孙敦峰单片机课程设计

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1、 单单片片机机课课程程 设设计计点阵显示屏滚动显示点阵显示屏滚动显示专业专业电气工程及其自动化学生姓名学生姓名孙敦峰班级班级Z 电气 111学号学号1160601147指导教师指导教师谢明月完成日期完成日期2015 年 1 月 13 日目录1 概述.1 1.1 课题背景和意义.1 1.2 国内外研究现状2 2 课题方案设计.4 2.1 系统总体设计要求4 2.2 系统模块结构论证4 3.1 总体设计.6 3.2 STC89C52RC 功能.6 3.2 晶振及复位电路.8 3.3 LED 点阵显示单元电路9 3.4 列驱动10 3.5 行驱动电路.12 4 系统软件的设计13 4.1 主程序设计

2、.13 4.2 基本子程序设计.14 4.3 中断程序设计.15 5 软硬件联调和调试结果16 5.1 系统部分硬件调试方法16 5.1.1 短路与虚焊检测16 5.1.2 单片机测试.16 5.2 实物图17 结束语.18 文献.19 附 录.20 附录 1.基于单片机点阵屏滚动显示的设计原理图.20 附录 2 Proteus 仿真图20 附录 3 基于单片机点阵显示屏滚动显示的 C 语言程序清单.20 附录 4 基于单片机点阵显示屏滚动显示设计的元器件目录20TOC o “1-3“ h z u 201 概述1.1 课题背景和意义在短短的十来年中，LED 点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功

3、耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领 域得到了广泛的应用。LED 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气 候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED 显示 屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：证券交易、金融信息显示；机场航 班动态信息显示；港口、车站旅客引导信息显示；体育场馆信息显示；道路交通信 息显示；调度指挥中心信息显示；邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣 传及信息显示；广告媒体新产品等1。 基于单片机的 LED 点阵显示屏系统设计是从实际应用角度出发，针对当前市场 上流行的 LED 产品

4、的应用领域而设计制作的 LED 点阵显示屏系统，实用性比较强。 目前大多数的 LED 点阵显示系统自带字库，其显示动态效果(主要是显示内容的滚动)的 实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进 行，不能随意进行动态显示。另外由于受到存储器本身的局限，其特殊字符或图案 也往往难以显示，同时显示内容也不能随意更改。而且一般的小型 LED 显示屏的体 积还是比较大的不适合随身携带只能放在固定的位置显示信息。为了克服显示屏以 上缺点，本设计需要能够方便的实现数字、字母、汉字等预存信息同时还要求实现 信息的定时循环、上下左右滚屏、LED 显示亮度连续可调等扩展功能来实现吸引

5、别 人注意达到发布信息的目的。同时该设计课题使我们能够掌握 LED 显示屏的基本显示原理和设计方法， 对 LED 显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些 理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。同时通过该设计课题 掌握了 51 单片机的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了 实际工作经验。目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的 LED 显示 屏的作用也越练越广泛相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到 我国的 LED 技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此该课题不论 是对自己的就业还是对我国 LE

6、D 显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。1.2 国内外研究现状作为 21 世纪是光电子与微电子紧密结合发挥作用的时代，以光通信为龙头的信息光电子产业将成为 21 世纪的明星产业和支柱产业。 世界主要发达国家及相关大公司均已投入大量资金和人力，力争在数年之内实现半导体白光照明的产业化。据 CIR 报告称，全球 LED 的市场销售额在 2008 将增至 56 亿美元，其中高亮度 LED（HB-LED）将增至 26.4 亿美元，而超高亮度 LED（UHBLED）的市场销售额则将赢得全球市场份额的 22%。 目前,全球有数百家公司、大学和研究机构从事 LED 材料生长、器件制作工艺和 相关设备制造

7、的研究和开发工作。居于领先水平的公司主要有日本的日亚、Toyota Goosey 丰田合成） 、Sony、三洋,美国的 Cree、欧洲的欧斯朗、飞利浦等。其中日亚 公司是全世界研究和生产 LED 的顶尖单位,多年来其氮化镓基 LED 的研究和开发水 平一直领先其他单位 23 年。他在生产白色 LED 的荧光粉材料方面拥有多项专利,在 白色 LED 芯片供应上一直占有统治地位,但专利技术一直控制在内部使用,只销售产 品,不转让技术2。 为早日占领巨大的半导体照明市场,世界上掌握相关技术的公司都已经纷纷和老 牌灯泡制造商结盟,如美国 HP 联合了日本日亚和德国西门子、美国 Cree、西门子和 德国

8、欧斯朗联合,美国 EMCORE 和 GE 联合,日本的东芝和本田联合等。通用电气、飞 利浦、欧斯朗等世界三大照明工业巨头,全都启动大规模商用开发计划,与半导体公 司合作或并购,成立半导体照明企业。他们还提出,要在 2010 年前使半导体灯的发 光效率再提高 8 倍,价格降低到现价的 1/100。 中国大陆目前也有数十家大学、研究机构及公司正在从事大功率 LED 的研究和 开发，通过国家产业扶持、台商加入及国际巨头的多方推动，LED 产业在我国已具 相当规模。在技术研发水平上，国内的蓝光芯片指标已达到国外中档水平，个别研 发机构的技术水平已达世界先进水平。LED 封装技术与国外差距较小，市场占很

9、大 的份额。 经过十余年的发展，我国 LED 大屏幕产业发展目前也已初具规模,形成了一批 具有一定规模的骨干企业。从 1993 年至今，全国 LED 大屏幕市场保持持续增长，据 台湾 PIDA 估计，国内显示屏市场年增长率为 40%左右。目前国内主要的 LED 大屏幕 制造厂商的市场范围几乎覆盖整个国内市场，整个行业具有较强的开发能力，国产 LED 大屏幕的性价比较高，市场占有率近 100%，国外同类产品在我国基本没有市场。 四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机 场、昆明世界园艺博览会等重大项目工程，均由国内企业中标。可以预见，我国加 入 WTO、北京举办

10、2008 年奥运会、上海举办 2010 年世博会等，都将成为 LED 大屏 幕产业发展的良好契机。 我国的 LED 显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。进入八十年代后，LED 在发光波长范围和性能方面大大 提高,并开始形成平板显示产品即 LED 显示屏，LED 显示屏的出现，适应了信息化社会发展的需要，成为大众传媒的重要工具。它以其超大画面、超强视觉、灵活多变 的显示方式等独具一格的优势，成为目前国际上使用广泛的显示系统,是信息传播设 施划时代的产品。广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等各个场合，是目 前国际上极为先进的显示媒体。据不完全统计，至 1998 年

11、底，年度销售总额在 1000 万元以上的企业有 20 多家，其销售总额达 6 亿元左右，占行业市场总额的 85% 以上。全国从事 LED 显示屏的各类企业有 100 余家,从业人员近 6000 人，行业年度 销售总额近 8 亿元人民币，1996 年、1997 年的增长速度均保持 40%左右，1998 年略有回落。在国内市场上，国产 LED 显示屏的市场占有率近 100%，国外同类产品基本 没有市场，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机 场、浦东机场等，均由国内代表企业中标。技术水平相对领先,我国 LED 显示屏产业 在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进

12、的水平。 90 年代初即 具备了成熟的 16 级灰度 256 色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年 在全彩色 LED 显示屏、256 级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术 等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现，LED 显示屏控制专用大规 模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED 显示屏产业培养形成了一批 LED 显示屏科技队伍，在全国 LED 显示屏行业的从业人数 6000 人中，科技人员有 2800 多人，将近 50%。LED 显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成分，也 是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。2 课题方案设计2.1

13、 系统总体设计要求设计题目：点阵屏滚动显示 设计要求：通过单片机控制点阵显示屏滚动显示，要求使用 51 系列单片机和四个点阵显示屏，以及三个 74hc595。由单片机串行发送代码到 74hc595 并由其并行 发出控制点阵显示屏的列位，通过剩余的 74hc595 发送选通码循环选通点阵的行位， 由此实现滚动显示，控制列代码的变换可以改变图形的形状。本课题选取图形为箭 头，通过箭头可以实现指向的作用。2.2 系统模块结构论证总体方案选择四个 88 的点阵构成一个 1616 的点阵。行和列的交叉处有一个 LED，共由 256 个 LED 构成，如果 LED 的阳极与行相连，而阴极与列相连，那么只

14、要给该 LED 对应的行以高电平，列以低电平，那么对应的 LED 就发光。目前有两种 扫描显示方式。方案一，采用静态锁存方式，将每一个 LED 发光管的一端接至单片 机的一个 I/O 口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动 LED，原理简单， 驱动能力强，LED 的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费 单片机的 I/O 口，只适合于较小的系统。方案二，采用动态扫描方式，通过三极管 驱动并联在一起的 LED 发光管的一端(共阴极或共阳极)，LED 发光管的另一脚接通 用 I/O 口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的 LED，控制方式较灵活，而且节省单 片机的资源。比较以上

15、两种方案，系统设计中采用方案二3。如图 2-1 所示,根据 显示系统的功能特点确定系统硬件由通讯接口，单片机控制部分，驱动部分显示点 阵组成。上位机通过通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码，控制部分 执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式4。图 2-1 系统硬件组成框图图文显示一般有静态和动态显示两种方案,静态方案虽然设计简单,但其使用的管脚太 多,如本设计中 1616 的点阵共有 256 个发光二极管,显然单片机没有这么多的端口,如果我采用锁存器来扩展端口,按 8 位的锁存器来计算,1616 的点阵需 256/8=32 个 锁存器。这个数字很庞大,因为我们仅仅

16、是 1616 的点阵,在实际应用中的显示屏往 往要大得多,这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的 显示屏几乎都不采用这种设计,而采用另外一种称为动态扫描的显示方法5。 动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮,这样扫描驱动电路就可以实现多行,比如 16 行的同名列共用一套驱动器。具体就 1616 的点阵来说,把所有同 1 行的发光管 的阳极连在一起,把所有同 1 列的发光管的阴极连在一起,共阳极的接法,先送出对应第一行发光管使其亮灭的数据并锁存,然后选通第 1 行使其燃亮一定时间,然后熄灭, 再送出第二行的数据并锁存,然后选通第 2 行使其亮相同的时间,然后熄灭,以此类推, 第 8 行之后,又重新燃亮第 1 行,反复轮回。当这样轮回的速度足够快,每秒 24 次以上, 由于人眼的视觉暂留现象就能够看到显示屏上稳定的图形了。 采用扫描