多功能點陣顯示屏

1、 . . . 目錄目錄1功能簡介3一、系統(tǒng)總體方案選擇與說明41.1 設計構(gòu)想41.2 基本方案5二、方案分析與論證52.1單片機選擇52.2 譯碼器選用的分析與論證6三、系統(tǒng)硬件設計73.1 點陣顯示73.1.1 LED點陣顯示部分思路73.1.2點陣顯示電路方框圖與說明73.2 數(shù)碼管顯示部分83.2.1 LED數(shù)碼管顯示部分83.2. LED數(shù)碼管顯示原理圖83.3 系統(tǒng)各部分電路設計83.1 SPCE061A 單片機概述83.2 SPCE061A 單片機CPU電路103.3單片機電源電路113.4譯碼電路部分113.3.5點陣顯示電路設計133.6點陣顯示驅(qū)動電路設計143.3.7 8

2、*8點陣模塊143.3.8 數(shù)碼管顯示電路設計153.9數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路設計153.10電源設計163.11 鍵盤電路設計173.12端口分配183.3.13 UART聯(lián)機通訊電路原理193.3.14 語音錄入電路203.3.15 語音播報電路21四、系統(tǒng)軟件設計214.1點陣程序主體流程圖214.2 顯示流程圖234.3 點陣中斷程序流程圖234.4 點陣鍵值流程圖244.5時間顯示主程序流程圖254.6 時鐘處理流程圖264.7 IRQ5中斷程序流程圖274.8 IRQ6中斷流程圖274.9 IRQ4中斷流程圖28五、系統(tǒng)組裝、調(diào)試與測試285.1 調(diào)試所用的基本儀器285.2 各部分電

3、路組裝與測試285.2.1 點陣電路測試285.2.2萬年歷測試結(jié)果29六、總結(jié)29多功能LED點陣電子顯示屏功能簡介：本次設計的多功能LED點陣電子顯示屏，采用SPCE061A作為字符顯示的控制核心。根據(jù)實際需求，需要信息顯示、時間顯示、圖形顯示和預存信息顯示等?；赟PCE061A具有豐富的資源：RAM，ROM空間大，以此實現(xiàn)這項功能比較容易。本顯示屏使用16塊8*8LED點陣顯示屏實現(xiàn)16行64列的點陣顯示。另外用12位LED數(shù)碼管顯示時間（年、月、日、時、分、秒）并能進行語音播報。本顯示屏可應用于醫(yī)院、機場、銀行、公園等公共場所，起到宣傳載體的作用，代替了貼海報等宣傳方式，達到了環(huán)保的

4、目的所以本設計具有很強的現(xiàn)實應用性。一、系統(tǒng)總體方案選擇與說明1.1 設計構(gòu)想 采用凌陽61單片機結(jié)合三極管驅(qū)動電路和譯碼器電路進行行列掃描，利用人眼的暫留效應進行動態(tài)顯示。圖1 原理圖和時鐘框圖創(chuàng)新點：實現(xiàn)實時顯示時間并可以語音播報時間。原理示意圖如圖1所示：1.2 基本方案1.2.1 采用凌陽公司的SPCE061A單片機為核心，實現(xiàn)中心控制，并采用16*64點陣輸出顯示。1.2.2采用凌陽公司的SPCE061A單片機為核心，實現(xiàn)中心控制，并采用LED數(shù)碼管輸出顯示年、月、日、時、分、秒。二、方案分析與論證2.1單片機選擇方案一：采用傳統(tǒng)的8位89C51單片機作為點陣電子顯示屏的控制中心。5

5、1 單片機具有價格低廉,使用簡單等特點，但其運算速度低，功能單一，語音功能不夠完善，RAM、ROM空間小等缺點。本題目在確定需要預存信息時，需要進行大量數(shù)據(jù)的存儲，若采用89C51需要做RAM，ROM來擴展其存空間，其硬件工作量必然大大增多。方案二:采用16位單片機SPCE061A作為點陣電子顯示屏的控制中心。SPCE061A具有豐富的資源：RAM，ROM空間大、指令周期短、運算速度快、低功耗、低電壓、可編程音頻處理，易于編寫和調(diào)試等優(yōu)點。其運算速度快，精度高，在控制點陣電子顯示屏時速度比一般51單片機快，并具有強大的語音功能，使外圍電路大大簡化，給設計者帶來了方便?；谏鲜龇治?，擬選擇方案二

6、。2.2 譯碼器選用的分析與論證方案1：采取3-8譯碼器級聯(lián)3-8譯碼器3個輸入端，8個輸出端；而我們需要實現(xiàn)的是6-64譯碼，需要6個輸入端，64個輸出端，這樣需要使用16塊3-8譯碼器實現(xiàn)。如果選用3-8譯碼器級聯(lián)，對焊接有很大的要求，實現(xiàn)難度大。方案2：采用4-16譯碼器級聯(lián)4-16譯碼器有4個輸入，16個輸出；當我們實現(xiàn)6-64譯碼時，只需要使用4塊4-16譯碼器即可實現(xiàn)，電路連接較為簡單，實用性強。綜上，我們在本電路設計中采取第二種方案，即采用4-16譯碼器級聯(lián)。2.3 電源的選擇與論證方案：采用普通的干電池，電壓穩(wěn)定，方便攜帶，但工作時間短不利于大屏幕顯示，并且造成環(huán)境污染，不利于

7、環(huán)保。方案：采用自制直流穩(wěn)壓電源，電壓穩(wěn)定能持續(xù)工作，并能用于大屏幕顯示，不會造成環(huán)境污染，節(jié)省成本。綜上所述，采用方案，即自制直流穩(wěn)壓電源。三、系統(tǒng)硬件設計3.1 點陣顯示3.1.1 LED點陣顯示部分思路圖2 原理框圖總體設計思路：以SPCE061A單片機作為控制中心，當用戶在鍵盤端設置顯示容時，單片機將把信息和預存信息存儲在其存相應的單元中，并通過點陣顯示屏，根據(jù)用戶在鍵盤端設定的顯示方式顯示出來。用戶還可以在pc機上通過pc客戶端程序即時設定顯示容，并通過點陣顯示屏顯示出來。3.1.2點陣顯示電路方框圖與說明點陣顯示原理框圖如下所示：由上圖知本系統(tǒng)主要包括三個部分：控制核心、輸入部分和

8、輸出部分。以SPCE061A 單片機為主控器件,輸入部分包括：鍵盤和PC機，輸出部分包括：譯碼電路部分、三極管驅(qū)動電路部分和16*64點陣顯示部分。3.2 數(shù)碼管顯示部分3.2.1 LED數(shù)碼管顯示部分總體設計思路：以SPCE061A單片機作為控制中心，當用戶在鍵盤端設置顯示容時，單片機將把時間信息存儲在其存相應的單元中，并通過數(shù)碼管顯示。用戶可以用外部鍵盤端調(diào)整時間。3.2. LED數(shù)碼管顯示原理圖圖原理圖由上圖知本系統(tǒng)主要包括三個部分：控制核心、鍵盤部分和顯示部分。以SPCE061A 單片機為主控器件,輸入部分包括：鍵盤，輸出部分包括：三極管驅(qū)動電路部分和LED數(shù)碼管顯示部分。3.3 系統(tǒng)

9、各部分電路設計3.1SPCE061A 單片機概述SPCE061A是繼nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。目前有兩種封裝形式：84引腳的 PLCC84封裝和 80引腳的 LQFP80貼片封裝。 主要性能如下： 16位理器； 工作電壓：VDD 為 2.43.6V(cpu), VDDH 為2.45.5V(I/O) ； CPU 時鐘：32768Hz49.152MHz ； 置2K 字 SRAM、置32K FLASH； 可編程音頻處理； 32 位通用可編程輸入/輸出端口； 32768Hz 實時時鐘，鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； 2 個 16 位可編程定

10、時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)； 2 個 10 位 DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 7 通道 10 位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道語音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道置麥克風放大器自動增益控制GC)功能； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))耗電小于A3.6V ； 14 個中斷源：定時器 A / B ，2 個外部時鐘源輸入，時基，鍵喚醒等；具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽音頻編碼SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容納210 秒的語音數(shù)據(jù)； 具備異步、同步串行設備接口； 具有低電壓復位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； 置在線仿真電路接口ICE（In-

11、Circuit Emulator ）； 圖 SPCE061A板具體結(jié)構(gòu)圖具有能力； 具有WatchDog 功能（由具體型號決定）SPCE061A 主要包括輸入/輸出端口、定時器/計數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串行設備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復位等部分，并且置在線仿真電路ICE 接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復雜的數(shù)字信號。SPCE061A板具體結(jié)構(gòu)下圖：3.2SPCE061A 單片機CPU電路本系統(tǒng)采用 SPCE061A 芯片作為核心部件，SPCE061A 部帶有 8 路 ADC 和2 路的 DAC,32個可編程I/O輸出、輸入口，置 32K 字閃存和2K字的靜態(tài)存儲

12、器。用來實現(xiàn)作業(yè)要求已經(jīng)足夠使用。SPCE061A的電路連接圖如下：圖 SPCE061A的電路連接圖3.3單片機電源電路為了使單片機得到3.3V穩(wěn)定電壓，此電路中使用了SPY0029A穩(wěn)壓塊，使電路電壓由4.5V轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3.3V電壓，使單片機工作更安全穩(wěn)定。圖6 電源電路圖3.4譯碼電路部分根據(jù)題目要求，我們需要實現(xiàn)6-64譯碼電路，再根據(jù)上述方案論證，我們選用4塊4-16譯碼器進行級聯(lián)，可實現(xiàn)6-64譯碼功能。4-16譯碼器的管腳圖如下：74LS154中的ABCD為輸入端口，G1G2為片選信號輸入端，023.15端口為輸出端，VCC GND為電源輸入端。74LS154的真值表如下：圖8

13、74LS154真值表使用4塊74LS154級聯(lián)構(gòu)成的6-64譯碼器電路，電路連接圖如下：圖9 74LS154級聯(lián)電路圖3.3.5點陣顯示電路設計這一部分的設計，我們采用16塊8*8點陣顯示塊構(gòu)成16*64點陣顯示模組3.6點陣顯示驅(qū)動電路設計由于題目要求不允許用集成驅(qū)動電路，但不采取驅(qū)動顯示屏不穩(wěn)定、亮度不高，故采取分立元件三極管作驅(qū)動電路，驅(qū)動電路圖如下所示：圖10 點陣顯示驅(qū)動電路圖3.3.78*8點陣模塊8*8點陣模塊部電路圖如下：圖11 8*8點陣模塊部電路圖3.3.8 數(shù)碼管顯示電路設計這一部分的設計，我們采用12位數(shù)碼管顯示構(gòu)成年月日時分秒顯示模組3.9數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路設計圖數(shù)碼

14、管顯示驅(qū)動電路圖3.10電源設計由于單片機輸出電壓比較小，LED點陣顯示采用外部單獨供電的方式，排除了點陣亮度不夠的問題，使LED顯示亮度連續(xù)不變。本電源設計電壓可調(diào)圍：1.5V-12V電路原理圖如下：圖可調(diào)直流電路圖經(jīng)過C1濾波后的比較穩(wěn)定的直流電送到三端穩(wěn)壓集成電路LM317T的Vin端(3腳)。LM317T是一種這樣的器件：由Vin端給它提供工作電壓以后，它便可以保持其+Vout端(2腳)比其ADJ端(1腳)的電壓高1.25V。因此，我們只需要用極小的電流來調(diào)整ADJ端的電壓，便可在+Vout端得到比較大的電流輸出，并且電壓比ADJ端高出恒定的1.25V。我們還可以通過調(diào)整PR1的抽頭位

15、置來改變輸出電壓反正LM317T會保證接入ADJ端和+Vout端的那部分電阻上的電壓為1.25V！所以，可以想到：當抽頭向上滑動時，輸出電壓將會升高！     圖中C2的作用是對LM317T 1腳的電壓進行小小的濾波，以提高輸出電壓的質(zhì)量。圖中D5的作用是當有意外情況使得LM317T的3腳電壓比2腳電壓還低的時候防止從C3上有電流倒灌入LM317T引起其損壞。LM317的輸出電壓可以從1.25V連續(xù)調(diào)節(jié)到37V。其輸出電壓可以由下式算出： 輸出電壓=1.25×（1+ADJ端到地的電阻/ADJ端到+Vout端的電阻）。 3.11 鍵盤電路設計由于IO端口數(shù)

16、量有限，此作品對按鍵采取復用按鍵的方法.鍵盤硬件電路如下：鍵盤（）鍵盤（）圖鍵盤硬件電路圖鍵盤（）各按鍵的功能與復用功能如下表：表1 按鍵功能表第一列第二列第三列7/數(shù)字鍵89/字母鍵4 56123消除鍵0/時間設定鍵漢字鍵鍵盤（）各按鍵的功能與復用功能如下表：按鍵功能校時復位報時上調(diào)下調(diào)矩陣鍵盤采用鍵盤掃描的方式, 鍵盤掃描的過程為先判斷是否有鍵按下,如果沒有鍵按下,則認為是鍵抬起狀態(tài),把鍵起始起始標志置1后返回:如果有鍵按下,按行掃描,先掃描第一行,如果鍵碼為0;再掃描第二行, 如果鍵碼為0; 再掃描第三行,依次掃描到第四行, 如果鍵碼為0,則認為是鍵抬起狀態(tài),置鍵抬起標志;如果甲碼不為0

17、,比較鍵碼和上次掃描到的鍵碼是否一樣,如果不同,保存新的鍵值,掃描計數(shù)器置1;如果一樣,掃描計數(shù)器加1,返回.3.12端口分配3.3.121端口分配（1） I/O的分配：I/OB0-I/OB5：需要譯碼的信號輸出口I/OA0- I/OA7、 I/OB6、 I/OB8、 I/OB9、 I/OB11-I/OB15：接點陣的行(16行)I/OA9-I/OA15：4*3鍵盤輸入、輸出I/OB7、I/OB10：UART異步串行通訊接口剩余端口：I/OA8具體見下表表2 端口分配表I/OA9-I/OA15I/OA0- I/OA7、 I/OB6、 I/OB8、 I/OB9、 I/OB11-I/OB15I/O

18、B7、I/OB10I/OB0-I/OB54*3鍵盤接點陣的行(16行)UART異步串行通訊接口需要譯碼的信號輸出口3.3.12.2端口分配（2） IOA0-IOA7控制數(shù)碼段，IOA8-IOA12為鍵盤輸入口 ，IOBO-IOB11控制位選信號。3.3.13UART聯(lián)機通訊電路原理UART通訊電路模塊提供了一個全雙工標準接口,用于完成SPCE061A與外設之間的串行通訊。PC機上的RS232端口與單片機上的UART接口相連，實現(xiàn)PC機與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)采用RS232接口電路，RS232電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232，與SPCE061A的接線如圖14所示。MAX232的供電為5V，IO

19、B7接ROUT2，OB10接 DIN2。圖中VB1為DB9接頭，可用一串口線（DB9的）把該接頭與另一接頭連接到一塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。初始設置IOB7為帶下拉電阻的輸出口，OB10為同相低電平輸出口。圖14 RS232接口電路圖3.3.14 語音錄入電路在實現(xiàn)系統(tǒng)要求的情況下，我們又對系統(tǒng)的功能進行了必要的擴展-語音控制（圖15）和播報功能（圖16），這也正是凌陽61A單片機的優(yōu)勢所在。因為凌陽61A 的MicIN 通道部做了 AGC 和濾波，外圍電路特別簡單，實現(xiàn)起來相對簡單。圖15 語音錄入電路3.3.15語音播報電路電路中SPY0030 的放大倍數(shù)被固定為20 倍。音量的大小可以通過電位器

20、R9 調(diào)整。SPY0030 也是凌陽公司的產(chǎn)品。和 LM386 相比，SPY0030 還是比較有優(yōu)勢的，比如 LM386 工作電壓需在 4V以上, SPY0030 僅需 2.4V 即可工作(兩顆電池即可工作)；LM386 輸出功率 100mW 以下, SPY0030 約 700mW。圖16 語音播報電路四、系統(tǒng)軟件設計4.1點陣程序主體流程圖 考慮到整個系統(tǒng)需要處理的任務較多，因此主程序采用模塊化編程，具體流程見下圖：圖17主程序流程圖4.2顯示流程圖圖18 顯示流程圖4.3點陣中斷程序流程圖圖19 鍵盤中斷流程圖4.4點陣鍵值流程圖鍵盤程序包括兩部分:中斷掃描程序和獲取鍵值程序.鍵盤程序要有消抖操作.如果按鍵時間超過1秒將會認為同一個鍵事件多次觸發(fā)。如果一直按下不釋放，那么每隔0.5秒就會響應一次鍵值操作。鍵盤掃描采用128Hz時基中斷,每1/128ms 掃描一次鍵盤.128Hz時基中斷的流程圖如下圖:圖20 鍵盤掃描程序流程圖 圖21 獲取鍵值4.5時間顯示主程序流程圖圖22時間顯示主程序流程圖4.6 時鐘處理流程圖圖23時鐘處理流程圖4.7 IRQ5中斷程序流程圖圖24 IRQ5中斷流程圖4.8 IRQ6中斷流程圖圖25 IRQ6中斷流程圖4.9 IRQ4中斷流程圖圖26 IRQ4中斷流程圖五、