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单片机课程设计模板测控二学位11.doc

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1、东 北 石 油 大 学 课 程 设 计课 程 单片机课程设计 题 目 16*16 LED 点阵广告屏 院 系 电气信息工程学院测控系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 16X16 LED 点阵广告屏12013 年 3 月 25 日16X16 LED 点阵广告屏1东北石油大学课程设计任务书课程 单片机课程设计 题目 16E*16 LED 点阵广告屏 专业 测控技术与仪器 姓名 学号 一、任务设计一款基于 AT89C51 单片机的汉字 16*16 LED 点阵广告屏,实现汉字的移动显示。二、设计要求1 用 8*8 LED 点阵组成汉字 16*16 LED 点阵广告屏。2 通过对 AT89C5

2、1 单片机的编程,实现多个汉字(如自我介绍、校训、文明广告用语等)的移动显示。3 写出详细的设计报告。4 给出全部电路和源程序。三、参考资料1 刘国钧,陈绍业,王凤翥.图书馆目录M.北京:高等教育出版社,1957.15-18.2 刘润华,刘立山 .模拟电子技术J.山东:石油大学出版社,2003.3 苏成富.彩灯控制器 J.北京:电机电器技术,2000,(01).4 祝富林.音乐彩灯电路 CS9482J.北京:电子世界 ,1995,(12).5 彭介华.电子技术课程设计指导J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限 2013.3.25 至 2013.4.5 指导教师 专业负责人 曹广华 201

3、3 年 3 月 22 日16X16 LED 点阵广告屏2目录第 1 章 绪论 21.1 LED 点阵显示屏概述 21.2 LED 显示屏控制技术状况 31.3 本设计任务 .4第 2 章 总体方案论证与设计 42.1 LED 驱动模块 42.2 数据存储模块 .52.3 总体硬件组成框图 .5第 3 章 系统硬件设计 73.1 LED 驱动模块的硬件设计 73.2 数据存储电路设计 .83.3 PC 机通信模块的设计 .9第 4 章 系统的软件设计 114.1 下位机软件流程 114.2 上位机软件 .12第 5 章 系统调试与测试结果分析 145.1 使用的仪器仪表 145.2 系统调试 1

4、45.3 测试结果 14结 论 15参考文献 16附录 1 程序 .17附录 2 仿真效果图 .1916X16 LED 点阵广告屏3第 1 章 绪论LED 显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车,码头,商店,学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED 显示屏经历了从单色,双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程,自 20 世纪八十年代开始,LED 显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。1.1 LED 点阵显示屏概述LED 点阵

5、显示屏的构成型式有多种,其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到 EPROM 芯片内,能进行固定内容的多幅汉字显示,称为单显示型;另一种在机内设置了字库、程序库,具有程序编制能力,能进行内容可变的多幅汉字显示,称可编程序型。目前,国内的 LED 点阵显示屏大部分是单显示型,其显示的内容相对较少,显示花样较单一。一般在产品出厂时,显示内容就已写入显示屏控制系统中的 EPROM 芯片内,当需要更换显示内容时就非常困难,这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种 LED 显示屏 可编程序型 LED 显示屏,虽然增加了显示屏系统的编程能力,显示内容和显示花样都有所增加,但也存在着

6、更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展,如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED 显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用 PC机通信技术控制 LED 显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点。1.2 LED 显示屏控制技术状况显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等,涉及的具体技术很多,其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。1.2.1 串行传输与并行传输技术LED 显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种。日前普遍采用串行控制技

7、术,显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间,每个时钟仅16X16 LED 点阵广告屏4传送一位数据。采用这种方式的驱动 IC 种类较多,不同显示单元之间的联线较少,可减少显示单元的数据传输驱动元件,从而提高整个系统的可靠性和性价比,具体工程实现也较为容易。1.2.2 动态扫描与静态锁存技术LED 显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式。一般室内显示屏多采用动态扫描技术,即一行发光二极管共用一行驱动寄存器,根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目,分为 1/4,1/16 扫描等。室外显示屏基本上采用静态锁存技术,即每一个发光一极管都对应有一个驱动寄存器,无需

8、时分工作,从而保证了每一个发光一极管的亮度占空比为100%。动态扫描法可以大大减少控制器的 I/O 口,因此应用较广。1.2.3 自动检测及远程控制技术LED 显示屏的构成复杂,特别是室外显示屏,供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行。在 LED 显示屏的控制系统中,因根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制,也可根据需要,远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以及工作方式的转换等。1.3 本设计任务现在市场上各类基于 LED 的显示屏较多,但大部分产品为单一模式的 LED显示屏,其在显示内容的更换及显示屏的重组等方面都存在不便之处。但随着信息化社会的

9、迅速发展,LED 显示屏正在向显示内容丰富、信息更改方便等方面发展。因此制作一款多功能的 LED 广告显示屏是非常有意义地。本研究即以 AT89C51 单片机为核心, 采用串行传输、动态扫描技术,制作一款拥有 PC 机通信功能的,模块化 LED 多功能显示屏。16X16 LED 点阵广告屏5第 2 章 总体方案论证与设计本系统采用单片机 AT89C51 为 LED 显示屏的控制核心,系统主要包括LED 驱动模块、数据存储模块、PC 机通信模块等。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1 LED 驱动模块方案一:采用静态锁存方式,将每一个 LED 发光管的一端接至单片机的一个 I/O 口,另一

10、端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动 LED,原理简单,驱动能力强,LED 的亮度也可以通过限流电阻调节,非常方便,但此种方法太浪费单片机的 I/O 口,只适合于较小的系统。方案二:采用动态扫描方式,通过三极管驱动并联在一起的 LED 发光管的一端(共阴或共 2 端),LED 发光管的另一脚接通用 I/O 口,控制其亮灭。该方法能驱动较多的 LED,控制方式较灵活,而且节省单片机的资源。比较以上两种方案,系统设计中采用方案二。2.2 数据存储模块方案一:采用静态 RAM 存储显示屏的显示内容,静态数据存储器具有存储容量大,传输速度快等优点。但其存储的数据掉电后会消失,因此不适合用于存储长时间

11、不变的数据。方案二:采用 ROM 芯片存储 LED 显示屏要显示的信息,采用 ROM 芯片可以长时间的存储信息,而且掉电数据不丢失,此种方式适合于存储不变的数据。方案三:采用串行 EEPROM(如 24C256 等)存储 LED 显示屏要显示的信息。串行 EEPROM 技术是一种非易失性存储技术,它几乎具有所有类型存储器的优点:不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比,非常适合应用于各类工业测控系统。它克服了常用的 2816、2817、2864 等并行 EEPROM 器件价格高、体积大、可靠性低(这些器件如不采取措施,在上电、下电时常会丢失数据)等不足,在速度要求不是很高的情况下,该器件是

12、最理想的选择。比较以上三种方案,方案三有明显的优点,因此选者方案三。16X16 LED 点阵广告屏62.3 总体硬件组成框图AT89C51串串EEPROM串串串串LED串串串串MAX232串串串串PC串串串图 2-1 总体硬件组成框图系统框图如图 2-1 所示,系统主要由三大模块组成即 LED 驱动模块、数据存储模块、PC 机通信模块。16X16 LED 点阵广告屏7第 3 章 系统硬件设计为使该模块化 LED 显示屏控制系统具有更加方便和灵活性,我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括 LED 驱动模块、数据存储模块、PC 机通信模块等三大模块。3.1 LED 驱动模块的硬件设计LED 驱

13、动模块是 LED 显示屏设计的关键部分,驱动电路设计的好坏直接关系到 LED 显示屏的亮度、稳定度等重要指标。本次设计中 LED 的驱动是采用三极管和 74LS154 实现的。3.1.1 74 LS154 芯片介绍74LS154 是一个 416 译码器,其真值表如图 3-1 所示。图 3-1 74LS154 的真值表3.1.2 驱动电路的设计此系统中驱动电路是由 74LS154 和三极管组成的,原理图如图 3-1-2 所示。16X16 LED 点阵广告屏8P0.7 32P0.633P0.5 34P0.4 35P0.336P0.2 37P0.1 38P0.039P2.0 21P2.1 22P2.

14、2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P3.7(/RD) 17P3.6(/WR) 16/PSEN 29ALE 30P3.1(TXD) 11P3.0(RXD) 10P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.2(/INT0)12 P3.3(/INT1)13P3.4(T0)14 P3.5(T1)15XTAL218XTAL119RESET9GND20 VCC40P2.7 28/EA3189C51J?89C51OUT0 1OUT1 2OUT2 3OUT3 4OUT4 5OUT5 6OUT6 7OUT7 8OUT8 9OUT9

15、10OUT10 11OUT11 13OUT12 14OUT13 15OUT14 16OUT15 17G118 G219D20 C21 B22A23GND12VCC2474LS154D174LS154R14.7KR24.7KR34.7KR44.7KR54.7KR74.7KR84.7KR94.7KR104.7KR114.7KR124.7KR134.7KR144.7KR154.7KR164.7KR64.7KP1.4_G2AVCCQ?NPNVCCA1A2A3A4A5A6A7A8B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8Q?NPNVCCLED8*8图 3-2 LED 驱动电路原理图如图 3-2 LE

16、D 的行扫描端接到单片机 89C51 的 P0 口,列扫描端接置三极管的发射极。列扫描端(B1B8)用于 LED 的数据扫描,通过 74LS154 的译码和三极管的驱动,使 LED 发光。 (A1A8)通过 P0 口为 LED 的显示给出相应的数据。3.2 数据存储电路设计数据存储电路由串行EEPROM 24C256组成。24C256是美国CATALYST 公司出品的一个1-256K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOS E2PROM,可用电擦除,可编程自定时写周期(包括自动擦除时间不超过10ms 典型时间为5ms )的串行 E2PROM。 该芯片有两种写入方式,一种是字节写入方式,还有

17、另一种页写入方式。允许在一个写周期内同时对1个字节到一页的若干字节的编程写入。24C256的引脚排列及引脚功能描述如图3-3和表3-1图 3-3 24C256 的引脚排列图16X16 LED 点阵广告屏9表3-1引脚功能描述指令 代码 指令 代码Read ROM(读 ROM) 33H Write Scratchpad(写暂存存储器) 4EH Match ROM(匹配 ROM) 55H Read Scratchpad(读暂存存储器) BEH Skip ROM(跳过 ROM) CCH Copy Scratchpad(复制暂存存储器) 48H Search ROM(搜索 ROM) F0H Conve

18、rt Temperature(温度变换) 44H 数据存储器的设计原理图如图 3-4 所示:A01 A12A23 VSS4 SDA 5SCL 6WP7VCC 8J?24CXXVCC10k 10kp1.7p1.6VCC图 3-4 数据存储电路设计原理图该存储电路仅由芯片24C256组成,SCL为串行时钟引脚,用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。SDA为串行数据/地址,这是一个双向传输端,用于传送地址和所有数据的发送或接收。当LED显示屏控制系统工作时,单片机89C51通过读SDA和 SCL脚读取 24C256中的内容,并将其显示于LED显示屏上。也可以通过上位机(PC机)将编辑好的数据内容下载

19、到24C256芯片内。3.3 PC 机通信模块的设计该部分电路由芯片 MAX232 组成。其电路原理图如图 3-5 所示:16X16 LED 点阵广告屏10C1+ 1C1-3C2+ 4C2- 5T1IN 11T2IN 10R1OUT 12R2OUT 9VS+2VS-6T1OUT14T2OUT7R1IN13R2IN8VCC16GND15J20MAX232162738495J17DB9+C161u +C13 1u+C15 1u+C141uC12CAPVCCRXDTXD图 3-5 通信原理图如图 3-5 所示,单片机的串口通过 MAX232 将 TTL 电平转换成 EAI 适合的电平,实现了单片机和

20、 PC 机之间的通信。16X16 LED 点阵广告屏11第 4 章 系统的软件设计软件是该 LED 显示屏控制系统的重要组成部分,在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计,将系统的各部分功能编写成子模块的形式,这样增强了系统软件的可读性和可移植性。4.1 主程序设计本系统中下位机(单片机 89C51)的主要功能就是实现 LED 显示屏上字样的移位、显示、数据的读取等功能。其主程序流程如图 4-1 所示。系统初始化否是判断是否处于通信状态?移位显示读取显示内容图 4-1 主程序流程图读取 24C256 的标志位等待判断是否有中断标志?是否开机16X16 LED 点阵广告屏124.2 驱动显示子程

21、序设计驱动显示程序主要是通过用指向字模的指针 p 每次从外部数据存储器按顺序提取出字模中的两个字模信息,通过字模处理程序将其转换成2进制信息,既两个字模信息最后成为16个0,1形式的信息,再通过给74HC595 各个功能端口跳变及上升跳变使这些1,0信息控制一排16个灯的亮和灭(1代表高电平,0代表低电平),每次进行完,指针p再指向下两个指针,进行相同的操作,以后依次类推,同时4-16译码器一直都在从1到16进行扫描,从而实现了点阵的行驱动和列驱动的统一,将字模信息显示在LED点阵上,当指针指到字模信息最后一位时,重新指回字模首位,延时一段时间后重复上述工作,实现了汉字的往复循环显示。图 4-

22、2 驱动显示程序流程图开始YN初始化驱动器件字模处理程序调整指向字模的指针给驱动器件跳变完驱动p 是否指到结束位指针指回字模数组首位延时16X16 LED 点阵广告屏13第 5 章 系统调试与测试结果分析5.1 使用的仪器仪表 数字万用表 DT9203单片机仿真器 WAVE6000烧写器 GF2100双踪稳压稳流电源 DH1718E-55.2 系统调试根据系统设计方案,本系统的调试共分为三大部分:硬件调试,软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法,所以方便对各电路模块功能进行逐级测试:LED 驱动模块的调试,数据存储模块的调试,PC 机通信模块的调试等,最后将各模块组合后进行整体测

23、试。5.2.1 硬件调试对各个模块的功能进行调试,主要调试各模块能否实现指定的功能。5.2.2 软件调试软件调试采用单片机仿真器 WAVE6000L 及微机,将编好的程序进行调试,主要是检查语法错误。5.2.3 硬件软件联调将调试好的硬件和软件进行联调,主要调试系统的实现功能。5.3 测试结果此次系统设计结果较好,LED 显示屏能很好的显示信息。LED 显示屏由八块8*8 的 LED 小模块组成,整个显示屏可以显示两个 16*16 的汉字,汉字从右到左移动显示,显示亮度也正好。16X16 LED 点阵广告屏14结 论针对传统汉字显示系统显示方式单一,字模更换难度大的问题,设计了本系统,系统是以

24、 AT89C52 单片机为核心,采用并行 ISP 下载,串行数据传输、动态扫描技术,利用人眼视觉暂留现象实现汉字移动显示并可与 PC 机进行通信的 16*64LED 汉字显示屏。系统总体电路由通信电路,驱动电路和外部存储电路构成。通信电路由MAX232 进行电平转换实现单片机与上位机的通信,完成将字模向外部字模数组的传递过程。74LS154 和 74HC595 共同作用完成对显示屏的驱动,实现字模信息于 LED 点阵上小灯亮灭的转变过程。 74LS373 和 EEPROM2864 完成外部数据存储功能。通过软硬件的仿真调试,实现了本次设计的基本功能:汉字的左移显示,并可与上位机进行通信,实现显

25、示汉字的更新。但在实际应用中,功能不仅仅于此,通过对程序的稍做修改,可以实现汉字的静态显示,左移,右移的显示,以及根据要求来控制移动速度和每次移动的距离,并且都可以和上位机进行通信实现汉字的更新。16X16 LED 点阵广告屏15参考文献1 吴杰.基于 ISP 技术的电子公告牌系统J.科技资讯 2008.NO.14:83-87.2 殷晓安,吴明亮.基于单片机的 LED 点阵显示条屏控制系统设计J.2008,4月.154-155.3 M.R.Krames,O.B. Shchekin, R. Mueller-Mach, et al,“Status and Future High-Power Lig

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29、 str595=P34;word data datah;word counth,r=32*4;byte biao=0;byte xdata displaydata2000= /定义外部数组/16X16 LED 点阵广告屏17附录 2 仿真效果图ABCDEFGHJKBCDEFGHJKAFILE NAME:BY:DATE: PAGE:张春海毕业设计16 4LED点阵.SN209-6-4G:张春海1 论文6.191仿真+电路图张春海毕业设计16 4LED点阵.DSNPATH:1ofREV:TIME:18:25:25DESIGN TILE:G:张春海1论文6.191仿真+电路图张春海毕业设计16 4L

30、ED点阵.DSN0 1 2 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 839y15y14y13y12y1y10y9y8y7y6y5y4y3y2y1y0x15x14x13x12x1x10x9x8x15x14x13x12x1x10x9x8y47y46y45y4y43y42y41y40y39y38y37y36y35y34y3y32x15x14x13x12x1x10x9x8x15x14x13x12x1x10x9x8y31y30y29y28y27y25y26y24y23y2y21y20y19y18y17y16x7x6x5x4x3x2x1x0x7x6x5x4x3x2x1x0x7x6x5x4x3

31、x2x1x0x7x6x5x4x3x2x1x0x15x14x13x1x12x10x9x8x15x14x13x12x1x10x9x8y63y62y61y60y59y58y57y56y54y53y52y51y50y49y48y5y63y62y61y60y59y58y57y56y5y54y53y52y51y50y48y49Q015 11 Q2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS 14MR 10OE 13U1274HC595Q015 11 Q2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS 14MR 10OE 13U174HC595Q015 11 Q

32、2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS 14MR 10OE 13U1074HC595Q015 11 Q2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS 14MR 10OE 13U974HC595Q015 11 Q2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS 14MR 10OE 13U874HC595Q015 11 Q2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS 14MR 10OE 13U774HC595Q015 11 Q2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS

33、 14MR 10OE 13U674HC595y56y57y58y59y60y61y62y63s1y32y3y34y35y36y37y38y39s2y40y41y42y43y4y45y46y47s3y16y17y19y18y20y21y2y23s4y24y25y26y27y28y29y30y31s5y0y1y2y3y4y5y6y7s6y9y10y1y12y13y14y15clks0str1gpclks1str1pgclks2pgstr1clks3str1pgclks4str1pgclks5str1pgclks6strpgclkstrstr1pgy48y49y50y51y52y53y54y5s0y

34、8p gx15x14x13x12x1x10x9x8x15x14x13x12x1x10x9x8y47y46y45y4y43y41y40y39y38y37y36y35y34y3y32y42y31y30y29y28y27y26y25y24y23y2y21y20y19y18y17y16x7x6x5x4x3x2x1x0x7x6x5x4x3x2x1x0y15y14y12y13y1y10y8y9y7y6y5y4y3y2y1y0x7x6x5x4x3x2x1x0x7x6x5x4x3x2x1x0Q015 11 Q2233Q4455 Q6677Q79SH_CP 1ST_CP 12DS 14MR 10OE 13U57

35、4HC595A23B2C21D20E118E2190112233445566778899101011131214131514161517U1 74HC154XTAL218XTAL119 ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/A138P0.2/AD237P0.3/A336P0.4/AD435P0.5/A534P0.6/AD63P0.7/A732P1.0/T21P1./T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TX1P3.2/INT012P3./IT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/W16P3.

36、5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2 AT89C52x0x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x1x12x13x14x15strclkstr1bcdaabcdp0p01p02p03p04p05p06p07p20p21p2p23p24p0p01p02p03p04.p05p06p7p0p01p02p03p04p05p06p07p20p21p2p23p25p24D03Q021415D27Q263839D413Q412514515D617Q616718719OE1LE1

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