試卷：A甲1025參賽試卷：點陣電子顯示屏＜A題）參賽學(xué)生：馮元偉物理與微電子學(xué)院關(guān)童物理與微電子學(xué)院田立志材料學(xué)院包裝項目參賽學(xué)校：山東大學(xué)指導(dǎo)老師：陳延俊秦峰王延偉儀維2006年9月11日目錄第一部分摘要……………………...3第二部分TOC\o"1-5"\h\z.設(shè)計任務(wù) 4基本要求 4發(fā)揮部分 4創(chuàng)新部分 4.方案論證與比較 5\o"CurrentDocument"顯示部分 5數(shù)字時鐘 5溫度采集部分 6芯片選擇 6鬧鈴方式的選擇 6止鬧方式的選擇 6串口通訊芯片的選擇 6\o"CurrentDocument".總體方案 7工作原理 7總體設(shè)計 7.系統(tǒng)硬件設(shè)計 7\o"CurrentDocument"AT89S52單片機最小系統(tǒng) 8溫度測量模塊………...8時鐘模塊……………..8鍵盤模塊……………..9\o"CurrentDocument"LED點陣顯示模塊 10電源的選擇 11\o"CurrentDocument"PC機通訊 12整體電路 12.系統(tǒng)軟件設(shè)計 7主程序流程 13掃描子程序 14時間程序 15PC機串口通訊程序 15亮度調(diào)節(jié)程序 16溫度程序 17.測試與結(jié)果分析 17基本部分測試與分析 17發(fā)揮部分測試與分析 18創(chuàng)新部分測試與分析 18\o"CurrentDocument".設(shè)計總結(jié) 18.參考資料 18附錄……………18例程………… 18摘要LED大屏幕顯示系統(tǒng)，以AT89S52單片機為核心，由鍵盤顯示、錄放音模塊、光電開關(guān)、溫度采集、定時鬧鈴、LED大屏幕顯示等功能模塊組成?；陬}目基本要求，本系統(tǒng)對時間顯示和大屏幕顯示進行了重點設(shè)計。此外，擴展單片機外圍接口、溫度采集、非接觸式止鬧、滾動屏幕顯示、語音報時等功能。本系統(tǒng)大部分功能由軟件來實現(xiàn)，吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實現(xiàn)，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實現(xiàn)了要求的基本功能,發(fā)揮部分也得到完全的實現(xiàn),而且有一定的創(chuàng)新功能。關(guān)鍵字：單片機LED大屏幕滾屏顯示

AbstractThislargeLEDdisplayscreensystem,basedonchipmicrocomputerAT89S52,iscomposedbythefollowingfunctionalmodules:keyboarddisplaying,soundphonating.photoelectricityuntouchedswitch，temperaturegathering,timingbell,AbstractAccordingtothebasicrequirementsofthesubject,oursystemstressesontherealizationoftimedisplayingandlargescreendisplaying,Furthermore,wealsoextendtheprimaryfunction,addingnewfunctions,suchasthesinglechipperipheralports,temperaturegathering,untouchedring-stop,scrollscreendisplay,soundtiming.andsoon.Adoptingtheideaofhardware-to-software,mostofthosefunctionsarerealizedbysoftwares,whichmakestheelectrocircuitmoreconciseandthesystemmorestable,ThedesignachievedandevenexceededalltherequiredbasictechnicalindexesKeywords:chipmicrocomputerlargescreendisplaysystemscrollscreendisplay1任務(wù)設(shè)計基本要求：設(shè)計并制作LED電子顯示屏和控制器。自制一臺簡易16行*32列點陣顯示的LED電子顯示屏；自制顯示屏控制器，擴展鍵盤和相應(yīng)的接口實現(xiàn)多功能顯示控制，顯示屏顯示數(shù)字和字母亮度適中，應(yīng)無閃爍。顯示屏通過按鍵切換顯示數(shù)字和字母；顯示內(nèi)容可以平滑的左右移動＜無此功能）顯示屏能顯示4組特定數(shù)字或者英文字母組成的句子，通過按鍵切換顯示內(nèi)容；能顯示4組特定漢字組成的句子，通過按鍵切換顯示內(nèi)容。發(fā)揮部分：自制一臺簡易16行*64列點陣顯示的LED電子顯示屏；LED顯示屏亮度連續(xù)可調(diào)。實現(xiàn)信息的左右滾屏顯示，預(yù)存信息的定時循環(huán)顯示；實現(xiàn)實時時間的顯示，顯示屏數(shù)字顯示：時：分：秒〈例如18：38：59）；增大到10組＜每組漢字8個或16個數(shù)字和字符）預(yù)存信息，信息具有掉電保護；實現(xiàn)和PC機通訊，通過PC機串口直接對顯示信息進行更新〈須做PC機客戶程序）；創(chuàng)新部分室溫的測量定時鬧鈴整點報時非接觸止鬧2、方案論證顯示部分:顯示部分是本次設(shè)計最核心的部分，對于LED8*8點陣顯示有以下兩種方案：方案一：靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個二極管的狀態(tài)分別用0 和1表示，若為0 ，則表示L ED 無電流，即暗狀態(tài)。若為1則表示二極管被點亮。若給每一個發(fā)光二極管一個驅(qū)動電路，一幅畫面輸入以后，所有LED的狀態(tài)保持到下一幅畫。對于靜態(tài)顯示方式方式,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多,引線多而復(fù)雜,成本高,且可靠性也較低。方案二：動態(tài)顯示，對一幅畫面進行分割,對組成畫面的各部分分別顯示,是動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計上如果處理不當,易造成亮度低,閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn),又要保證圖像穩(wěn)定,無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式, 復(fù)用的程度不是無限增加的,因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短, 發(fā)光的亮度等因素. 我們通過實驗發(fā)現(xiàn),當掃描刷新頻率（發(fā)光二極管的停閃頻率,為50Hz,發(fā)光二極管導(dǎo)通時間21ms時,顯示亮度較好,無閃爍感.。鑒于上述原因,我們采用方案二．數(shù)字時鐘數(shù)字時鐘是本設(shè)計的重要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。方案一：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將時字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點，但當單片機不上電，程序?qū)⒉粓?zhí)行。且因為每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。方案二：本方案采用Dallas公司的專用時鐘芯片DS1302。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間。基于時鐘芯片的上述優(yōu)點，本設(shè)計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。溫度采集部分能進行溫度測量是本設(shè)計的創(chuàng)新部分，因為現(xiàn)在用品追求多樣化，多功能化，所以我們決定給系統(tǒng)加上溫度測量顯示模塊，方便人們的生活，使該設(shè)計具有人性化。方案一：采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度至 90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測小于 1攝氏度的信號是不適用的。方案二：采用溫度傳感器DS18B20。DS18B20可以滿足從-55攝氏度到+125攝氏度測量范圍，且DS18B20測量精度高，增值量為0.5攝氏度，在一秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字，測得的溫度值的存儲在兩個八位的RAM中，單片機直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制就是溫度，使用方便?；贒S18b20的以上優(yōu)點，我們決定選取DS18b20來測量溫度。芯片的選擇方案一：采取并口輸入，占用大量I/O口資源方案二：選取串口輸入，使用較少。所以我們選用串口輸入。串口輸入我們可以選用芯片有74HC595、74LS164、TPIC6B595。但是74HC595和74LS164兩種芯片必須加驅(qū)動才能驅(qū)動LED，而TI公司的DMOS器件TPIC6B595,除具有TTL和CMOS器件中移位寄存器595 的邏輯功能外, 其最大的特點是驅(qū)動功率大,可直接用作LED的驅(qū)動。綜合以上比較，我們選取〈寄存器）TPIC6B595來驅(qū)動LED點陣。鬧鈴方式的選擇方案一：采用蜂鳴器鬧鈴，當?shù)皆O(shè)定時間時，單片機向蜂鳴器送出高電平，蜂鳴器發(fā)生。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。方案二：采用錄音放音芯片1420鬧鈴，先對錄放音設(shè)備錄入一段音樂，當?shù)皆O(shè)定時間時，單片機控制錄放音設(shè)備放音。采用錄放音電路鈴聲可以自己預(yù)先設(shè)定一段自己喜歡的音樂，符合電器設(shè)備人性化的要求。且1420芯片可以分段錄音，還具有語音報時功能。基于錄音放音芯片1420的以上優(yōu)點，我們決定采用錄放音設(shè)備鬧鈴。止鬧方式的選擇一般鐘表都具有鬧鐘功能，到設(shè)定時間，便自動啟動鬧鐘，發(fā)出音樂提醒人們，再由人按下止鬧按鈕停止鬧鐘工作。一般每天只能設(shè)置一次鬧鐘、并要由人按下按鈕止鬧，使用不是很方便。智能處理器應(yīng)用可改變這種狀況，一天可按自己需要設(shè)置鬧鐘的開關(guān)、多次鬧鐘設(shè)置并可用非接觸方式止鬧。方案一：采取遠程紅外遙控止鬧，遙控器發(fā)出特定紅外信號時，單片機接受到信號，向發(fā)音設(shè)備發(fā)出停止信號止鬧。紅外遙控止鬧控制距離遠，但是價格昂貴，增加了制造成本。方案二：采取光電傳感器，當用一物體遮擋光電傳感光電傳感器向單片機接口送出一個低電平，單片機立即向發(fā)音設(shè)備發(fā)出停止信號止鬧。光電傳感器價格便宜，線路簡單，易于控制?；谝陨媳容^我們決定采用光電傳感器止鬧。串口通訊芯片的選擇AT89S52串行口采用的是TTL電平，因此必須的有電平轉(zhuǎn)換電路，可以選擇1488，1489，MAX232A.方案一：采用1488或1489芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，但在使用中發(fā)現(xiàn)這兩種芯片可靠性不高，且需要正負12V電源，使用麻煩。方案二：采用單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232A可以使電路變得簡單，可靠。基于以上分析，我們選用方案二，選用芯片MAX232A電源模塊方案一：采用干電池作為LED點陣系統(tǒng)的電源，因為點陣系統(tǒng)耗電量較大，使用干電池需

經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會的要求。點陣系統(tǒng)要懸掛在墻上，電池總量大，使用會有較大安全隱患。方案二：采用200W/5V直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全可靠基于以上分析，我們決定采用方案二3、總體方案工作原理:利用單片機AT89s52單片機作為本系統(tǒng)的中控模塊。單片機可把由DS18B20、DS1302讀來的數(shù)據(jù)利用軟件來進行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實現(xiàn)溫度、日歷的顯示。點陣LED電子顯示屏顯示器為主要的顯示模塊，把單片機傳來的數(shù)據(jù)顯示出來，并且可以實現(xiàn)滾動顯示。利用光電傳感器來實現(xiàn)非接觸止鬧功能。在顯示電路中，主要靠按鍵來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。總體設(shè)計設(shè)計總體框圖如圖14、系統(tǒng)硬件設(shè)計〈單元電路設(shè)計及分析）AT89S5,單片機最小系統(tǒng)：最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、、復(fù)位統(tǒng)。=＞錄放音模塊開關(guān)和電源部分。圖2為AT89S52單片機的最小系A(chǔ)T89S52光電傳感器*4盤45528曳fc=＞錄放音模塊開關(guān)和電源部分。圖2為AT89S52單片機的最小系A(chǔ)T89S52光電傳感器*4盤45528曳fc--「一LED大屏幕顯示r-JmfliTuXlRDJ'-：~M.H.ADImintI圖1系統(tǒng)框圖.11-j.2.J.HJ-ITl?lNplPIJ-I圖2最小系統(tǒng)電路圖溫度測量模塊:溫度測量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測溫范圍為-55C?125C,可編程為9位?12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率達到0.0625C,采用寄生電源工作方式，CPU只需一根口線便能與DS18B20通信，占用CPU口線少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路。接口電路如圖3所示。圖3DS18B20測量電路時鐘模塊時鐘模塊采用DS1302芯片，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路提供秒分時日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線1RES復(fù)位2I/O數(shù)據(jù)線3SCLK串行時鐘時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信DS1302工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于ImW,其接線電路如圖4

DI胃g.DI胃g.plplPIWPI.FI.PIW圖4時鐘電路鍵盤模塊鍵盤、狀態(tài)顯示模塊：為了使軟件編程簡單，本設(shè)計利用可編程芯片8255。接法如表1所示。PA口接按鍵，PC口則用于控制狀態(tài)顯示所用LED點陣。每個按鍵都通過一個10K的上拉電阻接電源+Vcc,按鍵的另一端接地。當有鍵按下時，與該鍵相連的PA口的相應(yīng)位變?yōu)榈碗娖?，單片機檢測到該變化后即轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序，同時在程序中點亮LED點陣O模塊電路如圖56I工ODD-3J-511-Jl-IrDDn-i..Um加嚅Al6I工ODD-3J-511-Jl-IrDDn-i..Um加嚅Al羯Maj油14UIalln”l-li5北口F「-2FU:I:_SC7孫上總和mhhmmmmmhhkhwmkhJrJrK5555UIJIHJ1AAc(cJI4.5LED顯示模塊點陣數(shù)據(jù)串行輸入,圖5鍵盤電路器件為移位寄存器TPIC6B595595,門控和掃描信號常以16點陣為一行進行并行處理。在點陣顯示中以4x8個LED點陣構(gòu)成一個LED顯示單元,采用行共陽列共陰的編排方式。其驅(qū)動分為行列兩部分，分別來自于行、列移位寄存器,行數(shù)據(jù)是掃描數(shù)據(jù)， 16 行中每次只有一行被驅(qū)動， 米用逐行掃描方式,列數(shù)據(jù)則為漢字的點陣碼。。對于字符和圖形顯示也可以用點陣處理，其顯示原理和方法相同.電路如圖6O.6.SRwyr>?■■旦其SMS丁與MCI■一：IT-.xrvaxInXEVMCII口在EYauH.sAgO.6.SRwyr>?■■旦其SMS丁與MCI■一：IT-.xrvaxInXEVMCII口在EYauH.sAgT?K-.Jir.Kuc^r6.sfl.dy.BGwMr>r.dysR白OS1旦MCIt?'.6.SKn.dys片wpuu臣Lbuamd?1-Wsr-JWMrml->HEPn^MS)n.^d.sl一弓w1wv41'IMTrrr_TRR4GI1JJH5-OS--5-『Yr哥爵寓寓-=二uluyAcD需亙聘需一登叁二一圖6LED顯示電路電源選擇：200W/5V的直流穩(wěn)壓電源更加安全電路圖如圖7圖7電源電路PC機通訊5.15.1主程序如圖105.15.1主程序如圖104.8整體電路系統(tǒng)整體電路如下:TKFO圖9整體電路7_一r隹=SS5:lluun鵬;曹 -=三三.一二二二3-----生==-Brn,小4.8整體電路系統(tǒng)整體電路如下:TKFO圖9整體電路7_一r隹=SS5:lluun鵬;曹 -=三三.一二二二3-----生==-Brn,小--mJaE借仔用』但1S1SE-f日叁8:=鞏3-7|=一二---rI三三rr三」二JL電一 一---|~-±._—-主TH=FJri:《-FFFFH生一至的MAX232是標準的串口通信接口，對于一般的雙向通訊，只需要使用串行輸入口RXD（第3腳,、串行輸出TXD（第2腳〉和地線〈第7腳）。MAX232邏輯電平的規(guī)定如表2.表2邏輯電平表邏輯值電平幅

邏輯值值（v>03+~+1513-~-155、系統(tǒng)軟件設(shè)計圖圖12時間子程序流程圖開始圖10主畫宇兗程5.2顯示子程序流程如圖11圖11顯示子程序流程5.3顯示時間子程序流程如圖125.4與PC串口通訊程序5.5LED亮度調(diào)節(jié)圖13串口通訊程序圖圖15溫度測量程序流程圖圖圖15溫度測量程序流程圖圖14LED亮度調(diào)節(jié)5.6溫度測量流程圖如圖156、測量及其結(jié)果分析基本部分測試與分析測試儀器：秒表、溫度表、萬用電表、WAVE仿真器基本要求部分的測試與分析：<1）系統(tǒng)上電后，全屏點亮，沒有暗點。接著顯示時間。按“#”鍵后時掃描鍵盤，當有1~10鍵按下時，分別顯示十段設(shè)定的數(shù)字、英文或漢字。<2）顯示時間時通過與秒表對比，測試的系統(tǒng)時間準確。2發(fā)揮部分測試與分析：（1>當按下#后在按下進入亮度調(diào)節(jié)，按下“+”鍵時，亮度增加。按下“—”鍵時，亮度變?nèi)?。?>可以實現(xiàn)文字左右移動（3> 按下“設(shè)置時間”鍵，觀察到“鐘表”二極管點亮，此時可對時間進行設(shè)置。按下“時間設(shè)置“進入時調(diào)試，按“+”鍵時間加。在按下“切換”鍵時，進入分調(diào)整模式，按下“+”鍵，分增加。按下“選擇”鍵時，分調(diào)整模式改為秒調(diào)整模式，按下“+”鍵秒增加。經(jīng)測試該步可以很好的實現(xiàn)。調(diào)整時間完畢后，再按一下“鬧鐘設(shè)置”進入鬧鈴設(shè)置狀態(tài)，按下“+”鍵設(shè)定“時”增加，在按下“選擇”鍵進入分的設(shè)置，按下“+”鍵設(shè)定“分”增加。在按下“選擇”鍵進入秒設(shè)置模式，按“+”鍵秒增加。（4>系統(tǒng)可以顯示10組，每組8個漢字，完成要求6.3創(chuàng)新部分測試與分析<1）溫度測量:鍵盤切換現(xiàn)場環(huán)境溫度顯示：按“功能”鍵選擇“溫度”，將溫度傳感器和溫度計放入不同的測試環(huán)境中進行測試，結(jié)果如表1所示。表1與標準溫度計測量值比較表溫度計示值（攝氏度>10.325.249.770.185.5溫度輸出（攝氏度,1025507086由測試知，數(shù)字鐘的輸出與溫度計值基本上相等，誤差不大于0.5度。（2>當?shù)皆O(shè)定時間時，開始訪一段音樂，完成定時鬧鈴功能。（3>當用手遮擋光電傳感器后，停止放音。手拿開后，不再放音，直到到設(shè)定時間。完成非接觸止鬧功能7、設(shè)計總結(jié)全心準備了整整一個酷暑，9月8日我們終于拿到了試卷，我們一致選擇控制類題目人（1￡口點陣>,從基本方案的制定，在到硬件電路的選擇，到制作電路制作，最后進行程序調(diào)試。在此期間我們遇到很多困難，幾乎沒有說過一次好覺，盡管很艱苦，但是我們各自分工，相互協(xié)作，一次又一次品嘗到了解決問題的喜悅,最終完成了要求的全部功能，并加入了一些創(chuàng)新的部分。在競賽中我們發(fā)現(xiàn)了自己知識的不足，通過四天三夜的奮斗，也可以說四天三夜的學(xué)習(xí)，我們學(xué)到了很多東西，最重要的是我們學(xué)會了一種精神————永不放棄。在以后的時間里面我們會用這種精神去學(xué)習(xí)，更上一層樓。8、參考資料[1]《基于單片機結(jié)構(gòu)的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》沈紅衛(wèi)編電子工業(yè)出版社

[2]《單片機原理與接口技術(shù)》黃惠媛編海洋出版社[3]《單片機應(yīng)用技術(shù)》周平伍云輝編電子科技大學(xué)出版社[4]《8051單片機實踐與應(yīng)用》吳金戌沈金陽郭庭吉編清華大學(xué)出版社[5]《電子設(shè)計競賽賽題解讀》黃正謹?shù)染帠|南大學(xué)出版社附錄：例：整屏四個字一起顯示的程序SEREQUP1.0。TPIC6B595第3腳OEEQUP1.1；TPIC6B595第8腳RCKEQUP1.2；TPIC6B595第12腳MREQUP1.3；TPIC6B595第9腳SRCLKEQUP1.4；TPIC6B595第13腳ORG0000HLJMPMAINORG0100H主程序主程序MAIN:MOVSP,#70HSETBOEMOV2BH,#00HMOV27H,#00HSTART: 。初始化寄存器RAM單元MOVR0,#30HMOVR1,#64H。30H~6FH單元清零MOVA,#00HST:MOV@R0,AINCR0DJNZR1,ST。2Dh----尋址偏址 。整屏四個字一起顯示LOOP:MOVDPTR,#TAB。賦查表初值MOVR3,#56PLAY:MOV2DH,#00HMOV2FH,#10HGG:LCALLLINE16。掃描顯示一次MOV2DH,#00HDJNZ2FH,GGMOVA,DPLCLRCADD