1616点阵LED电子显示屏设计(电子信息技术专业单片机论文).doc
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1、. . . . 毕业论文设计题目:1616点阵LED电子显示屏所学专业:电子信息技术 摘要本设计是一1616点阵LED电子显示屏的设计。整机以美国ATMEL 公司生产的40脚单片机AT89C51为核心,介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器74HC154和两个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏能显示1个汉字,采用4块8 x 8点阵LED显示模块来组成16x16点阵显示模式。显示采用动态显示,使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路
2、各个部分的功能与原理、相应软件的程序设计,以与使用说明等。单片机控制系统程序采用单片机汇编语言进行编辑,通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平,就可以有效的控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据可以自行编写(即直接点阵画图),也可从标准字库中提取。LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道与各种室/外显示场合的信息发布,公益宣传,环境参数实时,重大活动倒计时等等得到广泛的应用。设计结果证明,该系统显示误差小,性能稳定,结构合理,扩展能力强。关键词:AT89C51单片机; LED; 点阵显示; 动态显示;汇编语言。
3、AbstractThis design is a 16 16 lattice LED electron display monitor design.The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and t
4、he development process. Controls good driver 74HC154 and two row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 8 x 8 dot-matrix LED disp
5、lay modules to form the 16x16 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the LED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the corr
6、esponding software program design and the use of some such. SCM process control system used for editing MCU assembly language, Programming control points indicated by the corresponding LED anode and overcast extreme level. We can effectively control the defense showed bright spots. The lattice data
7、shows characters can prepare themselves (that is, direct lattice Painting), which can also be extracted from the standard font. LED display with fabric means flexibility, stability, low power consumption, long life, mature technology, low-cost features at the station, securities, sports venues, tran
8、sportation corridors and various indoor / dissemination of information on foreign shows occasions, good publicity, real-time environmental parameters, etc. countdown major activities are widely used.The design result proved that, this system demonstration error is small, the performance is stable, t
9、he structure is reasonable, expansion ability.Key words: AT89C51 Micro Controller Unit; LED; Lattice display; Dynamic display; Assembly language.目录摘要ABSTRACT第一章 绪论11.1 单片机的发展与特点11.2 单片机应用21.3 LED简介41.4电子显示屏5第二章 系统整体方案72.1需要实现的功能72.2显示模式方案论证72.3 数据传输方案论证8第三章 系统硬件电路的设计93.1 5V稳压电源的设计93.1.1 5V稳压电源原理93.1
10、.2稳压电源技术标103.2 单片机系统与外围电路113.2.1单片机的选择113.2.2 AT89C51芯片简介113.2.3单片机系统外围电路143.3 列驱动电路143.3.1 74HC595芯片简介143.3.2列驱动电路的构成163.4 行驱动电路173.4.1 74HC154芯片简介173.4.2行驱动电路的构成193.5 点阵LED显示屏电路20第四章 系统程序的设计214.1 显示驱动程序214.2 系统主程序22第五章 调试与性能分析235.1 软件调试235.2 硬件调试235.3 性能分析24结束语25致26附录一 系统综合电路原理图27附录二 系统程序清单28参考文献3
11、4第一章 概述随着单片机的不断发展,应用于生活当中屡见不鲜。以其简单,便捷,低成本与低功耗的特点逐渐取代了以往中、小规模的集成电路产品。只要写入不同的程序,同一片单片机能够完成不同的工作,单片机极高的可靠性,微型性和智能性(需编写不同的程序后就能够完成不同的控制工作),单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具,已经深深地渗入到日常生活当中。1.1 单片机的发展历史和发展方向单片机的历史并不长,然而发展却十分迅猛。自1971年美国Intel公司首先研制出4位单片机4004以来,它的发展可粗略划分为4个阶段。第一阶段(1976-1978):单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS-48
12、为代表。MCS-48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等,都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。第二阶段(1978-1982)单片机的完善阶段。Intel公司在MCS48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线与具有很多机通信功能的串行通信接口。CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间与位操作方式。指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突
13、出控制功能的指令。 第三阶段(1982-1990):8位单片机的巩固发展与16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。随着MCS51系列的广应用,许多电气厂商竞相使用80C51为核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路功能,强化了智能控制的特征。第四阶段(1990):微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用,出现了高速、大寻址围、强运算能力的8位/1
14、6位/32位通用型单片机,以与小型廉价的专用型单片机。纵观各个系列的单片机产品的特性,可以看出单片机正朝两个方向发展。一方面,单片机的性能不断提高,功能越来越强。该类产品可以满足各种复杂应用系列的要求,如INTEL公司的MCS-96系列、MO68HC11系列等。另一方面,在中小型只能产品中,单片机则朝小型,超低功耗,多品种等发展方向。从工业角度,随着大规模继承电路技术的改进,单片机经历了PMOS、NMOS、CMOS等各阶段,现在正朝着改进型CMOS工艺的方向发展。低电压化、低噪声与高可靠性、大容量化与高性能化逐渐成为主导。(低电压化几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使用
15、的电压围越来越宽,一般在36V围工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前0.8V供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片厂家在单片机部电路中都采用了新的技术措施。大容量化以往单片机的ROM为1KB4KB,RAM为64128B。但在需要复杂控制的场合,该存储容量是不够的,必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求,须运用新的工艺,使片存储器大容量化。目前,单片机ROM最大可达64KB,RAM最大为2KB。高性能化主要是指进一步改进CPU的性能,加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简
16、指令集(RISC)结构和流水线技术,可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS(MillionInstructionPerSeconds,即兆指令每秒),并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度,就可以用软件模拟其I/O功能,由此引入了虚拟外设的新概念。)单片机的控制性能和可靠性高,体积小,价格低,易于产品化。在现代的各种电子器件中,单片机具有良好的性能价格比。正是单片机得到广泛应用的重要原因。1.2单片机的应用在说单片机应用之前,首选来谈谈我们使用的电脑(PC机),我们使用的电脑属于通用计算机,真
17、是感叹计算机发展神速!现在个人电脑的性能比以前已经得到了极大的提高,普通PC机的运行速度就已经达到了3GB以上,拥有海量的硬盘空间,80GB、160GB甚至200G都很常见,存普通的都有256M、512M甚至有1G存,使用19大屏幕液晶显示器。正是这些电脑的高性能,为我们海量数值计算、信息处理、多媒体和网络应用、办公、家用等的实现成为可能。相比之下,单片机的硬件配置就没有通用计算机那么高了,单片机运算速度一般只有几兆至几十兆,如51单片机常用的晶振频率有6MHZ、11.0592MHZ和24MHZ等;单片机部程序空间也比较小,一般在几KB到几十KB;单片机存RAM一般几百字节到几KB。虽然单片机
18、微型计算机的性能无法和电脑相比,但是单片机具有高可靠性、体积小、智能性、实时性、可塑性强(只要写入不同的程序,同一片单片机能够完成不同的工作)等诸多特点,而且价格低廉,如一片89S51单片机才几块钱。正是这些特点,使单片机成为工程师们开发嵌入式应用系统和小型智能化产品的首选!举个单片机应用的典型例子,如老式洗衣机采用机械式定时控制器,功能单一,而故障频繁。要开发家用智能化洗衣机,采用性能强大的通用计算机(PC机)固然能够轻易实现,但是这样就大材小用了,而且其成本太高,体积庞大。最佳的解决方案就是采用廉价单片机了,采用“单片机控制程序接口电路执行机构”的智能化洗衣机控制方案后,洗衣机就具有了智能
19、化的特性,能够自动进行控制整个洗涤过程,从注水、加洗衣粉、洗涤、漂洗、脱水、烘干等一系列工作过程,甚至能够自动判断洗衣量与衣服材质而采用最佳的洗涤方式等,并且有多种不同的洗涤程序(方式)给你选择,你只需把衣服放进去后洗衣过程就由单片机自动控制下完成了,洗涤完后你拿出来就已经烘干可以穿了:),实实在在的全自动,智能化,这样极降低了我们的劳动强度。从上面的简单例子中,我们看到了单片机应用的现实意义了。单片机极高的可靠性,微型性和智能性(我们只要编写不同的程序后就能够完成不同的控制工作),单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具,已经深深地渗入到我们的日常生活当中-小到玩具、家电行业,大到
20、车载、舰船电子系统,遍与计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域都可见到单片机的身影。以下是一些应用举例:1、智能产品:单片机微处理器与传统的机械产品相结合,使传统机械产品结构简化、控制智能化,构成新一代的机电一体化的产品。例如 打字机采用单片机,可以取代近千个机械器件;缝纫机采用单片机控制,可执行多功能自动操作、自动调速、控制缝纫花样的选择。2、智能仪表:用单片机微处理器改良原有的测量、控制仪表,能使仪表数字化、智能化、多功能化、综合化。而测量仪器中的误差修正、线性化等问题也可迎刃而解。3、测控系统:用单片机微处理器可以设计各种工业控
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