单片机led广告屏设计与开发-课程设计.doc

单片机led广告屏设计与开发-课程设计 目录引言1一 设计内容2二 设备与器材2 设备介绍2 芯片介绍5 其他器件介绍7三 设计要求7四 总体方案论证与设计8 LED驱动模块8 数据存储模块8 总体硬件组成框图9五 系统硬件设计9 LED驱动模块的硬件设计9 数据存储电路的设计9六 系统的软件设计11七 系统调试与测试结果分析12 系统调试12 硬件调试12 软件调试12 硬件软件联调12 测试结果12八 收获与心得12九 分工情况14参考文献15附录15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。目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种LED显示屏可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。 广告屏的设计与开发一、设计内容：用发光二极管阵列组成大屏幕，用并行借口输出信号，控制其显示字符，汉字及图形二、设备与器材：PC机一台，DVCC单片机仿真实验系统一个，另加发光二极管若干只，并行接口8255A若干片、74LS154译码器一个以及其他器材设备介绍：PC机：内存256M以上，系统软件是Windows2000或WindowsXPDVCC单片机仿真实验：技术指标： 主CPU为INTEL公司89C51。 64K EPROM 存放系统管理程序。另配有两片静态RAM 62256 构成64K用户程序RAM。 自带 48 键盘，进口键座，6只高亮LED七段数码显示器。可单机独立运行。 自带EPROM编程器 配10位开关量输入，12位开关量显示， 带有单脉冲发生器，可调连续脉冲发生器。机电控制接口驱动电路及执行单元（直流电机、步进电机、继电器和电子音响等）一体化设计。 配有双通道虚拟示波器卡，既能测试各种波形，又能对所测的波形进行存储。475单片机led广告屏设计与开发提供标准RS232异步通信接口。 配有各种单片机常用I/O接口芯片（A/D 0809，D/A0832，并行I/O口8255，并行I/O口8155，串并转换74LS164，单片机并行口输入/输出扩展74LS273/774LS244，8251串行接口，8253定时/计数器等）。另配通用IC-40插座一个，便于扩展其它接口芯片，以满足不同用户需求。 全部总线信号经过隔离引出，便于扩展。12各种新型应用电路扩展板如I2 C应用电路，12864 点阵LCD显示应用电路，1616点阵LED应用电路，语音录放应用电路板，多机通信板等全部与主机集成一体化设计。 实验插孔为中号镀金插孔，表面永不氧化，美观漂亮，插拔更方便，接触更可靠，使用寿命更长。14系统提供5V，12V工作电源。15联机软件支持WINDOWS9X/2000/XP平台。16提供功能强大的CAI课件，便于多媒体教学。17提供配套说明书和实验指导书一套(2本)。18提供实验用导线、串行通信线、电源线等一套。系统特点如下：1、仿真实验全新组合工作方式，模拟实际工作环境系统仿真功能部件与实验部件电路严格分开，仿真部件即为一台完整的MCS一51单片机仿真器;而实验部件电路即为用户系统。两者在电气上完全隔离，学生在实验过程中不慎引起实验部件故障时，既不影响系统的正常工作，又可以让学生自行排除故障，很大程度上提高学生现场解决问题的能力。2、全部实验内容均为设计性实验，有利于实现创新教育。系统中的实验部件均为模块化形式，每一个模块实际上给学生的可以认为仅仅是一个独立的接口电路，让学生自己通过查资料学习分析，然后进行设计实验。3、提供三种工作方式。第一种工作方式：独立运行工作方式。无须任何外部设备，利用实验机上键盘、数码管、管理监控和微控制器，自成系统，独立运行完成各种软硬件实验，以满足上位机配置不足的情况。第二种工作方式：联上位机工作方式。通过RS232通信接口和上位机联机，在Win9X/NT软件平台上利用上位机丰富的软硬件资源，实现用户实验程序的动态调试。第三种工作方式：51部分模拟调试。4、具有电路保护功能，使用安全、可靠。系统上采取电路保护措施，当在实验或仿真过程中发生电源短路或电源接反时，不会损坏系统电路板，避免和减少故障的发生，使用安全可靠。5、具有示波器测量功能。某些实验如D/A转换实验，需要观察输出信号的波形时，一般都需配备一台示波器，我们系统中设计有双通道虚拟示波器测试功能，并能对所测的波形进行存储，在连接上位机的状态下，只要将被测点接入示波器测试输入端，即可在上位机的显示器上观察输出波形。这样大大减少实验室的硬件投资，提高实验仪的利用率。6、系统支持Win9X/2000/XP平台，并提供强大的CAI 课件，便于进行多媒体教学。运用软件系统集成技术，使有关的原理介绍、实验项目选择、实验目的、内容、实验线路图的查阅、器件查询、联机帮助等均可在线得到。程序设计、编译、调试等均在同一界面下进行，勿须切换。7、系统提供机电一体化控制实验接口，可做机电一体化实验。本系统中的机电一体化控制实验部件设计有步进电机、直流电机、继电器、电子音响等控制驱动电路和执行部件（电机），和主机集成于一体可做单片机控制实验。另外利用A/D转换实验电路和我单位专用的温度压力实验盒做温度压力测量实验。8、系统提供丰富的单片机扩展实验。9、 系统配有东南大学计算机科学与工程系、复旦大学计算机系编写的实验指导书、用户手册。适用各种单片机原理教材。10、软硬件实验丰富。系统中实验项目的设置完全按照教育部大纲要求，并有适当提高。芯片介绍：8255A: 表1 8255A引脚图8255A的部分引脚功能：D7D0：三态、双向数据线，与CPU数据总线连接，用来传送数据。 ：片选信号线，低电平有效时，芯片被选中。A1, A0：地址线，用来选择内部端口。 ：读出信号线，低电平有效时，允许数据读出。 ：写入信号线，低电平有效时，允许数据写入。RESET：复位信号线，高电平有效时，将所有内部寄存器（包括控制寄存器）清0。PA7PA0：A口输入/输出信号线。PB7PB0：B口输入/输出信号线。PC7PC0：C口输入/输出信号线。VCC：5V电源。 GND：电源地线。74LS154译码器：74LS154是一个416译码器，其真值表如图3-1-1所示单片机led广告屏设计与开发表2 74LS154的真值表其他器件简介：发光二极管：普通的发光二极管就可以了，使用发光二极管作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。LED数码管：常规七段LED数码管就行。按钮：常规实验室按钮就行三、设计要求：1、发光二极管阵列小于6*82、编写驱动程序：实现动态显示一两个简单汉字和一个较简单的图形3、汉字和图形可移动，可闪烁，可交替显示四、总体方案论证与设计：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LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。LED驱动模块：方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。方案二：采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴或共2端)，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。数据存储模块：方案一：采用静态RAM存储显示屏的显示内容，静态数据存储器具有存储容量大，传输速度快等优点。但其存储的数据掉电后会消失，因此不适合用于存储长时间不变的数据。方案二：采用ROM芯片存储LED显示屏要显示的信息，采用ROM芯片可以长时间的存储信息，而且掉电数据不丢失，此种方式适合于存储不变的数据。方案三：采用串行EEPROM（如24C256等）存储LED显示屏要显示的信息。串行EEPROM技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取措施，在上电、下电时常会丢失数据）等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想的选择。比较以上三种方案，方案三有明显的优点，因此选者方案三。总体硬件组成框图： 系统框图如图所示，系统主要由三大模块组成即LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块。五、系统硬件设计为使该模块化LED显示屏控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等三大模块LED驱动模块的硬件设计：LED驱动模块是LED显示屏设计的关键部分，驱动电路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。本次设计中LED的驱动是采用三极管和74LS154实现的。数据存储电路的设计：数据存储电路由串行EEPROM 24C256组成。24C256是美国CATALYST 公司出品的一个1-256K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOS E2PROM，可用电擦除，可编程自定时写周期（包括自动擦除时间不超过10ms 典型时间为5ms）的串行E2PROM。 该芯片有两种写入方式，一种是字节写入方式，还有另一种页写入方式。允许在一个写周期内同时对1个字节到一页的若干字节的编程写入。24C256的引脚排列及引脚功能描述如图3-2-1和表3-2-1 图1 24C256的引脚排列图表1引脚功能描述数据存储器的设计原理图如图2所示：该存储电路仅由芯片24C256组成，SCL为串行时钟引脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。SDA为串行数据/地址，这是一个双向传输端，用于传送地址和所有数据的发送或接收。当LED显示屏控制系统工作时，单片机89C51通过读SDA和SCL脚读取24C256中的内容，并将其显示于LED显示屏上。也可以通过上位机（PC机）将编辑好的数据内容下载到24C256芯片内。六、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。软件流程：七、系统调试与测试结果分析系统调试：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驱动模块的调试，数据存储模块的调试，PC机通信模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。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。软件调试： 软件调试采用单片机仿真器WAVE6000L及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。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。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显示屏由八块8*8的LED小模块组成，整个显示屏可以显示两个16*16的汉字，汉字从右到左移动显示，显示亮度也正好。八、收获与心得：本次课程设计我们小组的运行结果虽然不尽人意，有部分设计要求并没有达到。但我们小组各成员在这次的课程设计中相互帮助，以及共同学习的过程中有不少的认识和收获。 首先我们小组在确定了本次课程设计的题目后，进行了具体的分工，刘洋同学主要负责本次实验的原程序的查找和修改以及整个课程设计的具体安排。杨丽同学则主要负责本次课程设计的原理图和流程图以及部分语言文字的组织和安排。王玲同学则主要负责在网上查找一些有用的资料和信息，以及实验箱的具体连线和PC机上的具体操作过程。当然我们各成员之间也经常相互协同帮助，总之，在我们的共同努力下，我们基本上完成了本次课程设计。 但在这次的课程设计过程中，我们也遇到了一些困难和麻烦，不过在通过上网搜索相关资料和同学以及老师的帮助下，我们都把这些困难一一克服。比如在源代码部分，由于我们的汇编知识仅仅还是初学者，所以我们的大部分的程序源代码都是通过相关的文献资料查找的，但通过这样不完整、间断的原代码在调试和运行的过程中经常出错。于是我们不断请教我们班上的其他同学和老师。通过这样的不断努力，我们的源程序最后终于大致达到设计要求。另外在本次的课程设计过程中，我们对相关的主要工作芯片，如8255A和74LS154译码器等都有了更加深刻的认识和掌握。因为在本次的课程设计中，我们要操作和连接不同的芯片的不同引脚来达到设计要求。而我们原来对这些芯片的了解由远远不够，于是通过本次课程设计，我们对这些常用的主要芯片有了更加深刻的了解和掌握。 总之，通过本次课程设计，锻炼了我们小组各成员之间的团队合作精神。我们在本次课程设计中，彼此学习，彼此帮助。共同进步。同时也让我们对本次课程设计所用到的各主要芯片有了更加全面和系统的认识和掌握，并让我们系统的了解和熟悉了一次完整的小项目的流程。最后，通过这样的实际动手操作的过程中，让我们受益非浅。相信通过这样的锻炼对我们以后的学习和工作都有很大的帮助，同时在这次的课程设计中也让我们认识到了我们自身的不足，更加激励了我们进一步的学习。九、分工情况：刘洋：主要负责本次实验的原程序的查找和修改以及整个课程设计的具体安排。杨丽：主要负责本次课程设计的原理图和流程图以及部分语言文字的组织和安排。王玲：主要负责在网上查找一些有用的资料和信息，以及实验箱的具体连线和PC机上的具体操作过程。单片机led广告屏设计与开发参考文献：1贾金玲 单片机原理及应用电子科技大学出版社2冯林 单片机课程设计电子工业出版社3李敬 单片机原理清华大学出版社4张红 单片机原理与设计示例机械工业出版社5余建国 单片机课程设计示例人民邮电出版社6陈晓东 单片机原理及应用电子工业出版社7汪琼 单片机课程设计机械工业出版社8李天华 单片机原理电子工业出版社9附录：1、LED广告循环参考代码： ORG 0000H MOV R4,#08H ;一个字，八字节代码 MOV P2,#0A0H ;利用p2口第二功能 MOV R1,#00H MOV A,#00H MOVX R1,A ;关显示 NEW_CODE:MOV 61H,#04H ;此程序有四个字 MOV DPTR,#DIS_CODE ;DIP: MOV 69H,#40H ;一个字停留的速度RD_DISP: MOV R3,#80H ;选通一行 MOV R2,#00H ;送出字码RDISP1: MOV A,#00H ; MOVX R1,A ;关显示 MOV A,R3 ; DJNZ R4,RDISP1 ;送完一个字代码吗？ MOV R4,#08H ;重新初始化r4 DJNZ 69H,RD_DISP ;速度系数没有循环完，继续 MOV R7,#08H ;指针dptr加8DEC_CODE:INC DPTR ;指向下一个字代码 DJNZ R7,DEC_CODE ;四个字都循环了一遍了吗？ DJNZ 61H,DIP MOV 61H,#02H SJMP NEW_CODESEND: MOV PCON,#80H ;初始化串行口 MOV TMOD,#20H ;为方式0 MOV TH1,#98H CLR ET1 SETB TR1 MOV SCON,#00H CLR ES MOV A,R3 MOV SBUF,A ;把选通行代码送出 W1: JNB TI,W1 ;等待数据送出 CLR TI ;数据送出后，中断标志清零 RET;DELAYT:MOV R7,#01HDLY1: MOV R6,#0FFHDLY2: DJNZ R6,DLY2 DJNZ R7,DLY1 RETDIS_CODE: DB 10H,0FEH,92H,0FEH,92H,0FEH,11H,1FHDIS_CODE1:DB 0FFH,0FFH,18H,18H,18H,18H,0FFH,0FFHDIS_CODE2: DB 10H,0FEH,92H,0FEH,92H,0FEH,11H,1FHDIS_CODE3: DB 3EH,04H,08H,0FFH,08H,04H,14H,08H2、直接写端口参考代码： MOV R0,#79H ;直接写端口程序 MOV R2,#00H ;暂存取得的字型码，它将在填充缓存子程序中使用 MOV R3,#00H ;用于取得键值后，键值暂存此中 MOV 70H,#10H ;70h放置速度系数 MOV 71H,#00H ;71h=00h，表示右移，01h表示左移FILL: ACALL FILLFUL ;填充数据缓冲区 MOV A,70H MOV 72H,ADIS_CAL:ACALL DISPLAY ACALL KEY_SCAN ;检测是否有键按下 JNZ DEAL ;有键按下，则跳出程序主线，转去键处理 DJNZ 72H,DIS_CAL ;速度系数循环完，则应改变字位 SJMP FILLDEAL: ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY ;消抖动 ACALL KEY_SCAN ;确认有键按下吗？ JZ FILL ;无键按下则跳回主线，继续显示 ACALL GET_KEY ;取键值 ACALL GET_K_NUM ;计算键代码 MOV A,R3 CLR C SUBB A,#10H单片机led广告屏设计与开发 JNC FUN_KEY ;键码大于10h，则为功能键，转去功能键判断KFREE_0:MOV A,R3 MOV R2,A ;把键码装入R2，以供填充缓冲使用 ACALL CORRECT ;字位修正，以免字位跳动不均匀 ACALL FILLFUL ;由于字型改变了 ，因而要重新装入字型DIS_IT: ACALL DISPLAY ; ACALL KEY_SCAN JZ KILL_REMAIN DJNZ 72H,DIS_ITWAIT_FREE: ACALL FILLFUL MOV A,70H MOV 72H,A ;等待键释放，并且维持显示DIS_F: ACALL DISPLAY ACALL KEY_SCAN ;等待键释放 JZ OUT_OT DJNZ 72H,DIS_F SJMP CON_FILOUT_OT: ACALL DISPLAY DJNZ 72H,OUT_OT LJMP FILL ; ;填充缓冲子程序;FILLFUL:MOV R1,#79HGO_ON: MOV R1,#10H INC R1 CJNE R1,#7FH,GO_ON MOV A,R2 MOV R0,A MOV A,71H CJNE A,#00H,LEFT INC R0 CJNE R0,#7FH,OUT MOV R0,#79H SJMP OUTOUT: RET;通用显示子程序；;DISPLAY: MOV R1,#79H MOV R4,#01HDISP1:MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A MOV A,R4 ORL A,#0C0H MOV P3,A ACALL DELAYT INC R1 MOV A,R4 JB ACC.5,DISP2 RL A MOV R4,A SJMP DISP1DISP2:RET ;延时子程序在;DELAYT:MOV R7,#02HDLY1: MOV R6,#0FFHDLY2: DJNZ R6,DLY2 DJNZ R7,DLY1 RET;键扫描、取键值和计算键码子程序KEY_SCAN:MOV A,#0C0H MOV P1,#0FFH单片机led广告屏设计与开发MOV P3,A MOV A,P1 CPL A ANL A,#0FH RETGET_KEY: MOV A,#0FEHG_IT1: MOV P1,#0FFH MOV P3,A PUSH A MOV A,P1 CPL A JNZ STORE POP A RL A SJMP G_IT1STORE: MOV R7,A POP A CPL A MOV R6,A RETGET