基于單片機的16 16點陣畢業(yè)論文

1、桂林電子科技大學(xué) 題 目LED點陣屏 的軟硬件設(shè)計 院 系 電子工程系 專 業(yè) 通信工程 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 賴 職 稱 二一四年四月十五日 目錄第1章 緒 論 31.1 LED點陣屏簡介 31.2 LED顯示屏特點 31.3 LED顯示屏工作原理 31.4MCS-51單片機簡介 4第2章 方案選擇 42.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 42.2系統(tǒng)設(shè)計方案簡介 5第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1電源電路設(shè)計 63.2單片機主控電路設(shè)計 89993.3.2行驅(qū)動電路設(shè)計 103.4 列掃描電路設(shè)計123.4.1 74LS154簡介12133.5點陣連接圖 153.5.1 88點陣簡介 153.5.2

2、1616點陣連接圖16第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 164.1軟件設(shè)計總體框圖 174.2 軟件設(shè)計環(huán)境與思路 174.2.1 靜態(tài)顯示程序設(shè)計 184.2.2動態(tài)顯示程序設(shè)計 194.2.3 主程序設(shè)計 19第5章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 205.1 protues簡介 205.2硬件系統(tǒng)調(diào)試 245.3 軟件系統(tǒng)調(diào)試 25第6章 結(jié)論 26參考文獻26LED圖文顯示屏的軟硬件實現(xiàn)張培培南京信息工程大學(xué)通信工程專業(yè)，南京 210044摘要：LED技術(shù)的日益開展，使其在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，LED與傳統(tǒng)的光源相比，其功耗低，壽命長。LED節(jié)能燈，LED廣告牌在我們生活中已經(jīng)非常常見。LED廣告

3、牌與傳統(tǒng)的廣告牌相比，具有隨時更改廣告內(nèi)容，節(jié)能，醒目等優(yōu)點。本次設(shè)計是1616點陣LED電子顯示屏的設(shè)計。本LED顯示屏主要以AT89S52為核心，選用兩片74HC595級聯(lián)，輸出16行掃描信號。選用一片74LS154輸出16列驅(qū)動信號。我們采用4塊88的點陣進行拼接，組成一個1616的點陣。顯示方式采用動態(tài)顯示，使得圖形或文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方式。 本文給出了基于MCS-51單片機的1616點陣顯示屏的設(shè)計方案。主要包括1616點陣屏硬件原理圖，程序設(shè)計，點陣系統(tǒng)仿真等設(shè)計思路。利用此方案，可以動態(tài)顯示多個漢字，字符，圖案等。從而到達了利用一塊1616點陣屏顯示多個字符符的

4、目的。顯示信息量大，價格低廉。關(guān)鍵字：AT89S51 LED點陣顯示 動態(tài)顯示第1章 緒論1.1LED 點陣屏簡介LED顯示屏LED panel：LED就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱LED。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機進行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、VC

5、D節(jié)目以及現(xiàn)場實況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。1.2 LED顯示屏的特點 LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比較的優(yōu)點。 LED之所以受到廣泛重視而得到迅速開展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。 LED的開展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性

6、，可靠性、全色化方向開展。1.3 led顯示屏工作原理LED電子顯示屏系統(tǒng)組成：本系統(tǒng)由計算機專用設(shè)備、顯示屏幕、視頻輸入端口和系統(tǒng)軟件等組成。 計算機及專用設(shè)備：計算機及專用設(shè)備直接決定了系統(tǒng)的功能，可根據(jù)用戶對系統(tǒng)的不同要求選擇不同的類型。 顯示屏幕：顯示屏的控制電路接收來自計算機的顯示信號，驅(qū)動LED發(fā)光產(chǎn)生畫面，并通過增加功放、音箱輸出聲音。 1.4 MCS-51單片機簡介51單片機是對目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機，后來隨著Flash rom技術(shù)的開展，8031單片機取得了長足的進展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片

7、機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。主要功能：8位CPU4kbytes 程序存儲器(ROM) (52為8K) 256bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 52有384bytes的RAM 32條I/O口線111條指令，大局部為單字節(jié)指令 21個專用存放器 2個可編程定時/計數(shù)器5個中斷源，2個優(yōu)先級52有6個 一個全雙工串行通信口 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB 外部程序存儲器尋址空間為64kB 邏輯操作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝 單一+5V電源供電 元件簡介：CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和局部外部特殊功能存放器； RAM

8、：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)； ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； I/O口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出； 第2章 方案選擇與實現(xiàn)2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案框圖電 源16*16點陣列驅(qū)動信號行掃描信號74LS15474LS595單片機圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計方案框圖本電路主要以89S52為控制核心，控制74LS154和74LS595輸出掃描的行和列信號,驅(qū)動4塊88的點陣組成的1616的點陣,顯示漢字和其它一些字符。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 電源電路設(shè)計圖3-1電源電路設(shè)計圖供電電路采用的是直流線性穩(wěn)壓器組成。一般直流穩(wěn)壓電源

9、的組成如下列圖：圖3-2一般直流穩(wěn)壓電源組成圖分析：交流電經(jīng)過變壓器變壓得到電壓UAC,根據(jù)單相橋式整流電路的特性，我們可以計算出整流以后的電壓UO。UO是整流電路的輸出端電壓瞬時值在一個周期內(nèi)的平均值，即Uo= 1圖3-3單相橋式整流電路波形根據(jù)上圖中的波形可得UO=8.1V公式二由面公式可以知道，我們在選擇電容時，應(yīng)選取耐壓值大于8.1V的電容。并且我們對所選擇的電容耐壓值應(yīng)該留有20%余量，故我們應(yīng)該選取10V左右耐壓值的電容，所民我們選取市場上常用的耐壓16V系列的電容。二極管正向平均電流：橋式整流電路 兩組整流二極管交替導(dǎo)通，由上較長的波形圖可以看出，流過每個二極管的平均電流等于輸出

10、電流的一半。即公式三濾波電容和整流二極管的選擇，在未加濾波電容之前，整流二極管有半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管的導(dǎo)通角=。而接入濾波電容后，二極管只在電容器充電時才導(dǎo)通，導(dǎo)通角。由于濾波后輸出平均電流增大，而二極管的導(dǎo)通角反而減小，所以流過二極管的瞬時電流很大。這對管子的壽命極為不利。因此必須選用較大容量的整流二極管。通常應(yīng)選 擇其電大平均整流電流IF大于負載電流IO的2-3倍。所以我選取最大整流電流為1A的整流橋。這樣可以滿足負載電流。整流濾波后的直流電壓UI接在輸入端和公共端之間，在輸出端可以獲得穩(wěn)定的輸出電壓UOUT，正常工作時，輸入輸出電壓差為2-3V。上圖中電解電容C20和C5的作用是

11、改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，瓷片電容C22和C6主要是抵消因為長線傳輸引起的電感效應(yīng)；一個發(fā)光二極管的導(dǎo)通時，電流通常為1mA到20mA之間，電流越大，發(fā)光二極管越亮。但壽命也會相應(yīng)的縮短。在設(shè)計時，綜合考慮，讓二極管的工作電流為10mA ，假設(shè)我們采取行或列掃描，每行有16個LED，假設(shè)16個全部亮?xí)r，其工作的電流為Imax=16Iled=160mA公式四而我們選取的7805最大輸出電流為1A，瞬時輸出最大電流為1.5A，其提供的電流遠大于電路所需的電流，所以7805可以滿足整個電路的供電要求，故我們選取7805作為整個電路的穩(wěn)壓器。7805穩(wěn)壓器的輸入輸出壓差Uc=Uin-Uout為2V左右，根據(jù)

12、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的特性可知，在7805上消耗的功率我們可以估算出來P7805=UCImax=(Uin-Uout)Imax公式五由于電流很小，所以發(fā)熱量也很小，故我們不必要加散熱片，利用7805自身的散熱就可以讓其正常的工作。3.2 單片機主控電路圖3-4單片機主控電路圖本系統(tǒng)主要采用AT89C51單片機，AT89C51 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU

13、和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、有效的解決方案。 AT89C51具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2246970.htm t _blank 時鐘電路。另外，AT89C51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種 HYPERLINK :/baike.baidu /view/37.htm t _blank 軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式

14、下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最小系統(tǒng)構(gòu)成的根本條件是89S52單片機的電壓為4.0V-5.5V。我們采用7805進行穩(wěn)壓，然后得到5V輸出。2.晶振 晶振結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個根底上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。本系統(tǒng)主要采用的是12M晶振，配合2個30pF的電容構(gòu)成晶體振蕩電路。3復(fù)位為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一局部，復(fù)位電路的第一

15、功能是上電復(fù)位，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，那么程序計數(shù)器PC將得不到一個適宜的初值，因此，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。3.3 行掃描電路設(shè)計3.3.1 74HC595簡介74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標準。 74HC595是具有8位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1533062

16、.htm t _blank 移位存放器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位存放器和存儲器是分別的時鐘。 數(shù)據(jù)在SHcp的上升沿輸入到移位存放器中，在STcp的上升沿輸入到存儲存放器中去。如果兩個時鐘連在一起，那么移位存放器總是比存儲存放器早一個脈沖。 移位存放器有一個串行移位輸入Ds，和一個串行輸出Q7,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲存放器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能OE為低電平時，存儲存放器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位存放器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。三態(tài)。表1-1 74HC595真值表 圖3-5M74HC595腳路圖表1-2M74HC595引腳說明符號引腳描述

17、OoO717并行數(shù)據(jù)輸出GND8地Q79串行數(shù)據(jù)輸出SRCLR10主復(fù)位低電平SRCLK11移位存放時鐘輸入RCLK12存儲存放時鐘輸入CE13輸出有效低電平SER14串行數(shù)據(jù)輸入VCC16電源8位串行輸入 /8位串行或并行輸出 存儲狀態(tài)存放器，三種狀態(tài)輸出存放器三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路可以直接去除 100MHz的移位頻率。595移位存放器有一個串行移位輸入Ds，和一個串行輸出Q7,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲存放器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能OE時為低電平，存儲存放器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 3.3.2 行驅(qū)動電路行掃描驅(qū)動器主要以74HC595

18、構(gòu)成，由于595只能輸出Q0-Q7共8個輸出端，而我們現(xiàn)在要做一個1616點陣的行掃描，所以必須用2片74HC595級聯(lián)使用。這樣就可以到達掃描輸出16行了。其級聯(lián)的電路如下。圖3-6 74HC595級聯(lián)電路圖將2片595級連，其中第一塊595的SRCLK與RCLK和第二塊的連在一起，這樣可以共用一個時鐘信號和一個數(shù)據(jù)鎖在信號。通過查閱74HC595的芯片資料，我們得知它的輸入輸出數(shù)據(jù)的方式為串入并出類型。當我們想讓第一行顯示時，串行數(shù)據(jù)從SER腳輸入經(jīng)過64個SRCLK時鐘周期之后，發(fā)送到74HC595中，同時控制它的RCLK腳，輸出一個鎖存信號。這樣剛剛輸入的數(shù)據(jù)就被存到了74HC595中

19、。只要我們讓使能腳置低電平，這樣就可以把剛剛存入的數(shù)據(jù)經(jīng)過D0-D7送出來了,輸出為8位并行方式。從而實現(xiàn)了串入并出。3.4 列掃描驅(qū)動電路設(shè)計74LS154簡介74LS154為4線-12線譯碼器，中選通端G1 G2為低電平時，可將地址端ABCD的二進制編碼在一個輸出端以低電平譯出。假設(shè)將G1和G2中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端，由ABCD對輸出尋址，74LS154還可以作為，1-16線數(shù)據(jù)分配器。圖3-7 74LS154芯片引腳圖其中，A、B、C、D為譯碼地址輸入端。低電平有效G1 G2為選通端低電平有效，0-15為輸出端低電平有效3.4.2 列驅(qū)動電路圖3-8列驅(qū)動74HC154電路圖列驅(qū)動電路主

20、要采用了一片74LS154，由于我們要占用全部的輸出口，所以G1 G2都必須接低電平。A、B、C、D分別接到單片機的P0.4-P0.7。74LS154是4線輸入，它能輸出24=16種狀態(tài)，按照其輸入信號翻譯成對應(yīng)的輸出信號。 在圖1中，74138是一種4線16線譯碼器 ，4個輸入端ABCD共有16種狀態(tài)組合00001111，可譯出16個輸出信號D0D15。它有2個使能輸入端，當G2與G1均為0，譯碼器處于工作狀態(tài)，輸出低電平。當譯碼器被禁止時，G1 G2輸入高電平。其輸入輸出，真值表如下圖：表1-3 74LS154輸出真值表注：H-高電平L-低電平-高阻態(tài)由于點陣里面是發(fā)光二極管組成的，其工作

21、時的壓降約為1.7V,工作時的電流約為1mA-30mA,74LS154在連接點陣時，必須要考慮點陣正常工作時的電壓與電流。74LS154輸出端為高電平時約為5V，假設(shè)直接接到點陣上，可能會引起流過LED的電流過大而燒掉，所以我們必須得加限流電阻。LED工作時的電流與亮度有關(guān)，電流越大時，亮度越高。但當電流過大時會燒掉，所以我們必須在保證不被燒掉的情況下讓亮度盡量亮一些。LED的驅(qū)動方式一般有兩種，一種為靜態(tài)驅(qū)動，另外一種為動態(tài)掃描驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動就是給單獨每一個LED供電。這樣每個LED都有足夠的電流，亮度也相應(yīng)的比較高。動態(tài)掃描驅(qū)動就是把本來供應(yīng)一個LED燈的電流，同時分給了N個燈，所以它的亮

22、度會有所降低。當然在同時供應(yīng)兩個led燈電流時不是平均的分配電流，而是電流不斷地在兩led間掃描，其掃描頻率到達了每秒鐘100次，也就是說電流在1/100秒內(nèi)是供個其中一個led，在下一1/100秒內(nèi)是供應(yīng)了另一個led。其實這兩個led是在不斷的亮滅，只是人眼的視覺暫留效果讓我們發(fā)覺不到它們在不斷的亮滅，只要掃描頻率到達了每秒64次以上，人眼就分辨不出來了。由上面的分析可以得到限流電阻R的值公式六假設(shè)我們想讓這個16*16點陣的每個LED工作時的電流ILED為2mA.Uled為正常工作時的電壓取1.7V。那么我們可以得出限流電阻的取值為公式七 所以我們選取100歐的限流電阻。這樣每個LED工

23、作時的電流約為2mA.在保證LED能亮的同時不會被燒壞。3.5.1 88點陣簡介圖3-9 88共陰型點陣圖 對于共陰型的88LED點陣而言，每列LED的陰極連接在一起，即為列腳，每行LED連在一起，即為行引腳。通常是站在列的角度來看，所以稱為“共陰極型，假設(shè)要點亮其中的LED，那么列的信號與行的信號要有交集。例如。要第1列，第2行的的LED亮，那么必須將第一列引腳接到GND，第二行的引腳接VCC，這樣才能形成一個正向回路，LED才會亮。對于共陰極型的數(shù)碼管，列引腳必須采用低電平掃描，而行引腳那么為高電平信號。圖3-10 88共陽型點陣圖對于共陽型的88LED點陣而言，每列LED的陽極連接在一起

24、，即為列腳，每行LED連在一起，即為行引腳。通常是站在列的角度來看，所以稱為“共陽極型，假設(shè)要點亮其中的LED，那么列的信號與行的信號要有交集。例如。要第1列，第2行的的LED亮，那么必須將第一列引腳接到VCC，第二行的引腳接GND，這樣才能形成一個正向回路，LED才會亮。對于共陽極型的數(shù)碼管，列引腳必須采用高電平掃描，而行引腳那么為低電平信號。3.5.2 1616點陣連接圖圖3-11 16*16點陣連接圖上圖為4塊88組成的1616點陣原理圖，上圖的列COL1-COL16接到74LS154的輸出端，行ROW1-ROW16接到74HC595的輸出端。1616點陣的掃描方式必須配合鎖存信號，例如

25、要顯示第一掃描線，那么先送入上面局部的顯示信號，再對上面局部的鎖在器送一個正脈沖，即可將該信號鎖在該鎖在器里面不受影響；緊接著，下面局部的顯示信號再對下面局部的鎖存器送一個正脈沖，即可將該信號鎖在該鎖存器里而不受影響。最后送出該列的掃描信號，即可顯示該列的16個LED。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序顯示字符程序動態(tài)顯示程序靜態(tài)顯示程序圖4-1軟件設(shè)計總體框圖4.2 軟件設(shè)計環(huán)境與思路本次畢業(yè)設(shè)計主要在Keil u Vison 3下采用C語言來編寫程序。Keil u Vison 3可以進行C語言，匯編語言，的編譯。并可以進行軟件設(shè)計與仿真。編譯之后生成的.HEX文件可以下載到單片機里面。同時我們也可

26、以配合Protues仿真軟件進行仿真。這樣可以縮短我們程序的調(diào)試時間，及時發(fā)現(xiàn)我們程序中的缺乏之處。我們可以把整個程序分成4個模塊來說：首先我們應(yīng)該寫書顯示字符程序，用點陣取模軟件，將所需要的字轉(zhuǎn)化為一個一維數(shù)組；圖4-2字模提取第二、我們可以書寫顯示字符的靜態(tài)顯示程序，將這些字符靜態(tài)顯示出來；第三、當靜態(tài)顯示完成后，我們可以試著將靜態(tài)顯示變?yōu)閯討B(tài)顯示，例如，將字符向左移動，或向右移動，向上移動，向上移動等方式。這樣便可以實現(xiàn)一個1616顯示多個字符；第四、將以上三步的程序進行整合，縮合調(diào)試，最后得出系統(tǒng)的總體程序。4.2.1 1616靜態(tài)顯示程序設(shè)計從第一個字型開始下一個字型2個字型16列讀

27、取數(shù)組輸出延遲申明字型數(shù)組變量與函數(shù)開始NO YESNOYES圖4-3 LED靜態(tài)顯示程序流程圖上面流程圖主要是讓單片機控制1616點陣靜態(tài)顯示2個字。讓第一個字靜態(tài)顯示一定的時間，然后再顯示第二個字，依次輪流顯示。首先，在keil u vison 3里面建立工程工程文件，然后開始編寫程序。然后翻開點陣取模軟件，將我們所要顯示的2個漢字取模。顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按照列與數(shù)據(jù)元素的對應(yīng)關(guān)系第i列對應(yīng)的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第i和第i+16個元素。將對應(yīng)元素的由低至高位依次從74LS154端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與0X01相與，所得結(jié)果通過單片機端口輸出到串并轉(zhuǎn)換器7

28、4HC595端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面。4.2.2 1616動態(tài)顯示程序設(shè)計從第一個字型開始下一個字型2個字型16列讀取數(shù)組鎖存Hi鎖存Lo 輸出掃描信號開始申明字型數(shù)組變量與函數(shù)NO YESNOYES圖4-4 LED動態(tài)顯示程序流程圖假設(shè)要將文字或圖形在LED占陣里左右移動，只要以不同的順序顯示其編碼即可。對于16*16的點陣，其左移就是顯示8個不同的字型。首先掃描第一個字型，同樣是16行，16次掃描，16次顯示；完成第一個字型后，再掃描第二個字型；完成第二個字型后，再掃描第三個字型。以此類推，即可產(chǎn)生該文字字型或圖形左移的感覺。4.2

29、.3 主程序設(shè)計主程序主要將前面的程序進行整合，根據(jù)功能需求與電路結(jié)構(gòu)，在Keil C里面編寫程序進行編譯，以產(chǎn)生.hex文件。然后進行軟件調(diào)試/仿真?？雌涔δ苁欠裾?，假設(shè)有錯誤或非預(yù)期狀態(tài)，那么檢查源程序，看哪里出了問題，并進行修改。假設(shè)在線仿真功能正常，那么將程序與仿真軟件相結(jié)合再進行調(diào)試開始重復(fù)次數(shù)完成數(shù)據(jù)輸送完成輸出數(shù)據(jù)聲明變量函數(shù)定義字模數(shù)組掃描信號顯示信號 YESYESNO圖4-5 主程序設(shè)計流程圖第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1 仿真軟件protues簡介Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功

30、能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2021年即將增加Cortex和DSP系列處

31、理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯1.Protues軟件具有其它EDA工具軟件例：multisim的功能。這些功能是： 1原理布圖 2PCB自動或人工布線 3SPICE電路仿真 2.特點： 1互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，局部SPI器件，局部IIC器件。 2仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Pro

32、tues建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。圖5-1Protues系統(tǒng)界面智能原理圖設(shè)計ISIS：豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)立新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。 完善的電路仿真功能ProspiceProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標準SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可

33、以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的鼓勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻使用wav文件、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等； 生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件如電機、顯示器件、按鈕的使用可以使仿真更加

34、直觀、生動； 高級圖形仿真功能ASF：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析。在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTUES提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計

35、的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表。隨著科技的開展“計算機仿真技術(shù)已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。相信在單片機開發(fā)應(yīng)用中PROTUES也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。 5.2 點陣仿真在調(diào)試程序時，我們可以根據(jù)仿真protues仿真軟件進行系統(tǒng)的軟件與硬件的仿真，通過仿真，我們可以發(fā)現(xiàn)我們設(shè)計的軟件與硬件之間的問題，并及時進行改良。在剛開始寫程序時，我們先寫了點陣的靜態(tài)顯示，讓其只顯示一個“琨字。其仿真的效果如下所示。圖5-1 靜態(tài)仿真圖在靜態(tài)仿真完成后，我們進行了動態(tài)

36、字體仿真，主要是讓字體左移。其仿真的效果如下所示圖5-2 動態(tài)仿真圖 圖5-3 動態(tài)仿真抓拍圖在仿真的過程中，我們發(fā)現(xiàn)由于前面的程序沒處理好，導(dǎo)致在仿真的過程中字有拖影。如下列圖所示，由于程序沒有處理完好，所以出現(xiàn)了此種現(xiàn)像。圖5-4拖影圖和正確圖比較問題的原因。通過網(wǎng)上查找資料，我們得知出拖影的原因主要要有以下幾個方面關(guān)閉顯示。黑屏，如果不關(guān)閉顯示就切換，內(nèi)容就會瞬間重疊，拖尾，閃爍同時切換行和列，必須要在列切換前關(guān)閉行，列切換后再開行顯。第六章系統(tǒng)調(diào)試做硬件焊接完成之后，我們必須對硬件進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題，并對其進行改良。1.硬件調(diào)試的方法：方法一：用萬用用表和其它儀器儀表進行

37、檢測方法二：采用軟件測試硬件的方法進行檢測方法分析：這兩種方法各有優(yōu)點，方法一能直接準確確實定元件的故障所在點，并直接進行故障排除。但是此方法必須對元件進行一一檢測，檢測的過程非常慢。對于一個大系統(tǒng)和元件比較多的電路來說，此種方法不適合。方法二用軟件來控制硬件，編寫某一電路的控制程序，看這局部的電路的運行結(jié)果是否與書的軟件控制的效果一致。如果不一致，那么證明這局部電路有問題。這種方法可以迅速的判斷某一局部電路的故障，對于大系統(tǒng)來說，這種方法可以縮小故障的范圍，再對所出現(xiàn)的故障進行排除，節(jié)約系統(tǒng)調(diào)試的時間。在1616點陣系統(tǒng)中，我們把電路分成幾個小模塊，采取方法一和方法二相結(jié)合的測試方法進行測試

38、。2.測試步驟：1.用萬用表對電路中的電源線進行測量，我們先用萬用表的蜂鳴檔，將萬用表的紅黑表筆接到電路電源線進行測量，假設(shè)發(fā)現(xiàn)蜂鳴器響，那么證明電源線有短路。如蜂鳴器沒有響，那么證明電源線無短路現(xiàn)象。2.再用蜂鳴檔對單片機的電源、晶振、復(fù)位等電路進行測量，看有沒有連接好。假設(shè)連接正常，那么對系統(tǒng)進行通電。通電前先撥出單片3.測量單片機的工作電壓。看是否正常，假設(shè)不正常。再用萬用表進行檢測，排除電源故障4.假設(shè)電源工作正常，插上單片機。編程控制，讓所有點陣都亮，測試各元件有沒有正常工作。軟件調(diào)試是建立在硬件調(diào)試的根底之上的。調(diào)試完硬件之后，我們就開始編寫程序，對程序進行調(diào)試。我們先畫出程序的流

39、程圖，然后根據(jù)流程圖來編寫程序。程序編寫調(diào)試方法：方法一：根據(jù)流程圖，直接編寫。方法二：先編寫局部模塊的程序，再對模塊程序進行整合。方法分析：方法一中直接根據(jù)流程圖寫，適合小規(guī)模的程序，對于大規(guī)模的程序不適合，且程序的可移植性差。方法二中可以移植相似的程序，節(jié)約程序編寫的工作量。對于大規(guī)模的程序比較適合。程序的編寫也相比照較輕松。可以節(jié)約程序的編寫時間。在本系統(tǒng)中，我們采取方法二來進行軟件的編寫與調(diào)試。第六章 結(jié)論在前面的學(xué)習(xí)和設(shè)計的過程中，我首先設(shè)計了硬件電路原理圖，包括電源模塊，單片機模塊，行掃描模塊，列驅(qū)動模塊。在設(shè)計這些模塊時，遇到了一些參數(shù)的選取，要通過一定的理論計算才可以得出元件的

40、參數(shù)。在設(shè)計電源模塊時，計算了二極管參數(shù)的選取，穩(wěn)壓芯片的功耗與熱穩(wěn)定性分析，電解電容與瓷片電容在電源電路中的作用，以及整個電路功耗和估算。在設(shè)計單片機模塊時，分析了單片機最小系統(tǒng)，它主要由三個局部組成，電源、晶振，復(fù)位。只有當這三個條件同時滿足時，單片機才會正常工作。行掃描模塊中主要介紹了74HC595這個芯片的工作原理與硬件電路設(shè)計。列掃描模塊中主要介紹了74LS154的原理與原硬件電路中限流電阻的計算分析。軟件設(shè)計首先確定了軟件設(shè)計的環(huán)境設(shè)計思路，畫出了設(shè)計的框圖。然后編寫了靜態(tài)的顯示程序，動態(tài)的顯示程序，最后對這兩個程序進行整合，得出了最終的程序。為驗證整個硬件電路與程序的正確性，我用

41、仿真軟件protues對整個電路進行了仿真，仿真中發(fā)現(xiàn)字體的拖影現(xiàn)象，我通過上網(wǎng)查找資料，發(fā)現(xiàn)了問題的所在。利用仿真軟件，我完成了整個電路的軟件調(diào)試工作。然后再利用萬用表，配合程序?qū)崿F(xiàn)硬件檢測與調(diào)試。參考文獻：1 高勝東,梁采，張宏富. HYPERLINK :/5/kns50/detail.aspx?filename=CDQX803.009&dbname=CJFD1998&filetitle=%e4%b8%80%e7%a7%8dLED%e5%a4%a7%e5%b1%8f%e5%b9%95%e6%98%be%e7%a4%ba%e7%b3%bb%e7%bb%9f t _t

42、op 一種LED大屏幕顯示系統(tǒng)J?.成都氣象學(xué)院學(xué)報.1998，(03)：108-120.2 關(guān)積珍.? HYPERLINK :/5/kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2000&filename=SDYQ200002005&filetitle=LED%e6%98%be%e7%a4%ba%e5%b1%8f%e5%8f%91%e5%b1%95%e7%8a%b6%e5%86%b5%e5%8f%8a%e8%b6%8b%e5%8a%bf o LED顯示屏開展狀況及趨勢 LED顯示屏開展狀況及趨勢J?.世界電子元器件.2000, (02)：277-301.

43、 3 陳玉華，王銘霞.? HYPERLINK :/5/kns50/detail.aspx?filename=DLHS703.026&dbname=CJFD1997&filetitle=LED+%e5%a4%a7%e5%b1%8f%e5%b9%95%e6%98%be%e7%a4%ba%e7%94%b5%e8%b7%af%e7%9a%84%e8%ae%be%e8%ae%a1 t _top LED大屏幕顯示電路的設(shè)計J?.大連海事大學(xué)學(xué)報.1997，(03)：55-56.4 王亭，李瑞濤，宋召清.?在Windows下PC機和單片機的串行通信J?.微型機與應(yīng)用.2000(1)

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47、42021).19 Regenold, Stephen. LEDs Are Still Popular (and Improving) after All These YearsZ.Sep2004, Vol. 18 Issue 9, 44-44, 1/7p,1c; (AN 14525210).附錄一：程序#include#define SCANP P1#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit DS=P34; /74HC595的數(shù)據(jù)串行輸入端口SDIsbit ST=P37; /74HC595并行輸出使能LCKsbit SH=

48、P36; /74HC595移位存放器移位使能SCKuchar code d=0 x00,0 x00,0 x22,0 x08,0 x22,0 x0C,0 x3F,0 xF8,0 x62,0 x10,0 x22,0 x10,0 x7F,0 xFF,0 x49,0 x22,0 x49,0 x24,0 x49,0 x00,0 x49,0 xFE,0 x49,0 x11,0 xFF,0 x21,0 x40,0 x41,0 x00,0 x07,0 x00,0 x00,/琨0 x00,0 x20,0 x01,0 x20,0 xFF,0 xA0,0 x11,0 x20,0 x12,0 x20,0 x12,0

49、x20,0 x14,0 x20,0 x00,0 xFF, /畢0 xFE,0 x20,0 x11,0 x20,0 x11,0 x20,0 x21,0 x20,0 x21,0 x20,0 x07,0 x60,0 x00,0 x20,0 x00,0 x00,0 x00,0 x02,0 x08,0 x02,0 x06,0 x02,0 x01,0 xE2,0 x00,0 x02,0 xFF,0 xFE,0 x00,0 x02,0 x00,0 x02,0 x00,0 x02,0 xFF,0 xFE,0 x00,0 x22,0 x00,0 xC2,0 x03,0 x02,0 x0C,0 x06,0 x00,0 x02,0 x00,0 x00, /業(yè)0 x00,0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x02,0 x40,0 x01,0 x47,0 xF