基于單片機控制文字的顯示論文

1、*學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）課題名稱 基于單片機控制文字的顯示 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 班 級 131311 學生姓名 * 指導老師 * 指導老師技術(shù)職稱 高級講師 2016年3月*學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學生姓名：* 班級：1313111.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于單片機控制文字的顯示 2.畢業(yè)設(shè)計（論文）使用的原始資料數(shù)據(jù)及設(shè)計技術(shù)要求：各種資料來源于書本和互聯(lián)網(wǎng)上查找的資料，設(shè)計的要求是利用單片機的控制系統(tǒng)，使文字在LED上清晰的顯示出來。3.畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容及完成時間： 以MCS-51系列的單片機為核心器件，組成一個點陣式漢字顯示屏。而顯示屏由一塊16*16LED點陣顯示器

2、組成，可以依次顯示四個漢字“歡迎光臨”。而且可以通過編程能夠隨時對漢字進行修改、調(diào)整。 日期：自_2016_年_1_月_10_日至_2016_年_3_月_15_日指導老師評語：_ 目 錄1 引言1 1.1目的及意義12 總體設(shè)計的原理與實現(xiàn)2 2.1 方案論證2 2.1.1 漢字顯示分析與論證2 2.1.2時間顯示分析與論證3 2.2 電路原理的總體設(shè)計3 2.2.1漢字顯示的工作原理3 2.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖43 硬件部分的設(shè)計5 3.1 硬件組成部分5 3.2 相關(guān)芯片介紹6 3.2.1 AT89C51 的功能及說明6 3.3 硬件各部分設(shè)計7 3.3.1單片機系統(tǒng)及外圍電路7 3.3.2行

3、驅(qū)動電路7 3.3.3列驅(qū)動電路8 3.3.4 LED點陣顯示電路104 軟件部分的設(shè)計13 4.1 軟件總體設(shè)計13 4.2 軟件各模塊設(shè)計14 4.2.1 中斷控制程序14 4.2.2串行中斷程程序14 4.2.3程序清單175 系統(tǒng)調(diào)試21 5.1 常見硬件故障調(diào)試21結(jié)論20 致謝21 參考文獻20 1 引言單片機自20世紀70年代問世，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。問世以來以極其高的性能價格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機的特點是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。本設(shè)計基于單片機AT89C

4、51講述了16*16 LED漢字點陣顯示的基本原理、硬件組成與程序設(shè)計等基本環(huán)節(jié)的相關(guān)技術(shù)。1.1目的及意義 隨著信息社會的到來，單片機廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、聲學領(lǐng)域和微機技術(shù)等廣闊的領(lǐng)域。而利用單片機對語音芯片進行控制可以達到語音報站的效果。因此，了解并掌握單片機智能控制技術(shù)工作原理及特性是非常重要的。在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用LED點陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已成為一個快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場空間巨大，前景廣闊。 LED電子顯示屏是隨著計算機及相關(guān)的微電子光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光

5、二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，它具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)點。由于采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，屏體大小可按用戶要求靈活拼制；它的超高亮度，使它在戶內(nèi)外顯示中具有不可替代的作用。2 總體設(shè)計的原理與實現(xiàn)2.1 方案論證根據(jù)此設(shè)計要求，我們認為此設(shè)計屬于多輸出量的復雜程序控制問題，結(jié)合實際情況，我們擬定了以下兩種方案并進行了綜合的比較論證。方案一：采用組合數(shù)字電路實現(xiàn)核心控制的方案 采用組合電路實現(xiàn)控制和處理功能，具有速度快，資源豐富的優(yōu)點，但在實現(xiàn)多路控制和附加功能上受到種種限制，且功能越多電路越復雜，給電路的設(shè)計制作帶來諸多不便，另外設(shè)計制作費

6、用高，功能固定，不能擴展，因此該方案不被采用。方案二：采用單片機為核心控制的方案采用單片機作為控制和處理的核心，由于單片機功能的高度集成，能達到多任務(wù)的處理，使得電路的復雜程度大大降低，尤其在實現(xiàn)漢字顯示的自動控制和時間顯示、調(diào)整上顯現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。同時能使設(shè)計費用降低許多，綜合考慮以上實際情況，采用本方案。2.1.1 漢字顯示分析與論證考慮到元器件的易購性和價格低廉，采用由256個發(fā)光二極管組成的16*16漢字點陣陣列作為顯示系統(tǒng)。在顯示驅(qū)動電路中我們擬訂了兩種設(shè)計方案：方案一：采用靜態(tài)顯示的方案 使其列選信號始終為低電平，保證列選始終選中，此方案能使各個漢字呈現(xiàn)出穩(wěn)定的顯示，但系統(tǒng)占用資源

7、多，使AT89C51的CPU的使用率降低，不能發(fā)揮主處理器應(yīng)有的功能，因此不采用此方案。方案二：采用動態(tài)顯示的方案 動態(tài)顯示，即使列選線按已編寫好的方案有序出現(xiàn)低電平，點亮該列上的二極管，由于人眼的視覺暫留，在20ms時間內(nèi)，人的眼睛會認為仍呈現(xiàn)出穩(wěn)定顯示，因此結(jié)合實際，采用譯碼器為列選線循環(huán)出現(xiàn)低電平提供有效的保證，故此漢字顯示模塊采用本方案。2.1.2時間顯示分析與論證 對時間的顯示采用數(shù)碼管顯示，同樣也有兩種設(shè)計方案方案一：采用靜態(tài)顯示的方案 使其位選信號始終為低電平，保證位選始終選中，從而使各個數(shù)碼管始終點亮，其特點等同于漢字靜態(tài)顯示的特點，因此，不采用此方案。方案二：采用動態(tài)顯示的方

8、案采用移位循環(huán)使位選線循環(huán)出現(xiàn)低電平，從而使各個數(shù)碼管依次點亮，此方案能提高CPU的效率，其特點等同于漢字動態(tài)顯示，顯現(xiàn)出動態(tài)顯示的諸多優(yōu)點，所以此模塊采用本方案。 2.2 電路原理的總體設(shè)計2.2.1漢字顯示的工作原理AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行1 000次寫擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年。他是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的

9、方案。時鐘電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端(XTALl及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、電容C2，C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復位電路采用簡易的上電復位電路，主要由電阻R1，R2，電容C1，開關(guān)K1組成，分別接至AT89C51的RST復位輸入端。 圖2-1電路原理圖2.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-2可以看出系統(tǒng)有以下幾部分：電源電路、復位電路、晶振電路、單片機、按鍵電路、行驅(qū)動、列驅(qū)動電路以及點陣屏構(gòu)成。圖2-2 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖3 硬件部分的設(shè)計3.1 硬件組成部分硬件電路大致上可分為單片機系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路3部分。單片機采用89C51及其兼容系列，列驅(qū)動電路

10、由74HC595構(gòu)成，P1口低四位輸出的行號經(jīng)4線-16線譯碼器74LS154譯碼后生成16行選通信號線，再經(jīng)過行驅(qū)動器驅(qū)動相應(yīng)的行線。3.2 相關(guān)芯片介紹3.2.1 AT89C51的功能及說明(1). AT89C51的主要性能有：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ；壽命長：1000寫/擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留時間長：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級程序存儲器鎖存；128*8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器1；5個中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路(2)管腳說明：圖3-1 AT89C51的引腳VCC：供電電壓。GN

11、D：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口  P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復位輸入。當振蕩器復位器

12、件時，保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許輸出電平用于鎖存地址低位字節(jié)PSEN：外部程序存儲器的選通信號。EA/VPP：當EA端保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器，始終選用外部程序存儲器。當EA端保持高電平時，首先選中內(nèi)部程序存儲器，當存儲容量超過內(nèi)部程序存儲空間時，如果有外擴程序存儲器則自動調(diào)至外部存儲空間。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。    XTAL1：反向振蕩放

13、大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.3 硬件各部分設(shè)計3.3.1單片機系統(tǒng)及外圍電路本系統(tǒng)由AT89C51構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)同時配有110592 MHz晶振和按鍵復位電路等。系統(tǒng)外擴的一片F(xiàn)lash存儲器,可用來存儲由PC機串口送來的點陣信息另外，采用MAX232可完成RS232與TTL電平的轉(zhuǎn)換，以便使PC機與單片機交換信息。3.3.2行驅(qū)動電路行驅(qū)動電路如圖3-2所示，P1口低四位輸出的行號經(jīng)4線-16線譯碼器74LS154譯碼后生成16行選通信號線，再經(jīng)過行驅(qū)動器驅(qū)動相應(yīng)的行線。1條行線上要帶動16列的LED進行顯示，按每一LED器件20mA電流

14、計算，16個LED同時發(fā)光時，需要320mA電流，選用三極管8550作為驅(qū)動管可以滿足要求。圖3-2行驅(qū)動電路原理圖3.3.3列驅(qū)動電路圖3-3列驅(qū)動電路原理圖列輸入驅(qū)動由八個8位串行輸入，串行或并行輸出三態(tài)移位寄存器74HC595實現(xiàn)。該芯片具有串行輸入、并行輸出兩個獨立的時鐘信號。輸入數(shù)據(jù)在串行移位時鐘SRCLK上升沿由串行輸入端SER輸入到芯片內(nèi)部串行移位寄存器中，同時,SQH端串行輸出；在鎖存時鐘信號RCLK上升沿到來時，芯片將內(nèi)部串行移位寄存器8位數(shù)據(jù)并行輸出。正常工作時，應(yīng)將復位端SRCLR與使能端RCLK分別接高電平、低電平。單片機輸出信號直接與串入并出移位寄存器74HC595的

15、鎖存器輸出端連接。系統(tǒng)總電路圖如下所示: 圖3-4 系統(tǒng)總電路圖它的輸入側(cè)有8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿將發(fā)生移位，并將SI的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出寄存器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號，器上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。SCLR信號是移位寄存器的清0輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全為O。由于SCK和RCK兩個信號是相互獨立的，所以能夠做

16、到輸入串行移位與輸出鎖存器互不干擾。芯片的輸出端為QA-QH，最高位QH可作為多片74HC595級聯(lián)應(yīng)用時，向上一級的級聯(lián)輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH，作為與移位寄存器完全同步的級聯(lián)輸出。3.3.4 LED點陣顯示電路 顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了

17、，以致影響到LED的亮度?；诖袀鬏斨辛袛?shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的方的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要有鎖存功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串行移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。4 軟件部分的設(shè)計4.1 軟件總體設(shè)計程序中需要使用兩個計時器，一個用于掃描定時，定時時間到時輸出1幀顯示數(shù)據(jù)，另一個用于循環(huán)顯示7個漢字，定時時間到時調(diào)整字模數(shù)據(jù)起點，從而改變顯示字符。第二個計時器可以在第一個定時中斷中設(shè)置一個計數(shù)器，

18、達到預定值后調(diào)整字模數(shù)據(jù)起點。 圖4-1主程序流程圖 圖4-2顯示驅(qū)動程序流程圖 4.2 軟件各模塊設(shè)計4.2.1 中斷控制程序任務(wù)：啟動下一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送（發(fā)送本幀字模數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)） 為每個字符顯示時間（ZFJS）計數(shù)，當達到預定值時將顯示字符編號4.2.2串行中斷程序任務(wù)：發(fā)送的字節(jié)數(shù)（JXJS）為02時，繼續(xù)發(fā)送字模數(shù)據(jù)，每次發(fā)送后發(fā)送字節(jié)數(shù)（JZJS）加1。發(fā)送的字節(jié)數(shù)（JZJS）為3時，4字節(jié)的字模數(shù)據(jù)已發(fā)送完，發(fā)送掃描碼（SMM），發(fā)送字節(jié)數(shù)再加1。發(fā)送的字節(jié)數(shù)（JZJS）為4時，本幀數(shù)據(jù)全部發(fā)送完成，由P3.2產(chǎn)生一個RCLK脈沖，使移位寄存器鎖存數(shù)據(jù)，同時檢查一個字符的全部8

19、行數(shù)據(jù)是否都發(fā)送完成，若是則調(diào)整字模數(shù)據(jù)指針（DPTR）指向本字符字模數(shù)據(jù)的起點。 注意：串行中斷首先是在定時中斷中向串行口發(fā)送了第一字節(jié)，串行口發(fā)送完 成后產(chǎn)生的。串行中斷程序繼續(xù)向串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，每當串行口發(fā)送完成后繼續(xù)產(chǎn)生中斷。當字節(jié)計數(shù)器達到4后，本幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，不再向串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，因此也就不會再有串行中斷產(chǎn)生，直到定時計數(shù)器中斷發(fā)起下一幀數(shù)據(jù)的傳送。4.2.3程序清單由于顯示工作都安排在中斷中完成，主程序的工作只是對定時計數(shù)器控制寄存器，串行口控制寄存器進行設(shè)置，同時開放定時計數(shù)器0和串行中斷，啟動定時計數(shù)器5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 常見硬件故障調(diào)試5.1.1邏輯錯誤:由于設(shè)計錯誤和焊接所造成的，包括錯線，開路，短路，相位錯等幾種，其中短路是最常見的故障。5.1.2可靠性差:如金屬化孔，接插件接觸不良造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；器件負載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定。5.1.3電源故障:電壓值不符合設(shè)計要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，電源功率不足，負載能力差等故障。5.1.4脫機調(diào)試:在樣機加電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查擴展系統(tǒng)是