课程设计采用AT89C2052单片机为控制器控制点阵LED显示器进行显示单片机8X8点阵显示

黄石理工学院 课程设计目 录1 需求分析21.1前言21.2课题设计内容21.3设计目的22 总体设计32.1设计思路32.2方案设计33 详细设计53.1硬件系统电路设计53.1.1控制电路设计53.1.2主要功能特性：63.2控制系统的软件设计73.2.1 主程序73.2.2初始化程序73.2.3显示程序83.2.4程序设计清单84 实现94.1元器件的选择94.2元器件焊接94.2.1焊接准备94.2.2焊接过程94.3软件的调试和烧入115 使用说明125.1各部分组成及功能125.1.1  LED显示屏125.1.2以单片机为核心的动态扫描电路125.2显示时间的分析136 实验小结147 收获体会15附录一16附录二16附录三171 需求分析1.1 前言当今世界，电子技术迅猛发展，点阵式显示器件作为现代信息显示的重要媒体，在金融证券、体育、机场、交通、商业、广告宣传、邮电电信、指挥调度、国防军事等许多领域中得到了广泛应用。因此点阵式显示器件的研制、生产也的到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。由于LED电子显示屏具有所显内容信息量大,外形美观大方,操作使用方便灵活.适用于火车,汽车站,码头,金融证券市场,文化中心,信息中心体育设施等公共场所。该项目广泛涉及了计算机及电子技术中的电源技术、单片机技术、数据通讯技术、显示技术、存储技术、系统软件技术、接口及驱动等技术。LED显示又可以分为单色显示和双色显示，可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，并用单片机控制实现各种文字或图形的变化，达到宣传和提示的目的。1.2课题设计内容该电路系统是采用AT89C2052单片机为控制器，控制点阵LED显示器进行显示，本电路控制模块有主模块和显示模块组成。主程序模块负责每次显示时的显示地址首址、每个字的显示时间和下一个显示地址的间隔的处理；而子程序模块负责对指定单元的数据进行输出显示，显示一个完整文字的时间约为8ms。1.3设计目的1使学生更深入地理解和掌握该课程中的有关基本概念，程序设计思想和方法。2培养学生勇于探索、严谨推理、实事求是、有错必改，用实践来检验理论，全方位考虑问题等科学技术人员应具有的素质。3提高学生对工作认真负责、一丝不苟，对同学团结友爱，协作攻关的基本素质。4培养学生从资料文献、科学实验中获得知识的能力。5. 对学生掌握知识的深度、运用理论去处理问题的能力、实验能力、课程设计能力、书面及口头表达能力进行考核。2 总体设计2.1设计思路利用单片机对整个系统进行总体控制，进行显示所要显示的字符。显示方式分为三种：逐字显示、上滚显示、左滚显示。其中显示字模数据由单片机输入显存，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成，点阵采用单色显示，该显示器电路的特点是：点阵的动态显示过程占用时间比较短，亮度比较高，而且亮度可以改变电阻进行调节。2.2方案设计单片机控制的时钟电路，根据不同的要求有不同的设计思路，根据我们现在的水平和现有的设计能力，我们选择了比较简单的那种电路，但是，也是有两种可以选择的方案。方案一:显示预先想要显示的内容，在本设计中要求显示“电子设计”四个文字，显示方式分三种：逐字显示，向左滚动显示，向右滚动显示。向上滚动显示，向下滚动显示，暂停黑屏滚动显示。方案二：在8X8LED点阵上显示柱形，让其先从左到右平滑移动三次，其次从右到左平滑移动三次，再次从上到下平滑移动三次，最后从下到上平滑移动三次，如此循环下去。方案三：点阵LED扫描介绍：点阵LED一般采用扫描式显示,实际运用分为三种方式：（1）点扫描（2）行扫描（3）列扫描若使用第一种方式,其扫描频率必须大于16*64=1024Hz,周期小于1ms即可。若使用第二种和第三种方式，则频率必须大于16*7=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则亮度会不足。根据烧入程序的不同而显示的方式就不同。显示屏在设计与使用中存在如下问题：1.由于要对显示屏上数以万计的像素进行控制,并且随着显示屏面积的增大,电路结构也非常庞大,因此系统的模块化设计成为重点考虑的问题。2.为了在屏上显示动画,视频图像等信息,显示系统必须用30帧/秒以上的速度来更新显示画面,这就要求显示系统有非常高的处理速度。3.为了在显示屏上细致的显示出信息所表示的形状,一般每帧有多至几百KB的显示数据送到显示屏,因此有非常大的数据传输量。4.用LED器件制造的显示屏主要用于大型公共设施和室外场所,尺寸通常在几米到几十米长,显示数据传输距离达几百米到千米以上。有上文可以看到LED显示屏的制造技术是集大容量的数据传输,高速处理,高速LED控制,超高亮度LED器件等技术于一体,涉及了计算机,信息,电子技术,色彩学等领域的综合产物,有着较高的技术难度和较大的生产工作量。对于上文所述的难点有以下解决方案：1.总体设计采用集散控制方案,在统一协调的基础上来进行分级递阶控制,并通过功能分散,危险分散来达到设计的优化。2.化整为零,将显示屏分解为规模较小的显示单元,即用显示单元来组成显示系统。3.显示单元本身具有与显示屏相同的控制功能,并具有良好的嵌入性。4.显示单元具备稳定,高速,简洁的长距离数据传输系统。5.显示单元组成的显示系统应结构简单,性能稳定。3 详细设计3.1硬件系统电路设计3.1.1控制电路设计本字符显示器采用AT89C51单片机作控制器,12MHZ晶振,8*8点阵共阳LED显示器,其中,P0作为字符数据输出口,P2为字符显示扫描输出口,第31脚(EA)接电源,P1.0P1.2口分别接开关K1、K2、K3，改变电阻（270*）的大小可改变显示字符的亮度，驱动用9012三极管。AT89C51的引脚结构图：图3-1 电路结构图AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 3.1.2主要功能特性：·兼容MCS-51指令系统        · 8k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM  · 32个双向I/O口        · 4.5-5.5V工作电压  · 3个16位可编程定时/计数器        · 时钟频率0-33MHz  · 全双工UART串行中断口线        · 256x8bit内部RAM  · 2个外部中断源· 低功耗空闲和省电模式· 中断唤醒省电模式 · 3级加密位· 看门狗（WDT）电路        · 软件设置空闲和省电功能  · 灵活的ISP字节和分页编程        · 双数据寄存器指针8X8点阵LED结构如下图所示:图3-2 LED内部结构图从上图中可以看出，8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，如上图所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。3.2控制系统的软件设计3.2.1 主程序在刚上电时对系统进行初始化,然后读一次键开关状态,由键标志位值(00H、01H、02H)决定显示的方式。主程序流程图如下：NNNYYY开始调用键扫描程序(KEYWORD)20H.0=1?20H.1=1?20H.2=1?转向字显示程序（FUN0）转向左滚动显示程序（FUN2）转向上滚动显示程序（FUN1）图3-3主程序流程图3.2.2初始化程序在系统初始化时，对四个端口进行复位，将显示用的字符数据从ROM表中装入内存单元50H6FH中。“电子设计”中的每个字占用8个地址单元。3.2.3显示程序显示主程序负责每次显示时的显示地址首址（在B寄存器中）、每个字的显示时间（由30H中的数据决定）和下一个显示地址的间隔（31H中的数据决定）的处理。显示子程序则负责对指定8个地址单元的数据进行输出显示，显示一个完整文字的时间约为8ms。下图为逐字显示及向上滚动显示方式时的显示控制程序流程图：YYNN逐字或向上移显示开始设1帧显示时间及换帧速度寄存器B、R4、R5赋初值调显示子程序（DISPLAY）(R4)-1=0?(B)=#68H？?？?显示首地址修改：(B)+R5（B）转START1图3-4 控制程序流程图利用键扫描程序代替显示程序中的1ms延时程序，既为了按键的快速响应，又可以提高动态显示的扫描频率，减少文字显示时的闪烁现象。对于多个文字的大屏幕显示，应该使用输出数据缓冲寄存器，才可以得到稳定的显示文字。3.2.4程序设计清单 参见附录三4 实现4.1元器件的选择    单片机我们采用了AT89C51,此单片机的使用和外围连接见硬件系统的电路设计原理说明。三极管驱动采用PNP型的，晶振是12MHZ，电源为+5V的电压。外中断的等待用的是单片机的P3.7口，按键是轻触开关。详细目录见附录二。4.2元器件焊接4.2.1焊接准备 焊接开始前必须清理工作台面，准备好焊料、焊剂和镊子等必备的工具。更重要的是要准备好电烙铁。“准备好电烙铁”不仅是要选好一只功率合适的电烙铁，而且是说要调整好电烙铁的工作温度。不可让温度过高，否则烙铁头就会被烧死。所谓烧死，是指烙铁头前端工作面上的镀锡层在过高的温度下被氧化掉，表面形成一层黑色的氧化铜壳层。此时的烙铁头既不传热也不再吃锡，如果勉强压在焊锡上，过了很长时间后焊锡才会突然熔化，滚向一边，决不与烙铁头亲和。烙铁头一旦烧死就必须锉掉表层重新上锡，这对于长寿烙铁头来说就是致命的损失了。必须注意调节电烙铁的工作温度，使其大约维持在300°C左右。实际操作的准则是：在不至于烧死烙铁头的前提下尽量调高一些。一定要让烙铁头尖端的工作部位永远保持银白色的吃锡的状态。 4.2.2焊接过程 元器件引出脚的上锡 即将元器件引出脚及焊片、焊盘等被焊物分别地预先用烙铁搪上