1、*學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）課題名稱 基于單片機(jī)控制文字的顯示 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 班 級(jí) 131311 學(xué)生姓名 * 指導(dǎo)老師 * 指導(dǎo)老師技術(shù)職稱 高級(jí)講師 2016年3月*學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名：* 班級(jí)：1313111.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)控制文字的顯示 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用的原始資料數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：各種資料來源于書本和互聯(lián)網(wǎng)上查找的資料，設(shè)計(jì)的要求是利用單片機(jī)的控制系統(tǒng)，使文字在LED上清晰的顯示出來。3.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容及完成時(shí)間： 以MCS-51系列的單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)點(diǎn)陣式漢字顯示屏。而顯示屏由一塊16*16LED點(diǎn)陣顯示器

2、組成，可以依次顯示四個(gè)漢字“歡迎光臨”。而且可以通過編程能夠隨時(shí)對漢字進(jìn)行修改、調(diào)整。 日期：自_2016_年_1_月_10_日至_2016_年_3_月_15_日指導(dǎo)老師評(píng)語：_ 目 錄1 引言1 1.1目的及意義12 總體設(shè)計(jì)的原理與實(shí)現(xiàn)2 2.1 方案論證2 2.1.1 漢字顯示分析與論證2 2.1.2時(shí)間顯示分析與論證3 2.2 電路原理的總體設(shè)計(jì)3 2.2.1漢字顯示的工作原理3 2.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖43 硬件部分的設(shè)計(jì)5 3.1 硬件組成部分5 3.2 相關(guān)芯片介紹6 3.2.1 AT89C51 的功能及說明6 3.3 硬件各部分設(shè)計(jì)7 3.3.1單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路7 3.3.2行

3、驅(qū)動(dòng)電路7 3.3.3列驅(qū)動(dòng)電路8 3.3.4 LED點(diǎn)陣顯示電路104 軟件部分的設(shè)計(jì)13 4.1 軟件總體設(shè)計(jì)13 4.2 軟件各模塊設(shè)計(jì)14 4.2.1 中斷控制程序14 4.2.2串行中斷程程序14 4.2.3程序清單175 系統(tǒng)調(diào)試21 5.1 常見硬件故障調(diào)試21結(jié)論20 致謝21 參考文獻(xiàn)20 1 引言單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。問世以來以極其高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C

4、51講述了16*16 LED漢字點(diǎn)陣顯示的基本原理、硬件組成與程序設(shè)計(jì)等基本環(huán)節(jié)的相關(guān)技術(shù)。1.1目的及意義 隨著信息社會(huì)的到來，單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)測試系統(tǒng)、聲學(xué)領(lǐng)域和微機(jī)技術(shù)等廣闊的領(lǐng)域。而利用單片機(jī)對語音芯片進(jìn)行控制可以達(dá)到語音報(bào)站的效果。因此，了解并掌握單片機(jī)智能控制技術(shù)工作原理及特性是非常重要的。在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用LED點(diǎn)陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已成為一個(gè)快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場空間巨大，前景廣闊。 LED電子顯示屏是隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的微電子光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光

5、二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，它具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。由于采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，屏體大小可按用戶要求靈活拼制；它的超高亮度，使它在戶內(nèi)外顯示中具有不可替代的作用。2 總體設(shè)計(jì)的原理與實(shí)現(xiàn)2.1 方案論證根據(jù)此設(shè)計(jì)要求，我們認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸出量的復(fù)雜程序控制問題，結(jié)合實(shí)際情況，我們擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證。方案一：采用組合數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)核心控制的方案 采用組合電路實(shí)現(xiàn)控制和處理功能，具有速度快，資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)現(xiàn)多路控制和附加功能上受到種種限制，且功能越多電路越復(fù)雜，給電路的設(shè)計(jì)制作帶來諸多不便，另外設(shè)計(jì)制作費(fèi)

6、用高，功能固定，不能擴(kuò)展，因此該方案不被采用。方案二：采用單片機(jī)為核心控制的方案采用單片機(jī)作為控制和處理的核心，由于單片機(jī)功能的高度集成，能達(dá)到多任務(wù)的處理，使得電路的復(fù)雜程度大大降低，尤其在實(shí)現(xiàn)漢字顯示的自動(dòng)控制和時(shí)間顯示、調(diào)整上顯現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。同時(shí)能使設(shè)計(jì)費(fèi)用降低許多，綜合考慮以上實(shí)際情況，采用本方案。2.1.1 漢字顯示分析與論證考慮到元器件的易購性和價(jià)格低廉，采用由256個(gè)發(fā)光二極管組成的16*16漢字點(diǎn)陣陣列作為顯示系統(tǒng)。在顯示驅(qū)動(dòng)電路中我們擬訂了兩種設(shè)計(jì)方案：方案一：采用靜態(tài)顯示的方案 使其列選信號(hào)始終為低電平，保證列選始終選中，此方案能使各個(gè)漢字呈現(xiàn)出穩(wěn)定的顯示，但系統(tǒng)占用資源

7、多，使AT89C51的CPU的使用率降低，不能發(fā)揮主處理器應(yīng)有的功能，因此不采用此方案。方案二：采用動(dòng)態(tài)顯示的方案 動(dòng)態(tài)顯示，即使列選線按已編寫好的方案有序出現(xiàn)低電平，點(diǎn)亮該列上的二極管，由于人眼的視覺暫留，在20ms時(shí)間內(nèi)，人的眼睛會(huì)認(rèn)為仍呈現(xiàn)出穩(wěn)定顯示，因此結(jié)合實(shí)際，采用譯碼器為列選線循環(huán)出現(xiàn)低電平提供有效的保證，故此漢字顯示模塊采用本方案。2.1.2時(shí)間顯示分析與論證 對時(shí)間的顯示采用數(shù)碼管顯示，同樣也有兩種設(shè)計(jì)方案方案一：采用靜態(tài)顯示的方案 使其位選信號(hào)始終為低電平，保證位選始終選中，從而使各個(gè)數(shù)碼管始終點(diǎn)亮，其特點(diǎn)等同于漢字靜態(tài)顯示的特點(diǎn)，因此，不采用此方案。方案二：采用動(dòng)態(tài)顯示的方

8、案采用移位循環(huán)使位選線循環(huán)出現(xiàn)低電平，從而使各個(gè)數(shù)碼管依次點(diǎn)亮，此方案能提高CPU的效率，其特點(diǎn)等同于漢字動(dòng)態(tài)顯示，顯現(xiàn)出動(dòng)態(tài)顯示的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以此模塊采用本方案。 2.2 電路原理的總體設(shè)計(jì)2.2.1漢字顯示的工作原理AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，能夠進(jìn)行1 000次寫擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年。他是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的

9、方案。時(shí)鐘電路由AT89C51的18，19腳的時(shí)鐘端(XTALl及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、電容C2，C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R1，R2，電容C1，開關(guān)K1組成，分別接至AT89C51的RST復(fù)位輸入端。 圖2-1電路原理圖2.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-2可以看出系統(tǒng)有以下幾部分：電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、單片機(jī)、按鍵電路、行驅(qū)動(dòng)、列驅(qū)動(dòng)電路以及點(diǎn)陣屏構(gòu)成。圖2-2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖3 硬件部分的設(shè)計(jì)3.1 硬件組成部分硬件電路大致上可分為單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路3部分。單片機(jī)采用89C51及其兼容系列，列驅(qū)動(dòng)電路

10、由74HC595構(gòu)成，P1口低四位輸出的行號(hào)經(jīng)4線-16線譯碼器74LS154譯碼后生成16行選通信號(hào)線，再經(jīng)過行驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的行線。3.2 相關(guān)芯片介紹3.2.1 AT89C51的功能及說明(1). AT89C51的主要性能有：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ；壽命長：1000寫/擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留時(shí)間長：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖存；128*8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1；5個(gè)中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路(2)管腳說明：圖3-1 AT89C51的引腳VCC：供電電壓。GN

11、D：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，保持RST腳兩個(gè)機(jī)

12、器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許輸出電平用于鎖存地址低位字節(jié)PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。EA/VPP：當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，始終選用外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，首先選中內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)存儲(chǔ)容量超過內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間時(shí)，如果有外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器則自動(dòng)調(diào)至外部存儲(chǔ)空間。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3

13、.3 硬件各部分設(shè)計(jì)3.3.1單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路本系統(tǒng)由AT89C51構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)同時(shí)配有110592 MHz晶振和按鍵復(fù)位電路等。系統(tǒng)外擴(kuò)的一片F(xiàn)lash存儲(chǔ)器,可用來存儲(chǔ)由PC機(jī)串口送來的點(diǎn)陣信息另外，采用MAX232可完成RS232與TTL電平的轉(zhuǎn)換，以便使PC機(jī)與單片機(jī)交換信息。3.3.2行驅(qū)動(dòng)電路行驅(qū)動(dòng)電路如圖3-2所示，P1口低四位輸出的行號(hào)經(jīng)4線-16線譯碼器74LS154譯碼后生成16行選通信號(hào)線，再經(jīng)過行驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的行線。1條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20mA電流計(jì)算，16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要320mA電流，選用三極管8550作為

14、驅(qū)動(dòng)管可以滿足要求。圖3-2行驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.3.3列驅(qū)動(dòng)電路圖3-3列驅(qū)動(dòng)電路原理圖列輸入驅(qū)動(dòng)由八個(gè)8位串行輸入，串行或并行輸出三態(tài)移位寄存器74HC595實(shí)現(xiàn)。該芯片具有串行輸入、并行輸出兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)。輸入數(shù)據(jù)在串行移位時(shí)鐘SRCLK上升沿由串行輸入端SER輸入到芯片內(nèi)部串行移位寄存器中，同時(shí),SQH端串行輸出；在鎖存時(shí)鐘信號(hào)RCLK上升沿到來時(shí)，芯片將內(nèi)部串行移位寄存器8位數(shù)據(jù)并行輸出。正常工作時(shí)，應(yīng)將復(fù)位端SRCLR與使能端RCLK分別接高電平、低電平。單片機(jī)輸出信號(hào)直接與串入并出移位寄存器74HC595的鎖存器輸出端連接。系統(tǒng)總電路圖如下所示: 圖3-4 系統(tǒng)總電路圖它的輸入

15、側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿將發(fā)生移位，并將SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出寄存器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，器上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。SCLR信號(hào)是移位寄存器的清0輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全為O。由于SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)是相互獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存器互不干擾。芯片的輸出端為QA-QH，最高位QH

16、可作為多片74HC595級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。3.3.4 LED點(diǎn)陣顯示電路 顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到LED的亮度?；诖袀鬏斨辛袛?shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾

17、，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的方的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要有鎖存功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串行移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。4 軟件部分的設(shè)計(jì)4.1 軟件總體設(shè)計(jì)程序中需要使用兩個(gè)計(jì)時(shí)器，一個(gè)用于掃描定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到時(shí)輸出1幀顯示數(shù)據(jù)，另一個(gè)用于循環(huán)顯示7個(gè)漢字，定時(shí)時(shí)間到時(shí)調(diào)整字模數(shù)據(jù)起點(diǎn)，從而改變顯示字符。第二個(gè)計(jì)時(shí)器可以在第一個(gè)定時(shí)中斷中設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器，達(dá)到預(yù)定值后調(diào)整字模數(shù)據(jù)起點(diǎn)。 圖4-1主程序流程圖 圖4-2顯示驅(qū)動(dòng)程

18、序流程圖 4.2 軟件各模塊設(shè)計(jì)4.2.1 中斷控制程序任務(wù)：啟動(dòng)下一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送（發(fā)送本幀字模數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)） 為每個(gè)字符顯示時(shí)間（ZFJS）計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)將顯示字符編號(hào)4.2.2串行中斷程序任務(wù)：發(fā)送的字節(jié)數(shù)（JXJS）為02時(shí)，繼續(xù)發(fā)送字模數(shù)據(jù)，每次發(fā)送后發(fā)送字節(jié)數(shù)（JZJS）加1。發(fā)送的字節(jié)數(shù)（JZJS）為3時(shí)，4字節(jié)的字模數(shù)據(jù)已發(fā)送完，發(fā)送掃描碼（SMM），發(fā)送字節(jié)數(shù)再加1。發(fā)送的字節(jié)數(shù)（JZJS）為4時(shí)，本幀數(shù)據(jù)全部發(fā)送完成，由P3.2產(chǎn)生一個(gè)RCLK脈沖，使移位寄存器鎖存數(shù)據(jù)，同時(shí)檢查一個(gè)字符的全部8行數(shù)據(jù)是否都發(fā)送完成，若是則調(diào)整字模數(shù)據(jù)指針（DPTR）指向本字符字模數(shù)

19、據(jù)的起點(diǎn)。 注意：串行中斷首先是在定時(shí)中斷中向串行口發(fā)送了第一字節(jié)，串行口發(fā)送完 成后產(chǎn)生的。串行中斷程序繼續(xù)向串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，每當(dāng)串行口發(fā)送完成后繼續(xù)產(chǎn)生中斷。當(dāng)字節(jié)計(jì)數(shù)器達(dá)到4后，本幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，不再向串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，因此也就不會(huì)再有串行中斷產(chǎn)生，直到定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷發(fā)起下一幀數(shù)據(jù)的傳送。4.2.3程序清單由于顯示工作都安排在中斷中完成，主程序的工作只是對定時(shí)計(jì)數(shù)器控制寄存器，串行口控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)開放定時(shí)計(jì)數(shù)器0和串行中斷，啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 常見硬件故障調(diào)試5.1.1邏輯錯(cuò)誤:由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和焊接所造成的，包括錯(cuò)線，開路，短路，相位錯(cuò)等幾種，其中短路是最常見的故障。5.1.2可靠性差:如金屬化孔，接插件接觸不良造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng)；器件負(fù)載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定。5.1.3電源故障:電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，電源功率不足，負(fù)載能力差等故障。5.1.4脫機(jī)調(diào)試:在樣機(jī)加電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對元件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求。特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)是否