LED广告牌的单片机控制系统毕业设计Word格式文档下载.docx

1、 图1-1出租车后的LED广告牌 图1-2公交车内的LED显示屏 图1-3出租车顶棚的LED广告牌 图1-4大巴车后的LED广告牌第二章 系统硬件设计2.1硬件系统总体设计方案 要显示中文字，需要4片88的点阵显示器组合成1616的点阵显示器才能完整的显示一个中文字。如图2-1为整个系统的电路框架图。 图2-1 显示电路框架图 从理论上讲，只要控制与组成这些图形或文字的各个所在位置相对应的器件发光，就可以得到想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。把行列总线接在单片机的I/0口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。但是若将LED点阵的行列端

2、口全部直接接入89C52单片机，则需要使用32条I/0口，这样会造成I/0口资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0口和P2口，至于列选扫描信号则是由416线译码器74HCl54来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个I/O口，节约了很多I/O口资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。 本设计中，汉字扫描显示的基本过程是这样的：单片机89C52按照设定的程序在P0和P2接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），同时在P1.1，P1.2，P1.3，P1.4接口输出列选扫描信号（低电平驱动），即轮流给行信

3、号输出低电平，当高电平与低电平接通，则该发光二极管亮。在任意时刻只有一行发光二极管是处于可以被点亮的状态 ，其它行都处于熄灭状态。利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。再改变取表地址实现汉字的滚动显示。2.2 STC89C52单片机选用 2.2.1STC89C52单片机的特性 STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU ，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 以下为STC89C52单片机的引脚图和实物图。 图2-2单片机STC89C52引脚图 图2-3单片机ST

4、C89C52实物图 STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。2.3单片机最小系统 一般来说，单片机的最小系统包括电源，晶振，复位电路。有了以上三块内容，单片机就能够工作了。另外要注意的一点是，EA脚也要接高电平，告诉单片机不

5、使用片外存储器，这样单片机系统才会老老实实地执行我们所烧写进去的程序。2.2.1时钟晶振电路 单片机XTAL1脚和XTAL脚是外部接晶振的两个引脚，通常在接一个晶振的同时要在晶振的两个脚接两个电容，这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，使晶振频率更加稳定。本设计中，单片机晶振采用12MHz的频率，以获得较高的刷新率，使显示更加稳定。如图2-4所示为单片机的时钟晶振电路原理图。图2-4单片机的时钟电路2.3.2复位电路 本设计采用上电复位的方式实现复位。上电复位电路由电容串联电阻构成，由图3-4所示，并结合“电容电压不

6、能突变”的性质，可以知道：当系统一上电，RST脚将会出现高电平，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位。所以我们只要适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般文献推荐C 取10uF，R取8.2K。本设计中我们采用C取10u法拉，R取10K欧姆。如图2-5为单片机的复位电路原理图。图2-5单片机复位电路2.4 列驱动 2.4.1 74HC154芯片的特性 74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。 74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效

7、输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。以下为74HC154的引脚图和实物图。 图2-6 译码器74HC154引脚图 图2-7 74HC154实物图引脚说明：1-11 13-17 ：输出端。（outputs （active LOW）18-19：使能输入端、低电平有效 （enable inputs （active LOW）20-23

8、地址输入端 （address inputs）24：VCC电源正 （positive supply voltage） 表2-1 译码器74HC154 真值表 需要注意的是，只要控制端G1、G2任意一个为高电平，A、B、C、D任意电平输入都无效。G1、G2必须都为低电平才能操作芯片。2.4.2 列驱动电路 由于16x16点阵显示器有16行，为充分利用单片机的接口，本电路中加入了一个4-16线译码器74HC154，其输入是一个16进制码，解码输出为低态扫描信号，把74HC154的G1口连接单片机89C52的P1.4引脚，来实现控制，G2引脚接地，然后以A、B、C、D四脚为输入端。就会形成16种不同的

9、输入状态，分别为00001111，然后使每种状态只控制一路输出，即会有16路输出。如图2-8为驱动电路在proteus仿真软件中的电路原理图。 图2-8 驱动电路原理图2.5 LED点阵显示屏工作原理 LED发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片。以下为8*8点阵LED显示屏的原理图和结构图。 图2-9 点阵LED原理图图2-10 8*8LED点阵正面图 图2-11 8*8LED点阵背面图 晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导

10、体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。2.7 Proteus仿真软件的运用 2.7.1 Proteus仿真软件简介 Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和

11、虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 如图2-12为Proteus工作主界面图。 图2-12 proteus主界面 在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接

12、、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 2.7.2 Proteus环境下的原理图本设计在Proteus系统下绘制的原理图如图2-13 。 图2-13 在Proteus下的原理图2.7.3仿真图 基于Proteus环境下仿真结果如图2-14。 图2-14 “机械09”字样在Proteus系统下的仿真图 2.8 Altium Designer软件的运用2.8.1 Altium Designer的简介 Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编

13、辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。 图2-15 Altium Designer工作主界面 图2-16 Altium Designer软件环境下设计的原理图 图2-17 通过Altium Designer软件绘制的PCB板图第三章 系统软件设计3.1 系统显示原理 每一个字由16行16列的点阵组成显示，即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显

14、示在256像素范围内的任何图形。用8位的AT89C52单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分如图2-3所示。本电路把它拆分为左部和右部，左部由16（行）*8（列）点阵组成， 右部也由16（行）*8（列）点阵组成。 以显示汉字“繁”为例，来说明其扫描原理： 图3-1点阵屏 单片机首先由P2口输出显示数据信号给右部分的第一行如图2-3所示，即第一行的P20-P27口。方向为P20到P27 ,显示汉字“繁”时，P21点亮,由左到右排，为P20灭，P21亮, P22灭，P23灭, P24灭, P25灭, P26灭, P27灭。即二进制01000000，转换为16进制为 0x40。

15、右部分的第一行完成后，继续扫描左半部的第一行，为了接线的方便，我们仍设计成由左往右扫描，即从P00向P07方向扫描，从上图可以看到，这一行只有P01亮，其它灭， 即为01000000，16进制则为0x40。然后单片机再次转向右半部第二行，仍为P21点亮，为01000000，即16进制0x40。这一行完成后继续进行左半部分的第二行扫描，P00灭，其他都点亮，为二进制01111110，即16进制0x7E。 依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“繁”的扫描代码为：0x40,0x40,0x40,0x7E,0x7E,0x80,0x84,0x7E,0x48,0x53,0x28

16、,0xFE,0x10,0x4A,0x28,0x7F,0x46,0x03,0x40,0x04,0x80,0x1F,0x20,0x02,0xF0,0x0F,0x10,0x01,0x20,0x09,0x10,0x13由这个原理可以看出， 无论显示何种字体或图像， 都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。3.2 程序框图 3.3字模提取软件的运用一个国标汉字是由16X16即256个点（像素）来构成的，显示一个汉字该亮哪些点这些复杂的工作都交给取模软件来完成，同时，取模软件也负责把要显示的汉字转化成程序中要用到的显示代码，代码以一定的规律表征了该亮的点（用“1”表示）与不该亮的点（用“0”

17、表示），一共256位。单片机负责将这些代码一段一段有规律地送到LED屏。汉字的点阵字模是从点阵字库文件中提取出来的，就可以显示汉字了。本设计采用图3-2和3-3所示软件进行取模： 图3-2 字模提取 图3-3 取模方式设置窗口3.4循环程序的设计 为了是文字能够在LED显示屏上循环显示，设计了程序如下： int offset=0; /定义偏移量 int count=0; /定义次数 if （count64） /指针终点 offset=0; /偏移量归零，重新开始循环 count用来控制每次移位LED灯闪的次数。这里设置为60，即每移位一次，LED灯闪60次，然后再进行下次移位。3.5延时程序的

18、设计画面的稳定有两个条件：显示延长的时间应控制在合理的范围之内，时间小了会看不清画面，时间大了画面不连续。延时函数如下：void delay（void）int j;for（j=0;j25;j+）;3.6指针程序的设计为了让图像实现滚动，设计了指针p加偏移量offset。当偏移量发生变化，*（p+offset）也跟着变化，这样指针就会指向下一个数组单元，实现滚动显示。offset的增量必须为2的倍数，如果为奇数，会出现左右屏交替显示的现象。本设计将offset每次的偏移量设置为2，因为如果设置太大，滚动会有加大的跳跃性，使画面失去流畅性。void delay（void）;void main（ ）

19、 char *p; /定义指针 int i; p=&word_gu00; / p指向数组起始点 while（1） for（i=0;i64） 从i=0到i=15，显示完16行，并且重复60次后，指针偏移量+2，实现整体移位一行。依此执行，直到执行完数组全部单元，然后offset赋值0，即重头开始执行。这样就实现了滚动循环显示。3.7暂停程序的设计 sbit key=P15; /定义开关引脚 if（key=0） /开关处于断开状态 /每次偏移2个数组单元465） /循环显示的终点 /循环初始化 if（key=1） /开关闭合 offset=offset; /偏移量不发生变化 当开关被按下，key=

20、1，偏移量将保持当时的数值，指针停止偏移，即完成了显示的停止滚动，保留当前画面。重新将开关断开，key=0，指针偏移量的增量恢复为+2，画面将继续滚动。3.8 Keil uVision 软件的运用Keil uVision是德国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51已被完全集成到uVision的

21、集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。 图3-4 Keil uVision的操作主界面 图3-5运用Keil uVision编程 本设计采用Keil uVision软件辅助设计是因为该软件有一个优点，该软件能将我们编的程序生成HEX文件，HEX文件也可以直接运用于proteus仿真。如图3-6为运用Keil uVision软件生成HEX文件的设置。 图3-6 Keil uVision编程软件生成HEX文件第四章 调试与分析4.1硬件调试与分析4.1.1 LED点阵显示屏引脚的确定 LED点

22、阵显示屏的引脚分布图并不是像原理图那样行与列分开分布的，而是交错分布。在实际运用中，需要先用万用表测出其引脚分布才能正确的连接。 用一个9V的电池，串联一个1K的电阻，然后一个一个引脚的测试。先给LED点阵各行各列编号。我将列用字母A到H表示，行用数字1-8表示。如图4-1所示，将电源正极连接引脚上方第一个引脚，然后用电池的负极去依次接触各个引脚，发现上方第一引脚是点阵第八列的阳极，标注+H，并且通过这个引脚，确定了每一行阴极所在的引脚。分别标记-1 -8。然后根据这个方法，测出了所有引脚所连接的行与列，并编号。如图4-1为测试引脚过程中，手绘的引脚分布示意图。 图4-1 LED各引脚极性分布

23、图 4.1.2烧入程序程序的下载使用的硬件是学习板TX-1CHC，软件是STC_ISP 。打开软件STC_ISP，选择型号为STC89C52的单片机，然后打开整理在Keil软件里编译好的HEX程序。然后用USB数据线将学习板与电脑连接起来，选择COM口与电脑的相互对应。接着点击下载。当提示与单片机上电的时候，打开学习板的开关，在这之前不能打开开关，不然容易造成电脑死机，或者程序下载不进去。当提示已加密，就表示程序已经下载完成。如图4-2为TX-1CHC学习板,4-3为STC_ISP软件。 图4-2 TX-1CHC学习板 图4-3 STC_ISP软件窗口 4.1.3操作失误与总结 由于以前从未接

24、触过焊接，缺乏焊接技术，在焊接的过程中经常出现短焊，虚焊等问题，甚至因为接错时间太长，把L7805C芯片烧坏。 焊接时应使电烙铁的温度高于焊锡的温度，但也不能太高，以烙铁头接触松香刚刚冒烟为好。焊接时间太短，焊点的温度过低，焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊，反之焊接时间过长，焊锡容易流淌，并且容易使元件过热损坏元件。 焊接点上的焊锡数量不能太少，太少了焊接不牢，机械强度也太差。而太多容易造成外观一大堆而内部未接通。焊锡应该刚好将焊接点上的元件引脚全部浸没，轮廓隐约可见为好。 不要用电烙铁在焊接处来回移动或者用力挤压。正确的方法是用电烙铁的搪锡面去接触焊接点，这样传热面积大，焊接速度快。4.2 软件调试与分析 4.2.1 拖尾现象 在滚动显示的过程中，发现在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，通过多次调试都无法解决该问题，于是决定在切换行前先关闭列驱动器。并且延时，以此来消除切换行过程中，在人眼中产生的残影。从而实现消隐。设计程序如下：i+） /右边 P2=*（p+offset+2*