xled广告屏基于单片机控制.doc

单片机及控制系统课程设计报告题 目： LED点阵广告屏的控制设计 院 （系）： 机电与自动化学院 专业班级： 电气1202班 学生姓名： 李 玉 靖 学 号： 20121131080 指导教师： 王 立 谦 20 15 年 6 月 23 日至20 14 年 7 月 6 日华中科技大学武昌分校制单片机及控制系统课程设计任务书一、设计（调查报告/论文）题目LED点阵广告屏的控制设计二、设计（调查报告/论文）主要内容（1）控制要求：本设计要求利用单片机控制点阵LED广告屏进行对应数字及英文字符的滚动显示。要求每位同学在屏幕上显示自己的学号（数字）、姓名（拼音）； （2）设计要求1 设计单片机与点阵LED广告屏之间的硬件连接；2 掌握集成开发环境KEIL的使用，用C51语言编程并仿真调试，通过后在试验箱进行硬件验证。（3）撰写说明书1 含系统硬件设计电路2 含软件设计（程序及必要的说明）3 调试及调试结果，以及在调试过程中出现的问题及解决办法三、原始资料1 74LS164 芯片资料2 74LS373芯片资料四、要求的设计（调查/论文）成果（1）了解点阵式LED广告屏的基本结构、电路特性、接口应用技术等；根据控制要求,完成系统硬件电路设计；（2）在（1）基础上能根据实际工作需要，进行液晶显示界面的任意开发；如：要求每位同学在广告屏上显示自己的学号（数字）、姓名（英文）等； （3）掌握集成开发环境Keil的使用，并能在这个开发环境下利用C51开发点阵LED广告屏幕的应用程序。（4）利用实验室设备进行运行调试。（5）撰写课程设计说明书，课程设计报告内容包括： 设计方案、课程设计过程和设计思想、方法、原理； 控制程序方框图； 参考资料、参考书及参考手册；其他需要说明的问题，例如操作说明、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等；用电脑编排打印，报告格式按照华中科技大学武昌分校课程设计管理办法执行。课程设计报告要求内容正确完整，图表清晰，叙述简明，语句通顺，字数不得少于2000汉字；课程设计报告按封面、任务书、设计说明书、图纸、实物照片贴页（实物照片贴在A4复印纸上）、成绩评定表的顺序装订。（6）总结调试过程中出现的问题及解决办法。以上设计课题完成后，均要总结设计结果、提交专业课程设计说明书并进行设计答辩。五、进程安排内容时间下达课程设计任务书。讲解课程设计的任务与要求、进度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料。学生到实验室熟悉设备。1天搜集资料、方案论证、初步设计。2天系统设计、绘制系统控制原理图、接线图及软件编程。1天利用实验室设备完成控制系统的硬件接线工作，运行控制程序，进行运行调试。4天方案优化、总结完善、整理资料、撰写课程设计报告1天答辩、课程设计总结。1天共计10天（2周）六、主要参考资料1 关德新.单片机外围器件实用手册.北京：北京航空学院出版社，2008.2 秦龙.单片机C语言应用程序设计实例精讲.北京：电子工业出版社，2008.3 张红润.智能技术系统设计与开发.北京：北京航空航天出版社，2007. 4 陈铁军.智能控制理论及应用. 北京：清华大学出版社，2009.5 鲍可进.C8051F单片机原理及应用.北京：中国电力出版社，2010.6 赵建领.51系列单片机开发宝典. 北京：电子工业出版社，2010.指导教师（签名）： 20 年 月 日目 录1.设计主要目的11.1.设计目的11.2设计要求11.3设计思路22.设计原理分析32.1.定时器控制88LED点阵屏显示数字系统设计32.2.88LED点阵屏显示数字系统的基本构成及原理33.系统硬件电路的设计 43.1.系统硬件总电路构成及原理43.2.主控制部分AT89C51单片机简介83.3.其它器件63.4.定时器控制88LED点阵屏显示数字系统原理图 73.5.硬件资源及其分配83.6.运行步骤83.7.检测与调试84程序编写105心的体会116参考文献121.设计主要内容1.1设计目的1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。2、通过88LED点阵屏显示数字系统的设计，掌握数码管的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。1.2控制要求 本设计要求利用单片机控制点阵LED广告屏进行对应数字及英文字符的滚动显示。 要求每位同学在屏幕上显示自己的学号（数字）、姓名（拼音）； 设计单片机与点阵LED广告屏之间的硬件连接；掌握集成开发环境KEIL的使用，用C51语言编程并仿真调试，通过后在试验箱进行硬件验证。1.3 设计思路1.先熟悉实验原理，了解88LED点阵屏显示数字的工作过程，以及所需要的组件。2.通过单片机的各个引脚的输出控制88LED点阵屏显示数字。3.绘制电路原理图，编写程序，并进行仿真，基本实现88LED点阵屏显示数字。2设计原理分析2.1定时器控制88LED点阵屏显示数字系统设计通过编写程序，实现用中断系统对88LED点阵屏的控制，使其每延时一段时间，LED点阵的显示数字就会进行状态转换。采用单片机内部的I/O口上的P0和P3口可来控制LED点阵。2.2定时器控制88LED点阵屏显示数字系统的功能要求本设计能模拟基本的LED点阵显示系统，是用中断的方式定时控制LED点阵显示的内容变换。2.2 88LED点阵屏显示数字系统的基本构成及原理88LED点阵屏显示数字系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化可以广泛的应用到商业和工业的流程控制测电路当中。原理框图：时钟输入复位信号AT89C51列码扫描行码数据双向总线收发器88LED点阵 图2-1 系统的总体框图据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统。系统的总体框图如上所示。3.系统硬件电路的设计3.1系统硬件总电路构成及原理实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，88点阵指示模块等。主要器件的选择： 表3-1 元器件表器件个数74LS2451AT89C511CAP2CAP-ELEC1CRYSTAL1MATRIX-8X8-GREEN1RES1RESPACK-813.2 主控制部分AT89C51单片机简介89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机为40引脚双列直插芯片，有4个I/O口，P0 ，P1， P2， P3，单片机的最小系统如图所示，18引脚和19引脚接时钟脉冲电路，XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是震荡器倒相放大器的输入，XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端，在片内她是振荡器倒相放大器的输出端，第引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后构成上电复位电路，20引脚为接地端，40引脚为电源端。如图所示： 图3-1 晶振与单片机的连接 中央处理器： 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器(内部RAM)： 数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。 程序存储器(内部ROM)： 程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89C51内部配置了4KB闪存。 定时/计数器(T0)： 定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89C51共有2个16位定时/计数器。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O口还有其他功能。全双工串行口：A89C51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。时钟电路： 时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。中断系统：中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管AT89C51共有5个中断源，其中有2个外部中断源和3个内部中断源。51单片机的串行接口有四种工作方式。方式0是将SBUF作为8位同步移位寄存器使用（固定波特率）；方式1是10位异步通信方式（可变波特率）；方式2是11位异步通信方式（固定波特率）；方式3是11位异步通信方式（可变波特率）。图 3-2串行接口与单片机的连接 3.3其它器件 发光二极管根据本设计的特点，LED点阵的显示不可少，LED的点阵显示采用普通的发光二极管。在硬件上连接图上也是对称分布的，如下图3.3所示。图3-3 LED点阵的连接在本设计中，点阵屏共有64个LED灯，每次中断控制每一列使其为低电平，对应的行为不同的高电平，其中均是低电平有效，所以在运行前LED灯的状态是灭。3.4定时器控制88LED点阵屏显示数字系统原理图 本系统以单片机为核心，系统硬件电路由单片机，电阻，LED点阵显示等组成。其具体的硬件电路总图如图3.6所示。图3-4系统原理3.5 硬件资源及其分配主要用到的硬件：P0口、P3口、88LED点阵屏、定时器T0。硬件分配：（1）P1口：做为输出口，与88LED点阵屏相连接。（2）定时/计数器T0用来产生1秒的定时。3.6运行步骤1、接硬件图接线，为了确保LED灯能够对应显示，实验时，对P0口的接线做了调整。即，P0.0接L1,P0.1接L2,P0.2接L3,P0.3接L4。2、开始连续运行，观察4个LED灯是与程序设计思路对应，如果有偏差，则单步运行或断点运行，进行调试，直至满足设计要求。3、整体运行，观察LED显示是否都符合要求，如果不符合，则再调试。直至满足要求。3.7检测与调试 静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点， 再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值 第四步：是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。 动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。 由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的 器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。 由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。软件调试 软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。4.程序编写程序： #include#include#define uchar unsigned char#define address XBYTE0xff55sbit P10=P10;sbit P11=P11; uchar code tab =0x00,0x00,0x22,0x46,0x4a,0x32,0x00,0x00,/*2*/0x00,0x00,0x3e,0x41,0x41,0x3e,0x00,0x00,/*0*/0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00,0x00,/*1*/0x00,0x00,0x22,0x46,0x4a,0x32,0x00,0x00,/*2*/0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00,0x00,/*1*/0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00,0x00,/*1*/0x00,0x00,0x22,0x41,0x49,0x36,0x00,0x00,/*3*/0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00,0x00,/*1*/0x00,0x00,0x3e,0x41,0x41,0x3e,0x00,0x00,/*0*/0x00,0x00,0x66,0x99,0x99,0x66,0x00,0x00,/*8*/0x00,0x00,0x3e,0x41,0x41,0x3e,0x00,0x00,/*4*/0x00,0x00,0x7f,0x01,0x01,0x01,0x00,0x00,/*l*/0x00,0x00,0x00,0x41,0x7f,0x41,0x00,0x00,/*i*/0x00,0x00,0x40,0x20,0x1f,0x20,0x40,0x00,/*y*/0x00,0x00,0x7e,0x01,0x01,0x7e,0x00,0x00,/*u*/0x00,0x04,0x02,0x82,0xfc,0x80,0x00,0x00,/*j*/0x00,0x00,0x00,0x41,0x7f,0x41,0x00,0x00,/*i*/0x00,0x7f,0x20,0x10,0x04,0x02,0x7f,0x00,/*n*/0x00,0x00,0x3e,0x41,0x45,0x41,0x27,0x00;/*g*/ main()uchar i,j,y,x,a;int n,t;P10=0;while (1) for(j=0;j146;j+)for(t=0;t10;t+)x=0x80;for(i=0;ii);for(y=0;y8;y+)P10=1;a=1;P11=CY;P10=0;address=tabj+i;for(n=0;n60;n+);address=0x00;5. 心得体会 虽然本设计只使用了一块88LED点阵，电路简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序，在设计的过程中应该使显示图形和文字稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。在此次设计中通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。通过这次课程设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；熟练掌握了WORD软件的使用。进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力。但是从中也存在不足之处：对知识的积累还不够，有些问题自己不能够独立解决，对实验操作还要进一步熟练，只有这样才能让自己在不断的学习中提高自己。这次单片机课程设计我们历时两个星期，在我们班里算是倒