微机课程设计说明书--阵式图形显示

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1、微机课程设计说明书-阵式图形显示 编号: 微机综合实践课程说明书 题 目:阵式图形显示 学 院:机电工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 熊 燕 学 号: 1000110403指导教师单位: 机械制造教研室 姓 名: 恽 志 东 职 称: 副 教 授 2013年12月30日摘 要 在88点阵式LED显示“”、“”和心形图,通过按键来选择要显示的图形,显示时间可调(时间自定义)。用AT89S51单片机的P0口和P2口控制点阵的行和列实现所要显示的图形。做出最小系统,通过两个按键对要求显示的图形和显示时间进行调整。电路简单,设计方便,显示亮度高,耗电较少,可靠性高。关键词:单片机

2、;点阵;图形目 录引言11 设计任务22 设计方案论证23 系统硬件设计33.1 控制模块43.2 点阵显示模块43.3 按键选择模块53.4 锁存器模块54 系统软件设计64.1 主程序64.2 定时器中断服务子程序84.3 延时子程序85 算法分析95.1 定时时间95.2 定时时间初值与TMOD的设置95.3 中断系统IE的取值106 系统调试106.1 通电前电气检查106.2 通电调试106.3 调试过程出现的问题及解决方法116.4 软件调试117 结论11谢词12参考文献13附录1 元器件清单14附录2 PCB图15附录3 实物图16附录4 阵式图形显示程序清单17引言 微机综合

3、实践是理论联系实际的重要实践教学环节,是对学生进行的一次综合性专业设计训练。本次课程设计主要注意的是电子电路的设计、安装、调试、印制电路板以及单片机应用等综合于一体的一门课程,意在培养学生正确的设计思想方法以及思路,理论联系实际的工作作风,严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验,分析和解决工程技术问题的能力。作为一名当代合格的大学生不仅需要扎实的理论知识,还需要有过硬的动手能力,所以认真做好课程设计,对提高我们动手能力的提高有很大的帮助。 本次课程设计的题目为阵式图形显示控制:在88点阵式LED显示“”、“”和心形图,通过按键来选择要显示的图形,显示时间可调(时间

4、自定义)。通过课程设计,我已较好的完成了设计任务,并对课堂上的理论知识有了进一步的熟悉和了解,自己的能力得到了很大的提升。1 设计任务 阵式图形显示控制:在88点阵式LED显示“”、“”和心形图,通过按键来选择要显示的图形,显示时间可调(时间自定义)。2 设计方案论证根据设计内容要求,我们提出了如下两种方案: 方案一:采用40脚、片内带8kB Flash ROM的AT89S51单片机作为控制核心,采用P0口和P2口作为输出,P1.1,P1.2,P1.3作为选择键选择要显示的图形,按下P1.1连接的键显示心形图案,按下P1.2连接的键显示形图案,按下P1.3连接的键显示形图案。单片机中的 P2.

5、0?P2.7端口连接到点阵LED的行,要求P2.0选中第一行,如此,P2.7选中第8行。P1.1、P1.2、P1.3接按键。单片机的P0、P2出来的电压较低,若来驱动二极管发光的话,二极管的光会太暗。用锁存器74HC573驱动,做出来后效果好,亮度高。方案一结构框图如图2-1所示,按照这种结构设计,单片机端口资源刚好满足要求。 图2-1 方案一:采用P1.1,P1.2,P1.3选择图形显示系统结构框图 方案二:采用40脚、片内带8kB Flash ROM的AT89S52单片机作为控制核心,采用P0口和P2口作为输出,P1.1,P1.3选择显示的图形和调整图形显示的时间。单片机中的P0.0?P0

6、.7端口连接到点阵LED的列。单片机中的P2.0 - P2.7端口通过74HC573连接到阵LED的行。P1.1、P1.3接按键。单片机的P0、P2出来时的电压较低,若来驱动二极管发光的话,二极管的光会太暗。用锁存器74HC573驱动,做出来后效果好,亮度高。方案二结构框图如图2-2所示,按照这种结构设计,单片机端口资源刚好也满足要求。 图2-2 方案二:采用P1.1,P1.3控制调整图形时间显示系统结构框图 两种方案的特点比较如下:方案一具有电路简单,设计方便,显示亮度高,耗电较少,可靠性高,程序简单好调等特点;方案二除了具有方案一的全部优点之外还具有按键少(少一个),图形和图形显示时间都可

7、调的优点。可见方案二优于方案一,因此本设计选用方案二。3 系统硬件设计 采用LED动态扫描的8*8点阵显示系统电路原理图如图3-1所示,系统由控制模块、点阵显示模块、按键选择模块、锁存器模块四部分组成。元器件清单见附录1。PCB图见附录2。 图3-1 阵式图形显示原理图3.1 控制模块 控制模块电路如图3-2所示。主控制器采用AT89S51。 AT89S51的晶振及复位电路按典型电路设计,电路如下图3-3,3-4所示,元器件参数见附录1,晶振频率选为12MHz。P2口用于控制选择点亮的行,P0口用于控制列值,P1.1相当于菜单键,选择模式选择、时间选择或者确定显示,P1.2用于确定模式和时间。

8、P1.0接二极管。由于AT89S52使用片内的8KB的Flash程序存储器,所以片内外程序存储器选择引脚/VPP接+5V电源。 图3-2 阵式图形显示原理图 图3-3 复位电路 图3-4 晶振电路 3.2 点阵显示模块 点阵显示模块如图3-5所示。P2口控制点阵的行,P0口控制点阵的列值,即索要点亮的灯。由于单片机输出电压较低,P0口后接一个驱动芯片(74HC573)提高驱动电流,使显示效果好。 图3-5 点阵模块电路3.3 按键选择模块 通行按键选择要显示的图形以及图形显示的时间。如图3-6所示。按键S1相当于菜单键和确定键,按键S3相当于选择键,选择要显示的图形(五角星,圆或心形)和显示图

9、形的时间(1S-8S)。S1和S3分别接单片机的P1.1和P1.3。 图3-6 按键选择模块电路3.4 锁存器模块 锁存器模块如图3-7所示。刚开始我们的方案是点阵直接要单片机I/O口驱动板子,由于单片机的P0、P2出来时的电压较低,若来驱动点阵模块发光的话,光会太暗。所以我们准备了三种解决方案: 第一个方案是在P1口加上上拉电阻,故在P0、P2采用上拉排阻来驱动二极管发光,光度足够亮。 第二个方案是用三极管驱动,效果好,但对于8*8的点阵而言与用上拉电阻所得的效果差不多。 第三个方案是用驱动芯片74HC573驱动,做出来后效果非常好,亮度很高。 考虑到连接电路及效果等因素,我们采用了第三种方

10、案。 图3-7 用驱动芯片驱动电路4 系统软件设计 阵式图形显示系统软件主要分为主程序、定时器中断服务子程序和延时子程序三部分。源程序用C语言编写,所有程序见附录4。 显示方式选择:静态显示,相对来说,比较容易实现但亮度不能保证。动态显示,对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示。动态显示方式可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示,利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应。当扫描刷新频率发光二极管的停闪频率为50Hz,发光二极管导通时间1ms时,显示亮度较好,

11、无闪烁感。 鉴于上述原因,显示部分我们采用动态显示。4.1 主程序 主程序主要负责总体程序管理功能,包括初始化部分与人机交互设定部分。由于采用动态扫描方式显示,因此主程序大部分时间是调用扫描显示程序与人机交互。显示图形如下所示: 控制显示的数组:12H,14H,3CH,48H,3CH,14H,12H,00H00H,00H,38H,44H,44H,44H,38H,00H30H,48H,44H,22H,44H,48H,30H,00H 由LED的结构图可知道,8x8点阵式LED是由64个发光二极管构成,每行8个二极管的阳极串接在一起,每列8个二极管的负端串接在一起。当要选中某个点时就得把该点的行接高

12、电平,列接低电平。 主程序流程图如图4-1所示。图4-1主程序流程图4.2 定时器中断服务子程序 定时器中断服务子程序主要用于图形显示时间的控制,按系统方案,应有1S-8S的定时。流程图如图4-2所示。 定时器T0定时溢出中断周期设为50ms,中断累计20次(即1S)时对sec减一操作。Sec是变量,可以通过改变sec的值改变显示时间。程序中secd+1。d每按一次加一,最大值为7,到8变0。d由按键次数决定,也就是说按键次数决定显示时间,实现了对显示时间的调整。 图4-2定时器中断服务子程序 4.3 延时子程序 延时子程序用来确定del ms的定时。其中del是输入参数,如果输入1,就是要求

13、程序延时1ms。 j变量是调整程序运行的时间参数。调整j的数值,使1次循环的时间在1ms。将此程序编译通过,然后利用软件仿真,调整时间。 两次时间差就是延时函数使用的时间,如果与1ms相差比较多,可以调整j参数的值,使延时时间尽量接近1ms。如增大j的值forj0;j183;j+;。通过在网上查阅资料,最后我们选182。 图4-2延时子程序5 算法分析5.1 定时时间 本设计涉及到1S-8S五段计时,secd+1,t为计时时间,取1-8,sec是循环次数,即重装初值的次数。 所以sec可取1-8,根据主程序中的d来确定。而d的值又由按键2按下次数决定,从而实现对显示时间的调整控制。5.2 定时时间初值与TMOD的设置T0、T1为16位定时器,由于定时时间大于8192S,应选用工作方式1。由于晶振频率为12MHz,TCY1S,故有T(65536-X)TCY(65536-X)1s 50ms初值 X155363CB0H,即TH03CH ,TL00B0H。TMOD的格式如图5-1所示。 D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0图5-1 TMOD的格式 TMOD各位的内容确定如下:由于定时器/计数器0设为定时器,选用工作方式1,所以GATETMOD.30,C/ TMOD.20,M1TMOD.10,M0 TMOD.01