基于单片机的系统设计

1、基于单片机的系统设计基于单片机的系统设计基于单片机的16X64点阵字符控制系统的设计 16*64点阵显示屏，可以各种显示，时间， 温度等功能。给你一个参考：LED点阵汉字显示屏 概 述 这次比赛制作由于时间紧，同 时为了降低制作难度，仅作了四个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。设计制作主要运用于学校的宣传栏，如：本科评估的各种信息，学校学院重要通知，天气预报等各种 信息。系统设计 一 硬件电路 （1）系统组成：主要硬件电路：LED点阵条屏是由16个8*8的LED点阵块组成，形成 16*64矩形点阵，以 AT89S51为控制核心。显示屏的其他主要硬件有：带锁存输由的 8位

2、移位寄存器74HC595,作为LED的 列线驱动输入； 四六译码器 74LS154,作为LED行线的译码选择（实际制作中考虑成本问题改为两个74HC138联合）； 三极管9012,连接四六译码器的十六个输由端， 作为开关使用，驱动 LED的行线。图二AT89S51单片机最小系统 AT89S51相关器件连接的接脚如下：PA0-PA3 连接 4-16 译码器的输入口 A, B, C, D; PB0-PB3 连接 74HC595 的输入口 SI, SCK, RCK; PD6-PD7 作串口 通信使用连接RxD,TxD 两个三八译码器 74LS138组成的16 个输由端连接16个9012的三极管的基极

3、 B,发射极E连 接5V电源，集电极 C连接到三个汉字点阵的 16个行线控 制端。点阵的48列数据线驱动由 6片74HC595级联组成， 前一片74HC595的Q' H引脚连接下一片的 SI引脚，各 片的SCK、RCK、SRCLR、G弓I脚分另并联。（2） LED点阵块 图三LED点阵块 8*8的LED点阵为 单色行共阴模块，单点的工作电压为正向（Vf）=1.8 v ,正向电 流（IF） = 8-10 mA 。静态点亮器件时（64点全亮）总电流为 640mA,总电压 为1.8 v,总功率为 1.15 Wo动态时取决于扫描频率（1/8或1/16秒），单点瞬间电流可达 80-160 mA。

4、16*16 点阵静态时16*16*10mA,动 态时单点电流 80-160mAo实际测试：整机电流700 mA （2）移位寄存器74HC595图四74HC595 内部逻辑图74HC595是带锁存输由的8位移位寄存器，其管脚见下图，其中 SI是串行数据的输入端； VCC、GND分别为电源和地；RCK是存储寄存器的输入时钟，SCK是移位寄存器的输入时钟，SCLR是移位寄存器的输入清除，Q'H是串入数据的输由，G是对输入数据的输由使能控制，QAQH串入数据的并行输由。从SI 口输入的数据在移位寄存器的 SCK脚上升沿的作用 下输入到74HC595中，在RCK脚的上升沿作用下将输入的 数据锁存

5、在74HC595中，当G为低电平时时，数据并行输 出OSCLR为移位寄存器的输入清除端。（3） 74HC138以及驱动电路 图五74HC138以及驱动 电路实物图4-16线译码器(用两块 74HC138组成)，其管 脚如图所示，A, B, C, D为译码的输入端，值的区间从0000 到1111, Y1Y15是对应A, B, C, D四个输入引脚的输生 脚，其中选中的线用输由低电平，没有选中的输由高电平， G1、G2是使能端，只有输入相应 D低电平才能使译码器正 常工作。驱动三极管为16个9012 ,用万能板焊接。二软件设计单片机方的程序设计单片机在LED点阵 汉字显示系统中主要负责数据的接收、

6、 存储和扫描显示 LED 点阵屏三大主要功能。串行移动的子程序设计这是一个通用子程序，在显示子程序中都要被调用，功能是移位寄存器74HC595接收单片机发生的点阵行数据，逐位移动到对应位置后再进行锁存和 输由工作，同时对四六译码器进行开关工作，控制屏幕的显 示。部分程序：初始化程序：#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define SPEED 3 uchar col,disrow; uint word; uchar code HZ;uchar BUFF6; void loadoneline(void);

7、void sendoneline(void); 发送部分程序：void sendoneline(void) char s;uchar inc; if(col=0+inc;s-) SBUF=two_onebyte(BUFFs,BUFFs+1);while(!TI);TI=0; 三调试调试主要分为硬件调试和软件 调试：硬件调试：在焊接电路板的时候，应该从最基本的最小系统开始，分模 块，逐个进行焊接测试。在对各个硬件模块进行测试时，要保证软件正确的情况下 去测试硬件，要不然发生错误时，不知道到底是哪一方由错 了。当然，在设计的过程中也存在着失误和不足软件调试：软件部分是先参考书上的例子，然后自己根据

8、硬件电路写程 序，由于以前所学是 C语言，所以这个系统在编写程序过程 中都米用C语言编写。刚刚开始，编写不会一次性通过，经过仔细分析修改最后 编译成功。但是，在实际写如S51中，LED显示屏由现各种各样的乱 码，通过再次认真仔细分析多次修改程序后，程序能够正常 运行。四 总结 在LED点阵汉字显示屏的设计过程中，学到了很多东西，基本了解了整个嵌入式开发的流程。例如，在进行整个设计之前，应该先根据需求分析，对单 片机进行选型，然后对各个硬件模块进行搭试。在画PCB电路板的时候，要注意基本的布板原则。例如，在进行PCB布板的时候，滤波电容不够靠近芯片的 电源脚和地脚。在进行搭试点阵块的时候，因为电

9、压过高，导致点阵块损 坏。这次第一届电子设计制作，本人受益非浅，在以后的电子 设计制作过程中一定吸取教训。参考文献：1何立民.单片机应用技术选编 M.北京：北京航空航天大学生版社.1998. 2杜春雷.如何使用VisualBasic 6. 0 dP3- M.北京:机械工业由版社，1999. 3孙育才.新型 AT89S51系列单 片机及其应用M.北京：清华大学生版社.2005.经验小结：1,在头文件增加 “#pragmaSRC(LED.ASM)”语句，可以生 成汇编文件，对于理解汇编语言程序是有很大的好处的。2,在制作PCB板过程中，业余条件下很难做双面板，不地不做的时候考虑如何布线才能达到最优

10、最好。3,在 “ Keil C51 软件的 安装，按照该软件 的安装，可以得到无限量的程序编译。因为在写程序的过程中发现，KEIL C51只 能编译2K的程序代码，不够用。用C编写，感觉很容易理解。程序编写过程中最好是先参考别人的程序，再修改能不能实用自己的程序要求，之后才自己去编写完全属于自己的程序。4,单片机仿真软件 PROTEUS也是很不错的。在上面可以仿真很多东西。设想：1,可以桂在学校的十字路口，提供日期，时间，温度，湿 度等天气信息，服务广大同学。2,可以和电脑相连接，实现同步显示。做一个完整的系统。进一步学习下面的软件或者语言(知识)：BV protel 99 se keil c

11、51 proteus c/c+ easy isp 51 Easy 51Pro.exe 2007-5-25下面为静止显示农林大学”四个字的程 序：#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar disrow; uchar code HZ口； uchar BUFF9; void loadonelineandsend(void);/*/1a*/ void main(void) while(1) for(disrow=0;disrow 换一 张 窗体底端 登录并发表 取消 正在发表回答，请稍候 您输入的内容将会在

12、您成功登录之后自动发表。回答bcof94 2009-11-18 18:10:36本系统是从实际应用 角度由发，针对当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的多功能电子显示屏，可用于商场导购促销显示、新 闻与广告显示、车站机场班次时间资讯显示等。本简易16行*64列LED电子显示屏根据题目设计要求， 硬件部分主要包括 SPCE061A单片机系统、16块8*8LED点 阵显示模块构成16*64点阵、显示驱动电路、SPR4096存储器、PCF8563实时时钟电路、键盘输入控制器等部分，还外 扩了液晶显示、温度实时检测、无线通讯、电机驱动屏幕旋转等电路,本系统不仅能够实现数字、字母、汉字等预存信

13、息的切换 显示，同时还可以实现信息的定时循环、上下左右滚屏、LED显示亮度连续可调、实时时间显示、实时温度显示、无线遥 控、显示屏旋转等扩展功能。另外，本系统可以和 PC机通讯，通过PC机串口对显示信 息进行更新。关键词：LED 电子显示屏SPCE061A 串行通信 Abstract The LEDlattice display system is a kind of new information display media with the rapid development of the computer, micro-electronics, photoelectron technol

14、ogy. This 16*64 LED display system includes SPCE061A MCU system, sixteen 8*8 LED lattice modules, display driving circuit, SPR4096 memory module, PCF8563 as the real-time clock chip, keyboard controller et. In addition, it includes LCD circuit, real-time temperature detective, RF communication circu

15、it. This system can display the numbers, letters, Chinese characters. It can display the information timely and circularly, up-rollingly, down rollingly left-rollingly, right-rollingly. The lightness of the displaying information can be adjusted continuously. Further more, this system can be remote

16、controlled and communicatewith PC by COM1 to update the display information. Keywords:LED lattice display system SPCE061A serial communication目录一、方案比较 4 1、控制系统4 2、点阵信息提取方 案4 3、显示驱动电路 5二、硬件设计与论证 5 1、主控制 单片机6 2、LED显示驱动电路 6 3、数据存储器 8 4、键盘 液晶显示模块 9 5、无线通信模块 9 6、时钟电路的设计 10 7、温度检测10 8、打印机的选择119、旋转底盘的设计 11

17、 三、系统的软件设计 11 1、主程序流程图12 2、点阵字模 信息提取程序流程图 12 3、LED各显示程序12 4、串行通 信程序12 5、PC机客户程序12四、系统功能测试 16 1、 测试及制作中所用仪器 16 2、键盘各键功能 16 3、单元模 块电路测试16 4、系统整体功能测试 16五、总结17 一、 方案比较1、控制系统 LED点阵电子显示屏的设计一般有 两种方案：方案一：采用可编程逻辑器件作为核心控制器产生LED点阵的行、列驱动信号。由于该系统不仅要实现信息的显示，还要具备键盘控制器、显示亮度连续可调、实时时钟显示、与PC机通讯等功能及其他发挥功能，这就要求需要用中大规模的P

18、LD,设计多个接口电路，开发周期长，不易进一步扩展，同时系统的 成本会急剧上升（相对于第二种方案）。因此，本设计并未采用这种方案。方案二：采用单片机系统来实现。鉴于SPCE061A单片机比传统的51系列8位单片机具有 更加丰富的资源，而且数据处理速度快，同时“61板除了具备单片机最小系统电路外还包括有电源电路、音频电路（含 MIC输入部分和DAC音频输由部分）、复位电路等，体积小， 可靠性高。本系统的设计采用双单片机系统，一个主要用于完成多功 能显示控制功能，另一个主要用于实时时钟显示、实时温度 检测显示、无线通讯以及其他的扩展发挥部分功能，这样提 供了充足的内部空间和更多的外部接口；同时由于

19、安装和调 试工作可以并行进行，极大地缩短了总体设计和制造的时 问。2、点阵信息提取方案 要用LED点阵来显示数字、字母 和汉字等信息，首先要能够提取由其字模数据，即一个16*8的点阵数字、字母的字模数据共有16个字节，一个16*16的点阵汉字的字模数据共有 32个字节。首先要确定点阵信息提取方案。方案一： 固定汉字显示，就是将要显示的语句中全部汉字的字母数据依次提取由来，按顺序存放在存储器中，当有显示任务时，直接取由字模数据送至显示器即可这种方法占用空间少，程序实现简单，显示速度快。本系统中对10组预存信息的点阵信息的提取和存储就是 采用这种方案。但是，要想显示大量的汉字信息或直接对显示信息进

20、行更 新，则几乎是不可能的事。因此，要实现这样的功能就要采用第二种方案。 方案二：将标准的点阵信息字模数据的字库文件（本系统中采用汉字 库文件HZK16、ASCII码库文件 ASC16）装入外扩 ROM存 储器，采用与PC机相同的编码（机内码）,先进行基于 PC 机的预处理，提取需显示内容的机内码，通过串口发给单片 机，单片机首先进行判断，若是 ASCII码，则直接计算由起 始地址，在ASC16文件中指定位置取由连续的 16个字节即 为其字模信息；若为汉字，单片机将机内码转换为区码和位 码，再计算由起始地址，在HZK16文件中指定位置取由连续的32个字节即为其字模信息，然后送到显示器去显示。另

21、外，PC机与单片机之间串口通信只是传输机内码，而 不是传输字模信息，传输信息量小，不需要复杂的通信协议。这样既可以减轻单片机的负担，而且可以根据要求随时改 变显示内容，非常简单灵活。3、显示驱动电路 常用的显示驱动方式有三种：方案一：串行控制驱动，这种方式的好处是单元内的线路连接简单， 给印刷电路板的设计带来方便，减少了布线的密度，方便以后的制作与调试，而且相对提高了每个单元的可靠性；方案二：并行控制驱动，将显示数据通过并行 （一般为8位）方式送入 驱动电路，这样的好处是：相对于串行控制而言，数据的刷新速度快，在处理同等数量 的数据时，对处理速度要求可以大大降低，从而提高了系统的稳定性，但也正

22、因为 并行”使单元内的数据线路的连接更加复杂，布线后的排错难度大大增加；方案三：采用专用集成电路（ASIC）直接驱动，由于这种专用集成电 路是集行控制、列控制和外围驱动于一体，使系统的稳定性 更为可靠，特别适合户外的大型或者超大型显示屏。因为这种类型的显示屏对图像显示要求高，不仅要保证图 像的一致性，而且要保证图像的稳定、高亮。本次设计的显示屏仅为 16行*64歹U,更适合采用串行控 制这种方式，这样做既省去了并行控制驱动在制版过程中十 分复杂的布线，又因为没有采用专用集成电路在一定程度上 降低了整个系统的成本。二、硬件设计与论证 根据以上的系统方案比较与分析，本设计的系统总体组成框图如图1所

23、示:图1系统的总体组成框图系统整体由三大部分构成：以单片机1#为核心的模块一：包括16*64LED点阵、驱动电路、STR4096存储器、无线数 传模块、旋转底盘、光电传感器、音箱、打印机。实现功能：主要用来实现点阵的显示，包括特定标语库内容的显示，适 时时间显示、适时温度显示，并实现上下左右滚屏等各种花 样显示；存储器用来存储汉字和ASCII码的点阵库，并实现掉电不丢失功能；无线模块实现标语库更新和接受设置信 息；底盘可实现显示屏的左右转动，摆动幅度可调；在商场 导购中，光电传感器用于检测人员进生，可与自动门配合使 用，音箱播放 欢迎光临”等语音信息；在广告牌应用中，打 印机用于名片打印。以单

24、片机2#为核心的模块二：包括4*4键盘、液晶、无线数传模块。实现功能：该部分实现遥控器的功能，可以遥控设置显示屏的滚动模 式，选择标语库，设置时间，设置摆头幅度；实现标语库的 更新。（键盘使用说明见附录一）以上位PC机为核心的模块三： 包括上位机软件和 MAX232实现功能: 上位机主要实现标语库的数据更新，上位机软件通过 MAX232将更新内容（汉字或者 ASCII码的机内码）送到单 片机2#,然后无线传输到单片机 1#实现数据更新。以下是各单元电路的具体设计：1、主控制单片机 采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A 作为主控制器。由于SPCE061A内置有2K字的SRAM 和32K字的

25、内存 FLASH ,能满足本系统数据处理及 LED点阵显示所需数据 的存储要求；CPU时钟频率高达49.152MHz ,能满足刷新速 度要求。另外，“6版”功能较强、性价比高，具有体积小、集成度 高、易扩展、功耗小等优点，简化主控制系统的硬件电路设 计，可靠性高，而且凌阳单片机具有 C语言风格的汇编语言， 有与标准C兼容的C语言，C语言函数可以与汇编函数互相 调用，使其开发更加容易，实现整个系统更加简单。2、LED显示驱动电路 本次设计中16行*64列LED电子 显示屏的制作以及其显示驱动电路的设计制作都是非常关 键的部分。下面主要介绍一下显示驱动电路的设计。本LED点阵屏采用动态扫描的方式显

26、示，即逐行扫描， 工作时先将一行点阵字模通过列驱动输由，然后运用译码器选中对应行，使该行得以显示，接着再送下一行数据，再选中下一行有效，直到 16行全被扫描一遍。至此，一幅完整的文字信息就显现由来。然后在反复扫描这16行直至显示新的信息。采用这种方式的优点是耗电少，成本低，寿命长，但是也 存在显示亮度及内容显示稳定的问题。根据视觉滞留原理，根据视觉滞留原理，每屏的完整的显 示时间应控制在 20ms之内，即50Hz,人眼看上去才不会觉 得闪烁。由于要扫描 16行的点阵，所以每行的时间绝不能超过 20ms+16=1.25ms,同时也不是每行的扫描时间越短越好，因 为LED的亮度同电流的大小和维持时

27、间的长短有关。LED点阵块的单点静态电流一般在10mA左右，由于占空比是1/16,所以单点的动态电流最大可以达到160mA。在维持时间恒定的情况下，电流越大（不超过额定电流），点阵亮度也越亮，而在电流恒定的情况下，需要一段维持时 间来保持亮度。试验表明当输入 LED的电流为15mA时，维持时间至少需 要1ms,否则LED呈微亮状态。由于设计时设置 SPCE061A单片机的时钟频率为 24MHz , 而每次传送移行的字模数据有64位，经计算传输所需的时问小于1ms,这样就能充分利用列驱动 74HC595的锁存功能， 即在它接收下一行待显示的数据，还没有锁存新数据的这段 时间来显示本行的内容，这样

28、就不需要额外加延时来增加显 示屏的亮度。采用这个方法就不要再增加LED的列驱动器件，从而使整个硬件结构更简化，成本降低。行信号的处理是由四十六译码器CD4514来完成译码，输由为局。由于显示屏行的组成是多个模块并联而成的，因而行驱动 得功率要求比较大，而且我们进行行扫描时需要所选行为 低，故加反相驱动器 ULN2803来满足要求。列信号的处理列信号的处理主要由8片8位带锁存的串入并由移位寄存器 74HC595来完成。从单片机IO 口串行输生的64位点阵数据随着移位时钟的 作用逐位移动到对应位置，在接收到锁存信号后，将数据并 行输生至LED的列线，最后在行驱动信号作用下点亮一行 LED象素。显示

29、扫描电路的电路图如图 2所示。图2 LED显示扫描驱动电路 3、数据存储器 设计题目要 求能增大到10组预存信息，且显示信息具有掉电保护功能， 同时考虑到要把汉字点阵字库文件HZK16 （261K字节）和ASCII码点阵字库文件 ASC16 （4K字节）装入到ROM存储 器中，以便根据机内码在字库中寻址，找到对应的字模，提取后再送到点阵显示屏显示。因为SPCE061单片机的内存Flash只有32K,还要存放程 序，因此需外扩数据存储器。我们选择了凌阳 “ 6版”的配套模组SPR4096。SPR4096 是一个高性能的 4M-bit （512K 字节）FLASH, 分为256个扇区，每个扇区为

30、2K字节。SPR4096串行接口的工作频率可达 5MHz ,数据存取速度 和存储容量都能够达到我们的要求。硬件图连接如图3所示：图3 SPR4096硬件连接图4、键盘液晶显示模块 为使用键 盘作为显示屏控制器，实现多功能显示控制，我们使用智能 型键盘显示控制芯片 HD7279A作为4*4键盘与单片机之间 的接口，具与微处理器仅需4条接口线，采用串行通信方式， 占用CPU端口少，同时HD7279得到键盘码后通过中断服务 程序把按键信息送给单片机，使单片机可以腾由更多时间质 性其他操作。设计中我们需要用液晶模块显示遥控单片机菜单的各信 息。在本系统中选用了 OCM4 8c模块，可以显示字母、数字

31、符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能， 既可采用并行接口，又可采用串行接口，连线较为方便。HD7229、OCM4 8c与单片机连接原理图如图 4所示。5、无线通信模块 在本设计中，我们采用了两块 61板， 1#板主要用于完成控制 LED显示屏，2#板主要用于键盘液晶 控制、实时时钟、实时温度检测显示、与 PC机通讯以及其 他的扩展发挥部分功能。两板之间采用无线通讯进行数据传输。为满足系统的要求我们选择了SRWF-1型微功率无线数传模块，该模块的特点是：高抗干扰能力和低误码率、 完善的通讯协议、数据实时同步、 看门狗实时监控、传输距离远、低功耗及休眠功能高可靠性， 体积小、重量轻

32、。图4键盘显示电路 SRWF-1型模块提供2个串口 3种接 口方式，COM1为TTL电平UART接口，COM2由用户自 定义为标准的RS-232/RS-485接口（用户只需拔/插短路器再 上电即可改变接口类型）。SRWF-1提供的两个串口，在使用时注意以下事项：（1）对于空中接收的数据，SRWF-1通过串口转送给终端设 备时，COM1和COM2同时输由，即用户如果在 COM1和 COM2各连接了 1个设备，他们都可同时收到数据；（2）对于由终端设备送来，准备向空中发射的数据，SRWF-1只能正确接收COM1或COM2其中1个串口送来的数据，否则 将造成数据通讯混乱。如终端设备在向 COM1发送

33、1个0x12 （数据正在传送）时，再向COM2发送1个0x34，模块将收到一个数据串 0x12 , 0x34。图5 SRWF-1与用户设备接口电路 注： 没有使用的引脚可以悬空不连。但不能连接长悬空线，以免引入干扰。6、时钟电路的设计系统要求实现实时时间的显示，这里我们选用串行日历时钟芯片PCF8563,与单片机的连线大为减少，极大的节省了单片机的系统资源。PCF8563与单片机的接口电路如图 6所示。而且该部分电路还加了掉电保护功能，在主供电系统意外 断电时，即 Vcc为0V时，D1截止，3.6V备用电源通过 D2继续给PCF8563供电保证8563的正常运行。图6 PCF8563时钟电路7

34、、温度检测 本系统扩展了实时 温度检测显示功能，选用 DS18B20 一线式数字温度传感器， 通过单片机读取当前环境温度可通过键盘切换显示时间和 温度。图6 DS18B20与单片机的接口电路 8、打印机的选择 本 系统还扩展了打印机功能，在广告牌应用中用来打印名片等 相关信息。我们选择了北京市兴伟机电应用技术研究所研制的微型 热敏/针打打印机。通过通用的ESC/P打印命令实现字符的打印。图7打印机接口控制时序图9、旋转底盘的设计针对应 用的需要，系统扩展了显示屏旋转功能，用普通小型直流电 机提供动力，由变速箱减速并加大驱动能力，实现显示屏幕 左右摆动，并且幅度可调。图8直流电机驱动电路 三、系

35、统的软件设计 本系统的 软件部分主要包括主程序、 点阵字模信息提取程序、LED各 显示程序、串行通信程序以及 PC机客户程序等。1、主程序流程图见图8。2、点阵字模信息提取程序流程图见图9。3、LED各显示程序 LED显示屏的显示方式有静止、上下滚屏、左右滚屏等多种方式。其中上下滚屏显示程序类似，左右滚屏显示程序类似，其 他多花样的显示方式程序都是在此基础上进行改动而来的。因此主要给由静态显示、上移显示、左移显示这三种典型方式的程序流程图，见图 10、图11、图12。4、串行通信程序 每当向PC机客户程序里输入新显示内容并发送给单片机时，单片机就产生串行中断，接受待显示 信息的机内码，然后再利用点阵字模信息提取程序得到点阵 数据送到LED显示屏显示。单片机接受数据采用中断的方式。串行中断程序流程图见图 13。5、PC机客户程序 本系统的PC机客户程序是采用 VisualBasic 6.0进行开发的，主要利用其串行通信控件MSComm ,其主要流程图及运行效果见图14、图15。图8主程序流程图 图9点阵字模信息提取程序流程图图10静态显示程序流程图图11上移显示程序流程图图12左移显示程序流程图图13串行中断程序流程图图14PC机客户程序流程图 图15 PC机客户控制程序的界面四、系统功能测试1、测试及制作中所用仪器GDS-820C