畢業(yè)論文-基于單片機的LED點陣顯示屏的設(shè)計與實現(xiàn)

大連東軟信息學(xué)院高職畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目論文題目：基于單片機的LED點陣顯示屏的設(shè)計與實現(xiàn)系所：電子工程系專業(yè)：嵌入式系統(tǒng)工程學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)教師：導(dǎo)師職稱：講師完成日期：2013年4月25日大連東軟信息學(xué)院DalianNeusoftUniversityofInformation大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要IV基于單片機的LED點陣顯示屏的設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，點陣式顯示器件越來越被人們所重視和熟知，在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，所謂LED點陣，它由若干個能發(fā)出多種色彩的二極管組成，通過對不同部分的亮滅控制來顯示字符，這種顯示屏幕具有色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、低功耗等眾多優(yōu)點，所以越來越得到商家的青睞，近些年來戶外LED廣告發(fā)展迅猛，與傳統(tǒng)廣告相比，顯示內(nèi)容更換及時，無需頻繁更換，節(jié)省勞動力，相信在未來LED顯示技術(shù)會更深層次的融入到千家萬戶的生活工作當(dāng)中。本次設(shè)計實現(xiàn)了基于單片機的小型LED顯示屏，共分為兩個部分，主控制卡和顯示屏幕，控制卡由單片機作為控制芯片，DS1302時鐘芯片和DS18B20溫度傳感器作為日期、溫度的信息來源，并利用C語言編程下載實現(xiàn)對單片機各個引腳的控制；顯示屏幕由發(fā)光二極管排列組成，74HC595芯片（八位并行輸出位移寄存器）作為列掃描電路，74HC138譯碼器作為行掃描電路，利用動態(tài)掃描原理實現(xiàn)溫度、日期、文字等信息的顯示。本次設(shè)計主要分為三個階段，分別是前期規(guī)劃、硬件制作和軟件調(diào)試，這三部分也是做嵌入式開發(fā)都要經(jīng)歷的部分，實現(xiàn)了理論與實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)目標(biāo)，增強了動手能力，也對一個系統(tǒng)的工程開發(fā)有了一定的認(rèn)識。關(guān)鍵詞：LED點陣，發(fā)光二極管，單片機，嵌入式系統(tǒng)大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractDesignandImplementationofMCU-basedLEDDotMatrixDisplayAbstractToday,Therapiddevelopmentofelectronictechnology,Dot-matrixdisplayhasbeengrowingattention,known.Everywhereinourdailylife,Theso-calledLEDdotmatrix,Bycontrollingthesemiconductorlight-emittingdiodelightofftoachievetext,pictures,videodisplay,Ithasavarietyofcolorscanbeissuedanumberofdiodes,Therecontrolledbydifferentpartsofthelightofftodisplaycharacters,Thedisplayscreenhasacolorful,largeviewingangle,stable,lowpowerconsumptionandmanyotheradvantages,Therefore,Recognizedbymoreandmorebusinesses,Inrecentyears,therapiddevelopmentofoutdoorLEDadvertising,Comparedwithtraditionaladvertising,Displaytimelyreplacement,Withoutfrequentreplacement,Labor-saving,IbelieveinthefutureofLEDdisplaytechnologywillbedeeperintothelifeandworkamongthethousandsoffamilies.Thedesignandimplementationofamicrocontroller-basedsmallLEDdisplay,It’sdividedintotwoparts,Themaincontrolcardandthedisplayscreen,Controlledbythemicrocontrollerasacontrolchipcard,DS1302clockchipandDS18B20temperaturesensor,Asasourceofinformationoftimeandtemperature,DownloadandusetheCprogramminglanguagetoachievecontrolofeachpinonthemicrocontroller,Adisplayscreenconstitutedbyalightemittingdiode,74HC595chip(eightparalleloutputshiftregister)ascolumnscanningcircuit,74HC138decodercircuitaslinescan,Dynamicscanningprincipletoachievethetemperature,date,textandotherinformationisdisplayed,Thedesignisdividedintothreestages,Namely,pre-planning,hardwareproductionandsoftwaredebugging,Thesethreepartsarealsomade??togothroughpartoftheembeddeddevelopment,Achievethelearningobjectivesofcombiningtheoryandpractice,Enhancedability,Thereisadegreeofunderstandingoftheprojecttodevelopasystem.Keywords:LEDdotmatrix,Light-emittingdiodes,MCU,EmbeddedSystems大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章項目概述 11.1項目背景 11.2項目簡介 11.3應(yīng)用范圍 1第2章項目實施方案 32.1概述 32.1.1項目方案 32.1.2設(shè)計思路 32.1.3動態(tài)掃描原理 42.1.4驅(qū)動電路原理 42.1.5所需器件簡介 42.2開發(fā)環(huán)境 52.3硬件設(shè)計 52.3.1硬件系統(tǒng)框圖 52.3.2原理圖設(shè)計 62.3.3典型電路設(shè)計 72.3.4電路設(shè)計思路 72.4軟件設(shè)計 82.4.1軟件系統(tǒng)框圖 82.4.2時鐘數(shù)據(jù)處理 82.4.3溫度傳感器數(shù)據(jù)處理 92.4.4中文字幕數(shù)據(jù)處理 92.4.5程序流程圖 9第3章項目實施過程 113.1硬件實現(xiàn)過程 113.1.1前期準(zhǔn)備 113.1.2電路焊接 133.2軟件實現(xiàn)過程 143.2.1定義 143.2.2主函數(shù)的設(shè)計 153.3調(diào)試過程 153.3.1硬件調(diào)試過程 163.3.2軟件調(diào)試過程 16第4章項目成果 184.1硬件成果物 184.1.1作品展示 184.1.2功能解讀 184.2控制卡展示 19第5章結(jié)論 20參考文獻(xiàn) 21致謝 22大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-第1章項目概述早期由于技術(shù)原因發(fā)光二極管發(fā)光效率低，光強弱，所以限制了LED只適宜在室內(nèi)場合、家電、儀表等方面使用，隨著近些年來這一領(lǐng)域飛速發(fā)展，LED技術(shù)出現(xiàn)了新的商機，被廣泛應(yīng)用于社會經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，比如證券交易，航班列車動態(tài)信息顯示、道路交通信息顯示等。而且逐漸變的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化，密切的融入到現(xiàn)代化社會的各個方面，這得益于國家關(guān)于節(jié)能、減排、低碳、高效能源使用目標(biāo)以及推動擴大內(nèi)需的相關(guān)政策。在這一時代背景下LED多功能化變的尤為重要，而多功能漢字LED顯示屏在生商業(yè)中的優(yōu)勢很明顯，所以此次設(shè)計通過將生活常用的時鐘。溫度計、廣告牌、備忘錄等功能結(jié)合起來制作一個多功能LED顯示器，相信未來LED在日常生活領(lǐng)域有更廣闊的的前景。1.1項目背景LED點陣顯示屏幕由于其壽命長、功耗低、成本低、視角大、可視距離遠(yuǎn)等天然優(yōu)勢所以被廣泛的應(yīng)用于信息傳遞領(lǐng)域，在醫(yī)院、機場、車站、證券交易所、體育場所都能看到LED的身影。隨著LED技術(shù)的日益完善，它在生活中所占的位置也越來越重要，已經(jīng)成為了信息傳播的重要手段，在另一側(cè)面也成了城市信息現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，隨著LED顯示的廣泛應(yīng)該用，它的控制系統(tǒng)也變的多種多樣，它的控制系統(tǒng)都是基于嵌入式的微處理器，所以我們常見的單片機在其中也有一定的地位，由于單片機芯片是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，所以在抗干擾、功耗等各個方面都優(yōu)于PC機，運行可靠。此次設(shè)計的多功能LED點陣漢字顯示屏旨在推進(jìn)LED技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用，LED也一定會在人類日常生活中成為不可或缺的一部分。1.2項目簡介LED點陣顯示屏幕主要集中應(yīng)用與信息傳播領(lǐng)域，在日常生活中我們能接觸到的也僅限于車站、交通指示、廣告?zhèn)髅降确矫?、將?shù)塊相同大小的LED點陣級聯(lián)起來匯總到控制卡，由控制卡統(tǒng)一控制，利用人眼視覺暫留的現(xiàn)象實現(xiàn)廣告、列車時刻表、金融等信息的顯示。而LED點陣時鐘則是通過DS1302這一高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，對日期、時刻進(jìn)行計時將時間日期等信息送達(dá)單片機處理，最后通過LED點陣顯示出來。1.3應(yīng)用范圍LED點陣屏幕的應(yīng)用范圍相當(dāng)?shù)膹V泛，車站利用LED顯示實時列車時刻表，車輛信息、公告、以及檢票狀態(tài)、時間。銀行大廳可以利用它顯示銀行利率、匯率、業(yè)務(wù)范圍以及最新優(yōu)惠，交通指揮中心可以利用它進(jìn)行道路信息發(fā)布或者做為高速公路公告牌。證券交易所可以實時顯示股市現(xiàn)狀、例如股票走勢、漲幅。在商業(yè)圈街道、影劇院、賓館酒店、旅游勝地等地點可以利用無線信息技術(shù)進(jìn)行廣告?zhèn)髅健Ｒ陨线@些應(yīng)用都因為其要求信息實時更新，對可視角度、可視距離、功耗成本以及環(huán)境適應(yīng)能力都有較高的要求，常見的液晶電視、塑料等傳統(tǒng)信息顯示器顯然不是最好的選擇，所以LED顯示屏幕成為了最好的解決方案。第2章項目實施方案2.1概述2.1.1項目方案根據(jù)項目需要可選擇如下的兩種方案：方案一采用單色LED，利用單片機I/O口直接控制LED燈亮滅，如果I/O口不夠用可利用單片機的并行通信實現(xiàn)I/O口的擴展，單片機內(nèi)部自帶定時器，可利用此定時器可以實現(xiàn)時鐘功能，另外利用熱敏電阻和A/D轉(zhuǎn)換器的組合實現(xiàn)溫度計的功能，但是此方案從各個方面來說都不是最好的，首先單片機I/O直接控制LED燈，少量的還可以，對于點陣來說，一般常用的點陣都有成百上千的LED燈，即使能擴充I/O口，也需要大量的單片機和電路，顯得非常的不實用，單片機內(nèi)部定時器精度不高，實時時鐘要求的就是準(zhǔn)確性，另外定時的溢出中斷很可能唄其他中斷暫停而影響走時精度，熱敏電阻和A/D轉(zhuǎn)換器的組合確實能夠?qū)崿F(xiàn)溫度計的功能，但是不穩(wěn)定，而且精確度不能保證所以我決定使用更為成熟的方案二。方案二采用8*8封裝的點陣模塊組成顯示屏幕，通過8個74HC595級聯(lián)控制點陣的列的掃描信號，兩個74HC138和四個4953芯片組成點陣的行驅(qū)動電路，通過單片機的I/O口控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，通過譯碼器和寄存器完成數(shù)據(jù)的串入并出，實現(xiàn)LED點陣的顯示工作，實時時鐘則可以通過現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟的時鐘芯片DS1302只需要三個接口就能精確的計算時間、日期，非常方便，而溫度計同樣可以采用18B20芯片實現(xiàn)溫度的精確測量，而且此芯片只需要一個I/O口，可以說非常的實用，符合此次設(shè)計日常使用的需求。2.1.2設(shè)計思路LED點陣是由若干個發(fā)光二極管以矩陣的方式排列而成的器件，將他們的陰極多陽極連接起來組成共陰或者共陽型點陣，此次使用的是共陰型點陣，每個LED的陰極連接在一起為列引腳，若要點亮這種LED點陣，其列引腳必須接低電平，行引腳則應(yīng)該接高電平信號，才能順利點亮LED然而如果全部使用I/O口控制電平信號則需要大量的I/O口，普通單片機只有四組I/O口顯然這樣會浪費大量的單片機而且很麻煩，所以我們可以采用動態(tài)掃描這種方式，利用鎖存器和譯碼器用最少的I/O口驅(qū)動更多的LED燈，從而做到簡單高效。2.1.3動態(tài)掃描原理LED點陣的顯示是采用動態(tài)掃描的地顯示方式，所謂的動態(tài)掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行的同名列一起用同一套列驅(qū)動器，把所有同一行的發(fā)光二極管陽極連接起來，列的陰極連接起來（也就是常說的共陰的接法），首先送出對應(yīng)第1行二極管亮滅的數(shù)據(jù)同時鎖存，然后選通第1行，點亮一定的時間后在送出第2行二極管亮滅的數(shù)據(jù)同時鎖存，一次類推全部16行結(jié)束后，重新再第1行開始，反復(fù)循環(huán)點亮，當(dāng)循環(huán)的速度足夠快的時候（大概每秒24次以上），每行LED點亮的時間占總時間的1/16，利用視覺暫留現(xiàn)象，便能看到顯示穩(wěn)定的字符，通過將所需要顯示的文字、字符或者圖片按每列拆解成多組顯示信號，可以得出多組顯示數(shù)據(jù)編碼，然后利用數(shù)據(jù)編碼的順序一列一列地顯示，每列的顯示時間約為2ms，由于人類的視覺暫留現(xiàn)象，將感覺到8列LED同時顯示的樣子，通過這一原理LED還可以實現(xiàn)移動顯示方式，讓所需要顯示的文字、字符或者圖形左右或者上下移動，如果想實現(xiàn)文字的左右移動，只要按不同的順序顯示編碼即可，掃描完第一個字符的編碼后，將編碼的第二列變成第一列，第三列變成第二列，以此類推通過不斷的掃描顯示后，即可產(chǎn)生該文字字形左移顯示的感覺。以8*8點陣為例，如果想實現(xiàn)字形的左移可以將整個字形的移動看成顯示8個字形，將編碼順序按上述辦法調(diào)整變成8個字形編碼，顯示第一個字形，持續(xù)一段時間后顯示第二個字形，顯示完所有字形后也就完成了該字形的左移顯示，而‘持續(xù)一段時間’會決定字形移動的速度。同理上下移動也是這個原理。2.1.4驅(qū)動電路原理對于行驅(qū)動電路采用兩個3/8譯碼器74HC138譯碼后生成16條行通信線，在經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線，同時為了讓LED有足夠的電流點亮，在每一條行線上需要接一片4953驅(qū)動芯片，列輸入驅(qū)動由八個8位串行輸入、并行或并行輸出的三態(tài)位移寄存器74HC595實現(xiàn)，列驅(qū)動電路中對數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)串入并出的移位功能；對于數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)該具有并行鎖存的功能，只有這樣已經(jīng)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時，串并位移寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示，因為整個點陣屏幕是由8*8點陣組成的陣列所以每個漢字上面有兩個驅(qū)動器驅(qū)動，掃描的時候同事掃描顯示第一行和第九行，第二次掃描的時候顯示第二行和第九行，以此類推，最后顯示第八行和第十六行，2.1.5所需器件簡介STC12C5A60S2單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8-12倍。74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。作為一款編碼與解碼（譯碼）的器件74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)輸入（A0,A1和A2），打開使能端的時候，能夠提供8路數(shù)據(jù)輸出，所以常被稱為三八譯碼器（Y0至Y7）。74HC138共擁有三個使能端口：其中有兩個邏輯0（低）有效（E1和E2）另一個邏輯1（高）有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138的輸出端口都是高電平。因為具有多個使能端口所以很容易實現(xiàn)并行擴展功能。隨機選擇1個邏輯0（低）有效的使能端當(dāng)做數(shù)據(jù)輸入，，其他的使能端口當(dāng)做選通端，那么74HC138就能作為一個8輸出通道多通道分配器，沒有使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的邏輯1（高）有效或邏輯0（低）有效的狀態(tài)。74HC138與74HC238邏輯和功能相同，但是74HC138的信號是反相輸出。74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。74HC595的8個輸出端可以直接控制點陣列引腳，74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，具有串行輸入、并行輸出兩個獨立的時鐘信號，存儲器和位移寄存器時鐘不共用，如果說他們共用一個時鐘或者時鐘在一起，那么存儲寄存器總是比移位寄存器晚一個脈沖。移位寄存器有1個串行輸出（Q7）和1個串行移位輸DS（Q7用于595的級聯(lián)，連接下一片595的串行數(shù)據(jù)輸入端DS），還有1個異步低電平復(fù)位，存儲寄存器有1個并行八位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。三態(tài)。將串行輸入的8位數(shù)字，轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵龅?位數(shù)字，74HC595的優(yōu)點就是能夠鎖存數(shù)據(jù)，而且在移位的過程中，輸出端口數(shù)據(jù)能夠保持不變，是的點陣在串行速度較慢的場合不會出現(xiàn)明顯的閃爍感。2.2開發(fā)環(huán)境硬件環(huán)境：STC12C5A60S2單片機16*32點陣屏幕DS1302DS18B20軟件環(huán)境：keiluVision4AltiumDesignerWinter09STC-ISP-V4.832.3硬件設(shè)計2.3.1硬件系統(tǒng)框圖根據(jù)前期的設(shè)計以及構(gòu)思所得出的硬件系統(tǒng)框圖如圖2.1DS1302DS1302電源串口通信電源串口通信STC12C5A60S2STC12C5A60S2LED顯示屏幕LED顯示屏幕按鍵按鍵DS18B20DS18B20圖2.1硬件系統(tǒng)框圖2.3.2原理圖設(shè)計根據(jù)項目需求和多種方案對比采用圖2.2電路作為控制卡電路，圖2.3為點陣電路圖2.2控制卡原理圖圖2.3點陣原理圖2.3.3典型電路設(shè)計如圖2.4所示為點陣列驅(qū)動電路，圖2.5為DS1302電路，圖2.6為DS18B20電路圖2.4點陣列驅(qū)動電路圖2.5DS1302電路圖2.6DS18B20電路2.3.4電路設(shè)計思路如上述電路圖，本次電路設(shè)計的思路非常明了，將八個8*8封裝的雙色LED點陣顯示模塊拼接起來組成十六行三十二列的共陰點陣電路，組成顯示屏幕，并且每個點陣模塊都配有濾波電容，行驅(qū)動電路通過兩個三八譯碼器共有十六路行線輸出分別接到八個場效應(yīng)管上，經(jīng)過電流放大后分別接到點陣的行線上驅(qū)動點陣的陽極，三八譯碼的四路輸入信號則由單片的I/O口連接通過軟件程序驅(qū)動三八譯碼器達(dá)到行掃描的功能。列驅(qū)動電路則則是通過級聯(lián)的方式將八個鎖存器連接起來，八個鎖存器總共能輸出64路列信號，分別控制點陣三十二列電路的紅綠兩種信號，鎖存器的兩路輸入信號則通過連接單片機I/O控制，通過上述電路組成整個顯示屏幕的電路，主控電路則主要由單片最下系統(tǒng)組成，采用通用的51系列最小系統(tǒng)，外部時鐘晶振、電源、復(fù)位電路組成最小系統(tǒng)，外部晶振電路兩端各接一個等值負(fù)載電容，能夠最大限度的保證頻率值的誤差，也能保證溫漂等誤差，DS1302的三個信號接口各接一個上拉電阻后連接I/O口傳輸數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過單片機處理后通過I/O口傳輸?shù)斤@示屏幕的六路輸入接口，最終實現(xiàn)點陣屏幕的顯示。2.4軟件設(shè)計2.4.1軟件系統(tǒng)框圖字庫DS18B20DS1302根據(jù)設(shè)計需求和設(shè)計思路可以得出系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖2.7所示。字庫DS18B20DS1302時鐘數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)字模數(shù)據(jù)時鐘數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)字模數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理三八譯碼器寄存器三八譯碼器寄存器行掃描信號列掃描信號行掃描信號列掃描信號屏幕顯示屏幕顯示圖2.7系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu).此次設(shè)計主要實現(xiàn)的功能為顯示中英文字幕、時間、日期和溫度，通過按鍵切換各個功能，那么就需要好好處理各個顯示函數(shù)的邏輯結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計函數(shù)來判斷按鍵是否按下，如果按下應(yīng)該要做什么處理。2.4.2時鐘數(shù)據(jù)處理DS1302由VCC1或者VCC2兩者中較大的引腳供電，X1和X2是振蕩源，外部接32.768KHZ晶振，RST是復(fù)位/片選線，通過RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有數(shù)據(jù)傳送，RST輸入共有兩種功能，首先RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入位移寄存器，其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段，當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作，如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。當(dāng)時鐘系統(tǒng)接通電源上電運行之后DS1302和單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時候，首先由單片機向電路發(fā)送命令數(shù)據(jù)字節(jié)，命令字節(jié)的最高位規(guī)定必須是邏輯1，如果D7為邏輯1,則禁止寫DS1302,也就是寫保護(hù)，D6為邏輯0時指定時鐘數(shù)據(jù)，D6為邏輯1時指定RAM數(shù)據(jù)；D5~D1端口用于指定輸入或輸出的特定寄存器；DS1302共擁有12個有關(guān)日歷、時間的寄存器，其中有7個為BCD碼形式，小時寄存器定義12時制或者24時制。DS1302采用的是SPI總線驅(qū)動方式，所以在向寄存器寫入控制字的同時還要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)，所以與DS1302通信之前，首先應(yīng)該了解它的控制字也就是上面敘述的讀寫時序。2.4.3溫度傳感器數(shù)據(jù)處理DS18B20在出廠時以配置為12位，而讀取溫度時共讀取16位，所以把11位的2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后在乘以0.0625就是所測量的溫度，而且還需要判斷正負(fù)，前5個數(shù)字為符號位，當(dāng)前5位為1時，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；前5位為0時，讀取的溫度則為正數(shù)，讀取的16位數(shù)字的排列順序是從低位到高位，程序運行時應(yīng)該對DS18B20進(jìn)行初始化，首先將數(shù)據(jù)線置邏輯1（高電平），延時過后再拉到邏輯0（低電平），在經(jīng)過延時后拉置高電平，延時等待后，如若單片機督導(dǎo)了數(shù)據(jù)線的低電平后在做延時，最后將數(shù)據(jù)線再次拉置高電平后結(jié)束，初始化結(jié)束后即為寫操作，初始狀態(tài)數(shù)據(jù)線先接邏輯0（低電平）延時15ms后按從低到高的順序發(fā)送字節(jié)且每次只發(fā)送一位，延時45ms后將數(shù)據(jù)線拉到邏輯1（高電平），循環(huán)此操作直到字節(jié)全部發(fā)送完畢，DS18B20的讀操作和寫操作類似，首先將數(shù)據(jù)線拉高到高電平，延時后在拉低，拉低后延時在拉高，再次經(jīng)過延時后讀數(shù)據(jù)先的狀態(tài)得到了一個狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2.4.4中文字幕的數(shù)據(jù)處理通過LED點陣顯示中文，需要利用字模生成軟件，通過將漢字拆解為十六進(jìn)制的字符編碼，然后按照顯示數(shù)據(jù)編碼的順序一列一列的顯示，本次設(shè)計預(yù)先將中文字幕的編碼內(nèi)置在了程序中，在需要時可以隨時讀取，顯示中文。2.4.5程序流程圖由于需要利用按鍵切換時間、日期、溫度和字幕的顯示，就需要程序中做出判斷，判斷按鍵的通斷所要執(zhí)行的功能，如圖2.8所示為程序的流程圖。圖2.8程序流程圖程序開始運行后，重復(fù)循環(huán)判斷，沒有結(jié)束，當(dāng)切換到顯示字幕的時候，可以通過按鍵返回時間顯示，也可以等待字幕顯示完成后重新跳回循環(huán)。第3章項目實施過程3.1硬件實現(xiàn)過程3.1.1前期準(zhǔn)備本次設(shè)計硬件的實現(xiàn)過程可以大致分為六部分，按順序分別為：建立系統(tǒng)框圖——繪制原理圖——列出材料清單——采購元器件——焊接電路——各個模塊的連接。其中系統(tǒng)框圖和系統(tǒng)原理圖在第二章圖2.1和圖2.2，材料清單見表3.1表3.1材料清單序號器件型號數(shù)量備注1單片機單片機底座STC12C5A60S240P底座12單排針杜邦線20P單排針40P彩色杜邦線1方便調(diào)試3DC電源接口電源線3.5mmDC接口電源線14微動開關(guān)自鎖開關(guān)7*7直插式自鎖開關(guān)15MAX232串口通訊模塊RS232串口通訊模塊16最小系統(tǒng)pcb空板51系列單片機最小系統(tǒng)17時鐘芯片DS1302時鐘芯片18紐扣電池電池座RC2032不可充電紐扣電池19溫度芯片DS18B20溫度芯片110導(dǎo)線單芯多芯導(dǎo)線若干11萬用板5*7單面萬用板112LED5mmLED燈（白發(fā)藍(lán)）61316*32點陣pcb空板16*32雙色點陣空板1148*8封裝雙色點陣雙色點陣815位移寄存器74HC595芯片（貼片）816譯碼器74HC138芯片（貼片）217點陣驅(qū)動芯片4953芯片（貼片）818點陣板濾波電容104電容（貼片）470uf若干19電源濾波電容10uf104若干20點陣板輸入輸出接口2*8排針221排阻1k1*8排阻1P0口上拉22電阻4701k10k若干23電容22pf10410uf若干晶振濾波24單片機最小系統(tǒng)晶振18.432MHZ晶振1根據(jù)材料清單采購元器件，如圖3.1為元器件實物圖圖3.1器件實物圖經(jīng)過了以上階段的準(zhǔn)備工作后，便是需要非常細(xì)心的焊接過程了，也是硬件設(shè)計的第二核心部分，而且在維修制作的過程中焊接工作是必不可少的，它不但要求將原件固定在電路板上，而且要求焊點必須牢固、圓滑、美觀，所以焊接技術(shù)的好壞直接影響到電子制作的成功與否，因此焊接技術(shù)是每一個電子制作愛好者必須掌握的基本功，也是作為嵌入式開發(fā)的基本功，那么就有必要交代一下焊接的注意事項。電烙鐵作為電路焊接的常用工具，非常的使用方便，但是因為其工作時候的高溫導(dǎo)致了它具有一定的危險，所以必須遵守它的使用方法和注意事項，本次設(shè)計使用的是最常見的60W的電烙鐵，使用前需經(jīng)過詳細(xì)的檢查，例如電源插頭有無漏電現(xiàn)象、電源線有無破損并檢查烙鐵頭有無松動現(xiàn)象。然后才可以插上電源，經(jīng)過幾分鐘的加熱后便可以焊接電路了，在使用過程中應(yīng)該注意讓電源線盡量遠(yuǎn)離烙鐵頭部，以防止?fàn)C壞電源線觸電，避免用力敲擊，如果焊錫過多可以用海綿浸濕擦拭，切勿亂甩，防止?fàn)C傷，焊點應(yīng)該盡量圓滑，確保牢固避免虛焊，焊接過程的時間要掌握好，時間不能太長也不能太短，太長器件容易損壞太短焊錫則不能充分融化，造成焊點不牢固，或者虛焊，總之電烙鐵的應(yīng)用需要長時間練習(xí)，掌握了“手感”后就非常簡單了。3.1.2電路焊接根據(jù)上述的描述，采購和焊接的方法、注意事項都已經(jīng)說明，下一步則為焊接電路，按照電路圖焊接電路，焊接時要嚴(yán)格按照焊接方法執(zhí)行，防止?fàn)C傷、意外。如圖3.2所示為焊接完成后的實物圖。圖3.2實物圖實物的焊接完成后，仔細(xì)檢查各個焊點是否焊接牢固，有無松動和虛焊現(xiàn)象，保證電路的導(dǎo)通性和實用性，完成檢查后，利用杜邦線按照原理圖將各個模塊連接起來，連接的時候應(yīng)該注意VCC和GND的連接順序，防止連接錯誤，造成電路短路，損壞電路。3.2軟件實現(xiàn)過程3.2.1定義#include"NEW_8051.H"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodehanzi[]; ucharcodehanzi2[]; ucharcodetimer[13][16]; ucharcodesw[]; voidShow_word();voidSend_data(unsignedchard);voidSend_data1(unsignedchard);voidSend_data2(unsignedchard);sbitresget=P0^0; sbitkey_moda=P0^1; sbitkey_cancel=P0^3;sbitDS1302_clk=P1^4;sbitDS1302_dat=P1^5;sbitDS1302_rst=P1^6; sbitACC0=ACC^0;sbitACC7=ACC^7;sbitDQ=P1^3;sbitSHCP=P2^7;sbitSTCP=P2^6;sbitSDA_R=P3^6;sbitSDA_G=P2^4;sbitOE=P3^7;sbitIA=P2^0; sbitIB=P2^1;sbitIC=P2^2;sbitID=P2^3;程序開始應(yīng)該進(jìn)行宏定義，聲明程序中所能夠用的函數(shù)，并且定義溫度模塊/時鐘模塊、按鍵、數(shù)據(jù)的輸入輸出端所對應(yīng)的I/O數(shù)據(jù)口。3.2.2主函數(shù)的設(shè)計voidmain(){Move=0;zimuo=0;while(zimuo<512) //上電顯示開機動畫{while(Move<16) //數(shù)據(jù)移位 { for(Speed=0;Speed<10;Speed++)//移動速度 { for(line=0;line<16;line++) { in_data(); //調(diào)整移動數(shù)據(jù) rxd_data();scan(line); STCP=1;//鎖存 STCP=0; OE=0; //打開屏幕使能端 DelayMs(); //延時 } }Move++; }Move=0;zimuo=zimuo+32;} zimuo=0;while(1){ if(resget==0) {DelayMs();if(resget==0) Set1302(starts_time);//初始化 DS1302_w(0x8e,0x00); } du1302(); //讀取時間 read_temp();//讀取溫度 zimuo=0; if(key_moda==0){while(!key_moda);id++;if(id==5)id=0;} Show_word(); } }3.3調(diào)試過程3.3.1硬件調(diào)試過程 將電路焊接完成，利用杜邦線將電路連接起來后，開始硬件電路的調(diào)試，首先需要測試的就是電路的連通性，利用萬用表的二極管檔位測試各個電路的電源的底線是否都分別導(dǎo)通通，并測試有無短路現(xiàn)象，測試沒有電源短路現(xiàn)象后開始運行屏幕全亮測試程序，測試電路是否可用，但是燒入程序后，屏幕的第十行電路無法點亮，將第十行LED的外接電源后可以點亮，證明LED燈沒有損壞，懷疑是電流放大電路出現(xiàn)問題，經(jīng)過檢測，確定為4953驅(qū)動芯片兩個引腳短路引起的，重新焊接后問題得到了解決，屏幕問題解決后開始測試外圍擴展電路，連接時鐘芯片后接通電路，時間顯示為二零零零年一月一日零點零分與程序中的預(yù)設(shè)時間不同而且固定不變，疑似時鐘芯片沒有工作或者數(shù)據(jù)連接有問題，經(jīng)過檢測，確認(rèn)為數(shù)據(jù)接口有接觸不良的現(xiàn)象而且三個數(shù)據(jù)接口都接有上拉電阻，容易造成數(shù)據(jù)混亂，經(jīng)過重新焊接并且去掉時鐘線和復(fù)位線的上拉電阻，只留下數(shù)據(jù)輸入輸出接口的上拉電阻后，時鐘模塊工作正常。3.3.2軟件調(diào)試過程硬件電路完成后開始編寫軟件程序，通過上述的需求分析和編程思路，代碼編寫完成，開始測試，這里需要說明一下，燒程序利用的是STC-ISP-V4.83燒錄軟件，使用此軟件燒錄前，需要先選擇單片機型號，設(shè)置波特率并選擇好串口，單片機燒錄完成后，發(fā)現(xiàn)了以下幾點問題：1.中文字幕問題程序預(yù)設(shè)上電后顯示中文開機動畫，可是實際運行后字幕出現(xiàn)了相反的現(xiàn)象，即漢字的部分為燈滅，其余地方為亮，通過查詢資料和詢問老師后，判斷為字模的陰碼誤取為陽碼，經(jīng)過重新取模后得以解決但是又出現(xiàn)了新的問題，文字發(fā)生的錯位的顯現(xiàn)文字的上半部分顯示在了下半屏而下半部分卻顯示在了上半屏，判斷為字模的分段有問題，重新修改了分段，顯示正確。2．時間顯示問題上述時鐘電路硬件電路問題解決，時鐘得以正常工作，但是卻不能正常顯示，原因在于屏幕尺寸的限制，因為此次設(shè)計的屏幕為16*32的點陣屏幕，只能顯示兩個漢字，但是時鐘需要至少16*32的屏幕才能正常顯示時分秒，由于自身的水平有限，所學(xué)的知識有所不足，退而求其次，選擇了只選擇時分的解決方案，左半屏紅色顯示小時，右半屏綠色顯示分鐘，通過按鍵切換顯示年份日期。3溫度的顯示問題當(dāng)通過按鍵切換到溫度顯示時，溫度顯示為85度，并且保持不變，對溫度傳感器加溫降溫屏幕都沒有變化，固定顯示85度，上述的硬件電路檢測為無問題，所以確定為程序有誤，經(jīng)過查閱資料，確定了解決方案，首先需要檢查程序的延時程序，看看延時是否準(zhǔn)確，其次檢查復(fù)位時序和讀寫時序，復(fù)位時序里面應(yīng)該有復(fù)位是否成功的判斷，第三，啟動溫度轉(zhuǎn)換后，就直接讀取溫度肯定不行，啟動溫度轉(zhuǎn)換后，至少延時750ms才能正確的讀取溫度，上電復(fù)位后溫度寄存器的值為+85攝氏度，上電時默認(rèn)的分辨率為12位，DS18B20上電時處于地電源的理想狀態(tài)，初始化溫度測量和A-TO-D轉(zhuǎn)換，主機必須確保發(fā)送一個溫度轉(zhuǎn)換的指令，接下來開始轉(zhuǎn)換，綜合上述的編寫規(guī)則，重新檢查程序，發(fā)現(xiàn)為溫度傳感器的讀寫時序錯誤，并沒有延時，經(jīng)過修改后溫度得以正常顯示，對溫度傳感器進(jìn)行加溫降溫處理，屏幕溫度可以實時顯示。4.總結(jié)上述問題解決之后，顯示屏的各個功能得以正常顯示，但是實際運行時會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，例如開機動畫卡死，循環(huán)顯示不進(jìn)入時鐘界面，按鍵切換顯示時系統(tǒng)重啟，由于此次設(shè)計使用的是紅綠雙色點陣，如果紅燈和綠燈同時點亮?xí)龅谌N顏色黃色，但是程序設(shè)置成日期顯示黃色后，程序便循環(huán)重啟等，這些問題至今不明原因，但是大部分的時間程序能夠正常的運行，判斷可能是程序的部分循環(huán)或者延時結(jié)構(gòu)不成熟造成程序有時會出現(xiàn)BUG，這些問題相信隨著自己知識的增長和經(jīng)驗的增加逐步解決。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第4章項目成果4.1硬件成果物4.1.1作品展示如圖4.1所示為最終的作品成型圖片。圖4.1作品成型圖4.1.2功能解讀本次設(shè)計的作品已經(jīng)完成，基本上完成了預(yù)先的設(shè)計構(gòu)想，可以實現(xiàn)大多數(shù)設(shè)計的功能，經(jīng)過實際測試可以實現(xiàn)以下功能，外接5V電源（電腦USB端口即可驅(qū)動），上電開機后會左移顯示開機字幕，開機字幕結(jié)束后進(jìn)入時間顯示的界面，左半屏紅色顯示小時，右半屏綠色顯示分鐘，通過控制卡上的切換按鍵，可以切換功能，每次按下會分別顯示年份、日期、溫度、備忘錄或者廣告字幕并且會重復(fù)循環(huán)，在運行字幕時可按下結(jié)束按鍵結(jié)束字幕的播放。備忘錄或者字幕可以在程序的字模中預(yù)先設(shè)定，也可設(shè)置為圖片格式，時間、日期、溫度的文字顏色也可以在程序中非常方便的修改，并且可以外接電源模塊，實現(xiàn)輸入電壓的擴展。4.2控制卡展示如圖4.2所示為屏幕的控制卡圖4.2屏幕控制卡屏幕控制卡主要分為五個部分，分別為單片機主控部分、外圍電路（時鐘溫度模塊）、按鍵電路、電源盒串口下載模塊，以單片機為主控中心，時鐘模塊和溫度傳感器作為信息來源經(jīng)過單片機處理后輸入屏幕，屏幕顯示信息。電腦通過串口下載模塊將程序燒錄至單片機，按鍵則通過一段接地，一端接I/O口實現(xiàn)按鍵判斷，需要說明的是DS1302模塊接有備用電池，即使系統(tǒng)斷電，時鐘也會繼續(xù)工作，保證時鐘的走時準(zhǔn)確。第5章結(jié)論當(dāng)前，LED點陣屏幕的發(fā)展前景很大，對于不同的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用需求，可以有各種各樣的解決方案，但是如果LED想在日益發(fā)展的顯示技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展就必須要解決很多弊端，例如大型顯示屏幕的成本縮減、體積控制和更加豐富的顯示內(nèi)容，這些都是限制LED發(fā)展的因素，不過此次設(shè)計的是室內(nèi)用小型顯示屏幕，所以并不會有以上的問題，這也是室內(nèi)LED的優(yōu)點之一。我本次的設(shè)計則是根據(jù)室內(nèi)時鐘文字顯示需求制作的室內(nèi)用顯示屏幕，但是由于自己知識水平的局限性未能添加更多的功能，此次制作最終實現(xiàn)了實時時鐘顯示、文字信息顯示、溫度信息顯示等功能，由于自己的知識還不夠豐厚，有很多局限性，所以有很多的擴展類的功能還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)，點陣屏幕的用途絕對不只這樣，本次設(shè)計還有很多可以擴展的功能，此次設(shè)計采用的是自帶A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機，