[理学]点阵显示屏设计.doc
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1、郑州大学西亚斯国际学院本科毕业论文题 目 点阵显示屏设计 指导教师 尤连荣 职称 副教授 学生姓名 郝炀 学号 20061081212 专 业 自动化 班级 1班 院 (系)电子信息工程学院 电子工程系完成时间 2010年04月28日 点阵显示屏设计点阵显示屏设计摘要本文介绍了一款以单片机AT89S51为控制器的LED点阵显示屏系统。该系统可实现中英文字符的显示和动态特效显示。并且可以通过级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示内容的目的。由显示驱动模块驱动一个1616分辨率的LED点阵显示屏的扫描显示。此外,设计中扩展了单片机外围接口、增加了DS18B20温度采集、滚动屏幕显示等功能。本
2、系统吸收了硬件软件化的思想,大部分功能通过软件来实现,使电路简单明了,系统稳定性大大提高。所选用的AT89S51单片机具有价格低廉程序写入方便的特点使得整个系统方便维护和检修。除此之外,该系统只占用了单片机少量的I /O口和内存,为系统留下了功能扩展的空间。 关键词 LED点阵显示屏;AT89S51;温度显示 LATTICE DISPLAY SYSTEM BASE ABSTRACT This paper introduces a design of the LED lattice display system base on MCU AT89S51. The system can displa
3、y in both Chinese and English characters of the show and from top to bottom and move around the magic show. And can be cascaded to expand the screen size to achieve increased content purposes Driver module drives a 1616-resolution LED lattice LEDs panel display scan showed. Furthermore, we also exte
4、nd the primary function,adding new functions, such as the single chip peripheral ports, temperature gathering, scroll screen display, and so on.Adopting the idea of hardware-to-software, most of those functionsare realized by softwares, which makes the electrocircuit moreconcise and the system more
5、stable, the characteristics that AT89S51 microcontroller is cheap and could be coded conveniently makes the whole system Convenient to Maintenance and Repair. In addition, the system will take up only a small amount of the MCU I/O and memory, so that the system has functional space for expansion. KE
6、Y WORDS lattice LEDs panel display; AT89S51; temperature display目 录中文摘要I英文摘要II1 引 言12 方案论证22.1 系统功能定义22.2 总体方案23 系统硬件电路设计33.1 系统硬件框图33.2 测温模块33.2.1 DS18B20的工作原理43.3 主控模块53.3.1 主控模块功能分析53.3.2 AT89S52芯片的功能特性53.4 LED 点阵显示模块73.5 电源模块73.6 74HC138译码电路模块83.7 电路的焊接104 系统软件设计114.1 主控程序设计114.2 温度信息的采集124.3 LE
7、D点阵显示控制145 调试与总结16结束语17致 谢18参考文献19附 录20III点阵显示屏设计1 引 言 单片机自20世纪70年代问世以来,以极其高的性价比受到人们的重视和关注,所以应用很广,发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发较为容易。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后,也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统,并可获得较高的经济效益。正因为如此,在我国,单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中,越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字
8、。汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵(如1616点阵),将点阵文件存入ROM,形成新的汉字编码;而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句,再由AT89S52单片机根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。本文就是结合单片机各方面优势和市场对数字显示的需求,设计了一种以单片机为主控的LED点阵显示屏。而且设计中也加入了DS18B20温度传感器可以利用点阵进行温度显示。2 方案论证2.1 系统功能定义根据设计要求,可以先大致勾勒出要完成设计,需要几个模块具有如下图所示的的功能,图2.1 功能模块框图2.2 总体方案 本设计介绍的是基于51单片机控制的点阵显示屏幕设计,点阵屏是用4个8*8的
9、红绿双色点阵组成的16*16点阵电子显示屏,点阵显示利用人眼的暂留效应,由于点阵的快速逐列扫描显示数据,使人看到的效果是一个完整的字体而不是一个单列,同时本设计还加入了温度采集模块,采用温度传感器DS18B20作为测温元件用来满足温度测量,并将温度信号经由其本身所具有的A/D转换功能,转换成数字信号经单片机处理显示于LED点阵电子显示屏液,从而完成温度的测量和显示。 整个系统控制将由AT89S52单片机芯片为核心构成。采用74HC138译码器作为列扫描驱动,用单片机直接进行数据输出,在点阵屏幕上显示所要显示的数据,选DS18B20作为测温元件,采集的温度数据经单片机处理后在点阵屏幕上显示,所要
10、输出的数据由单片机的I/O口进行直接输出。 设计任务:用单片机设计一个16*16LED点阵显示屏,同时可以显示实时温度。设计要求:完成该系统的软硬件设计,学习掌握基于单片机的LED点阵显示屏的设计和采集温度的方法提高学习新知识、新技能的能力,培养独立设计的能力。3 系统硬件电路设计3.1 系统硬件框图根据系统功能要求,可以先大致勾勒出完成任务所需的系统硬件框图如下: 图3.1 硬件结构框图主控模块采用性价比较高的单片机芯片,在51单片机内部将预设好的程序储存,可通过程序的运行控制所要显示的字幕数据的输出,测温模块主要是由DS18B20构成,将其与所测对象进行接触即可获取被测对象的温度数据,而所
11、测得的温度将通过显示模块的LED点阵显示屏幕以数字形式显示。3.2 测温模块本设计的测温元件采用的是DS18B20测温元件,DS18B20是由DALLAS(达拉斯)公司生产的一种温度传感器。超小的体积,超低的硬件开消,抗干扰能力强,精度高,附加功能强,使得DS18B20很受欢迎。这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。DS18B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数,指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出,因此从单片机到DS18B20仅需一条线连接即可。它可在1秒钟(典型值)内把温度变换成数字。DS18B20的主要特征有以下几点 l 全数字温度转换
12、及输出; l 先进的单总线数据通信; l 最高12位分辨率,精度可达土0.5; l 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒; l 可选择寄生工作方式; l 检测温度范围为55+125; l 内置EEPROM,限温报警功能; l 64位光刻ROM,内置产品序列号,方便多机挂接; l 多样封装形式,适应不同硬件系统。 DS18B20芯片其封装结构如下 图3.2 DS18B20芯片封装结构图 由其引脚可看出,其3 个引脚: GND为电压地直接接地;DQ为单数据总线用来与单片机相连接,本系统中DQ与单片机P1.4接口连接,仅此一个连接就能保证DS18B20与单片机之间的数据交换;VDD引脚接电源电压
13、12。 3.2.1 DS18B20的工作原理DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上,从而抗干扰力更强。一个工作周期可分为两个部分,即温度检测和数据处理。18B20共有三种形态的存储器资源,分别是:ROM 只读存储器,用于存放DS18B20ID编码,其前8位是单线系列编码(DS18B20的编码是19H),后面48位是芯片唯一的序列号,最后8位是以上56的位的CRC码(冗余校验)。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM, RAM 数据暂存器,用于内部计算和数据存取,数据在掉电后丢失,DS18B20共9个字节RAM,每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的
14、数据值信息,第3、4个字节是用户EEPROM(常用于温度报警值储存)的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器,是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的,同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体,用于存放长期需要保存的数据,上下限温度报警值和校验数据,DS18B20共3位EEPROM,并在RAM都存在镜像,以方便用户操作。我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理,因为DS18B20的硬件简单结果就会导致软件的巨大开消。3.3 主控模块3.3.1 主控模块功
15、能分析 在本系统中,主控模块居于非常重要的地位。它是整个系统的中枢,系统运行所需的每个操作指令都要由其发出。它一方面控制着测温模块进行温度信息的采集,另一方面也控制着显示模块的工作。最重要的是,由测温模块所采集到的温度信息必须经由主控模块的处理才能在显示模块上显示,从而使整个系统进行正常的运转和工作。针对以上分析本系统主控模块中的单片机芯片采用了AT89S52芯片,此芯片功能强大,能够完全满足系统运行的需求。3.3.2 AT89S52芯片的功能特性 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器, 具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与
16、工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 其主要性能如下: l 与MCS-51单片机产品兼容 l 8K字节在系统可编程Flash存储器 l 1000次擦写周期 l 全静态操作:0Hz33Hz l 三级加密程序存储器 l 32个可编程I/O口线 l 三个16位定时器/计数器 l 八个中断源 l 全双工UART串行通道 l 低功耗空闲和掉电模式 l 掉电后中断可唤醒 l 看门狗定时器 l 双数据指针 l 掉电标识
17、符 AT89S52引脚结构图3.3 AT89S52引脚结构图在本系统中,由于LED点阵显示屏幕的电路相对简单耗电量相对较小,所以电流驱动采用在单片机IO口设置上拉电阻,直接从单片机中增大电流。在电路制作完成后接通电源是电路长时间运行调试,系统并未有不良反应。将DS18B20的单数据总线与单片机的P1.7端口相连,用一根数据线就完成了测温模块与单片机芯片的连接。3.4 LED 点阵显示模块每个8*8点阵模块是由64个发光二级管组成,且每个发光二极管是放置在各行各列的交叉点上。当对应的某一列置低电平,而另一列置高电平,则在该行和该列交叉点的二极管就会亮,在双色点阵中每个显示单元里有两种颜色的发光二
18、极管,两个二极管的公共极在同一端,接通其中要选的一端所选中的二极管就会亮起来,若同时选中则会混合成第三种颜色LED点阵屏就是由若干个点阵模块组成的,它通过一定的控制方式,就可以显示文本、文字、图形、图像、动画等各种信息,以及电视、录像等各种信号。LED点阵显示屏的技术已相当成熟。本系统中的LED点阵显示屏幕是有4块8*8的双色点阵模块级联成为16*16的点阵显示模块,模块有红、两种颜色,当两种颜色同时接通时就会混合显示为黄色。图3.4 1616点阵显示屏3.5 电源模块电源部分采用的是USB供电,因为USB端口是标准的5V电压且电压相随稳定。而且USB口连接方便只需要USB数据线与USB供电口
19、相连即可。图3.5 USB电路模块图3.5即为USB端口电路图,其端口输出的是标准的5V电压,而且连接使用非常方便,只需将5V端与系统正极相连,地端与系统地端相连,南桥端接空,就可以给系统提供标准的5V电压。3.6 74HC138译码电路模块译码器也称解码器,译码过程实际上是一种翻译过程,即编码的逆过程。译码器的输入是n位二值代码,输出是m个表征代码原意的状态信号。一般情况下有m小于2的n次方,即译码器的输入线比输出线要少译码器按其功能可分为三大类: (1)变量译码器:将输入的二进制代码还原为原始输入信号。例如有两位二进制代码(0 ,1),可经译码器还原为四个信号状态(0,0)(0,1)(1,
20、0) (1,1) (2)代码变换译码器:用于将一个数据的不同代码之间的相互转换。例如二十进制译码器可将8421码转换为十个状态。 (3)显示译码器:将数字、文字或符号的代码还原成相应的数字、文字、符号并显示出来的电路。图3.6 74HC138管脚图表3.1 74HC138功能表由上表可见74HC138译码器输出低电平有效。为增加译码器功能,除三个输入端C、 B、 A 外,还设置了G1、/G2A,/G2B,使译码器具有较强的抗干扰能力且便于扩展。当G10时,不管其他输入如何,电路输出均为“1”,即无译码输出;只有当G11,且/G2A/G2B0时,译码器才处于允许工作状态,输出与输入二进制码相对应
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