陳崇基于單片機的LED廣告牌設(shè)計

1、永城職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文題目： 基于單片機的LED廣告牌設(shè)計專 業(yè)： 機械制造與自動化班 級： 機自班學 號： 學生姓名： 陳崇指導教師： XXX 2013年10月08日目 錄緒論11.1 引言11.2 單片機的發(fā)展現(xiàn)狀2第二章 基于單片機的LED廣告牌原理32.1 設(shè)計任務及要求32.2工作原理32.2.1陣屏原理32.3.2 MCS-51的引腳及相關(guān)功能5第三章 方案選擇73.1方案原理圖：73.2方案分析：7第四章 設(shè)計與仿真84.1軟硬件設(shè)計84.1.1硬件設(shè)計84.1.2軟件設(shè)計94.2繪制電路圖及印刷板圖144.3計算機仿真14第五章 結(jié)論16致謝17參考文獻18基于單片機的L

2、ED廣告牌設(shè)計摘要單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)，把具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器、隨機存取數(shù)據(jù)存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路、可能還包括定時計數(shù)器、串口通信口、顯示驅(qū)動電路，脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊芯片上，構(gòu)成一個最小而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務。對可控閃光燈設(shè)計通過編寫代碼實現(xiàn)8個LED燈4種閃光燈顯示方式。在設(shè)計中主要采用80C51這款芯片作為控制主體，用發(fā)光二極管來作為顯示燈。系統(tǒng)通過P2口外接8個發(fā)光二極管，P3口接2個發(fā)光二極管。設(shè)計中輔以簡單的設(shè)備和必要的電路，設(shè)計了一款閃

3、光燈，最終達到預期的目的。本設(shè)計使用ARM開發(fā)板作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動8*8的點陣LED顯示屏。利用ARM本身強大的功能和大容量的內(nèi)部存儲，可以很方便的實現(xiàn)ARM與PC機和等外圍存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，并能利用軟件方便的進行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點陣顯示屏廣泛的應用于醫(yī)院、機場、銀行等公共場所，所以本設(shè)計具有很強的現(xiàn)實應用性。關(guān)鍵詞： 單片機80C51， 發(fā)光二極管，閃光燈緒論1.1 引言單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外

4、圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多

5、，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可。用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能。1.2 單片機的發(fā)展現(xiàn)狀單片機誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。1971年intel公司研制出世界上第一個4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標志著第一代微處理器問

6、世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國經(jīng)濟學家雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學家”之一 。1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器 ）其中4004（下圖）包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm4mm，計算性能遠遠超過當年的ENIAC，最初售價為200美元。1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。1973年intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等

7、人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair 8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機，這也是單片機的問世。Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設(shè)備

8、。當時，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。20世紀80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機。MCS-51系列單片機無論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴展方面都有了很大的提高。第二章 基于單片機的LED廣告牌原理2.1 設(shè)計任務及要求 1、掌握LED顯示屏控制系統(tǒng)的顯示原理，學習LED點陣顯示數(shù)字和字符的編程方法。 2、結(jié)合微機原理、單片機技術(shù)知識，查閱有關(guān)資料，設(shè)計一個以單片機為核心的LED點陣顯示器系統(tǒng)，采用點陣LED作為顯示器顯示漢字。2.2工作原理2.2.1陣屏原理圖2-1陣屏原理說明圖圖2-2最

9、小系統(tǒng)圖 8*8點陣為單色共陽模塊，單點的正向工作電壓為（Vf）=1.8V,正向電流是（If）=810mA。靜態(tài)點亮器件時（64點全部亮）的總電流是640mA，總電壓是1.8V，總功率為1152mW。動態(tài)時取決與掃描頻率（1/8s或1/16s），單點瞬間電流可達80160mA。點陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形如上，8X8點陣共由64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一行置1電平，某一列置0電平，則相應的二極管就亮；如要將第一個點點亮，則9腳接高電平13腳接低電平，則第一個點就亮了；如果要將第一行點亮，則第9腳要接高電平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）這

10、些引腳接低電平，那么第一行就會點亮；如要將第一列點亮，則第13腳接低電平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高電平，那么第一列就會點亮 。80S51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。由24塊8*8點陣led構(gòu)成一塊大屏幕，單片機控制進行循環(huán)掃描，用多塊移位寄存器控制輸出內(nèi)容，并由單片機串行輸出顯示內(nèi)容的行編碼，顯示屏會滾動顯示數(shù)字、字母。漢字等內(nèi)容。 表1 8*8 LED點陣管腳分布1控制第五行顯示接高9控制第一行顯示接高2控制第七行顯示接高10控制第四列顯示接低3控制第二列顯示接低1

11、1控制第六列顯示接低4控制第三列顯示接低12控制第四行顯示接高5控制第八行顯示接高13控制第一列顯示接低6控制第五列顯示接低14控制第二行顯示接高7控制第六行顯示接高15控制第七列顯示接低8控制第三行顯示接高16控制第八列顯示接低2.3.2 MCS-51的引腳及相關(guān)功能40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。如右圖 ） 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端；注：用萬用表測試單片機引腳電流一般為0v或者5v，這是標準的TTL電平，但有時候在單片機程序正在工作時候測試結(jié)果并不是這個值而是介于0v-5v之間，其實這之是萬用表反映沒這么快而已，在某

12、一個瞬間單片機引腳電流還是保持在0v或者5v的。） 時鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩 圖2-3引腳電路反相輸入端和輸出端。 ） 控制線：控制線共有4根， ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN：外ROM讀選通信號。 RST/VPD：復位/備用電源。 RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：

13、片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。) I/O線80S51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。5）5. P3口第二功能 P30 RXD 串行輸入口 P31 TXD 串行輸出口 P32 INT0 外部中斷0（低電平有效） P33 INT1 外部中斷1（低電平有效） P34 T0 定時計數(shù)器0 P35 T1 定時計數(shù)器1 P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通（低電平有效） P37 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通（低電平有效）8X8點陣共由64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管

14、是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一行置1電平，某一列置0電平，則相應的二極管就亮；如要將第一個點點亮，則9腳接高電平13腳接低電平，則第一個點就亮了；如果要將第一行點亮，則第9腳要接高電平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）這些引腳接低電平，那么第一行就會點亮；如要將第一列點亮，則第13腳接低電平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高電平，那么第一列就會點亮 。第三章 方案選擇3.1方案原理圖： 圖3-1方案原理圖3.2方案分析：LED一般采用掃描式顯示，實際運用分為三種方式： 點掃描 、行掃描、 列掃描采用列掃描、行施加數(shù)據(jù)信號的基本驅(qū)動方法。任意時間只有一列施加

15、高電平信號，其余各列均為低壓信號。行施加對應該列的數(shù)據(jù)信號，低電平有效。以8x8 LED點陣列顯示器為例說明字符顯示原理，8列順序掃描結(jié)束后，將完成一幀字符的顯示。一幀掃描結(jié)束后，列掃描從第一行重新開始，周而復始。若行數(shù)據(jù)保持不變，則顯示靜態(tài)字符。反之，行數(shù)據(jù)發(fā)生變化，則顯示內(nèi)容將發(fā)生變化，如果保持前后幀內(nèi)容的連貫性，就可以顯示動態(tài)字符。由24塊8*8點陣led構(gòu)成一塊大屏幕，單片機控制進行循環(huán)掃描，用多塊移位寄存器控制輸出內(nèi)容，并由單片機串行輸出顯示內(nèi)容的行編碼，顯示屏會滾動顯示數(shù)字、字母。漢字等內(nèi)容。第四章 設(shè)計與仿真4.1軟硬件設(shè)計4.1.1硬件設(shè)計方案一中系統(tǒng)電路圖可知系統(tǒng)整體由兩大部

16、分構(gòu)成： 以單片機AT89S51為核心的模塊；由1塊8*8的LED點陣顯示屏組成的顯示模塊； 圖4-1顯示模塊說明圖以下是各單元電路的具體設(shè)計： （1）、主控制單片機 本次設(shè)計使用的是MCS-51的最小系統(tǒng)電路，包括：電源、時鐘脈沖、復位電路和程序存儲器設(shè)定電路，只是接受少量的數(shù)字和字符，不用外接存儲擴展。時鐘脈沖：MCS-51單片機的最高時鐘脈沖頻率已經(jīng)達到了24MHz，它內(nèi)部已經(jīng)具備了振蕩電路，只要在MCS-51的兩個引腳（即19、18腳）連接到簡單的石英振蕩晶體的2個管腳即可，同時晶體的2個管腳也要用30pF的電容耦合到地。復位電路：MCS-51的復位引腳（RESET）是第9腳，當此引腳

17、連接高電平超過2個機器周期，即可產(chǎn)生復位的動作。以12MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為0.5S，兩個機器周期為1S，因此，在第9腳上連接一個2S的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復位動作。最簡單的就是只有一個電阻跟一個電容就可可靠復位的電路，電阻一般選擇10K，電容一般選擇10F。程序存儲器設(shè)定電路：31腳接VCC，默認采用內(nèi)部程序存儲器。（2）、LED顯示模塊 本次設(shè)計中8*8的LED電子顯示屏的制作。相對而言是比較簡單的。4.1.2軟件設(shè)計(1) 顯示代碼的設(shè)計 假設(shè)顯示漢字“江”如圖所示： 圖4-2顯示“江”字只要把這些代碼按掃描順序分別送到相應的列線上面，即可實現(xiàn)“漢”的數(shù)字顯示。其他列代碼用

18、類似方法設(shè)計。送顯示代碼過程如下所示 送第一列線代碼到P3端口，同時置第一行線為“0”，其它行線為“1”，延時2ms左右，送第二列線代碼到P3端口，同時置第二行線為“0”，其它行線為“1”，延時2ms左右，如此下去，直到送完最后一列代碼，又從頭開始送。由于掃描速度很快，眼睛看到的是完整的字。則類似可得其他漢字及字符的編碼。（2）程序設(shè)計1.流程圖如圖所示：程序采用循環(huán)掃描顯示，中斷刷新顯示內(nèi)容的方法，字符轉(zhuǎn)換周期為1秒，行掃描和字符控制用查表程序完成。 圖4-3 程序流程圖(2)程序設(shè)計 ORG 0000HLOOP: MOVA,#0ffH MOVP2,A MOVR2,#200D100MS: M

19、OVR3,#250 DJNZR3,$ DJNZR2,D100MS MOV20h,#00hL100: MOVR1,#100L8: MOVR6,#8 MOVR4,#7FH MOVR0,20HL3: MOVA,R4 MOVP1,A CPL A RRA CPL A MOVR4,A MOVA,R0 MOVDPTR,#TABLE MOVCA,A+DPTR MOVP2,A INCR0 MOVR3,#02DELAY2: MOVR5,#248 DJNZR5,$ DJNZR3,DELAY2 MOVA,#00H MOVP2,A DJNZR6,L3 DJNZR1,L8 MOV20H,R0 CJNER0,#48,L10

20、0 JMPLOOPTABLE: DB0D7H,85H,0BBH,0BBH,83H,0BBH,0BBH,0FFH DB0D3H,0E1H,0C3H,0B5H,0D3H,03H,0ADH,0FFH DB0FFH,0D7H,0D5H,15H,0EBH,0D5H,0F7H,0FFH DB0FFH,81H,4DH,0A9H,0C5H,8BH,7BH,0FFHEND(3)程序調(diào)試調(diào)試程序采用Keil uVision3，首先啟動keil軟件的集成開發(fā)環(huán)境，點擊“ProjectNew Project”建立新的工程，選擇MCS-51作為目標芯片。建立新的源文件，將程序輸入并將源文件添加到工程中。 圖4-4 程序

21、調(diào)試圖編譯程序并改正程序中的錯誤，當程序沒錯誤后點擊“Debug Start/Stop Debug ”進入程序動態(tài)調(diào)試狀態(tài)，驗證程序能不能正確的執(zhí)行，不能則從新修改源程序，如果能則調(diào)試工作結(jié)束。 圖4-5 程序調(diào)試圖4.2繪制電路圖及印刷板圖用protell99SE畫出電路原理圖如下： 圖4-6電路原理圖4.3計算機仿真電路圖 圖4-7 電路仿真圖(1) 打開Keil uVision3，新建Keil項目，選擇MCS-51單片機作為CPU，新建C語言源文件，編寫程序，并將其導入到“Source Group”中。在“Option for Target”對話窗口中，選中“Output”選項卡中的“C

22、reate HEX”選項和“Debug”選項卡中的“Use：Proteus VSM Simulator”選項。編譯源程序，改正程序中的錯誤。(2) 在Proteus ISIS中，選中AT89S51并單擊鼠標左鍵，打開“Edit Compoment”對話窗口，設(shè)置單片機晶振頻率為12MHZ，在此窗口中的“Program File”欄中，選擇先前用Keil生成的.HEX文件。在Proteus ISIS的菜單欄中選擇“File”-“Save Design”選項，保存設(shè)計。在Proteus ISIS的菜單欄中，打開“Debug”下拉菜單，在菜單中選中“Use Remote Debug Monitor”

23、選項，以支持與Keil的聯(lián)合調(diào)試。(3) 在Keil的菜單欄中選擇“Debug”-“Star/Stop Debug Session”選項，或者直接單擊工具欄的“DebugStar/Stop Debug Session”圖標，進入程序調(diào)試環(huán)境。按“F5”鍵，順序運行程序。調(diào)出“Proteus ISIS”界面，可以看到如下圖的顯示內(nèi)容。仿真結(jié)果顯示漢字 圖4-8 顯示結(jié)果第五章 結(jié)論單片機是當前流行的控制技術(shù)，使用簡單、功能強大、成本也很低，對于我們以后的工作有很大用處，這次我們用單片機來完成不僅提高了我們對單片機的興趣，而且使我們所學知識在實際中得到應用，提高了我們的應用能力。本設(shè)計是一個 8x

24、8 的點陣 LED 數(shù)碼顯示器， 能夠在目測條件下顯示亮度均勻、充足的文字?？偨Y(jié)本文的研究工作，主要做了下面幾點工作： 一、通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細了解了 LED 的發(fā)光原理和 LED 顯示屏 的原理，了解了 LED 的現(xiàn)狀，清楚地了解了 LED 顯示屏與其它顯示屏相比較有那些優(yōu)點，明確了研究目標。并且通過對單片機資料的查閱和應用，更進一步增加了對單片機知識的理解和運用能力。并證實了自己的思路：“查資料思考總結(jié)運用找出差錯，再查資料和向別人詢問再次運用”的正確性。二，通過這次課程設(shè)計，重新復習并進一步增強了動手的能力，學以致用，只有把學到的東西運用到實際生活中才是根本目的。作出的結(jié)果可能不能讓老師十分滿意，但我們已經(jīng)為我們的成果歡呼雀躍了。在實際中的應用還會更難，這都需要我們不斷的學習新的技術(shù)，不斷提高自己的應用能力。致謝歷時將近一個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導老師黃品老師，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了