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文檔簡介
1、 摘要. II第一章 前言.1第二章 設(shè)計任務(wù).22.1任務(wù) . 22.2 要求 . 32.2.1 基本要求:設(shè)計并制作 LED電子顯示屏和控制器。.32.2.2 發(fā)揮部分:.32.2.3其它.3第三章 方案論證.43.1 顯示部分 . 432 數(shù)據(jù)傳輸方案 . 4第四章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計.541 電源設(shè)計 . 642 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 . 7421 單片機(jī)的選擇.7422 AT89S52芯片介紹.7423 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路.1143 列驅(qū)動電路 . 1244 行驅(qū)動電路 . 14441 行驅(qū)動芯片 74HC154 介紹.14442 行驅(qū)動電路.1645 LED顯示屏電路. 18第五章
2、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計.205.1系統(tǒng)主程序 . 21結(jié)束語.22致謝.23I 參考資料附錄.23.24摘要本設(shè)計是一 1632 點陣 LED 電子顯示屏的設(shè)計。整機(jī)以美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 40 腳單片機(jī) AT89S52為核心,介紹了以它為控制系統(tǒng)的 LED 點陣電子顯示屏的動態(tài)設(shè)計和開發(fā)過程。通過該芯片控制一個行驅(qū)動器 74HC154 和四個列驅(qū)動器 74HC595 來驅(qū)動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像,全屏能顯示 2 個漢字,采用 8 塊 88 點陣 LED顯示模塊來組成 1632 點陣顯示模式。顯示采用動態(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。文
3、中詳細(xì)介紹了 LED 點陣顯示的硬件設(shè)計思路、硬件電路各個部分的功能及原理、相應(yīng)軟件的程序設(shè)計,以及使用說明等。單片機(jī)控制系統(tǒng)程序采用單片機(jī)匯編語言進(jìn)行編輯,通過編程控制各顯示點對應(yīng) LED 陽極和陰極端的電平,就可以有效的控制各顯示點的亮滅。所顯示字符的點陣數(shù)據(jù)可以自行編寫(即直接點陣畫圖),也可從標(biāo)準(zhǔn)字庫中提取。LED 顯示以其組構(gòu)方式靈活、顯示穩(wěn)定、功耗低、壽命長、技術(shù)成熟、成本低廉等特點在車站、證券所、運動場館、交通干道及各種室內(nèi) /外顯示場合的信息發(fā)布,公益宣傳,環(huán)境參數(shù)實時,重大活動倒計時等等得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)實踐證明,該系統(tǒng)顯示誤差小,性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)合理,擴(kuò)展能力強。關(guān)鍵詞:AT
4、89C51 單片機(jī); LED; 點陣顯示; 動態(tài)顯示; 匯編語言。II III 第一章 前言單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來,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(jī)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。正因為單片機(jī)有如此多的優(yōu)點,因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣,幾乎到了無孔不入的地步。在我國,單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀表、智能化家用電器、航空航天系統(tǒng)和和國防軍事、尖端武器等各個方面。我們可以開發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義是單片機(jī)的應(yīng)用改變了控制系
5、統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和方法。以前采用硬件電路實現(xiàn)的大部分控制功能,正在用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控制技術(shù)。例如,本文所要論述的通過單片機(jī)來控制LED 點陣顯示。LED 是發(fā)光二極管英文 Light Emitting Diode 的簡稱,是六十年代末發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體顯示器件,七十年代,隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和-結(jié)形成技術(shù)的研究進(jìn)展,發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進(jìn)入批量化和實用化。進(jìn)入八十年代后,LED 在發(fā)光波長范圍和性能方面大大提高,并開始形成平板顯示產(chǎn)品即 LED 顯示屏。LED 電子顯示屏是利用發(fā)
6、光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它是集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的顯示系統(tǒng),是目前國際上極為先進(jìn)的顯示媒體。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富、工作性能穩(wěn)定以及對室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)點而日漸成為顯示媒體中的佼佼者。在我國改革開放之后,特別是進(jìn)入 90 年代國民經(jīng)濟(jì)高速增長,對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈,LED 顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場形勢,因而在 LED 顯示屏的設(shè)計制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高,生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展,并逐步形成產(chǎn)業(yè),成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。LED 顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏
7、,到圖像顯示屏的發(fā)展過程。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,LED 顯示屏作為信息傳播的一種重要手段成為1 現(xiàn)代信息化社會的一個閃亮標(biāo)志。近年 LED 顯示屏已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、外需要進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場所如銀行、營業(yè)部、車站、機(jī)場、港口、體育場館等信息的發(fā)布,政府機(jī)關(guān)政策、政令,各類市場行情信息的發(fā)部和宣傳等。目前,對于那些需要顯示的信息量不是很大,分辨率不是很高,又需要制造成本相對比較低的場合,使用大、小屏幕 LED 點陣顯示器是比較經(jīng)濟(jì)適用的,它可以用單片機(jī)控制實現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字和簡單圖形,可以根據(jù)需要使用不同字號、字型。漢字顯示方式是先根據(jù)所需要的漢字提取漢字點陣(如 1616
8、 點陣),將點陣文件存入 ROM,形成新的漢字編碼。而在使用時則需要先根據(jù)新的漢字編碼組成語言,再由 MCU 根據(jù)新編碼提取相應(yīng)的點陣進(jìn)行漢字顯示。具體顯示技術(shù)和原理將會在正文中得到詳細(xì)論述。第二章 設(shè)計任務(wù)點陣點陣顯示屏制作2.1任務(wù)設(shè)計并制作一臺簡易 LED 電子顯示屏,16 行*32 列點陣顯示,原理示意圖如下:串PC機(jī)數(shù)據(jù)存儲器行口控制器2鍵盤接口 鍵盤LED 電子顯示屏原理框圖2.2 要求2.2.1 基本要求:設(shè)計并制作 LED 電子顯示屏和控制器。自制一臺簡易 16 行*32 列點陣顯示的 LED 電子顯示屏;自制顯示屏控制器,擴(kuò)展鍵盤和相應(yīng)的接口實現(xiàn)多功能顯示控制,顯示屏顯示數(shù)字
9、和字母,亮度可用按鍵連續(xù)調(diào)整。顯示屏通過按鍵切換顯示數(shù)字和字母,顯示內(nèi)容可以平滑的左右移動;顯示屏能顯示 4 組特定數(shù)字或者英文字母組成的句子,通過按鍵切換顯示內(nèi)容;能顯示 4 組特定漢字組成的句子,通過按鍵切換顯示內(nèi)容,并具有掉保護(hù)功能。2.2.2 發(fā)揮部分:自制一臺簡易 16 行*64 列點陣顯示的 LED 電子顯示屏;LED 顯示屏亮度可根據(jù)環(huán)境亮度自動調(diào)節(jié)。實現(xiàn)信息的左右滾屏顯示,預(yù)存信息的定時循環(huán)顯示,滾屏方向和速度(5 級)可以設(shè)定;實現(xiàn)實時時間、日期、溫度顯示,顯示屏數(shù)字顯示: 時分秒;可以用相關(guān)軟件將 PC 中的漢字顯示在 LED 屏上(軟件打包成WINDOWS 下可執(zhí)行文件并
10、刻成光盤,比賽結(jié)束時封入到作品箱中 ,測試時由組委會提供 PC,PC 機(jī)上只裝有WINDOWSXP 系統(tǒng),測試時不得使用 U 盤。)注:一次性到少將 20 個漢字寫入到控制器中。2.2.3 其它完成一份 3000 字左右的設(shè)計報告,正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序、和完整的測試結(jié)果用附件給出。設(shè)計報告用A4 紙打印,第一頁用一張空白紙做封面,在紙上寫明參賽隊號和參賽題目代號。3 第三章 方案論證3.1 顯示部分顯示部分是本次設(shè)計最核心的部分,對于 LED8*8點陣顯示有以下兩種方案:方案一:靜態(tài)顯示,將一幀圖像中的每一個二極管
11、的狀態(tài)分別用 0 和 1 表示,若為 0 ,則表示 L ED 無電流,即暗狀態(tài);若為 1 則表示二極管被點亮。若給每一個發(fā)光二極管一個驅(qū)動電路,一幅畫面輸入以后,所有 L ED 的狀態(tài)保持到下一幅畫。對于靜態(tài)顯示方式方式,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多,引線多而復(fù)雜,成本高,且可靠性也較低。方案二:動態(tài)顯示,對一幅畫面進(jìn)行分割 ,對組成畫面的各部分分別顯示 ,是動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計上如果處理不當(dāng),易造成亮度低,閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn),又要保證圖像穩(wěn)定,無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式 ,復(fù)用的程度不是無限增加的 , 因
12、為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短 , 發(fā)光的亮度等因素. 我們通過實驗發(fā)現(xiàn), 當(dāng)掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率) 為 50Hz,發(fā)光二極管導(dǎo)通時間1m s 時, 顯示亮度較好, 無閃爍感.。鑒于上述原因, 我們采用方案二32 數(shù)據(jù)傳輸方案采用掃描方式進(jìn)行顯示時,顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機(jī)的存儲器中,按 8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去,這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然,采用并行方式時,從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大,
13、相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時,并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? 采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€,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(jì)的。但是,串行傳輸過程較長,數(shù)據(jù)要經(jīng)過并行到串行和串行到并行兩次變換。首先,單片機(jī)從存儲器中讀出的 8 位并行數(shù)據(jù)要通過并串變換,按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器。與此同時,列驅(qū)動器中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列,并從前一列接收新數(shù)據(jù),一直到全部列數(shù)據(jù)都傳輸完為止。只有當(dāng)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(jìn)行顯示。這樣,對于一行的顯示過程就可以分解列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(傳輸)和列數(shù)據(jù)顯示兩個部分。對于串行傳輸方式來說,列數(shù)據(jù)
14、準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)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,以至影響到 LED 的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題,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,準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的,列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析,可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具備的主要功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說,它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能;對于列數(shù)據(jù)顯示來說,應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣,本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時,串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù),而不會影響本行的顯示。圖2-1 為顯示屏電路實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。行驅(qū)動器圖 2-1 顯示
15、屏電路框圖第四章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計由于圖文屏的控制電路采用單片機(jī)方案,控制功能的實現(xiàn)應(yīng)在硬件和軟件兩5 方面進(jìn)行折中。單片機(jī)及相應(yīng)軟件,主要負(fù)責(zé)存儲(或生成)顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號的定時與順序等。但是單片機(jī)的接口數(shù)量少,驅(qū)動能力不強,必須擴(kuò)展一定的硬件電路,才能滿足顯示屏的需要。系統(tǒng)硬件部分電路大致上可以分成穩(wěn)壓電源、單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動器電路、行驅(qū)動器電路和 LED 顯示屏電路五部分。41 電源設(shè)計穩(wěn)壓電源的功能是把來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧?、穩(wěn)定的直流電壓。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成,如圖3-1 所示:+(a)穩(wěn)壓電源的組成框圖u3 u
16、Iu10u2U0t 0t 0t 0t(b)整流與穩(wěn)壓過程圖 3-1 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖 3-2 所示。圖中變壓器 T 將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓變換為整流電路所需要的 7.5V 交流電壓,再經(jīng)整流電橋(4 個二極管)D1 將交流電壓變換成脈動的直流電壓,隨后電解電容器 C1 將脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除,以得到較為平滑的直流電壓。為了得到改6 善的紋波電壓,再將直流電壓通過電容 C2,然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器 IC1 穩(wěn)壓,在輸出端得到穩(wěn)定的 5V 直流電壓。這時,在輸出端接上電容 C3,用以濾除輸出端的高頻信號,改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),
17、最后即可得到所需的、穩(wěn)定的直流電壓。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈。IC1VCC13DNG12ST1 00 +_SW422 20 V7.5 VBRIDGED23LED圖 3-2 電源電路圖42 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路421 單片機(jī)的選擇單片機(jī)采用 89S52 或其兼容系列的芯片進(jìn)行控制,它負(fù)責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。這里我們選擇了內(nèi)含 4K 字節(jié) Flash 的 AT89S52,因為我們只需要顯示特定的圖形和文字,無需龐大的字庫,因此 4K Flash 已經(jīng)可以滿足字庫儲存的需求,不需要擴(kuò)展外存儲器。422 AT89S52芯片介紹AT89S52是一種
18、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 和在系統(tǒng)可編程 Flash,使得7 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)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
19、振及時鐘電路。另外,AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作,支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,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(hù)方式下, RAM 內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52 單片機(jī)一般采用雙列直插 DIP 封裝,共 40 個引腳,圖 3-3 為其引腳排列圖。40 個引腳大致可分為 4 類:電源、時鐘、控制各 I/O 引腳。一 電源Vcc芯片電源,接+5V;GND接地端。二 時鐘XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。U11234567891 01 11 21 3
20、1 41 51 61 71 81 92 04 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 32 22 1AT89C51PSENP2. 7P2. 6P2. 5P2. 4P2. 3P2. 2P2. 1P2. 02XTAL1GND圖 3-3 AT89S52引腳圖三 控制線控制線共有 4 根,其中 3 根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能,正常使用時是一種功能,在某種條件下是另一種功能。8 1ALE/ PROG 地址鎖存允許/片內(nèi) EPROM 編程脈沖。(1)ALE 功能:用來鎖存 P0 口送出的低八位地址。AT89C51 在并行擴(kuò)展外存儲器
21、時,P0 口用于分時傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)信號,且均為二進(jìn)制數(shù)。當(dāng) ALE 信號有效時,P0 口傳送的是低 8 位地址信號;ALE信號無效時,P0 口傳送的是低 8 位地址信號。在 ALE 信號的下降沿,鎖定 P0口傳送的內(nèi)容,即低 8 位地址信號。需要指出的是,當(dāng)CPU 不執(zhí)行訪問外 RAM 指令,ALE 以時鐘振蕩頻率 1/6的固定頻率輸出,因此 ALE 信號也可作為外部芯片 CLK 時鐘或其他需要。但是,當(dāng) CPU 執(zhí)行 MOVX 指令時,ALE 將跳過一個 ALE 脈沖。(2) PROG 功能:片內(nèi) EPROM 的芯片,在 EPROM 編程期間,此引腳輸入編程脈沖。2 PSEN 外
22、ROM 讀選通信號。89S52 讀外 ROM 時,每個機(jī)器周期內(nèi) PSEN 兩次有效輸出。 PSEN 可作為外ROM 芯片輸出允許OE 的選通信號。在讀內(nèi) ROM 或讀外 RAM 時, PSEN 無效。3RST/V 復(fù)位/備用電源。PD(1)正常工作時,RST 端為復(fù)位信號輸入端,只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機(jī)器周期以上高電平,AT89C51芯片即實現(xiàn)復(fù)位操作,復(fù)位后一切從頭開始,CPU 從 0000H 開始執(zhí)行指令。(2)V 功能:在 V 掉電情況下,該引腳可接上備用電源,由 V 向片PDCCPD內(nèi) RAM 供電,以保持片內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。4 EA /V 內(nèi)外 ROM 選擇/片內(nèi) E
23、PROM 編程電源。PP(1)EA 功能:正常工作時,EA 為內(nèi)外 ROM 選擇端。AT89S52單片機(jī) ROM尋址范圍為 64KB,其中 4KB 在片內(nèi),60KB 在片外。當(dāng) EA 保持高電平時,先訪問內(nèi) ROM,但當(dāng) PC 值超過 4KB 時,將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外 ROM 中的程序。當(dāng) EA保持低電平時,則只訪問外 ROM,不管芯片內(nèi)有否內(nèi) ROM。(2)V 功能:片內(nèi)有 EPROM 的芯片,在 EPROM 編程期間,此引腳用于PP施加編程電源。四 I/O 引腳AT89S52有 P0、P1、P2、P3 4 個 8 位并行 I/O 端口,共 32 個引腳。9 P0 口是一組 8 位漏級開路型雙向
24、 I/O 口,也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時,每位能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路,對端口寫 1時,又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時,它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址(低 8 位)/數(shù)據(jù)總線,在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在Flash 編程時,P0 端口接收指令字節(jié);而在驗證程序時,則輸出指令字節(jié)。驗證時,要求外接上拉電阻。P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,向P1口寫入1時P1口被內(nèi)部上拉為高電平,可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時被外部信號拉低的P1口會因為內(nèi)部上拉而輸出一個電流。Flash編程和程序校驗期間,P1接收低8位地址。P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻
25、的雙向I/O口,向P2口寫入1時P2口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口,當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P2口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行 MOVXDPTR指令)時,P2口送出高8位地址數(shù)據(jù),當(dāng)使用8位尋址方式(MOVXRI)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容,在整個訪問期間不改變。Flash編程和程序校驗時,P2也接收高位地址和一些控制信號。P3 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,向P3口寫入1時P3口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口,當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P3口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口
26、線外,更重要的是它的第二功能,如表31所表 31 P3 各端口第二功能P3.0RXDP3.1TXD串行口輸入端串行口輸出端10 定時/計數(shù)器0外部信號輸入端定時/計數(shù)器1外部信號輸入端外RAM寫選通信號輸出端外RAM讀選通信號輸出端P3.7RD423 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路形式如圖 3-4 所示。單片機(jī)振蕩器反相放大器的輸入端(XTAL1)和輸出端(XTAL2)之間接上 12MHz 或更高頻率的晶振,以獲得較高的刷新頻率,使顯示更穩(wěn)定。電容 C4、C5 是晶振的負(fù)載電容,主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用。單片機(jī)的串行口工作在方式 0 下,作為同步移位寄存器使用,端口 RXD(P3.0)
27、作為數(shù)據(jù)移位的輸入/輸出端,而由 TXD(P3.1)端輸出移位時鐘脈沖。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收均以 8 位為一幀,不設(shè)起始位和停止位,無論輸入/輸出,均低位在前高位在后。AT89S52的通用 I/O 口 P1 作為顯示數(shù)據(jù)和二進(jìn)制行號的公用輸出口。兩種數(shù)據(jù)的輸出在時間上是錯開的。P1 口的低 4 位與行驅(qū)動器相連,送出二進(jìn)制的行選信號;P1.5P1.7 口則用來發(fā)送控制信號。P0和 P2 口空著,在有必要的時候可以擴(kuò)展系統(tǒng)的 ROM 和 RAM。C4GND201918171615141312212223242526272829303132333435363738394033pFC5P2.0P2.
28、1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENGND33pFP3.1/TxD ALE/PROGC610987654321P3.0/RxDRST/VPDP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1EA/VppP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCCVCC10uSCLRDCBAGNDP1.0VCCAT89C5111 圖 3-4 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路圖43 列驅(qū)動電路列驅(qū)動電路由集成電路 74HC595 構(gòu)成,它具有一個 8 位串行輸入/輸出或者并行輸出的移位寄存器和一個 8 位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu),而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的,可以實
29、現(xiàn)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),即達(dá)到重疊處理的目的。74HC595 的管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖 3-5 所示。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 SER 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳 SRCLK 輸入移位寄存器的移位時鐘脈沖,在其上升沿發(fā)生移位,并將 SER 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,也就是輸出鎖存器的輸入端。RCLK 是輸出鎖存器的打入信號,其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳OE 是輸出三態(tài)門的開放信號,只有當(dāng)其為低時鎖存器的輸出才開放,否則為高阻態(tài)。 SRCLR 信號是移位寄
30、存器的清零輸入端,當(dāng)其為低時移位寄存器的輸出全部為 0,由于 SRCLK 和 RCLK兩個信號是互相獨立的,所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為 QAQH,最高位 QH 可作為多片 74HC595 級連應(yīng)用時,向上一級的級連輸出。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連輸出。移位寄存和輸出鎖存的時序波形如圖 3-6 所示:12 圖 3-5 74HC595 的管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖圖 3-6 移位寄存和輸出鎖存的時序波形圖由 74HC595 組成的列驅(qū)動器示于圖 3-7 中。該圖由兩片 74HC595 組成16 列的驅(qū)動
31、,由 16 個行驅(qū)動器驅(qū)動 16 行。第一片列驅(qū)動器的 SER 端連接單片機(jī)輸出的串行列顯示數(shù)據(jù),其 QH端連接第二片的 SER 端,采用這樣的方法組成兩片的級連。兩片相應(yīng)的 SRCLK、 SRCLR 、RCLK 端分別并聯(lián),作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號、串行數(shù)據(jù)清除信號和輸出鎖存器打入信號。這樣的結(jié)構(gòu),使得各片串行移位能把 16 列的顯示數(shù)據(jù)依次輸入到相應(yīng)的移位寄存器輸出端。移位過程結(jié)束之后,控制器輸出 RCLK 打入信號,16 列顯示數(shù)據(jù)一起打入相應(yīng)的輸出鎖存器。然后選通相應(yīng)的行,該行的各列就按照顯示數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行顯示。13 圖 3-7 顯示驅(qū)動電路44 行驅(qū)動電路441 行驅(qū)動芯片 74H
32、C154 介紹譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。其功能是將給定的輸入碼組進(jìn)行“翻譯”,變換成對應(yīng)的輸入信號,對每一種可能的輸入組合,使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出,一個且僅一個輸出信號為有效電位。74HC154 為變量譯碼器,也稱二進(jìn)制譯碼器,它是一種四線十六線譯碼器, 譯碼的輸入端有 4個,輸出端有 24=16 個,并有兩個選通端(使能端),它的管腳形式如圖 3-8 所示,當(dāng)選通端 E 1、 E 2 均為低電平時,譯碼器處于工作狀態(tài),可將地址輸入端(A0A3)的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。否則,譯碼器被禁止,所有的輸出端被封鎖在高電平。 Y Y 為譯碼輸出端,輸出是低
33、電平有015效,即在選通時,每輸入一個二進(jìn)制代碼將使對應(yīng)的一個輸出端為低電平,而其它輸出端均為高電平的無效信號,也可以說對應(yīng)的輸出端被“譯中”。74HC154 譯碼器的真值表如表 32 所示:14 圖 3-8 74HC154 管腳圖表 32 74HC154 譯碼器的真值表15 從真值表可知,每組 4 個變量輸入,在 16 個輸出中只有一個引腳為“0”(且正好與輸入代碼是一一對應(yīng)),其余 15 個全為“1”,這種譯碼輸出稱為低電平有效;四線十六線譯碼器邏輯形式為:,Y A A A A, Y A A A A ,Y A A A AYA A A A30321013212203320110Y A A A
34、 A, Y A A A A ,YA A A A3, Y A A A A ,4310531607322021210Y A A A A , Y A A A A , Y A A A A , Y A A A A ,8210921102011233031310Y A A A A ,Y A A A A ,Y A A A A ,。YA A A A212101311401532320321310442 行驅(qū)動電路行驅(qū)動電路相對簡單。行選通信號來源于單片機(jī)按照時序要求所給出的二進(jìn)制信號,每次更新行號(開始掃描新的一行)時,由單片機(jī)輸出 4 位二進(jìn)制行號,行號經(jīng) 4/16 線譯碼器譯碼后,生成 16 條行選通信號
35、線,再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。采用譯碼器的方案,還可以保證同一時刻只選通一條行線,從而達(dá)到顯16說明:H高電平; L低電平;X任意 示的穩(wěn)定性。行驅(qū)動電路原理如圖 3-9 所示:D6QE1L41D5QE1L31D4QE1L21D3QE1L11D2QE1L01D1QE1L9DEL0Q18DEL9Q7DEL8Q6DEL7Q5DEL6Q4DEL5Q3DEL4Q2DEL3Q1圖理原路電動驅(qū)行DEL2Q5R6R7R8R111111110DEL個1Q610020R567891RRRRRRRCCV9-圖31 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1T T T T T T T T T T
36、T T T T T TU U U U U U U U U U U U U U U UO O O O O O O O O O O O O O O O0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 51 1 1 1 1 1451CH41 2G G2U7DNG0 1 2 37.11 1 1 1P P P PP17 行選通信號從 74HC154 的Y Y 端輸出,某一端輸出低電平即為有效,而015其它端輸出均為高電平的信號無效。如Y 端輸出低電平,此信號傳至相應(yīng)的 PNP0型三極管 Q1,此時,三極管的基極為低電平,因此,發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置,三極管導(dǎo)通,其集電極再將高電平加于
37、LED 陣列的對應(yīng)的行上,即將此行選通;而同時 74HC154 的其它端輸出高電平而致使該行對應(yīng)的三極管截止,從而所對應(yīng) LED 行線不被選通。行選通按順序從Y Y ,全部各行都選通015一遍之后又重新開始,這就是行驅(qū)動電路的逐行掃描過程。行信號A、B、C、D的順序變化范圍從 0000、0001、0010、至l111,來一個選通信號,行信號順序就變化一次,其頻率由掃描電路決定。由于行驅(qū)動電路一條行線上要帶動 32 列的 LED 進(jìn)行顯示,按每一 LED器件 20mA 電流計算,32 個 LED 同時發(fā)光時,就需要 3220=640mA 的驅(qū)動電流,選用三極管 8550 作為驅(qū)動管可以在邏輯功能
38、和驅(qū)動能力上符合 LED 的驅(qū)動要求。45 LED顯示屏電路LED 顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的,驅(qū)動時也就按行按列驅(qū)動。在掃描驅(qū)動方式下可以按行掃描按列控制,當(dāng)然也可以按列掃描按行控制。LED 顯示屏現(xiàn)多采用多塊 88 點陣顯示單元拼接而成。本文就是使用 4 塊 SBM1388 型號的實驗?zāi)K組成 1632 點陣,以滿足漢字顯示的要求。88 LED 點陣是最基本的點陣顯示模塊,理解了 88 LED 點陣的工作原理就可以基本掌握 LED 點陣顯示技術(shù)。88 點陣 LED 結(jié)構(gòu)如圖 3-10 所示,其等效電路如圖 3-11 所示: 圖 3-10 88 點陣 LED 結(jié)構(gòu)圖圖 3-11 88
39、 點陣 LED 等效電路圖從圖中(本圖的 LED 陣列采用共陽的接法)可以看出,88 點陣共需要 64個發(fā)光二極管組成,且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。要實現(xiàn)顯示圖形或字體,只需考慮其顯示方式,通過編程控制各顯示點對應(yīng) LED 陽極和陰極端的電平,就可以有效的控制各顯示點的亮滅。當(dāng)采用按行掃描按列控制的驅(qū)動方式時,LED 顯示屏 8 行的同名列共用一套列驅(qū)動器。行驅(qū)動器一行的行線連接到電源的一端,列驅(qū)動器一列的列線連接到電源的另一端。應(yīng)用時還應(yīng)在各條行線或列線上接上限流電阻。掃描中控制電路將行線的 1 到 8 輪流接通高電位,使連接到各該行的全部 LED 器件接通正電源,但具體那
40、一個 LED 導(dǎo)通,還要看它的負(fù)電源是否接通,這就是列控制的任務(wù)了。當(dāng)對應(yīng)的某一列置 0 電平,則相應(yīng)的二極管就亮;反之則不亮。例如:如果想使屏幕左上角 LED 點亮,左下角 LED 熄滅的話,在掃描到第一行時,第一列的電位就應(yīng)該為低,而掃描到19 第八行時第一列的電位就應(yīng)該為高。這樣行線上只管一行一行的輪流導(dǎo)通,列線上進(jìn)行通斷控制,實現(xiàn)了行掃描列控制的驅(qū)動方式。以上就是 1632 點陣 LED 電子顯示屏系統(tǒng)硬件部分的各功能模塊分述,經(jīng)過合理的設(shè)計論證后和就可以整體結(jié)合在一起,再根據(jù)設(shè)計配備好各元器件實物,通過組裝后等在單片機(jī)的程序存儲器里放入編制好的程序即可成為一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)。第五章
41、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計在單片機(jī)系統(tǒng)中,硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ),軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上對其合理的調(diào)配和使用,從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。軟件的設(shè)計是設(shè)計控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在總體設(shè)計和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上,確定程序結(jié)構(gòu),分配內(nèi)RAM 資源,劃分功能模塊,然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計,最后連接起來成為一個完整的應(yīng)用程序。在進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計時,曾經(jīng)規(guī)劃過軟件結(jié)構(gòu),但由于硬件系統(tǒng)尚未仔細(xì)確定,軟件結(jié)構(gòu)框圖十分粗糙,當(dāng)硬件設(shè)計接口擴(kuò)展及各功能模塊與 CPU 連接關(guān)系確定后,就能夠具體明確對軟件設(shè)計的要求。本設(shè)計的 LED 顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù),并產(chǎn)生各種控制信號,使屏幕按設(shè)計的要求顯
42、示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理,可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層:第一層是底層的顯示驅(qū)動程序,第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù),并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其它控制信號,配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動程序由定時器 T0 中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置(初始化)、顯示效果處理等工作,由主程序來實現(xiàn)。從有利于實現(xiàn)語言的直觀,易于記憶和檢查,可讀性較好和使語言程序占用較少的單片機(jī)存儲空間,實時處理系統(tǒng)可以快速的執(zhí)行指令的角度考慮,本設(shè)計中顯示屏程序采用 C 語言編寫。20 5.1 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序的總體結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示。系統(tǒng)的主程序開始以后,
43、首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化;然后 LED 顯示屏進(jìn)入開機(jī)狀態(tài),按第一個下按鍵轉(zhuǎn)入正常的顯示。首先是向左滾動顯示“來自河池學(xué)院的點陣顯示”11 個漢字,每個字停留時間約 1.6s;接著再繼續(xù)按下第一個按鍵左滾動顯示“把愛隨身攜帶”這5 個漢字;然后繼續(xù)按下第一個按鍵右滾動顯示“有志者事竟成”這6 個漢字;最后再繼續(xù)按下第一個按鍵左滾動顯示“有一種成功叫堅持!”這8 個漢字;按下第二個按鍵可左或右滾動顯示英文和數(shù)字;按下第三個按鍵可連續(xù)調(diào)整顯示屏的速度;按下第四個按鍵可連續(xù)調(diào)整顯示屏的亮度;由于單片機(jī)沒有停機(jī)指令,所以沒有按下按鍵系統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。根據(jù)總體結(jié)構(gòu),可將程序劃分為幾個部分
44、:、漢字滾動顯示子程序、英文滾動顯示子程序、數(shù)字滾動顯示子程序、掃描程序、速度的調(diào)整和亮度的調(diào)整。各個模塊可進(jìn)行獨立設(shè)計、調(diào)試和查錯,最終再連接成一個整體。這樣可方便程序調(diào)用,程序整體層次清晰,結(jié)構(gòu)一目了然,方便閱讀。開始系統(tǒng)初始化化按下按鍵循環(huán)掃描顯示圖 4-1 系統(tǒng)主程序的總體結(jié)構(gòu)21 結(jié)束語以上僅對LED顯示屏的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動、顯示電路原理作一詳細(xì)介紹和分析。LED點陣的應(yīng)用很廣,對于不同的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求,可以有各種各樣的應(yīng)用方式,在這里就不做詳盡敘述。由于自己知識水平的局限和時間的倉促,設(shè)計中或還存在著一些不足,我真誠的接受評委、老師們的批評和指正.。經(jīng)過了幾周的努力學(xué)習(xí)和工作,我終于
45、完成了電子競賽。從題目選擇、方案論證到具體設(shè)計,每一步對我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn),我不斷地給自己提出新的問題,然后去論證、推翻,不懂就請教老師或同學(xué),再接著提出新的問題,在這個往復(fù)的過程中,我這篇稚嫩的設(shè)計日趨完善。每一次改進(jìn)我都收獲良多,雖然我的設(shè)計作品不是很成熟,而且借鑒了前人的很多資料,但我仍然心里有一種莫大的幸福感,因為我實實在在地走過了一個完整的設(shè)計所應(yīng)該走的每一個過程,并且享受了每一個過程,更重要的是這個設(shè)計中我加入了自己鮮活的思想。在做這次畢業(yè)設(shè)計過程中使我學(xué)到了很多,加深了對數(shù)子電路的理解,驗證了所學(xué)理論知識,提高了基本的解決實際問題的能力,并增加了對電子設(shè)計方面的興趣。更
46、重要的是我體會到不論做什么事都要真真正正用心去做,才會使自己更好的成長,沒有學(xué)習(xí)就不可能有實踐的能力,實踐才是最終的目的,沒有實踐就不會有自己的突破和創(chuàng)新,希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后的工作和生活中不斷成長與進(jìn)步。就此作結(jié)!22 致謝在此,我要衷心的感謝老師、學(xué)長、同學(xué)們的幫助,如果沒有他們,我將不會這么快就做出這次的電子競賽。此外,在設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)了自己知識的不足,從這次設(shè)計中我學(xué)到了很多東西,最重要的是我學(xué)會了一種精神永不放棄。在以后的時間里面我們會用這種精神去學(xué)習(xí),更上一層樓。參考資料1基于單片機(jī)結(jié)構(gòu)的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 沈紅衛(wèi) 編 電子工業(yè)出版社23 2單片機(jī)原理與接口技術(shù) 黃惠媛 編 海
47、洋出版社3單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 周平 伍云輝 編 電子科技大學(xué)出版社48051單片機(jī)實踐與應(yīng)用 吳金戌 沈金陽 郭庭吉 編 清華大學(xué)出版社5電子設(shè)計競賽賽題解析 黃正謹(jǐn)?shù)染?東南大學(xué)出版社附錄顯示左移的程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define SCAN P0 /行驅(qū)動接到 P0sbit SHCP=P24; /595 CLKsbit STCP=P25; /595 STRsbit DR=P20;sbit DG=P21;sbit ENT=P23; /595 OE/Gsbit key1=P33;uint wor
48、d;/字模計數(shù)器uchar move; /列指針uchar line; /行指針uchar speed=5; /設(shè)定移動速度uchar BUF16; /緩存數(shù)組uchar code disp; /字模數(shù)組24 /*裝載一線點陣數(shù)據(jù) */void loadline()uchar s;for(s=0;s6;s+) /s為要顯示的字?jǐn)?shù)+1BUF2*s= dispword+32*s+2*line;BUF2*s+1=dispword+1+32*s+2*line;/*發(fā)送一線移動數(shù)據(jù)*/void sendline()char s,p;uchar inc,k,j;if(move8)inc=0;else in
49、c=1;25 for(s=0+inc;s=7+inc;s+)if(move8)j=move;else j=move-8;k=(BUFs(8-j);/字模左邊字節(jié)左移 j位,右邊字節(jié)右移 j位,2者相或for(p=0;p8;p+) DR=(k&0 x80);/選擇紅色顯示SHCP=0;產(chǎn)生脈沖SHCP=1;k=1;/595時鐘信號,/左移一位void main()char s;26 uint k;uchar i,y=0;move=0;word=0;ENT=0;ENT=1;/清屏while(1)while(word448)/(4+10)*32=448while(move16) /數(shù)據(jù)移位for(i
50、=0;ispeed;i+)/移動速度for(line=0;line16;line+) /行掃描loadline();/裝載一線點陣數(shù)據(jù)sendline(); /發(fā)送一線移動數(shù)據(jù)SCAN=line; /顯示第 line行STCP=1;/鎖存為高,595鎖存信號27 STCP=0;ENT=0;move+;/移動一步(一位)/下一個字move=0;word=word+32;word=0;uchar code disp=0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0
51、xff,/*前面四字位置空白顯示*/0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff28 ,0 xff,0 xff,0 x
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