基于单片机控制文字的显示论文

*学院毕业设计说明书（论文）课题名称 基于单片机控制文字的显示 专 业 电子信息工程技术 班 级 131311 学生姓名 * 指导老师 * 指导老师技术职称 高级讲师 2016年3月*学院毕业设计（论文）任务书学生姓名：* 班级：1313111.毕业设计（论文）题目：基于单片机控制文字的显示 2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：各种资料来源于书本和互联网上查找的资料，设计的要求是利用单片机的控制系统，使文字在LED上清晰的显示出来。3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间： 以MCS-51系列的单片机为核心器件，组成一个点阵式汉字显示屏。而显示屏由一块16*16LED点阵显示器组成，可以依次显示四个汉字“欢迎光临”。而且可以通过编程能够随时对汉字进行修改、调整。 日期：自_2016_年_1_月_10_日至_2016_年_3_月_15_日指导老师评语：_ 目 录1 引言1 1.1目的及意义12 总体设计的原理与实现2 2.1 方案论证2 2.1.1 汉字显示分析与论证2 2.1.2时间显示分析与论证3 2.2 电路原理的总体设计3 2.2.1汉字显示的工作原理3 2.2.2系统结构图43 硬件部分的设计5 3.1 硬件组成部分5 3.2 相关芯片介绍6 3.2.1 AT89C51 的功能及说明6 3.3 硬件各部分设计7 3.3.1单片机系统及外围电路7 3.3.2行驱动电路7 3.3.3列驱动电路8 3.3.4 LED点阵显示电路104 软件部分的设计13 4.1 软件总体设计13 4.2 软件各模块设计14 4.2.1 中断控制程序14 4.2.2串行中断程程序14 4.2.3程序清单175 系统调试21 5.1 常见硬件故障调试21结论20 致谢21 参考文献20 1 引言单片机自20世纪70年代问世，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。问世以来以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。本设计基于单片机AT89C51讲述了16*16 LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与程序设计等基本环节的相关技术。1.1目的及意义 随着信息社会的到来，单片机广泛的应用于工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、声学领域和微机技术等广阔的领域。而利用单片机对语音芯片进行控制可以达到语音报站的效果。因此，了解并掌握单片机智能控制技术工作原理及特性是非常重要的。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。 LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，它具有高清晰度、色彩鲜艳、视角大、工作稳定、寿命长、功耗低等优点。由于采用单元模块化结构，屏体大小可按用户要求灵活拼制；它的超高亮度，使它在户内外显示中具有不可替代的作用。2 总体设计的原理与实现2.1 方案论证根据此设计要求，我们认为此设计属于多输出量的复杂程序控制问题，结合实际情况，我们拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证。方案一：采用组合数字电路实现核心控制的方案 采用组合电路实现控制和处理功能，具有速度快，资源丰富的优点，但在实现多路控制和附加功能上受到种种限制，且功能越多电路越复杂，给电路的设计制作带来诸多不便，另外设计制作费用高，功能固定，不能扩展，因此该方案不被采用。方案二：采用单片机为核心控制的方案采用单片机作为控制和处理的核心，由于单片机功能的高度集成，能达到多任务的处理，使得电路的复杂程度大大降低，尤其在实现汉字显示的自动控制和时间显示、调整上显现出独特的优势。同时能使设计费用降低许多，综合考虑以上实际情况，采用本方案。2.1.1 汉字显示分析与论证考虑到元器件的易购性和价格低廉，采用由256个发光二极管组成的16*16汉字点阵阵列作为显示系统。在显示驱动电路中我们拟订了两种设计方案：方案一：采用静态显示的方案 使其列选信号始终为低电平，保证列选始终选中，此方案能使各个汉字呈现出稳定的显示，但系统占用资源多，使AT89C51的CPU的使用率降低，不能发挥主处理器应有的功能，因此不采用此方案。方案二：采用动态显示的方案 动态显示，即使列选线按已编写好的方案有序出现低电平，点亮该列上的二极管，由于人眼的视觉暂留，在20ms时间内，人的眼睛会认为仍呈现出稳定显示，因此结合实际，采用译码器为列选线循环出现低电平提供有效的保证，故此汉字显示模块采用本方案。2.1.2时间显示分析与论证 对时间的显示采用数码管显示，同样也有两种设计方案方案一：采用静态显示的方案 使其位选信号始终为低电平，保证位选始终选中，从而使各个数码管始终点亮，其特点等同于汉字静态显示的特点，因此，不采用此方案。方案二：采用动态显示的方案采用移位循环使位选线循环出现低电平，从而使各个数码管依次点亮，此方案能提高CPU的效率，其特点等同于汉字动态显示，显现出动态显示的诸多优点，所以此模块采用本方案。 2.2 电路原理的总体设计2.2.1汉字显示的工作原理AT89C51是一种带4 kB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、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1 000次写擦循环，数据保留时间为10年。他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。时钟电路由AT89C51的18，19脚的时钟端(XTALl及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、电容C2，C3组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2，电容C1，开关K1组成，分别接至AT89C51的RST复位输入端。 图2-1电路原理图2.2.2系统结构图如图2-2可以看出系统有以下几部分：电源电路、复位电路、晶振电路、单片机、按键电路、行驱动、列驱动电路以及点阵屏构成。图2-2 系统总体设计框图3 硬件部分的设计3.1 硬件组成部分硬件电路大致上可分为单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路3部分。单片机采用89C51及其兼容系列，列驱动电路由74HC595构成，P1口低四位输出的行号经4线-16线译码器74LS154译码后生成16行选通信号线，再经过行驱动器驱动相应的行线。3.2 相关芯片介绍3.2.1 AT89C51的功能及说明(1). AT89C51的主要性能有：与MCS-51 兼容；4K字节可编程闪烁存储器 ；寿命长：1000写/擦循环； 数据保留时间长：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁存；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器1；5个中断源 ；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路(2)管脚说明：图3-1 AT89C51的引脚VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许输出电平用于锁存地址低位字节PSEN：外部程序存储器的选通信号。EA/VPP：当EA端保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器，始终选用外部程序存储器。当EA端保持高电平时，首先选中内部程序存储器，当存储容量超过内部程序存储空间时，如果有外扩程序存储器则自动调至外部存储空间。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.3 硬件各部分设计3.3.1单片机系统及外围电路本系统由AT89C51构成单片机最小应用系统同时配有110592 MHz晶振和按键复位电路等。系统外扩的一片Flash存储器,可用来存储由PC机串口送来的点阵信息另外，采用MAX232可完成RS232与TTL电平的转换，以便使PC机与单片机交换信息。3.3.2行驱动电路行驱动电路如图3-2所示，P1口低四位输出的行号经4线-16线译码器74LS154译码后生成16行选通信号线，再经过行驱动器驱动相应的行线。1条行线上要带动16列的LED进行显示，按每一LED器件20mA电流计算，16个LED同时发光时，需要320mA电流，选用三极管8550作为驱动管可以满足要求。图3-2行驱动电路原理图3.3.3列驱动电路图3-3列驱动电路原理图列输入驱动由八个8位串行输入，串行或并行输出三态移位寄存器74HC595实现。该芯片具有串行输入、并行输出两个独立的时钟信号。输入数据在串行移位时钟SRCLK上升沿由串行输入端SER输入到芯片内部串行移位寄存器中，同时,SQH端串行输出；在锁存时钟信号RCLK上升沿到来时，芯片将内部串行移位寄存器8位数据并行输出。正常工作时，应将复位端SRCLR与使能端RCLK分别接高电平、低电平。单片机输出信号直接与串入并出移位寄存器74HC595的锁存器输出端连接。系统总电路图如下所示: 图3-4 系统总电路图它的输入侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚SI是串行数据的输入端。引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿将发生移位，并将SI的下一个数据打入最低位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出寄存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号，器上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。引脚G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高阻态。SCLR信号是移位寄存器的清0输入端，当其为低时移位寄存器的输出全为O。由于SCK和RCK两个信号是相互独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存器互不干扰。芯片的输出端为QA-QH，最高位QH可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出。但因QH受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了QH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。3.3.4 LED点阵显示电路 显示数据传输采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。基于串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的方的，列数据的显示就需要有锁存功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串行移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。4 软件部分的设计4.1 软件总体设计程序中需要使用两个计时器，一个用于扫描定时，定时时间到时输出1帧显示数据，另一个用于循环显示7个汉字，定时时间到时调整字模数据起点，从而改变显示字符。第二个计时器可以在第一个定时中断中设置一个计数器，达到预定值后调整字模数据起点。 图4-1主程序流程图 图4-2显示驱动程序流程图 4.2 软件各模块设计4.2.1 中断控制程序任务：启动下一帧数据的发送（发送本帧字模数据的第一个字节） 为每个字符显示时间（ZFJS）计数，当达到预定值时将显示字符编号4.2.2串行中断程序任务：发送的字节数（JXJS）为02时，继续发送字模数据，每次发送后发送字节数（JZJS）加1。发送的字节数（JZJS）为3时，4字节的字模数据已发送完，发送扫描码（SMM），发送字节数再加1。发送的字节数（JZJS）为4时，本帧数据全部发送完成，由P3.2产生一个RCLK脉冲，使移位寄存器锁存数据，同时检查一个字符的全部8行数据是否都发送完成，若是则调整字模数据指针（DPTR）指向本字符字模数据的起点。 注意：串行中断首先是在定时中断中向串行口发送了第一字节，串行口发送完 成后产生的。串行中断程序继续向串行口发送数据，每当串行口发送完成后继续产生中断。当字节计数器达到4后，本帧数据发送完毕，不再向串行口发送数据，因此也就不会再有串行中断产生，直到定时计数器中断发起下一帧数据的传送。4.2.3程序清单由于显示工作都安排在中断中完成，主程序的工作只是对定时计数器控制寄存器，串行口控制寄存器进行设置，同时开放定时计数器0和串行中断，启动定时计数器5 系统调试5.1 常见硬件故障调试5.1.1逻辑错误:由于设计错误和焊接所造成的，包括错线，开路，短路，相位错等几种，其中短路是最常见的故障。5.1.2可靠性差:如金属化孔，接插件接触不良造成系统时好时坏，经不起振动；器件负载过大等造成逻辑电平不稳定。5.1.3电源故障:电压值不符合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足，负载能力差等故障。5.1.4脱机调试:在样机加电之前，先用万用表等工具，根据硬件电器原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元件的型号、规格和安装是否符合要求。特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统是否存在相互间的短路或与其他信号线的短路。结论 本次是基于STC89C51芯片设计的汉字显示报站系统的毕业设计，实现了单片机语音汉字显示控制系统，通过单片机组成的应用系统来完成对汉字的LED点阵显示屏的控制。在正常情况下，通过利用LED点阵进行相关提示汉字的显示，通过单片机对汉字显示进行采集处理，同时设定相关汉字显示信息；当到站按键按下时，该系统会让LED点阵进行汉字提示信息的显示，汉字显示结束时等待下一次按键的触发。致 谢首先要感谢我的指导老师，给予我宝贵的意见、严格的要求和细心的指导。在此次设计中，许多同学也给予了我无私的帮助，在此也特别感谢他们！通过这次的设计使我认识到我对单片机方面的知识知道的太少了，对于书本上的很多知识还不能灵活运用，有很多我们需要掌握的知识在等着我去学习，我会在以后的学习生活中弥补我所缺少的知识。此次的设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己能适应于以后的工作和环境。总之，感谢所有帮助和关心过我的人，真诚的向你们表示谢意！参考文献 1 刘永军.单片机控制LED点阵显示原理及Proteus仿真.电脑知识与技术.20102 中国高新投资集团公司业务发展部.LED行业研究报告.20093 周诗虎. 单片机控制LED 点阵显示屏. 科技信息.2008 4 何立民. 单片机实验与实践教程. 北京航空航天大学出版社.2004 5 楼然苗. 单片机课程设计指导. 北京航空航天大学出版社.20076 刘飞,田承雷.单片机控制液晶显示器.矿业科学技术.2005 12