基于单片机的电子换号牌.doc
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1、无锡科技职业学院毕业设计(论文)基于单片机的电子换号牌的设计毕业设计(论文)报告题 目 基于单片机的 电子换号牌的设计系 别 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2013年 4 月基于单片机的电子换号牌的设计摘要:随着电子技术发展,电子产品也得到了非常广泛应用,尤其是单片机技术和数码显示产品的应用,给整个人类的生活产生了质的飞跃,以往在体育竞技场的换号牌采用电子显示设计,用电子数码管显示号码,用强的驱动电路来做为驱动显示,主要是采用电子输入数据号码,同时可以利用外部I2C通信技术的存储器进行数据存储,达到多功能换号码牌的一种电子产品,如今已经在很多大型比赛中多次应用,尤其中国成功举办2
2、008年奥运会后,国家对体育事业的投入越来越多,电子产品在体育等领域应用将更加广泛,本报告设计了一个简易的换人显示装置以满足实际换人的需要,通过采用单片机,矩阵式键盘,数码管制作一个具有输入数据,清除数据,手动或自动保存数据,查询保存的数据,自动待机,手动关闭开启数码管显示,状态指示等功能比赛场地用的电子换号牌。 关键词:单片机技术、存储器、数码显示Design of electron transfer number based on MCUAbstract: With the development of electronic technology, electronic products
3、have been widely used, especially the computer technology and digital display product application, produced a qualitative leap to the entire human life, in the plate for design using electronic display sports arena, with electronic digital display number, with a strong driving circuit for driving di
4、splay, mainly using electronic input data number, memory also can use an external I2C communication technology for data storage, an electronic products to achieve the function to change the number of cards, now in many large-scale competition in several applications, especially Chinas successful hos
5、ting of the 2008 Olympic Games, for sports more and more into the country, electronic products in the application of the sports fields will be more widely, the design of a simple change display device to meet the needs of actual substitutions, by using MCU, matrix keyboard, digital tube making clear
6、 the data have an input data, save data, either manually or automatically, save a query data, automatic standby, manually open and close digital display, status indication function venues for electronic trade the number card .Key Words: SCM technology、memory、digital display目录第一章 设计的内容及要求21.1 设计的内容21
7、.2 设计的要求2第二章 设计的各部分功能介绍32.1 控制部分介绍32.1.1 AT89C52简介32.1.2 AT89C52的主要性能32.1.3 AT89C52的内部引脚示意图及各引脚功能32.2 显示模块介绍42.2.1 LED数码管介绍42.2.2 驱动IC(TD62783和ULN2003)介绍62.3 矩阵键盘显示的识别方法72.3.1 矩阵键盘的结构和工作原理82.3.2 矩阵键盘的识别方法8第三章 设计的原理和电路93.1 设计的概要93.2 设计的总电路图93.2.1 电源电路设计93.2.2 显示电路设计103.2.3 按键部分设计113.2.3存储电路设计114.1 Pr
8、oteus功能介绍124.2 仿真电路124.3 操作步骤134.3 实验结果13致谢15参考文献16附录17iii前言随着电子技术科技发展和人们生活水平的提高,对日常用品的要求越来越高,电子换号牌的应用做为最普遍的体育用品,功能也越来越多,本文设计的多功能电子换号牌可以引申发展到日常生活的实际应用中,主要应用在运动场的运动员换场和计分等功能。球类比赛用的换人牌是执场裁判在收到换人或比赛延期等等信息时,双手举起的方框型信息显示装置,现在大多采用电子式,一般包括显示和驱动电路(多采用LED等亮度较高的器件)、微处理器、电源和按键等组成部分。换人或比赛延时信息一般需要由执场在裁判席获知后,利用按键
9、人工将信息输入换人牌,确认后在显示器上显示并到球场边展示。由于大多采取手动输入方式,而执场还承担入场队员的安全检查和人员复查工作,所以存在执场工作效率低、承担的任务多、出错的几率高等弊端。第一章 设计的内容及要求1.1 设计的内容本系统由3*4阵列键盘,单片机,驱动电路,数码管四个部分组成。其中单片机控制整个系统的运行,通过不断的对键盘进行扫描,判断是否有按下键,按一下了哪个一个键,从而执行相应的操作。单片机将从键盘输入的有效数据,送往驱动电路,在驱动电路驱动下,数码管显示相应的数据。由于在实际比赛中,需要换人的次数不会很多,而且换人的数据只对本次比赛有用,因而不需要另外扩展存储芯片,也不需要
10、通过E2PROM永久保存数据,只需使用单片机内部的RAM保存换人数据即可。换人的数据,只需在换人那段时间显示即可,不需要永久显示,因而可以通过单片机内部的定时器进行定时,当定时到一定时间,自动关闭数码管显示,用户也通过键盘按下某个键来手动关闭。1.2 设计的要求(1)换号功能:输入两组数据,一组绿色表示换上号码,一组红色表示换下号码。(2)存储功能:需要存储时候可以按下存储KEY确认保存功能,可查看历史数据。(3)亮度调节功能:根据外界光线亮度不同,可以调节不同的亮度来满足显示。(4)节能功能:在不需要显示时候可以进入低功耗功能,节能关闭显示。第二章 设计的各部分功能介绍2.1 控制部分介绍本
11、设计控制部分,采用单片机AT89C51,单片机成本低,功耗小,性价比高,能够简化外围电路并综合实际程序容量和数据存储量2.1.1 AT89C52简介AT89C52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,AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52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
12、定时计数器,2个全双工串行通信口,2 个读写口线,AT89C52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。 2.1.2 AT89C52的主要性能1、与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 2、8Kbyte字节可重复擦写flash存储器 3、1000次擦写周期 4、全静态操作:0-24MHz时钟频率 5、三级加密程序存储器 6、256x8字节内部RAM 7、32个可编程I/O口 8、3个16们定时器/计数器 9、8个中断源 10、可编程串行UART通道 11、支持低功耗空闲及掉电模式2.1.3
13、 AT89C52的内部引脚示意图及各引脚功能电源引脚VCC正常运行和编程校验时为5V电源,VSS为接地端。 I/O总线P0.0-P0.7(P0口),P1.0-P1.7(P1口),P2.0-P2.7(P2口),P3.0-P3.7(P3口)为输入/输出引线。 时钟XTAL1:片内振荡器反相放大器的输入端。 XTAL2:片内振荡器反相器的输出端,也是内部时钟发生器的输入端。 控制总线ALE/PROG:地址锁存允许/编程信号线。当CPU访问外部存储器时,ALE用来锁存P0输出的地址信号的低8位。它的频率为振荡频率的1/6。在对8751编程时,此引脚输入编程脉冲信号。PSEN:外接程序存储器读选通信号。
14、 EA/VPP:访问内部程序存储器的控制信号。当EA=1时,CPU从片内ROM读取指令;EA=0时,CPU从片外ROM读取指令。此外,当对8751内部EPROM编程时,21V编程电源由此端输入。 RST/VPD:复位输入信号。当该引脚上出现2个机器周期以上的高电平时,可实现复位操作。此引脚为掉电保护后备电源之输入引脚2.2 显示模块介绍本设计采用数码管作为显示模块,数码管是一类价格便宜 使用简单,通过对其不同的管脚输入相对的电流,使其发亮,从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数的器件。是集数码管,LED数码管研究、设计,生产及销售一条龙.数码管的一种是半导体发光器件,
15、数码管可分为七段数码管和八段数码管,区别在于八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元,其基本单元是发光二极管。2.2.1 LED数码管介绍LED数码管(LED Segment Displays)是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件,引线已在内部连接完成,只需引出它们的各个笔划,公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点,还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位,1,2,3,4,5,6,8,10位等等,LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类,了解LED的这些特性,对编程是很重要的,因为不同类型的数码管,除了它们的硬件电路有差异外,编程方法也是不同的。图
16、2是共阴和共阳极数码管的内部电路,它们的发光原理是一样的,只是它们的电源极性不同而已。颜色有红,绿,蓝,黄等几种。led数码管广泛用于仪表,时钟,车站,家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色,功耗,亮度,波长等。图2-1:数码管驱动方式:概述:数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动:静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多,如
17、驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动,要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢:),实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。动态显示驱动:数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是哪个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显
18、示出字形,没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为12ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低。显示效果由于发光二极管基本上属于电流敏感器件,其正向压降的分散性很大, 并且还与温度有关,为了保证数码管具有良好的亮度均匀度,就需要使其具有恒定的工作电流,且不能受温度及其它因素的影响。另外,当温度变化时驱
19、动芯片还要能够自动调节输出电流 的大小以实现色差平衡温度补偿。2.2.2 驱动IC(TD62783和ULN2003)介绍1、U1(TD62783)是阳极驱动,专门驱动数码管段显示的驱动,是并行输入行输出数据结构,内部是一组达林顿管,作为电流放大和驱动供电要求+5V +35V之间,同时每段数据输出可以提供近200MA的电流需求,可以同时驱动8段数码管同时工作。功能引脚如下图所示。图2-2:TDA62783管脚图管脚功能介绍:INPUT(1-8)是数据输入端口OUTPUT(11-18)是放大后数据输出端口VCC(10)电源正极输入端口GND(9)电源接地端口内部工作等效图如图2-3所示。 图2-3
20、:内部工作原理图2、U3(ULN2003)特点如下:ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,并且能够在关态时承受50V 的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003 采用DIP16 或SOP16 塑料封装。图2-4:ULN2003ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。 输入5VTTL电平,输出可达500mA/50V。UL
21、N2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。2.3 矩阵键盘显示的识别方法矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。键盘的工作原理: 按键设置在行、列线交点上,行、列线分别连接到按键开关的 两端。行线通过上拉电阻接到+5V 电源
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