单片机LED显示屏课设.doc

目 录第一章 绪论.11.1 课程设计的背景.11.2 课程设计的目的及意义.3第二章 总体设计方案.52.1 设计的目标.52.2 设计采取的方案.5第三章 硬件设计.73.1 at89c5芯片的介绍.73.2 led显示屏的介绍.9第四章 软件设计.13 4.1 字模简介.13 4.2 字模的生成.134.3 程序设计的总体思路和结构.13第五章 课设总结与体会.21致谢.参考文献. .附录.第一章1.1 课程设计的背景单片微型计算机（single chip microcomputer）简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理器，一定容量的ram和rom以及输入/输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的。单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车报站器，广告屏等。所以研究led显示有实用的意义。led显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由led矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、vcd节目以及现场实况。led显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。 led显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。 led之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。led的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。现代led的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，实际情况是：很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围，所以在此只是简单的研究一下用单片机驱动的led显示移动的汉字。目的有三：一是亲手制作一个简单实用的显示文字的led点阵；二是通过制作led点阵增强对led点阵的了解和应用，以及复习巩固单片机知识；三是通过团队合作，增强团队合作的意识，为以后走向社会工作打下基础，并且增强了同学之间的友谊。汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如1616 点阵），将点阵文件存入rom，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由mcu根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的led器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，在按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个led发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该le d器件发光的数据中相应的位填1，否则填0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样时可行的。这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵，其大小也可以有1616、2424、3232、4848等不同规格。用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。图文显示屏的颜色，有单色、双色、和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙色led点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在led点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的led发光器件。换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显示屏的原理，双色屏和多色屏就不难理解了。为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。最简单的显示模式是静态显示。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。本次毕业设计中，由本人和钟桂，张维平组成一组，我负责硬件部分电路图的设计和软件部分程序的设计和调试，目的是应用简单方便的电路连接和程序完成汉字的换色与移动。钟桂负责用设计好的点阵电路制作pcb电路板，包括完成pcb板的制作，张维平负责制作另外一块在面包板上连的点阵线连板子的焊接与调试，各人的分工不同只是工作侧重点的不同，大家是在一起互相学习互相帮助，共同完成设计任务。1.2课程设计的目的及意义随着信息产业的高速发展led显示屏作为信息传播的一种重要手段成为现代信息化社会的一个闪亮标志。led显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。目前，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，它可以用单片机控制实现显示字符、数字、汉字和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型。本次课程设计的意义主要有4点：1、有利于基础知识的理解 通过单片机原理与应用必修部分的学习，学生掌握了一些信息时代生存与发展必需的信息技术基础知识和基本技能，具备了在日常生活与学习中应用信息技术解决问题的基本态度与基本能力。但是，学生对于程序、病毒的内涵，程序与文档、数据的区别，计算机运行的机理等知识内容的理解比较肤浅。学生如果接触了程度设计，就能真正理解，从而进一步打破计算机的神秘感。 2、有利于逻辑思维的锻炼 在许多常规学科的日常教学中，我们不难发现这样一个现象，不少学生的思维常常处于混乱的状态。写起作文来前言不搭后语，解起数学题来步骤混乱，这些都是缺乏思维训练的结果。程序设计是公认的、最能直接有效地训练学生的创新思维，培养分析问题、解决问题能力的学科之一。即使一个简单的程序，从任务分析、确定算法、界面布局、编写代码到调试运行，整个过程学生都需要有条理地构思，这中间有猜测设想、判断推理的抽象思维训练，也有分析问题、解决问题、预测目标等能力的培养。 3、有利于与其他学科的整合 在程序设计中，我们可以解决其它学科有关问题，也利用其它课程的有关知识来解决信息技术中比较抽象很难理解的知识。在信息技术课中整合其它学科的知识，发挥信息技术的优势。例如，在编写“一元二次方程求解”程序时，就复习了数学的相关知识。而在讲解逻辑运算的知识时，我们又可以利用物理中的电路知识进行讲解，起到意想不到的效果。 4、有利于治学态度的培养。 程序设计中，语句的语法和常量变量的定义都有严格的要求，有时输了一个中文标点、打错了一个字母，编译就不通过，程序无法正常运行。因此，程序设计初学阶段，学生经常会犯这样的错误，可能要通过几次乃至十多次的反复修改、调试，才能成功，但这种现象会随着学习的深入而慢慢改观。这当中就有一个严谨治学、一丝不苟的科学精神的培养，又有一个不怕失败、百折不挠品格的锻炼。第二章 总体设计方案2.1 设计的目标课程设计是学生完成本专业教学计划达到培养目标的重要的教学环节，是教学计划中综合性最强的实践性教学环节，它对于培养学生正确的思想和工作作风，提高学生综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力，达到工程技术人员所必须具备的基本素质等方面具有重要的意义。本设计的理论基础是单片机技术基础，微机原理，模拟和数子电路。比如at89c51芯片的一些工作原理是在mcs51的基础上通过改进完成的。8255芯片的工作方式是在微机原理介绍的。三极管和74ls154的工作原理也分别在模拟和数子电路里介绍过。通过本设计不仅把以前学过的知识重新温习，而且在查阅课外资料时还有好多芯片都是以学过的芯片为基础，并且在其基础上改进和完善的。通过这次毕业设计使我在学校学习的理论知识和实际应用有机地结合起来，同时也能培养我独立思考、勇于创新的科学态度和钻研精神，为我将要踏上工作岗位做一次提前的锻炼。2.2设计采取的方案1） 利用单片机控制技术控制led的显示，再结合单片机的程序作线路布置，即硬件设计。2） 行列电路设计，分析电路图确定整个系统大概的规模。3） 进行系统分析，通过系统分析，确定该系统该具有那些功能，有那些模块，各个模块之间是怎样联系的，以及怎样组合的。4） 确定所需的元器件，然后通过电路图进行连接。5） 集合程序调试，调试整个的系统模块的功能，看各个功能是否能正常运行，并找出程序中的错误，改正这些错误。6） 最终能在led电路板上显示所要的图形或汉字。设计总体框图如图2-1。74ls1544*4键盘系统框图8255at89c51时钟/复位电路led大屏幕显示图2-1系统框图第三章 硬件设计3.1 at89c5芯片的介绍at89c51是一种带4 kb闪烁可编程可擦除只读存储器(falsh programmable and erasable read onlymemory，fperom)的低电压、高性能cmos型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel公司高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。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写擦循环，数据保留时间为10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到at89c51芯片。如图3-1所示图3-1 at89c51引脚图at89c51是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（eprom）和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash 存储器单元，内置功能强大的微型计算机的at89c51提供了高性价比的解决方案。 at89c51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，at89c51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。at89c51的内部结构图如图3-2所示。图3-2 at89c51的内部结构图 管脚说明：vcc:供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏极开路双向1/0口，每脚可吸收8ttl门流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在flash编程时,p0口作为原码输入口,当flash进行校验时,p0输出原码,此时p0外部必须被拉高. p1口:p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口,p1口缓冲器能接出4tttl门电流.p1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,p1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故.在flash编程和校验时,p1口作为第八位地址接收。 p2口:p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口,p2口缓冲器可接收,输出4个ttl门电流,当p2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时，p2口管脚被外部拉底，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3口管脚备选功能如下：p3.0 rxd （串行输入口）p3.1 txd （串行输出口）p3.2 /int0 (外部中断0 )p3.3 /int1 （外部中断1）p3.4 t0 （记时器0外部输入）p3.5 t1 （记时器1外部输入）p3.6 /wr （外部数据存储器写选通）p3.7 /rd （外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用做对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用做外部存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时，ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000hffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset：当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1： 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2： 来自反向振荡器的输出。3.2 led显示屏的介绍 led是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料，可制成不同颜色的发光二极管。作为一种新的光源，近年来各大公司和研究机构对led的研究方兴未艾，使其光效得以大大提高，飞利浦与agilent的合资公司目前已研发并生产出光效达到171m/w的白色led，已达到白炽灯的水平。和白炽灯的相比较，led在性能上具有很多优点。随着对led研究的进一步深入，其光效将进一步得到提高，而其成本将一步下降，在不久的将来led取代白炽灯甚至荧光灯而发展成21世纪的一种主要的照明光源将成为一种趋势。新的光源呼唤新的电子镇流器，飞利浦照明电子在致力研发新的led的同时，已于近年在全球各大开发中心开始了led驱动电路的研究，在此研发领域已占据了世界领先的地位。 随着科学技术的高速发展，各种新型信息媒体，信息相关设备及手段不断涌现。led电子显示屏由于具有所显内容信息量大，外形美观大方，操作方便灵活，是近年来得到广泛应用的重要信息设备，大致有以下几类： （1）、条形显示屏该系列可用于显示文字、表格、符号和简单图形等，控制系统体积较小，嵌入在显示屏替内部，一般采用红色高亮度点阵模块，表面可外履深红色遮光薄膜，适用于多种场合发布通知、广告等信息。 （2）、图文显示屏该产品主要用计算机控制，具有处理速度快、存储容量大等特点，适合显示面积较大的图文信息，可适时显示系统当前日历、时间、文件等，被广泛运用在商场、街道、广场、车站等人群或流动量大的场合。 （3）、256级灰度视频显示屏该系列具有256级灰度控制功能，使没种基色可达256种颜色，图象显示细腻、柔和、颜色丰富、层次感强等特点。该系列显示屏可显示真彩色图象、电脑动画和电视机、录象机、影碟机等视频节目信息，图象清晰稳定，无噪点和闪烁感。 图3-3是一种88的led点阵单色行共阴模块的内部结构图，其单点工作电压为1.8 v，正向电流露为810 ma。当某一行线为低电平而某一列线为高电平时，其行列交叉的点就被点亮；而当其某一列线为低电平时，其行列交叉的点为暗；当某一行线为高电平时。无论列线如何。对应这一行的点全部为暗。用四个8x8点阵显示可构成1616点阵显示器，其连接方法如图3-4所示。图中，将(a)和(b)的8列、(c)和(d)的8列分别对应相连，同时将(a)和(c)的8行、 (b)和(d)的8行分别对应相连。即可形成一个16行(每一行有16个led)、16列(每一列也有16个led)的1616点阵显示器，可将这256个点称为一页，这样，显示字符时。只要对一页中对应的亮灭进行控制即可。把4个1616点阵显示器相连从而构成1664的点阵显示器。 图3-3 88的led点阵行共阴模块的内部结构图图3-4 1616点阵连接图led显示屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。驱动通常分为动态扫描型及静态锁存型驱动二大类。本文以动态扫描型驱动电路的设计为例来进行分析。动态扫描型驱动方式是指显示屏上的16行发光二极管共用一组列驱动寄存器，然后通过行驱动管的分时工作来使每行led的点亮时间占总时间的116。只要每行的刷新速率大于50 hz，利用人眼的视觉暂留效应。人们就可以看到一幅完整的文字或画面。 at89s52单片机有四个io口(p0、p1、p2、p3)。每个io口有8位，如果都采用并行输出，显然不能满足要求。因此，本设计中的行扫描驱动采用并口输出。而场扫描驱动采用串口输出。 第四章 软件设计 4.1 字模简介文字的字模是一组数字，但它的意义却与数字的意义有着根本的变化，它是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状1。在电脑硬件中，根本没有汉字这个概念，也没有英文的概念，其认识的概念只有内码(将ascii表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码)。如果你用启动盘启动系统后用dir命令可能得到一串串莫名其妙的字符，但那确确实实是汉字，如果你启动ucdos或其他的汉字系统后，就会看到那是一个个熟悉的汉字。在硬件系统内，英文的字模信息一般固化在rom里，即使在没有进入系统的cmos里，也可以让你看到英文字符。而在dos下，中文的字模信息一般记录在汉字库文件里(将制作好的字模放到一个个标准的库中，这就是点阵字库文件)。4.2 字模的生成 首先打开字模软件，然后输入文字。如图4-1所示。图4-1 字模软件 在【mode】选项中选择【c51】，然后单击【选取字模】。就会在软件的空白处出现输入文字的字模。最后把字模复制到程序中即可。4.3 程序设计的总体思路和结构(1)程序设计总体思路用简短的汇编程序设计，实现led点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕上从左到右的滚动显示。系统采用模块化结构，包括主程序、延时程序、显示子程序和串行口中断程序。用at89c51、74ls373、74ls138、74hc154芯片和4个1616led点阵显示器构成一个完整的led显示系统。(2)程序流程图程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程图。如图4-2所示。 图4-2单片机汉字显示程序流程图（3）程序的设计 对于程序的设计首先要打开程序软件【keil vision4】如图4-3所示。图4-3 打开程序 在打开的程序软件中先建立一个工程，如图4-4所示。图4-4 建立程序 在新建好程序之后，就点击保存按钮，将建立好的程序文件保存。之后会弹出一个对话框如图4-5所示。图4-5 对话框选项在弹出的对话框选项卡之中在【data base】中选择【atmel】之下的【at89c51】最后点击【ok】。之后新建一个空白文件如图4-6所示。图4-6 新建空白文件在空白的文件里面输入程序，如图4-7所示。图4-7 程序输入程