基于单片机的电子广告屏.doc
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1、目 录摘 要1 总体方案设计12 系统硬件设计22.1元件的选用22.2单片机AT89S5122.3点阵模块52.4译码器74HC15462.5集成电路74HC59573 系统软件设计103.1系统软件设计思路103.2系统程序设计104 调试与仿真154.1伟幅仿真软件154.2 Proteus仿真软件164.3字模软件21致 谢24参考文献25摘 要LED显示即为发光二极管显示,具有显示醒目、成本低、配置灵活、接口方便等特点。目前,LED点阵显示器应用十分广泛,如广告活动字幕机,股票显示屏,活动布告栏等。本设计的主要内容是汉字滚动LED点阵显示的设计,以实现设定汉字的滚动显示控制并进行软硬
2、件交互仿真,即主要包括硬件设计和软件设计与分析和软、硬件交互仿真几个环节。软件设计与分析环节中分析掌握硬件电路,熟悉LED点阵显示、综合89S51单片机的原理及特点,掌握字模软件取模方法,通过修改单片机程序控制显示汉字的滚动内容,实现循环显示或单次显示,保证显示的稳定性和完整性,完成“济源职业技术学院电气自动化技术专业王爽制作”21个字从屏幕中滚进左边之后,右边再次出现第一个字等滚动显示控制。软、硬件交互仿真环节主要指将相应软件设计环节所得程序导入到Proteus仿真环境中进行调试,以实现字符的滚动显示,并向左移动循环显示的效果。关键词:点阵显示,AT89S51芯片,Proteus软件,字模库
3、1 总体方案设计硬件电路由AT89S51单片机、点阵显示电路、驱动电路、晶振电路和复位电路等几部分组成。使用四个88LED点阵可构成一个1616的LED点阵,可由单片机控制译码器74HC154输出控制行,列由集成电路74HC595串入并出构成列驱动电路,单片机的P1口输出LED的行并控制寄存器的移位。在单片机中写入正确的程序后会在显示模块上显示“济源职业技术学院电气自动化技术专业王爽制作”并且向左移动循环显示的效果,电路如图1.1所示。图1.1 设计原理图单片机的主要功能是:存储程序、对存储程序进行相应的处理并从I/O口输出。复位电路:在单片机上有一输入复位引脚RST,外部用电容和电阻控制RS
4、T。晶振电路:是时钟电路的外接部分,为单片机提供时钟信号。时钟周期就是单片机外接晶振的倒数。驱动电路:由于显示电路部分发光二极管比较多,而单片机所提供的+5V电源不足矣带动,所以要用三极管放大信号。显示电路:用以实现汉字显示的结果。电源部分:采用5V的电源供电。2 系统硬件设计2.1元件的选用根据设计题目要求选用的主要是AT89S51芯片和点阵显示模块,总体设计分为5个模块:使系统恢复初始状态的复位电路模块;稳定频率和选择频率的晶振电路模块;驱动电路模块;储存系统程序的89S51芯片以及显示效果的LCD点阵显示模块,这5个功能模块电路组成了我们的设计。2.2单片机AT89S511性能、特点AT
5、89S51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位COMS微控制器,使用高密度,非易失存储技术制造,并且与AT89C51引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对存储器重复编程。AT89S51具有多种功能的8位CPU与闪存结合在一个芯片上,为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又便宜的方案。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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。AT89S51是一种高效微控制器,主要特
6、点有:(1)与MCS-51微控制器产品系列兼容。(2)片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器(Flash Memory)。(3)存储器可循环写入/擦除1000次。(4)存储数据保存时间为10年。(5)宽工作电压范围:Vcc可为2.7V6V。(6)全静态工作:可从0HZ到16MHZ。(7)程序存储器具有3级加密保护。(8)1288位内部RAM。(9)32条可编程I/O线。(10)两个16位定时器/计数器。(11)中断结构具有5个中断源和2个优先级。(12)可编程全双工串行通道。(13)空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。2主要管脚P0口(39脚至32脚):是双向8位三态I/O口,在外接
7、存储器时,与地址总线的低8位及数据总线复用。P1口(1脚至8脚):是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态,输入也不能锁存,故不是真正的双向I/O口。P2口(21脚至28脚):是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时,它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。P3口(10脚至17脚):是准双向8位I/O口,在MCS-51中,这8个引脚还用于专门功能,是复用双功能口。P3各口的第二功能定义如图2.1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(定时器0外部
8、输入)P3.5 - T1(定时器1外部输入) P3.6 - WR(外部数据存储器写脉冲)P3.7 - RD(外部数据存储器读脉冲) 图2.1引脚图RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持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,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。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。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。3.复位电路AT89C51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。为
9、可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机复位的条件是:必须使RST/Vpd或RST引脚(9)加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。例如,若时钟频率为12MHz,每机器周期为1us,则只需2us以上时间的高电平,在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常用的复位电路如图2.2所示。图2.2 按键复位电路图2.2为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外,若要复位,只需按图中的SW1键,此时电源VCC经电阻R1、R6分压,在RESET端产生复位高电平。4.晶振电路石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器,
10、它用来稳定频率和选择频率,是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。本设计所用的晶体振荡电路,如图2.3晶体振荡电路。此晶振电路所选用的石英晶振频率为12MHZ。时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12MHz的晶振,它的时间周期就是(1/12 us),是计算机中最基本的、最小的时间单位。图2.3 晶振电路在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟周期为250us。由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,它控制着计算机的工作节奏(使计算机的每一步都统一到它的步调上来)。显然,对同一种机型的计算机,
11、时钟频率越高,计算机的工作速度就越快。但是,由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同,所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。我们学习的51系列单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。2.3点阵模块LED点阵显示模块是由一串发光或不发光的点状显示器按矩阵的方式排列组成的,其发光体是(LED发光二极管)。目前,LED点阵显示器应用十分广泛,如广告活动字幕机,股票显示屏,活动布告栏等。LED点阵显示器的分类有多种方法:按阵列点数可以分为57、58、68、88,按发光颜色可以分为单色、双色、三色,按极性排列方式又可以分为共阴极和共阳极。如图2.4所示,只要让某些LED发光二极管点亮,就可以组
12、成数字、字母、图形、汉字等,但要显示汉字则需要多个LED点阵显示器组合,最常见的组合方式有1514、1615、1616等。 在设计中选用的是极性排列为共阴极的88 LED点阵显示器,采用1616的组合方式。由于设计要求让同时显示4个字,每个1616矩阵显示一个字,则需要4个1616矩阵组成(即16个88LED矩阵)。图2.4 点阵显示结构图2.4译码器74HC154 译码器是能实现将表示特定意义信息的二进制代码功能的集成电路。译码器的输入为二进制代码,输出为与输入代码对应的特定信息,它可以是脉冲,也可以是电平。而在此次设计中应用的是输出高电平。174HC154引脚图及功能图2.5 74HC15
13、4引脚图功能如下:1-11 13-17 :译码器输出端。(outputs (active LOW))12:GND接地端(ground (0 V))18-19:使能输入端 (enable inputs (active LOW)20-23:地址信号输入端 (address inputs)24:VCC电源 (positive supply voltage)在设计中由单片机P1口输出信号控制译码器的2023号管脚(地址信号输入端),经译码器后由译码器输出端控制显示电路,译码器输出低电平(0)有效。2译码器功能由表2.1可知,所示当使能输入端G1、G2均接低电平时,输入信号DCBA高电平有效且按8421
14、码实现加一时,输出0-15端实现低电平并左移。例如:当G1G2=0,DCBA=0001时,输出端Y1输出有效。当使能输入端G1、G2其中任意一端接高电平时,不论输入断如何,均输出高平。 表2.1 74HC154译码器功能表2.5集成电路74HC595列驱动电路由集成电路74HC595构成。它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构,而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的,可以实现在显示本行各列数据的同时,传送下一行的列数据,即达到重叠处理的目的。1.引脚及功能74HC595的引脚如图2.6所示:图2.6 74HC595引脚图QA-QH: 八位并行输出端,可以直接用于输出
15、控制。QH1: 级联输出端。在设计中将它接下一个595的SER端。SER: 串行数据输入端。SRCLR: 清零端。低电平时将移位寄存器的数据清零。通常接Vcc。SRCK:数据输入端。上升沿时数据寄存器的数据移位,下降沿移位寄存器数据不变。G: 高电平时禁止输出(高阻态)。RCK:上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器,下降沿时存储寄存器数据不变,将RCK置为低电平,当移位结束后,在RCK端产生一个正脉冲更新显示数据。2.集成电路功能74HC595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SER是串行数据的输入端。如表2.2所示引脚SCK是移位寄存器的移位时
16、钟脉冲,在其上升沿发生移位,并将SER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,也就是输出锁存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号,其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。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。SRCLR信号是移位寄存器的靖0输入端,当其为低时移位寄存器的输出全部为0。由于SRCK和RCK两个信号是互相独立的,所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端为QAQH最高位QH可作为多片74HC595级联应用时,向上一级的级联输出。表2.2 74HC595真值表输入管脚输出SERSRCKSCLRR
17、CKGHQHQA输出为高阻态LQHQA输出有效值L移位寄存器清零LH移位寄存器存储LHH移位寄存器存储HH移位寄存器状态保持输出存储寄存器锁存移位寄存器中的状态值输出存储器状态保持253 系统软件设计3.1系统软件设计思路 由于设计要求要显示21个字,每次显示4个字需用用6屏显示,所以要有以下程序:1.主程序:是程序的基本结构框架。开始先清除屏幕,以防出现乱码。2.显示程序:此次设计所选用的是LED矩阵是1616点阵组合,每一屏需要128个数据码。3.读码程序:读程序的作用是当第一数据码输出后能够查询送出下一个,并保证数据连续循环送出。4.移动程序:当第一屏显示结束后能实现向左移动。3.2系统
18、程序设计1.主程序主程序框图如图3.1所示。图3.1 主程序框图ORG 00HSTART:MOV A,#00H MOV P0,AMOV P2,A ;清屏 CALL DIS ;调显示子程序 CALL MOVE ;调移动子程序 JMP START ;循环如图3.1所示,当程序开始运行后,系统现对点阵显示器进行初始化。然后清屏,为输出数据做准备。然后调用中文显示程序,在显示屏上显示数据,延时过后调显示下一屏显示数据,再调用移动子程序将数据进行向左移动,如此循环。2显示程序 图3.2 显示程序框图如图3.2所示,当程序运行至显示程序时,会在字库中查找字符码并计算字模地址,在计算一列的位置后,程序依次从
19、字库中调出一列字模的数据输出到显示屏上,直到这一屏写完为止。写完一页后,程序会进行清屏、换屏。然后继续依次调一列字模数据输出到显示屏上,直到写完这一页。程序可以不停运行,可以用延时来控制每幕停留时间,程序如下:DIS:MOV R2,#06H ;每个画面四个字,21个字分6次显示 MOV 20H,#00 ;取码指针暂存地址20H初值为00D4:MOV R4,#00H ;扫描指针设初值 MOV R1,#0FFH ;每幕停留的时间D5:MOV R6,#64 ;每幕4个字64个数据码 MOV R0,20H ;取码指针存入R0D2:LCALL READ1 ;调用取码子程序 INC R4 ;扫描下一列DJ
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