大屏幕显示器工程设计报告.doc

'工程设计报告——大屏幕显示器 一、功能及性能指标。1.1功能要求：1、采用AT89S51单片机作为微处理器。2、设计一个8×8点阵LED数码字符显示器。3、在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。4、动态显示“一”“马”“当”“先”几个字符。1、任务设计制作一个大屏幕显示器。2、要求1）基本要求（1）显示器点阵数目至少8*8，能够显示汉字。（2）能够用多种扫描方式进行显示。（3）显示器的亮度可以调节。2）发挥部分（1）把基本要求的设计扩展成一个能够显示多个汉字的字符屏。（2）利用微机的RS-232接口传送数据，随时改变显示的内容。二、总体设计方案，方案比较及所得结论。2.1总体设计方案本设计采用Atmel公司的高性能的位单片机89C51作为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片(单片机)、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74LS245)、8×8LED点阵5部分组成，我们在实际应用中只是将LED点阵的8条行线直接接在P0口和P3口，至于列选扫描信号则是由译码器74LS245来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个IO口，节约了很多IO资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后使单片机的RST复位脚电平先高后低，从而达到复位。之后，在单片机内部时钟电路的作用下，单片机89S51按照设定的程序在P0和P1口 输出与内部汉字对应的代码电平送至LED点阵的行选线(高电平驱动)，接口输出列选扫描信号(低电平驱动)，从而选中相应的象素LED发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。同时通过调整导通的时间与电流，可实现高亮度稳定的显示。2.2方案比较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，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。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8行）的同名列共用一套驱动器。具体就8ｘ8的点阵行扫描方式来说，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行使其燃亮相同的时间，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。因此，对于基于单片机的74LS245驱动的8*8点阵LED显示器可以完成字符的动态显示功能。2.3比较结论静态方案虽然设计简单，但其使用的管脚太多，因此在实验中的显示屏没有采用这种设计，而采用动态扫描的显示方法。三、系统结构设计，部分电路设计，功能和技术指标复核。3.1硬件设计：1)整体模块设计本设计主要由列驱动电路，显示器电路、电源部分，运用单片机的最小系统，将每个功能电路模块连接在一起。实现框图： 各部分说明：1)晶振电路：由51单片机本身时钟段和晶振提供，提供时钟频率。复位电路：由电阻，电容以及开关构成的电路接至51单片机的复位端，起到复位作用。51单片机：存储和处理程序。显示电路：其中8*8LED点阵用于显示输出，限流电阻用于保护8*8LED。驱动电路：用于驱动8*8点阵LED显示设备，使51单片机所发出的信号的电压相对稳定，增加负载能力。5V电源：提供设备所需的电压，功耗。本设计主要由AT89S51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74LS245)、8×8LED点阵、电源6部分组成，运用单片机的最小系统，将每个功能电路模块连接在一起。其中，AT89S51起着核心控制的作用，其具体芯片结构如下： 经过资料的查找，得知：AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案.（1）以下根据需要，主要介绍使用的管脚功能：①VCC：供电电压。②GND：接地。③AT89S51共有4*8共32个I/O口，本次实验中主要用P0和P1作为I/O口：P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.1.2晶振电路因为给出的已经是包含有复位电路、晶振电路的AT89S51单片机最小系统，关于复位和晶振电路的设计就不在我们的工作范围之内了，但为了最电路做更深一步的了解，我们初步分析了复位和晶振电路的设计原理：3.1.2.1晶振电路的设计AT89S51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率fosc采用12MHZ。3.1.2.2复位电路的设计AT89S51单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位，使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动复位方式。本设计采用手动复位方式，电路下图所示。 3.2LED显示驱动电路本次设计中8行×8列LED电子显示屏的制作以及其显示驱动电路的设计制作都是非常关键的部分。下面主要介绍一下显示驱动电路的设计。本LED点阵屏采用动态扫描的方式显示，即逐行扫描，工作时先将一行点阵字模通过列驱动74LS245输出，然后选中对应行，然后将一行点阵数模通过行驱动输入LED，根据视觉滞留原理，设定的行列所对应的LED灯亮。接着再送下一行数据，再选中下一行有效，直到8行全被扫描一遍。至此，一幅完整的文字信息就显现出来。3.2.1行驱动电路行驱动电路相对简单。行选通信号来源于单片机按照需要求所给出的二进制行号，每次更新行号时，由单片机发出控制信号，P1口与LED阵列的行引脚相连，送出数据、地址以及系统控制信号。输出低态时，最大可吸取0.5A，即500mA，若每个LED取30mA，7个LED同时点亮，需要210mA，完全满足LED点亮的基本条件。所要显示的信号各个送入晶体管的基极，而每个晶体管的的集极连接VCC、射极直接连接到LED阵列的列阵脚。对于高态的显示信号，将可提供其所连接LED的驱动电流，而这个驱动电流经过LED到输出端，形成正向回路，即可点亮该LED。其中每个晶体管任何时间只需负责驱动一个LED。 3.2.2列驱动电路列驱动由简单的74LS245芯片构成，列选通信号来源于单片机按照需要求所给出的二进制行号，信号从P0短输出到74LS245相应管脚。74LS245是个总线驱动芯片，是为了提高IO口的驱动能力，相当于三极管放大电流一样。使能端接了低电平，是的输出畅通。方向控制DIR接了高电平，为输出。仿真电路如下图所示： 软件设计3.1程序设计对于51单片机的程序编写可以采用C语言与汇编语言编写两种方法。由于C语言编写的工程量比较庞大，而相比较而言汇编语言为比较底层的语言，所以对单片机程序编写而言更简单，因此我们选用于汇编语言编写程序。3.2编程思想：开始YES初始化设置YES取段码值送P0YES位选YES指向下一个段码NOYES位选加1YES暂时清屏NO段码值是否送完YESYES字符显示片刻 YES位选复位YES是否已显示完字符串1)列控制扫描方向：因为列为负，当其输入为1时可起到封锁该行的作用，只有在输入为0时才起作用。因此将所有列置为0FEH,然后向左循环，就可在8次循环后使整个屏幕得到显示，并且一次只需输入一列中的8个行信息，用一个P口即可实现。2)行控制字的信息：将字以8*8方格形式表示，如占用则将改方格编为1，否则为0。这样就可完成得到一个汉字所有行的编码信息，并以一列中的每行编码为信息从右至左制成码表，存储起来按顺序进行输出，就可实现汉字的显示功能。3)字显示时延以及时长的控制：因为51单片机采用的为12分频且板上采用的晶振频率为12MHZ，因此执行一条语句的时长为2us,因此构成一个循环使语句反复执行300次就可实现0.6ms的延迟（每列的保持时间），再此基础上使在一个字的显示上加上循环，使之扫屏200次，最终就可得到每字约为0.6ms*8*200约为1s的显示时长。3.3.主程序设计流程 四、材料及费用明细表元件名称规格数量备注AT89S51单片机18×8点阵共阳极LED显示器共阳极174LS2451排针32插槽2排线49012PNP8导线若干五、调试方案设计，包括测试目的、需测试的基本参数、所需仪器及其作用工作计划2月16日（周四）-17日（周五）拿到元件进行组装、焊接2月18日（周六）-21日（周二）进行调试、完善2月22日（周三）-23日（周四）拓展、总结，写报告5.1所用仪器：①电源：提供+5V的直流工作电压。②已连接好的硬件电路（单片机及锁存器）：被测试对象。 ③烧录机：向单片机里烧录程序。5.2测试内容：将编好的程序烧进AT89S51单片机，并将其插入单片机最小电路板上。并将电路板连接上电源，打开电源开关，观察LED显示屏所显示得内容。六、测试结果及分析。按照仿真电路的原理图进行硬件电路的连接，将生成好的HEX文件通过专门的器件烧入51单片机，把单片机接入电脑，擦除、编译、读写；将单片机插入电路，接好电源端及地端接入+5V直流电源进行各个模块的测试。技术指标测试及结果以下是各个模块技术指标测试1）送上电源，数码管按照预期的仿真亮，依次测试各LED灯是否正常工作。2）我们编写了动态扫描的“一马当先”的程序来进行测试，LED正常显示。3）运行完后屏幕终止显示，按动复位键，再次显示。结果分析：本文设计的大屏幕显示器系统实现了包括显示汉字、多种扫描显示等众多功能，可以作为信息显示装置。硬件方面具有实用性强、可靠性及抗干扰能力强等特点，并且易于安装，、使用方便，造价低廉，很适合在公共场所进行信息显示。整个显示系统设计完成后达到了预期的效果，系统字符显示稳定、清晰、无闪烁。而由于我们小组团队的专业知识有限，在整个设计过程或多或少还存在缺陷，在将来的实际动手实践中会有进一步完善。通过此次电子实验设计，对我们个人而言首先是丰富了自己的理论知识，在设计之前我们必须阅读关于51系列单片机的理论知识，了解了51系列单片机的工作原理、编程方法及具体应用，达到了拓展知识的目的；其次提高了自己的动手能力，在仿真完成之后要进行硬件电路的连接及调试，在这过程需要有耐心，细心的去完成，通过这次锻炼提高了自身的动手能力；再次，加强了个人主动思考问题、分析问题及解决问题的能力，整个实验的过程会不断的产生问题，就需要我们学会去思考分析及解决问题。对我们小组而言，加强了小组成员之间的合作能力，设计完成这样的一个实验，单凭个人的能力是无法完成的，因此就需要小组成员有明确的分工，默契的合作。就此课程的设置而言，是一次很好的锻炼学员自主学习能力的机会，就为培养学员的能力而言，此类课程的设置意义重大。 附录：汇编程序R_CNTEQU31HNUMBEQU32HTCOUNTEQU33HORG00HLJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0ORG30HSTART:MOVR0,#00HMOVR_CNT,#00HMOVNUMB,#00HMOVTCOUNT,#00HMOVTMOD,#01HMOVTH0,#(65536-5000)/256MOVTL0,#(65536-5000)/256SETBTR0MOVIE,#82HSJMP$INT_T0:MOVTH0,#(65536-5000)/256MOVTL0,#(65536-5000)/256MOVDPTR,#TABMOVA,R_CNTMOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVDPTR,#TABLE1MOVA,NUMBMOVCA,@A+DPTRMOVP1,AINCNUMBNEXT1:INCR_CNTMOVA,R_CNTCJNEA,#8,NEXT2MOVR_CNT,#00HMOVNUMB,R0NEXT2:INCTCOUNTMOVA,TCOUNTCJNEA,#40,NEXT4MOVTCOUNT,#00HINCR0CJNER0,#88,NEXT3 MOVR0,#00HNEXT3:MOVNUMB,R0NEXT4:RETITAB:DB0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,7EHTABLE1:DB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00HDB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB0FFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0FFH;一DB0BBH,83H,0B3H,0B3H,0B3H,82H,0F0H,0FFH;马DB0EAH,0AAH,0CAH,0AH,0CAH,0AAH,0E0H,0FFH;当DB0F6H,0D5H,93H,00H,0D6H,0D6H,0F4H,0FFH;先DB0FFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0FFH;一DB0BBH,83H,0B3H,0B3H,0B3H,82H,0F0H,0FFH;马DB0EAH,0AAH,0CAH,0AH,0CAH,0AAH,0E0H,0FFH;当DB0F6H,0D5H,93H,00H,0D6H,0D6H,0F4H,0FFH;先DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHEND'