LED字幕显示系统的设计_毕业设计说明书(论文)(34页).doc
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1、-LED字幕显示系统的设计_毕业设计说明书(论文)-第 30 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:LED字幕显示系统的设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电08-3班 学 号: 0818124 姓 名: 苟 松 指导教师: 李 华 二0一0年七月八日四川信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书学 生姓 名苟松学号0818124班级应电08-3专业应用电子技术设计(或论文)题目LED字幕显示系统设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注李华讲师/工程师四川信息职业技术学院应用电子技术15282001297设计(论文)内容:用单片机技术及LED点阵设计一
2、个字幕显示系统;1、使用点阵式LED实现汉字的显示。2、在稳定显示的基础上实现字幕的移动。基本要求:1、电路图设计 2、程序设计 3、系统仿真 4、完成说明书撰写进度安排:4月2日25日:选题及查找相关资料 4月26日5月8日:主要查找与课题相关的资料5月9日16日:相关资料的整理并对其进行理解5月16日23日:对毕业论文的资料进行初步的整理5月23日31日:对论文进行修改及进行仿真实验 6月1日13日:对毕业论文进行排版及检查排版及类容6月14日20日:加深对毕业论文的理解准备答辩6月21日30日:检查毕业设计论文及准备答辩主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位): 1 苏平
3、.单片机原理与接口技术.电子工业出版社2003年5月2 林伸茂.8051单片机彻底研究实习篇.人民邮电出版社2005年8月3 韩志军.单片机应用系统设计.机械工业出版社2005年1月4 陈坤、张义中等.电子设计技术.电子科技大学出版社1997年5月5 郑应光.模拟电子线路(一).东南大学出版社. 2005年3月6 李秀忠.单片机应用技术.人民邮电出版社2007年1月7 肖洪兵.跟我学单片机.北京航空航天大学出版社2002年3月审批意见教研室负责人:年 月 日备注:任务书由指导教师填写,一式二份。其中学生一份,指导教师一份。目 录摘 要1第一章 绪 论2第二章 LED字幕显示系统的整体设计3第三
4、章 LED字幕显示系统硬件设计53.1 单片机AT89C5153.1.1 AT89C51引脚图53.1.2 AT89C51引脚功能63.2 电源控制单元设计73.3 时钟电路设计83.4 复位电路设计83.4.1手动按钮复位83.4.2上电复位93.5 驱动电路设计103.6 驱动电路及其接口103.6.1 74LS273驱动LED阳极103.6.2 74HC138驱动LED阴极103.7 LED显示电路设计123.7.2 16*16 LED点阵结构原理133.7.3 16*16 LED点阵显示原理13第四章 LED字幕显示系统软件设计154.1 主程序154.2中断子程序184.3 显示汉字
5、字模19第五章 仿真与调试245.1 用PROTEUS 绘制原理图245.2 PROTEUS 对单片机内核的仿真25结 论28参考文献29附录1 整机电路图30附录2 元器件明细表31附录3 程序清单32摘 要在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。LED显示行业已成为一个快速发展的新兴产业,市场空间巨大,前景广阔。随着信息产业的高速发展,LED显示作为信息传播的一种重要手段,已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。例如,户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价表、高速
6、公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然,LED显示已成为城市化、现代化和信息化社会的一个重要标志。点阵显示器的特点是可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合,用单片机控制实行各种文字或图型的变化,达到广告宣传和提示的目的。本文基于单片机(AT89C51)讲述了16*16LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设计, 利用嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus对点阵式LED滚动汉字显示屏进行仿真设计,完成了系统的硬件电路设计和软件编程,并进行了仿真调试,实现了汉字在点阵式LED显示屏上的滚动显示,达到了仿真设计的目的。关键词 AT89C51;动态显示;16*1
7、6点阵;LED显示屏;第一章 绪 论随着电子技术的迅速发展,特别是随大规模集成电路产生而出现的微型计算机,给人类生活带来了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃,那么可以毫不夸张的说,单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前,单片机以其高可靠性、高性能价格比,在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用,并已走入家庭,从洗衣机、微波炉到音响、汽车,到处都可见到单片机的踪影。因此,单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用,世界上许多集
8、成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机,在单片机家族的众多成员中,MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比,迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场,成为国内单片机应用领域中的主流。目前,可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多,与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善,因此,可以极方便地利用现有资源,开发出用于不同目的的各类应用系统。本设计以单片机AT89C51为控制芯片,控制LED显示系统的硬件和软件系统,该硬件系统主要分为时钟复位电路、显示电路、阴极驱动电路及阳极驱动电路等几个模块。其中显示电路的显示屏采用16*16点阵式LED显示屏。最终在
9、程序的支持下实现汉字的动态显示,并能实现逐位显示功能。第二章 LED字幕显示系统的整体设计本系统采用单片机AT89C51为核心芯片的电路来实现,硬件电路由单片机AT89C51、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等组成。其中显示电路的显示屏采用16*16点阵式LED显示屏,晶振采用12MHZ的晶振。再通过一个按键开关来实现复位显示功能。 其点阵式LED滚动汉字显示屏系统设计框图如图2-1所示: 单 片 机16x16点阵点击显示器阴极驱动电路时钟电路电源电路复位电路点击显示器阳极驱动电路图2-1 LED滚动汉字显示屏系统设计框图本系统选用的单片机为ATMEL公司的AT89C51
10、,显示屏采用16*16 LED点阵。电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5V工作电压。时钟电路是单片机的驱动电路,复位电路可在需要时,手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向16*16点阵送字型码,本设计采用74LS273。通过阴极驱动电路对16*16点阵进行列扫描,本设计采用74HC138。以达到其点阵式LED滚动汉字显示屏系统设计。在本系统中,所用的应用技术有动态扫描显示技术、8*8LED点阵结构原理以及汉字点阵显示原理及字库代码获取。动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器(称为扫描),即每个数码管的位选被轮流选中,多个数码管公用一组段选,段选数据仅对位选
11、选中的数码管有效。对于每一位显示器来说,每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关,也与点亮时间和间隔时间的比例有关。通过调整电流和时间参数,可以既保证亮度,又保证显示。若显示器的位数不大于8位,则显示器的公共端只需一个8位I/O口进行动态扫描(称为扫描口),控制每位显示器所显示的字形也需一个8位口(称为段码输出)。动态显示的硬件接法是将所有的LED显示器的段选线连并在一起,接到一个8位I/O口,而位选线线则分开连接到各自的I/O口,从而进行动态扫描。动态扫描实质就是利用人眼的视觉残留来实现的,让人感觉所有数码管是同时亮的,这就是通过延时程序来让每个数码管逐个显示,只不过延时到很短的时
12、候人眼就会感觉不出来,这就是LED 数码管的动态扫描。本设计所采用的是汉字的滚动扫描。通过阳极驱动电路向16*16点阵送字型码(此设计采用74LS273)。通过阴极驱动电路对16*16点阵进行列扫描(此设计采用74HC138)。利用人眼的视觉残留现象,让人感觉所有数码管是同时亮的,通过延时程序来让每个LED数码管逐个显示,延时到很短的时候人眼就会感觉不出来,于是就实现了LED 数码管的动态扫描。第三章 LED字幕显示系统硬件设计点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码,通过驱动电路对16*16
13、 LED点阵进行动态列扫描,以实现汉字的滚动显示。本设计选用的单片机为ATMEL公司的AT89C51,显示屏采用16*16 LED点阵。电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5V工作电压。时钟电路是单片机的驱动电路,复位电路可在需要时,手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向16*16点阵送字型码(此设计采用74LS273)。通过阴极驱动电路对16*16点阵进行列扫描(此设计采用74HC138)。考虑到P0口必需设置上拉电阻,我们采用4.7k排电阻作为上拉电阻。 3.1 单片机AT89C51AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM)的低电压
14、、高性能CMOS型8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,能够进行1000次写擦循环,数据保留时间为10年。它是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此,在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51。AT89C51是Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括:一个8位的微型处理器CPU;一个256K的片内数据存储器RAM;片内程序存储器ROM;四个8位并行的I/O
15、接口P0P3,每个接口既可以输入,也可以输出;两个定时器/记数器;五个中断源的中断控制系统;一个全双工UART的串行I/O口;片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接,最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下面简单介绍一下其各个部分的功能。3.1.1 AT89C51引脚图AT89C51是标准的40引脚双列直插式集成芯片,如图3-1所示:图3-1 AT89C51引脚图3.1.2 AT89C51引脚功能按其功能可分为电源、时钟、控制和I/O接口四大部分:1、电源引脚VCC:芯片主电源,外接+5V;GND:电源地线。2、时钟引脚XTAL1和XTAL2为内部器的两
16、条引出线。AT89C51芯片的时钟频率一般在612MHz之间。单片机内部有一个可以构成振荡器的放大电路。在这个放大电路的对外引脚XTAL2和XTAL1引脚接上晶体和电容就可以构成单片机的时钟电路。3、控制引脚(1)RST/VPD:复位/掉电保护信号输入端。RST即为RESET,VPD为备用电源,所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平,就可实现复位操作,使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障,降低到低电平规定值或掉电时,该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。(2)/VPP:访问程序存储器控
17、制信号/编程电源输入端。为访问外部程序储器控制信号,低电平有效。当端保持高电平时,单片机AT89C51访问片内程序存储器为4KB,若超出该范围时,它会自动转去执行外部程序存储器的程序。当端保持低电平时,无论片内有无程序存储器,均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机,在EPROM编程期间,该引脚用于接21V的编程电源VPP。(3):片外程序存储器读选通有效信号。(4)ALE/:地址锁存控制信号/编程脉冲输入端。4、I/O引脚单片机AT89C51总共有四个I/O端口:P0、P1、P2和P3。(1)P0口(39脚32脚):P0.0P0.7统称为P0口。8位双向并行I/O接口。扩展片外
18、存储器或I/O时,作为低8位地址产品线和8位数据产品线的分时利用接口,它为双向三态。P0口可带8个TTL负载电流。(2)P1口(1脚8脚):P1.0P1.7统称为P1口,为8位准双向并行I/O接口。P1口每一位都可以独立设置成输入端出位,它可以驱动4个TTL电路。(3)P2口(21脚28脚):P2.0P2.7统称为P2口,为 8位准双向并行I/O接口。扩展外部数据、程序存储器时,作为高8位地址输出端口。(4)P3口(10脚17脚):P3.0P3.7统称为P3口为8位准双向并行I/O接口。除了与P1口有一样的I/O功能外,每一个引脚还兼有第二功能。它可以驱动4个TTL电路。P3口的第2功能见表3
19、-1: 表3-1 P3口的第2功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDINTOT0T13.2 电源控制单元设计电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5V工作电压。本设计中,我采用稳定的+5V工作电源,为电路提供电源。3.3 时钟电路设计图3-2 时钟电路时钟电路可以简单定义如下:1、就是产生象时钟一样准确的振荡电路。2、任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。现在流行的串行时钟电路很多,如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便,被广泛地采用。本设计中时钟电路由AT89C51的
20、18,19脚的时钟端(XTAL1及XTAL2)以及12 MHz晶振X、电容C2、C3组成,采用片内振荡方式。3.4 复位电路设计无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。单片机系统的复位方式有:手动按钮复位和上电复位 。3.4.1手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平(图3-3手动按钮复位)。一般采用的办法是在RST端
21、和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时,则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。图3-3 手动按钮复位3.4.2上电复位AT89C51的上电复位电路如图3-4所示,只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端,下接一个电阻到地即可。图3-4 上电复位复位电路采用简易的手动按钮复位电路,主要由电阻R ,电容C ,开关K 组成,分别接至AT89C51的RST复位输人端。当按下复位电路的复位开关Reset按钮时,瞬间短接复位开关,由于此reset复位开关一端接地为低电平,另一端有电源5
22、V供电端和PG信号端,间接供给为高电平,通常为3.3V,而此复位开关的某一段也会直接或者间接的作用于南桥内的复位系统控制模块,所以瞬间短接复位开关会在开关的高电平端会产生一个低电平信号,此信号会直接或间接作用于南桥内的复位系统控制器,使南桥强行复位之后,南桥也会强行去复位其他的设备和模块,南桥给主板其他硬件设备复位后,整个主板复位完成,这就是主板复位电路的原理。本设计采用手动按钮复位,以满足复位的时间要求及设计质量。3.5 驱动电路设计现代IC 技术的发展,出现了很多的专用点阵驱动电路芯片,本系统还是采用比较经典的74LS系列移位寄存器作为点阵输出驱动。通过阳极驱动电路向16*16点阵送字型码
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