LED灯组设计毕业论文.doc

XXX学院2013届毕业论文LED灯组设计毕业论文目 录 1 引言 11.1课题的来源和意义 11.2总体方案介绍 12 单元电路设计 22.1人机交互设备按键 22.2 点矩阵 3 2.2.1点阵静态显示画面分析 4 2.2.2点阵动态显示画面分析 52.3单片机最小系统 6 2.3.1时钟电路 6 2.3.2复位及复位电路 73.总体电路设计 93.1总体电路原理图绘制 93.2软件开发与调试 103.2.1使用Keil软件编写系统程序 103.2.2系统调试 114.收获与体会 125.结论 13附录A 14 附录B 15 参考文献 19致谢 201. 引言自19世纪60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明第一个可见红光LED以来，随着半导体及LED封装等技术的突破，单晶片红、绿、蓝、白光LED的功率等级和亮度都在不断提高。目前各类LED灯在显示、背光、装饰和照明等领域有着巨大的市场潜力。因此本设计就以普通的LED灯通过一定的顺序编排构成一个LED显示屏器件，然后运用单片机动态扫描使其显示一个美丽的“”型图案。1.1课题的来源和意义LCD显示器件由于自身不发光，主要利用反射片和导光板等组件从光源反射光，因此在显示效果方面LCD不如LED更清晰、明亮反应速度快等。而LED显示器件由于自身发光可作为光源，且价格低廉、节能环保、耐用、清晰而被广泛使用。早期多用于信号指示，现在广泛使用在节电照明、信息显示领域，特别是LED显示频技术，已广泛应用于金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮政、电信等诸多领域。例如，现如今大街小巷随处可见的LED广告牌，五光十色的LED照明灯等，已成为城市化的标志。目前，彩色LED的研制成功，使得大型LED彩色显示屏正在高速发展。它具有色彩还原好、省电、寿命长清晰等优点，是高端液晶电视的发展趋势。本课题主要讨论AT89C52单片机工作原理以及各I/O口工作状态，以LED作为显示器件，模拟动态扫描的原理来动态显示图案，以此来详细介绍LED动态扫描显示的原理，并且详细介绍单片机怎么利用程序来实现模拟的。同时，详细介绍单片机是如何实现人机交换的等；1.2总体方案介绍 本设计以AT89C52单片机为核心，通过简单的外围电路构成一个单片机最小系统，然后通过编写C语言程序来模拟I/O口工作的状态，为了节省资源，使用动态扫描的方式。通过单片机扫描按键实现人机交换来改变图案的显示状态，以88点阵组成的显示屏来显示图案，将“”形的图案编码并显示在点阵屏上。系统总体设计方案如下图1.2 总体框图1.22. 单元电路设计2.1人机交互设备按键按键的工作方式有程序控制扫描方式和中断扫描方式。（1）程序控制扫描方式这种方式是利用CPU在完成其它工作的空余时间调用按键扫描子程序，来响应按键的输入要求。其键盘扫描程序一般具备如下功能：（a） 判断按键有无按下。 即扫描口（I/O口）输出为0，再读取I/O的状态，判断其是否为1：若是则为无键按下，否则为有按键按下；（b） 去抖动影响。 按键是一个机械开关，当按键在闭合或断开时会产生机械抖动（一般持续时间为5-10ms），再判断按键的状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个确定的键被按下，否则就按抖动处理。（c） 判断闭合的按键是否释放 键闭合一次仅作为一次键功能处理，其方法是当确认有键闭合，等待直到按键释放，才可进入执行键的功能。 （2）中断扫描方式 为了克服程序控制扫描与定时扫描浪费CPU的时间的缺点，采用中断扫描方式。这样既提高了CPU的效率，又能及时响应按键的输入要求。即当按键闭合，就向CPU发送中断请求，CPU响应中断，立即中断当前正在运行的程序，转入执行中断的服务程序，并做相应的按键功能。 本设计中按键采用独立按键形式，并采用程序控制扫描的方式执行按键功能。如下图2.1 图2.1如上图2.1，按键一端接地，另一端与单片机I/O口相连，这就构成了一个独立按键。利用单片机程序控制扫描的形式对I/O口进行监控，一旦按键按下此时即为单片机的I/O口被拉低，单片机会立刻检测到I/O口的低电平状态，证明此时有按键被按下，则单片机就会根据这个指令执行相应操作。2.2点矩阵 点矩阵显示器实际上就是LED显示，构成显示器的所有LED都以矩阵形式排列。点矩阵显示器一般采用扫描方式显示，下面看看列扫描与行扫描。（1） 列扫描法 扫描时由单片机控制驱动电路从左至右依次将点矩阵显示器每一列上8个LED的公共端（阳极）接到电源上，然后由单片机的另一驱动口对这8个LED送出控制信号。由等效电路不难看出，行线输出为0时，对应的LED被点亮。行线输出为1时，对应的LED不亮。也就是说，在列扫描法中，每一次选中的列上可以有多个LED同时点亮。（2） 行扫描法行扫描法类似于列扫描，只是单片机每次选中的是一行，而不是一列，由等效电路不难看出当某一列线输出为0时，当行线输出1时，就点亮了某一个LED了。然后配合列扫描不同端口电平的不同变化使其点亮任意一个或多个LED灯，这样就可以实现整副图案或汉字等。行扫描和列扫描都要求点矩阵显示器一次驱动一行或一列。2.2.1 点阵静态显示画面分析点阵采用88的点阵，分别于单片机的两组I/O口相连，如下图2.2.1（a）。图2.2.1（a）由上图2.2.1（a）可以看出，LED发光二极管是按照一定的规律排序的，每一行是分别连在一起的，每一列也是分别连在一起的，这样就构成了一快LED显示屏。可以通过控制行与列的电平不同变化，利用行场扫描方式让不同的LED发光，以此显示不同的图案或者汉字等。如下图2.2.1（b）可以显示“”的图案 。 图2.2.1（b）由上图2.2.1（b）可以看出，可以利用单片机编写程序让不同的LED发光。例如，如果想点亮第一行第一个LED灯，只需用运用单片机将AD0拉低，D0拉高就可以点亮。如果想点亮第三行第四个LED，只需用运用单片机将AD3拉低，D2拉高就可以点亮。于此，点亮不同的LED灯就构成了一副画面。2.2.2点阵动态显示画面分析点阵动态显示画面原理实际上和静态显示画面一样，只不过动态显示是在静态画面显示基础上将一幅完整的画面分割成不同部分，然后利用一定频率扫描的方式将其显示到LED屏上，最后利用人眼的视觉效应扫描后，便成了一副动态的画面。如以下9副图片所示，由第（1）幅图片到第（9）幅图片可以看出，将一副完整的图片分成了8幅图片，每一副图片都是完整的画面，只不过每一副图片显示的位置都变了。因此，如果想显示一副动态的画面，就必须将每一副图片进行编码。例如第二幅画面的编码是：（1行）11111111，（2行）10010011，（3行）01101101，（4行）01111101，（5行）10111011，（6行）11101111，（7行）11111111，列线全部拉高。这样，当列线全为高时，当行线拉高时就熄灭LED，当行线拉低时就点亮LED，此时就显示了一副完整的画面，照这样对每一副图片进行编码，由单片机来以一定的频率切换每一副图片的编码，这样就可以显示不同的画面了，当单片机以很快的频率切换每一副画面的编码时，由于人眼的视觉暂留效应，这样就看不到每一副画面的切换，也就实现了动态显示画面的效果了。 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9）2.3单片机最小系统本设计使用单片机为STC89C52单片机，STC89C52是一种内部自带8K字节闪存可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ），低电压，高性能COMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL公司高精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。2.3.1时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图2.3.1(a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图2.3.2（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。2.3.1（a） 2.3.2（b）2.3.2复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表一所示。表一 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图2.3.2（a）所示：图2.3.2（a）整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图2.3.2（b）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种，其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图2.3.2（c）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图2.3.2（d）图2.3.2(b) 图2.3.2（c） 图2.3.2（d）上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能够保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。3. 总体设计3.1总体电路原理图绘制根据设计要求，使用经典的Protel 99 SE软件对其原理图绘制，下面大致介绍绘制过程：（a）运行Protel 99 SE软件，新建原理图设计空间并保存工作路径，如下图3.1（a）。图3.1（a）（b）对Protel 99 SE软件库里没有提供的元器件要自己制作，如下图3.1（b）。图3.1（b）（c）按要求摆好元器件后按设计要求连接元器件引脚，检查电气规则，是否有漏连现象，排除错误，生成网络表文件和元器件清单报表。最终绘制成功的原理图见附录（A）。3.2软件开发与调试3.2.1使用Keil软件编写系统程序。下面大致介绍一下主要过程；（a）运行Keil软件，建立工程并保存工程和项目到指定文件夹，如下图3.2.1（a）；图3.2.1（a）（b）如下图3.2.1（b），使用C语言参照各芯片工作时序对整个程序进行编写、编译检查错误、排错，最终编写好的程序见附录（B）； 图3.2.1（b）3.2.2系统调试利用单片机开发板进行实物调试，将写好的程序用STCISPV486单片机烧写软件进行烧写，如图3.2.2(a)。总体静态调试运行效果结果如图3.2.2（b）； 图3.2.2（a）图3.2.2（b）调试过程分析：在调试时要做到几点：第一，检查电源电压和电流是否正常，芯片有无发热。第二，每一个单元电路是否工作正常，性能是否达到要求，稳定性如何。第三，整体调节时，系统对温度、噪音、震动等外界条件的干扰都是否满足要求。第四，做好不良记录以便方便调试。第五，遇到问题查找原因，解决问题，经过反复测试、调试，逐步推进，最终要满足课题要求。4.收获与体会随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过一个月的努力我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面了。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业 设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还有很多，以前总是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法有助于更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此要感谢我的指导老师孙老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与指导师交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。5.结论本系统采用广泛使用的AT89C52为核心，使用LED组成的88点阵作为显示器件，深入讨论了单片机工作原理以及LED静态以及动态显示的原理。在本课题中，详细介绍了单片机外围器件及其接口技术，并且对实物调试运行，完全满足了本课题的设计要求；在系统软件设计过程中运用了Keil和Protel99SE等设计软件，从中掌握了大量的设计、编译过程以及电路图绘制过程。在系统硬件设计过程中掌握了大量硬件焊接以及调试运行的方法。附录（A）总体电路图：附录（B）总体源程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key=P20;uchar code table1=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;/行P0Uchar code table2=0xc9,0xb6,0xbe,0xbe,0xbe,0xdd,0xeb,0xf7;/列 P1uchar num,temp,aa,bb,cc;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void init()TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=0;set_key();if(cc=0)TR0=1;while(bb=0)for(num=0;num8;num+)P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);delay(2);while(bb=1)for(num=0;num8;num+)P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);delay(2);while(bb=2)delay(2);while(bb=5)for(num=0;num8;num+)P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);delay(2);while(bb=6)for(num=0;num8;num+)P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);delay(2);while(bb=7)for(num=0;num8;num+)bb=0;aa=0;cc=0;void set_key()if(key=0)delay(8);if(key=0)while(key);cc+;if(cc=2)cc=0; void main()init();while(1)for(num=0;num8;num+)P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);delay(2);while(bb=3)for(num=0;num8;num+)P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);delay(2);while(bb=4)for(num=0;num8;num+)P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);P0=table1num;temp=table2num;P1=_cror_(temp,bb);delay(2); if(cc=1)TR0=0;void timer0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;aa+;if(aa=10)aa=0;bb+;if(bb=8)bb=0;参考文献【1】 周察金、向华计算机应用基础北京：中国铁道出版社，2007.【2】 潘永雄、沙河.电子线路CAD实用教程西安：西安电子科技大学出版社，2007【3】 张旭涛、曾现峰单片机原理与应用北京：北京理工大学出版社，2009【4】 张晔、王玉明单片机应用技术北京：高等教育出版社，2006【5】 胡汉才单片机原理及其接口技术北京：清华大学出版社，2010【6】 苏士美模拟电子技术北京：人民邮电出版社，2005【7】 徐新艳数字