00 通过程序状态 字 （ PSW） 中的 位RS1和RS0 进行选择 通用数据存储器 30H 在内部数据存储器低128字节中，地址从00H1FH的最低32个字节组成4组工作寄 存器，每组有8个工作寄存器。每组中的8个工作寄存器都被命名为从R0到R7。在一个 具体时刻，CPU只能使用其中的一组工作寄存器。当前正在使用的工作寄存器组由位于 高128字节的程序状态字寄存器（PSW）中第3位（RS0）和第4位（RS1）的数据决定。 程序状态字寄存器中的数据可以通过编程来改变，这种功能为保护工作寄存器的内容 提供了很大的方便。如果用户程序中不需要全部使用4组工作寄存器，那么剩下的工作 寄存器所对应的内部数据存储器也可以作为通用数据存储器使用。 【4】工作寄存器在内 部数据存储器中的地址映射如表1.1所示。 在工作寄存器区上面，内部数据存储器的地址从20H2FH的16个字节范围内，既 可以通过字节寻址的方式进入，也可以通过位寻址的方式进入，位地址范围从00H到 7FH5。字节地址与位地址的对应关系。 内部数据存储器地址从30H7FH部分仅可以用作通用数据存储器。内部数据存储 器的高128字节被称为特殊功能寄存器（SFR）区。特殊功能寄存器被用作CPU和在片外 围器件之间的接口【6】，它们之间的联系方框图如图2.5所示。 程序存储器 MCS51核 特殊功能 寄存器 并行和串行接口 定时/计数器 中断管理 监视定时器等 其他外围器件 沈阳理工大学课程设计报告 8 CPU通过向相应的特殊功能存储器写入数据实现控制对应的在片外围器件的工作， 从相应的特殊功能存储器读出数据实现读取对应的在片外围器件的工作结果。 在AT89C51单片机中，包括前面提到的程序状态字寄存器（PSW）的特殊功能存储 器共有26个，它们离散地分布在80HFFH的内部数据存储器地址空间范围内7，对于 没有定义的存储单元用户不能使用。如果向这些存储单元写入数据将产生不确定的效 果，从它们读取数据将得到一个随机数。 对于字节地址低位为8H或者FH的特殊功能存储器，既可以进行字节操作，也可以 进行位操作。例如前面提到的用来确定当前工作寄存器组的程序状态字寄存器（PSW） ， 它的地址为00H，因此对它可以进行字节操作，也可以进行位操作。采用位操作可以直 接控制程序状态字寄存器中的第3位（RS0）或第4位（RS1）数据而不影响其他位的数 据。低位地址不为8H或FH的特殊功能存储器只可以进行字节操作，当需要修改这些特 殊功能存储器中的某些位时，对其他的位应注意保护【3】。 片外数据存储空间可以被映射为数据存储器、扩展的输入/输出接口、模拟/数字 转换器和数字/模拟转换器等。这些外围器件统一编址，所有外围器件的地址都占用数 据存储空间的地址资源，因此CPU与片外外围器件进行数据交换时可以使用与访问外部 数据存储器相同的指令。CPU通过向相应的外部数据存储器地址单元写入数据实现控制 对应的片外外围器件的工作，从相应的外部数据存储器地址单元读出数据实现读取对 应的片外外围器件的工作结果。 3.1.33.1.3 LEDLED 的的介绍介绍 LED 是英文 light emitting diode(发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电 致发光的半导体材料芯片，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线或金线连接芯片 和电路板，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，最后安装外壳，所 以 LED 灯的抗震性能好。 LED是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为 光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一 端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一 部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电 沈阳理工大学课程设计报告 9 子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作 用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光 子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成 P-N结的材料决定的。 LED 优点： LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。 体积小 LED 基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。 耗电量低 LED 耗电非常低，一般来说 LED 的工作电压是 2-3.6V。工作电流是 0.02-0.03A。 这就是说：它消耗的电不超过 0.1W。 使用寿命长 在恰当的电流和电压下，LED 的使用寿命可达 10 万小时 高亮度、低热量 环保 LED 是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时 LED 也可以回收再 利用。 坚固耐用 LED 是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有 松动的部分，这些特点使得 LED 可以说是不易损坏的。 高效节能 一千小时仅耗几度电（普通 60W 白炽灯十七小时耗 1 度电，普通 10W 节能灯一百 小时耗 1 度电） 超长寿命 半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万 小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时） 健康 光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和 红外线） 绿色环保： 不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有 汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰） 保护视力 直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪） 光效率高 沈阳理工大学课程设计报告 10 发热小 10%的电能转化为可见光（普通白炽灯 95%的电能转化为热能，仅有 5%电能 转化为光能） 安全系数高 所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，于矿场等危险场所 市场潜力大 低压、直流供电，电池、太阳能供电，于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。 在电路设计中，可根据自己的需求对LED进行排列，如果要求显示的图形越精细， 则设计的矩阵边长越长，当然程序和电路的设计也会随着矩阵变大而难度加大。 3.2 软件设计软件设计 C语言是计算机提供给用户的最快最有效的语言，也是能够利用计算机的所有硬件 特性并能够直接控制硬件的唯一语言。对于LED矩阵图形显示设计这样的程序来说，用 c语言是最快最有效的语言，下面是用c语言进行编写的基于单片机的LED矩阵图形显示 设计的部分主要流程，程序（见附录） 主程序流程图 沈阳理工大学课程设计报告 11 3.3 程序代码程序代码 1. LED 矩阵实现流水灯从上到下，从下到上，从左到右，从右到左的循环显示 #include unsigned char code taba=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char code tabb=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80; void delay(void) unsigned char i,j; for(i=10;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void delay1(void) unsigned char i,j,k; for(k=10;k0;k-) for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void main(void) unsigned char i,j; while(1) for(j=0;j unsigned char code tab=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char code digittab108= 0x00,0x00,0x3e,0x41,0x41,0x41,0x3e,0x00, /0 0x00,0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00, /1 0x00,0x00,0x27,0x45,0x45,0x45,0x39,0x00, /2 0x00,0x00,0x22,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00, /3 0x00,0x00,0x0c,0x14,0x24,0x7f,0x04,0x00, /4 0x00,0x00,0x72,0x51,0x51,0x51,0x4e,0x00, /5 0x00,0x00,0x3e,0x49,0x49,0x49,0x26,0x00, /6 0x00,0x00,0x40,0x40,0x40,0x4f,0x70,0x00, /7 0x00,0x00,0x36,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00, /8 沈阳理工大学课程设计报告 13 0x00,0x00,0x32,0x49,0x49,0x49,0x3e,0x00 /9 ; unsigned int timecount; unsigned char cnta; unsigned char cntb; void main(void) TMOD=0x01; TH0=(65536-3000)/256; TL0=(65536-3000)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1; while(1) ; void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=(65536-3000)/256; TL0=(65536-3000)%256; P3=tabcnta; P1=digittabcntbcnta; cnta+; if(cnta=8) cnta=0; timecount+; if(timecount=333) timecount=0; cntb+; if(cntb=10) cntb=0; 沈阳理工大学课程设计报告 14 4 实验结果及分析实验结果及分析 实物图 运行结果图 1 沈阳理工大学课程设计报告 15 运行结果图 2 5 心得体会心得体会 本文通过对LED矩阵图形显示的设计仿真，使自己对单片机和c语言有了进一步的 温故掌握。在设计过程中，吸收了前辈的一些先进的理论成果，也对网上很多设计经 验进行了借鉴。我在设计中总结出了一个重要的经验:一切问题都要结合实际进行设计。 因为不同的设计技术或者设计思想都有自身的优点和局限性，只有根据具体的设计要 求，才能顺利地进行设计仿真，也才能对己有的设计方法进行创新。 本LED显示屏控制系统已能实现LED显示的基本功能，并且体现出了对于传统的基 于八位/十六位普通单片的显示系统的优越性，如上设计所述,但由于本组成员水平和 设计时间有限，离一个完全实用的,能够完全符合市场需求的LED显示系统还有一定的 差距.因此,在以后的研制过程中,还需要在以下几个方面做大量的工作: (1)扮在系统抗干扰方面,不论是硬件部分还是软件部分,都还必须在工作现场根据 实际情况进行大量的实验,调试工作,才能最终实现LED显示系统的可靠工作。 (2)在增强图文屏显示效果上,可使用双色屏或多色屏,双色(或多色)屏所使用的 沈阳理工大学课程设计报告 16 LED 点阵单元,在同一点阵位置上安装了两个(或多个)不同颜色的 LED 发光灯,对不同颜 色的显示控制方面进行进一步的设计,以满足显示更加丰富多彩的图形和文字。 (3)由于 ARM 微处理器的强大运算能力和丰富的片内外围,可将 LED 显示屏方便地 接入以太网络,每一个 LED 显示控制器可作为一个网络节点,方便的组成基于工业以太 网的 LED 显示网络,在这方面还应该进行进一步的研究与实验,以满足更高,更复杂的使 用要求。 在这次课程设计的整个过程中，我们做了一次全面、较规范的设计练习，全面地 温习了以前所学过的知识，用理论联系实际并结合单片机原理课程和解决实际问题， 巩固、加深和扩展了有关单片机设计方面的