8×8点阵LED数码字符型显示器的软件设计

科 研 实 践 课 程 科研实践 题 目 8 8 点阵 LED 数码字符显示器 二级学院 延陵学院 班 级 07 电 Y2 姓 名 沈 霞 学 号 07121121 指导教师 范力旻 设计时间 2011 1 10 2011 1 21 目录目录 绪论 2 第一章 总体方案设计 3 第二章 系统硬件电路的设计 4 第三章 系统软件电路的设计 4 3 1 软件设计思想 4 3 2 主程序设计 5 3 3 子程序设计 7 3 3 1 动态显示程序设计 7 3 3 2 按键程序设计 9 3 3 3 延时程序设计 10 3 3 4 中断程序设计 11 第四章 调试及性能分析 13 4 1 软件调试 13 4 2 性能分析 13 总结 14 参考文献 14 附录 15 A 元件清单 15 B 总原理图 16 C 程序清单 17 绪论绪论 当今世界 电子技术迅猛发展 点阵式显示器件作为现代信息显示的重要 媒体 在金融证券 体育 机场 交通 商业 广告宣传 邮电电信 指挥调 度 国防军事等许多领域中得到了广泛应用 因此点阵式显示器件的研制 生 产也的到了迅速的发展 并逐步形成产业 成为光电子行业的新兴产业领域 目前 点阵式显示器件具体包括 LED 显示模块和 LCD 显示模块等 现在发展 的 LCD 比较先进 LCD 的优点较为明显 他体积小 容易控制 功能强 价 格适宜 能够适应显示器的发展方向 因而在通信 家电 大屏幕投影等领域 得到了越来越广泛的应用 随着社会经济的迅猛发展 工业生产逐渐实现了自 动化 其中 设备的工作状态和生产过程状态的显示与监控起到了非常重要的 作用 对于那些需要显示的信息量不是很大 分辨率不是很高 又需要制造成 本相对比较低的场合 使用大 小屏幕 LED 点阵显示器是比较经济适用的 他 可以显示字符 数字 汉字和简单图形 可以根据需要使用不同字号 字型 显示亮度较高 并且对环境条件要求比较低 LED 显示又可以分为单色显示和 双色显示 可以按照需要的大小 形状和颜色进行组合 并用单片机控制实现 各种文字或图形的变化 达到宣传和提示的目的 据不完全统计 1991 年 全 国 LED 显示屏的产值还不到亿元人民币 而在 1993 年 仅蓝通公司一家企业 的显示屏产值即达 1 亿多人民币 由于 LED 电子显示屏具有所显内容信息量大 外形美观大方 操作使用方便 灵活 适用于火车 汽车站 码头 金融证券市场 文化中心 信息中心体育设施等 公共场所 该项目广泛涉及了计算机及电子技术中的电源技术 单片机技术 数据 通讯技术 显示技术 存储技术 系统软件技术 接口及驱动等技术 我国经济发展 迅猛 对信息传播有越来越高的要求 可以相信 LED 电子显示屏以其色彩鲜亮 夺目 大的显示信息量 寿命长 耗电量小 重量轻 空间尺寸小 稳定性高 易于操 作 安装和维护等特点 将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色 第一章第一章 总体方案设计总体方案设计 1 总体设计要求 本系统采用单片机 AT89C51 为 LED 显示屏的控制核心 制造一种简单的 8 8 显示屏 能够在目测条件下 LED 显示屏各点亮度均匀 充足 可显示图形 和文字 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 根据设计要求 初步确定设计方案如下 1 选择 AT89C51 单片机 晶振频率为 f 12MHZ 作为整个系统的核心器 件 对整个系统进行总体控制 发送并时时处理系统信息 2 通过编程显示数字 8 0 5 1 3 动态显示 8051 即跑马灯文字幕 每 0 25 秒左移一次 4 扫描信号连接到单片机的 P0 口 显示信号连接到单片机的 P2 口 5 点阵的点亮过程有程序控制 由驱动电路完成 点阵采用单色显示 其 中驱动电路采共阴型高态扫描 高态显示信号的驱动电路 2 系统框图 本文设计行 列驱动电路 显示屏电路 运用单片机的智能化 系统的将 每个功能电路模块连接在一起 总体结构设计如下图 1 所示 PC上位机单片机 点阵显示器 行驱动电路 点阵显示器 列驱动电路 8 8点阵 LED显示 器电路 图 1 系统框图 第二章第二章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 本系统的硬件电路是由单片机最小系统 按键电路 动态显示驱动电路三 部分组成 其中 单片机最小系统包括电源电路 复位电路和晶振电路构成 按键电路采用独立非编码方式 显示部分使用共阴型高台扫描 高态显示信号 驱动电路 完成 跑马灯 文字幕效果 这部分主要由周璐同学完成制作 总 原理图见附录 B 第三章第三章 系统软件电路的设计系统软件电路的设计 3 1 软件设计思想软件设计思想 主程序先进行设置中断 并启动 再进行键盘扫描载入 8051 字型 然 后判断一组字型是否扫描完 按不同情况进行循环调用子程序 进入子程序后 首先设置相应的程序 反复调用显示子程序 并在显示过程中反复调用键盘扫 描子程序进行延时 判断是否退出相应的方式显示子程序 设计过程中 能很 好得提高按键响应速度 如图 2 所示为软件系统框图 主程序按键程序 延时程序 动态显示程 序 中断程序 图 2 软件设计框图 字符编码 8 8 点阵可以看成是从上至下 8 个字节 每个字节 8 位 因为 该点阵为共阴型点阵 因此若该灯亮 则该位为 1 该灯不亮 则该位为 0 所以 8051 的编码为 从上至下 8 00H 00H 36H 49H 49H 36H 00H 00H 0 00H 1CH 22H 41H 41H 22H 1CH 00H 5 00H 00H 27H 45H 45H 45H 39H 00H 1 00H 40H 44H 7EH 7FH 40H 40H 00H 3 23 2 主程序设计主程序设计 主程序首先设置并启动 T0 中断 然后调用初始化程序 为后面程序要用 到的数据调入 并清零一些用到的数据单元 然后载入 8051 字型 进行扫 描 图 3 为主程序流程图 开始 设置T0中断 启动 初始化 键盘扫描载入 8051 字型 延迟时间 下一个字型 是否扫描完4个字型 是 否 图 3 主程序流程图 主程序如下 COLUMN REG P0 行 ROW REG P2 列 SCANCODE EQU 10000000B 扫描码 SPEED EQU 1 0 25s 延迟 S TIME EQU 2500 2 5ms 扫描时间 ORG 0000H 程序从 0000H 地址开始 JMP MAIN 跳至 MAIN ORG 000BH TIMER0 中断向量 JMP TIMER0 跳至 TIMER0 中断子程序 MAIN MOV IE 82H 设定 TIMER0 中断 MOV TOMD 01H 使用 T0 定时器 方式 1 MOV SP 60H 移开堆栈指针 SETB RS0 切换到 RB1 MOV R1 20H 显示存储起始地址 MOV R2 8 扫描 8 行 MOV R3 SCANCODE 载入扫描码 CLR RS0 切换回 RB0 MOV TH0 0F6H 设定每行扫描时间 MOV TL0 3CH 设定每行扫描时间 SETB TR0 启动 TIMER0 LOOP MOV DPTR TABLE 将数据指针指向 TABLE 地 址 MOV R4 4 4 组字型 SJMP 等待中断或其他 3 33 3 子程序设计子程序设计 子程序中包括动态显示程序 按键程序 延时程序和中断程序四种 下面 依次详细介绍 3 3 13 3 1 动态显示程序设计动态显示程序设计 本系统中采用左移动态显示方式 对于 8 8LED 阵列 其左移就是显示 4 个不同的字型 首先扫描第一个字型 同样是 8 行 8 次扫描 8 次显示 完成 第一个字型后 再扫描第二个字型 完成第二个字型后 再扫描第三个字 型 依次类推 即可产生 8051 左移的感觉 假如第一个字型的编码为 00H 00H 36H 49H 49H 36H 00H 00H 第二个字型的编码为 00H 1CH 22H 41H 41H 22H 1CH 00H 也就是把第一个字型编码中 第 1 行显示数据 变为第 8 行显示数据 第 2 行 显示数据 变为第 1 行显示数据 第 3 行显示数据 变为第 2 行显示数据 第 4 行显示数据 变为第 3 行显示数据 依次类推 当第一个字型扫描完成后 就进行这样的调整动作 以产生第二个字型的 编码 同样的 当第二个字型扫描完成后 就进行这样的调整动作 以产生第 三个字型的编码 这个调整动作是将 8 个编码根据顺序填入存储器 调整存储 器地址的程序流程图如图 4 所示 开始 源位置搬至目 的位置 源数据搬至目 的位置 下一个数据 4个字型有显示完吗 返回 否 是 图 4 动态显示流程图 动态显示子程序如下 MOV R2 8 转移次数 MOV R0 20H R0 内置目的存储器地址 MOV R1 21H R1 内置来源存储器地址 MOV 28H R0 先将第一行内容搬至 28H 地址 MOVE L MOV A R1 将来源存储器内容搬至 ACC MOV R0 A 将 ACC 内容搬至目的存储器 INC R0 下一个目的地址 INC R1 下一个来源地址 DJNZ R2 MOVE L 跳至 MOVE L 执行 8 次 RET 返回 3 3 23 3 2 按键程序设计按键程序设计 系统中采用独立式非编码键盘 在 P1 口接一个按键 P0 端口分别控制 8 8LED 阵列 当有键按下时 对应的 LED 亮 反之则灭 如图 5 所示为按键 控制流程图 开始 置P1口为输入 读引脚数据 按键处理 有键按下 则 数据送入P0 口 控制LED 循环 图 5 按键流程图 按键子程序如下 ORG 0000H START MOV P1 0FFH 置 P1 口为输入状态 LOOP MOV A P1 读入 P1 口状态数据 NOP MOV P0 A 将状态数据送入 P0 口 控制 LED 阵列 SJMP LOOP 继续循环 END 3 3 33 3 3 延时程序设计延时程序设计 延时程序在单片机编程中使用非常广泛 也很重要 在本设计的程序中用到 了延时子程序 已知晶振 12MHZ 所以机器周期为 1 s 但执行一次 DJZN 操 作为 2 s 则延时时间是 1 200 250 次 2 s 次 100000 s 100ms 延时流程 图如图 6 所示 开始 键盘载入 8051 字型 延迟约100ms 是否扫描完4个字型 下一个字型 是 否 程序如下 DELAY MOV R7 1 D1 MOV R6 200 图 6 延时流程图 D2 MOV R5 250 DJNZ R5 DJNZ R6 D2 DJNZ R7 D1 RET 3 3 43 3 4 中断程序设计中断程序设计 显示程序在进入中断后首先要对定时器 T0 重新赋初值 以保证显示屏刷 新率的稳定 根据设计要求 设定扫描时间为 2 5ms 那么定时器 T0 定时 2 5ms 则定时初值计算公式为 定时时间 t 时钟频率 12 16 2X 1636 22 5 1012 10 126553625006303663FCH 中断流程图如图 7 所示 T0中断 关闭中断 切 换到RB1 输出显示字型 超过8行吗 从第一行开始 载入定时值 打开中断 切 换回RB0 返回 否 是 中断子程序如下 图 7 中断流程图 TIMER0 CLR TR0 关闭 TIMER0 PUSH A 储存 ACC SETB RS0 切换到 RB1 MOV COLUMN 0 关闭 LED 阵列 MOV A R1 取出显示信号 使用共阳极式 LED 阵列 则加入下一列指令 CPL A MOV ROW A 输出显示信号 MOV A R3 载入扫描码 MOV COLUMN A 输出扫描码 显示一行 RR A 下一个扫描码 MOV R3 A 储存下一个扫描码 INC R1 下一个显示信号 DJNZ R2 NEXT C 未超过 8 行则跳至 NEXT C MOV R2 8 重新开始扫描 MOV R1 20H 从第一行开始扫描 NEXY C MOV TH0 F6H 设定每行扫描时间 MOV TL0 3CH 设定每行扫描时间 SETB TR0 启动 TIMER0 CLR RS0 切换回 RB0 POP A 取回 ACC RETI 第四章第四章 调试及性能分析调试及性能分析 4 14 1 软件调试软件调试 软件调试主要是利用计算机仿真针对程序中可能存在的错误进行检测 直 到得到正确的显示结果 按照程序流程图在 KEIL C51 软件中编写好程序 在 此软件中检测编写好的程序是否有误语法错误 此次软件调试参考前面的子程 序 选择动态显示程序和延时程序进行调试 并观察其结果 如图 8 9 所示 4 24 2 性能分析性能分析 此次系统设计结果较好 LED 显示屏能很好的显示信息 这个方案设计的 8 8 的点阵 LED 图文显示屏 电路简单 成本较低 且较容易扩展成更大的 显示屏 显示屏各点亮度均匀 充足 显示图形或文字稳定 清晰无串扰 可 用静止 移入移出等多种显示方式显示图形或文字 图 8 动态显示程序调试结果 图 9 延时程序调试结果 总结总结 通过此次论文设计 让我学到了许多知道的和不知道的 都有提高 在单 片机的选择 显示屏的组合还有各种器件的选用有了一个明确的认识 程序设 计上清晰地思路 理论在实践方面的运用能力有巨大的提高 在实践以前 由 于对单片机有一定的兴趣 我通过课外学习已经接触了很多概念以及设计方式 但不专业 但是通过这次深层次的学习 设计我有了一定的实践经验和理论基 础 也让我可以进行更深的研究学习 在设计思路上 通过查阅资料了解了许 多方法 认识到形式的多样性 模仿优秀作品是每个设计师必走之路 但是做 设计必须要有自己的思想 人也要有自己的鲜明个性 久了就成了自己的风格 风格的养成与一个人的艺术素养和个人修养有直接关系 要拓展自己的知识面 使自己的知识系统化知识需要接触社会的方方面面 光有书本知识是远远不够的 要求自己在以后的学习中多想 多读 多学 要 求自己的写作水平一定要过硬 经验的提高 让我今后在设计时更加方便 快 捷 也为毕业后的就业提供了保障 参考文献参考文献 1 张靖武 周灵彬 单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真 电子工业出版社 2 夏继强 单片机实验与实践教程 北京 北京航空航天大学出版社 2001 3 何立民 从 Cygnal 80C51F 看 8 位单片机发展之路 单片机与嵌入式系统应 用 2002 年 第 5 期 P5 8 4 何立民 单片机高级教程 第 1 版 北京 北京航空航天大学出版社 2001 5 AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999 dec 6 Yang Y Yi J Woo Y Y and Kim B Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique Microw J 2001 44 12 pp 20 36 7 吴金戌 沈庆阳 郭庭吉 8051 单片机实践与应用 清华大学出版社 8 李群芳 肖看 单片机原理 接口及应用 北京 清华大学出版社 附录附录 A A 元件清单元件清单 元器件名称型号数目 1 AT89C51 单片机1 块 2 晶振12MHZ1 块 3 PNP 三极管90128 只 4 8 8 点阵共阳 LED 显示 器 共阳1 块 5 按钮开关1 只 6 极性电容10uf1 只 7 极性电容0 01uf1 只 8 瓷片电容30pf2 只 9 电阻4 7k 9 只 10 电阻10 k 1 只 11 电阻270 8 只 12 电源插座1 个 B B 总原理图总原理图 S1 X2 12MHZ C3 30PF C4 30PF C5 10MF 25V VCC XTAL1 XTAL2 VCC R2 4 7K Q5 Q4 Q3 Q2 Q7 Q8 Q6 a b c d e f g h 8 1 2 3 4 5 6 7 8 8LED Q1 5V EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 VSS 20 VCC 40 U2 AT89C51 5V GND 5V C1 10uF C2 0 01uF R1 10k 270 8 4 7k 8 9012 9012 9012 9012 9012 9012 9012 9012 C C 程序清单程序清单 COLUMN REG P0 行 ROW REG P2 列 SCANCODE EQU 10000000B 扫描码 SPEED EQU 1 0 25s 延迟 S TIME EQU 2500 2ms 扫描时间 ORG 0000H 程序从 0000H 地址开始 JMP START 跳至 START ORG 000BH TIMER0 中断向量 JMP TIMER0 跳至 TIMER0 中断子程序 START MOV IE 82H 设定 TIMER0 中断 MOV TOMD 01H 使用 T0 定时器 方式 1 MOV SP 60H 移开堆栈指针 SETB RS0 切换到 RB1 MOV R1 20H 显示存储起始地址 MOV R2 8 扫描 8 行 MOV R3 SCANCODE 载入扫描码 CLR RS0 切换回 RB0 MOV TH0 0F6H 设定每行扫描时间 MOV TL0 3CH 设定每行扫描时间 SETB TR0 启动 TIMER0 LOOP MOV DPTR TABLE 将数据指针指向 TABLE 地 址 MOV R4 4 4 组字型 NEXT MOV R2 8 加载数据数量 MOV R0 20H 储存存储器起始地址 CALL LOADING 加载一个字型 CALL DELAY 延时 DJNZ R4 NEXT 跳至 NEXT 形成一个循环 JMP LOOP 跳至 LOOP 形成一个循环 LOADING MOV R3 0 间距 L 1 MOV A R3 将间距放入 ACC MOVC A A DPTR