基于單片機的點陣電子顯示屏設計畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】顯示屏通過一定的控制方式，用于顯示文字、圖像等各種信息及電視、錄。LED行業已成為一個快速發展的新興產業，市場空間巨大，前景廣闊。要進行服務內容和服務宗旨宣傳的公眾場所。顯然，LED已成為城市亮化、現代化和信。息化社會的一個重要標志。時鐘模塊、DS18B20溫度模塊、紅外遙控模塊組成。行掃描采用74HC154譯碼器、列。掃描采用74HC595移位寄存器及采用大電流三極管SS8550作為驅動元件。STC12C系列高速單片機作為主控制器模塊，結合簡單的外圍元件來驅動LED點陣屏，另外，本設計還添加了紅外遙控功能，能夠實現遙?？厍袚Q顯示內容、修改時間等。于醫院、機場、銀行、車站等公共場所，具有很強的實用性。調試及其參數的計算方法。現顯示溫度、萬年歷以及紅外控制等功能。關鍵詞：單片機；LED顯示屏；DS1302；DS18B20；紅外遙控。

　　

【正文】 據設計要求確定好各功能模塊，計算各元器件的參數，然后繪制原理圖。由于原理圖是 PCB 圖的基礎，原理圖有錯將會導致后面的設計出錯，修改起來比較困難。所以在繪制原理圖時必須要仔細確保電路無誤。原理圖設計好后，生成網絡表格，然后導入 PCB 圖。 布線的 時候首先考慮的是正確性，其次逐步修改布局及走線使其美觀大方。 所以 在 PCB 布局和布線前，需注意 以下 一些 主要 事項： （ 1） 放置器件時要考慮以后的焊接，不要太密集，元件分布要盡可能均勻，例如大的器件再焊接時熱容量比較大，過于集中容易使局部溫度低而造成虛焊。 （ 2） 高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設法減小連線的分布參數和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能離得太近。隸屬于輸入和隸屬于輸出的元件之間的 桂林電子 科技大學畢業設計（論文 ） 第 16 頁 共 36 頁 距離應該盡可能大一些。 （ 3） 重量太大的元件：此類元件應該有支架固定，而對于又大又重、發熱量多的元件，不宜安裝在電路板上。 （ 4） 發熱與熱敏元件：注意發熱元件應該遠離熱敏元件 ，且發熱元件需外加散熱器 。 繪制好 PCB 圖后，接下來就是轉印 PCB 板，由于在設計 LED 點陣屏電路中線路很多，如果使用單面板則需要很多跳線，則本次使用雙面板進行設計。手工制作雙面板最主要的難題就是如何對孔。為了能對好過孔需要用電熨斗印制。 電路板的焊接與調試 印制好電路板后，就要對其進行焊接，焊接需要遵循先低后高原則，即先焊接矮的元器件再焊高的元器件。焊接過 程中，元件不能焊太久，否則有可能損壞元件，這會給后期工作帶來很多麻煩。 在焊好電路板后，需要驗證電路能否正常工作，這就需要進行電路板調試，本次調試分 單片機最小系統和 LED 點陣顯示屏兩塊板進行調試 。 在 將 芯片裝上 電路板 之前，先用萬用表測試各個芯片供電以及接地引腳的電壓是否正常。當全部正常時，才能裝上芯片。對于單片機板上 電源 電路，應先檢查電壓轉換 電路 輸出是否正常。 硬件調試相對于軟件調試來說比較簡單，只要電路圖沒有錯且元件沒有損壞，則電路板基本上沒有問題。在對電路板進行調試時，先對已經焊接好的電路板進行上電測試， 看是否能夠正常工作，接著進一步檢測各功能模塊電路能否正常工作。在 LED 點陣顯示屏調試時，首先檢測各8x8 點陣屏各像素點是否有損壞。由于 LED 點陣顯示屏使用的是雙面板，所以要檢測上層和下層之間電路的連接，各導線之間是否有短路、開路等一些常見的問題。測 試的時候發現， 點陣屏的上半屏和下半屏互相顛倒 ，考慮到成本問題，故不重新做板 ，而是用飛線將其對調過來，修改后經過上電測試，點陣顯示屏能正常工作。 LED 點陣顯示屏成品如圖 215 所示： 圖 215 LED 點陣顯示屏實物圖 桂林電子 科技大學畢業設計（論文 ） 第 17 頁 共 36 頁 3 系統 軟件 設計與 調試 顯示屏軟件的主要功能 是向屏體提供顯示數據，并產生各種控制信號，使屏幕按設計的要求顯示。根據軟件分層設計的原理，可以把顯示屏的軟件系統分為兩層 ：第一層是底層的顯示驅動程序，第二層是上層的系統應用程序 。顯示驅動程序負責向顯示屏體傳送數據，并負責產生行掃描信號和其他控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描工作。本設計中， 系統設計 一般 包括原理圖設計、 PCB 的制作、電路板的焊接、電路板的調試、軟件調試 五大部分 。 調試分為硬件調試和軟件調試兩大部分 ，其中硬件調試包括 單片機最小系統 及各功能模塊電路和 LED 點陣顯示屏的測試 ；軟件調試 包括各功能模塊的 測試。 軟件 編程 與調試 軟件調試的目的是盡可能發現程序中的錯誤并改正，還可以增加程序的穩定性。 軟件調試 相 對于硬件調試來說， 測試 步驟 更 復雜更 困難 。 單片機的程序設計調試 一般可 分為 三 種， 第 一種是使用軟件模擬調試，意思就是用開發單片機程序的 計算機去模擬單片機的指令執行 ，并虛擬單片機片內資源，從而實現調試的目的，但是軟件調試存在一些問題，如計算機本身是多任務系統，劃分執行時間是由操作系統本身完成的，無法得到控制，這樣就無法時刻的模擬單片機的執行時序，也就是說，不可能像真正的單片機運行環境那樣執行的指令在同樣一 個時間內完成。 第二種是利用仿真軟件 進行調試， 仿真軟件可以模仿實際電路 進行軟件調試 。 這樣， 當利用仿真軟件調試成功后，下載到實際電路 板 時就 可以節省很多時間去調試 軟件。 本次設計使用的仿真軟件 是 Proteus 仿真軟件， Proteus 軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換 到 PCB 設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺 。 它具有智能原理圖設計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機協同仿真以及實用的 PCB 設計平臺四大功能。 它的使用方法很簡單，很容易 掌握，Proteus 不僅可 以 將許多單片機實例功能形象化，也可 以 將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。 只要在 Proteus 繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件： ，就可以在 Proteus 的原理圖中看到模擬的實物運行狀態和過程乃至結果。課程設計、畢業設計是 畢業生 走向就業的重要實踐環節。由于 Proteus 軟件 提供了 桂林電子 科技大學畢業設計（論文 ） 第 18 頁 共 36 頁 實驗室無法 比擬 的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養學生實踐精神、創造精神的平臺 。 它可以使我 大大縮減設計時間、耗資也大為減少，也可以降低電路制造的風險。 在使用 Proteus 進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。 第三種就是直接結合硬件進行調試， 其大致過程是：計算機軟 件把編譯好的程序通過串行口、并行口或者 USB 口傳輸到硬件電路板中 ，這樣就可以 按事先編好的程序逐個模塊進行調試。 由于 內容比較多，故采用分程序模塊調試 ，即漢字顯示效果程序模塊、溫度程序模塊、時鐘程序模塊、紅外遙控程序模塊。 其主 程序流程圖如圖 31 所示： 圖 31 主程序流程圖 分程序模塊調試的優點是：單個程序模塊易于編寫，調試和修改；便于分工，可由多個程序員編寫、調試，有利于加快工作速度；程序易讀性好；程序的修改可局部化進行；頻繁使用的功能可以編制成模塊存在庫里供多個任務使用。 模塊化程序設計的關鍵是模塊的劃 分。劃分模塊是一個自頂向下的程序設計過程。主模塊是一個總控模塊，劃分模塊的第一步是確定需要幾個主要子模塊，主要子模塊通常包括完成輸入任務，完成輸出任務和進行計算處理任務等一些子模塊。 模塊說明中應包含對模塊功能，所用基本算法，模塊的 入口 參數和出口參數，以及它們的數據結構和調用情況等，還應該說明程序中哪些數據應該放在公共數據區可以由所有模塊訪問，哪些數據則應該在有直接從屬關系的模塊間傳送等。一般來說，有了層次圖和各個模塊的模塊說明后，劃分模塊的工作就完成了。 劃分模塊必須根據任務確定，模塊的劃分具有相當的靈活 性，但也并不是說靈活得可以任意劃分。劃分時應有一些指導原則，這些原則大概可歸納為以下幾個方面： （ 1） 每個模塊應該具有獨立的功能，能產生一種明確的結果，這就是功能的高內聚。 桂林電子 科技大學畢業設計（論文 ） 第 19 頁 共 36 頁 （ 2） 模塊之間控制耦合應盡量簡單，模塊之間的數據耦合應最小，這就是模塊間的低耦合。 所謂控制耦合是指模塊進入和退出的條件和進入、退出的方式；而數據耦合則是指模塊間的信息通信，信息量的多少和信息通信的方式。 （ 3） 模塊的長度適中，模塊語句的長度常采用 20～ 100 的范圍較適合，因為模塊太長，對于理解和調試會發生困難，失去模塊化的優越性；若是 太短，則為模塊所做的連接，通信等工作開銷太大，又很不值得。 字模提取軟件 在設計中， 需要 用到 PCtoLCD20xx 字模提取軟件 ， 其界面如圖 32 所示： 圖 32 PCtoLCD20xx 完美版界面 本次 設計取模 方 式是 陰碼、逆向、行列式 。 該 軟件有幾種輸出格式如 十 進制、十六進制 和 C 語言、匯編語言格式。 有了該軟件，確定一個字的字模代碼 就變得很簡單了。該軟件有兩種工作模式：字符模式和圖形模式；默認的工作模式是 字符 模式。 用戶也可以自己設置文字的高度和寬度 。 系統開發軟件 本系統編程與調試采用 Keil μVision3， Keil 是 美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發系統，與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。 Keil提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（ uVision）將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN20xx、 WINXP、 WIN7 等 桂林電子 科技大學畢業設計（論文 ） 第 20 頁 共 36 頁 操作系統。 Keil 軟件提供豐富的 庫函數 和功能強大的集成開發調試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下 編譯 后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil軟件 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。 漢字顯示效果 編程 與調試 要實現漢字的移動，就要先弄清其顯示的原理， LED 顯示屏的基本工作原理是動態掃描。動態掃描又分為行掃描和列掃描兩種方式，常用的方式是行掃描。行掃描方式又分為 8 行掃描和 16 行掃描兩種 ，本設計采用 16 行掃描 。 動態掃描顯示原理 利用人眼的視覺特性 ，即當一個光源反復通斷， 在掃描頻率較低時， 人眼可以感覺到 LED 亮度的變化而出現閃爍；當 掃描頻率較高時， 人眼的視覺感覺不到 LED 亮暗的變化，從而感覺不到閃爍。 所以，只有當 掃描頻率達到一定的界限時就不會引起閃爍感覺，通常稱這個頻率為臨界閃爍頻率。 在行掃描 驅動的 工作方式下，每一片 LED 點陣片都有一組 列數據傳輸 電路，列 傳輸 電路中一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來鎖存待顯示內容的字模數據。在行掃描驅動的 工作方式下，同一排 LED 點陣片的同名行控制引腳是并接在一條線上的，最后連接在一個行驅動電路上；行驅動電路中也一定有一片鎖存器，用來鎖存行掃描信號。LED 顯示屏的列驅動電路和 行驅動電路一般都采用單片機進行控制，常用的單片機是MCS51 系列 ， 考慮到顯示屏的閃爍問題， 本設計采用 STC12C5A60S2 系列高速單片機 。LED 顯示屏顯示的內容一般按字模的形式存放在單片機的數據存儲器中，字模是 8 位二進制數。 單片機對 LED 顯示屏的控制過程是先讀后寫。按 LED 點陣片在屏幕上的排列順序，單片機先對第 1 排的第 1 片 LED 點陣片的列驅動鎖存器，寫入從 單片機 數據存儲器讀得的字模數據，接著對第 2 片、第 3 片 ， 直到這一排的最后一片都寫完字模數據后，單片機再對這一排的行驅動鎖存器寫行掃描信號，于是第 1 排第 1 行與字模數據相關的發光二極管點亮。接著第 2 排第 1 行、第 3 排第 1 行 ， 直到最后一排第 1 行的點亮。這樣就算完成了單片機對 LED 顯示屏的行掃描控制。 本設計的 16x64 點陣顯示屏 中 ， 一個字 最小 分辨率為 16x16， 一個字為 32 個字節 。 下面分別解析各種顯示效果的原理 ： 文字左移： 其移動原理是 將 顯示在第一列的數據就丟棄了，把第二列的數據送到第一列上顯示，依次移動顯示一屏，顯示一段時間再進行一次移動， 這樣 人們看起來 就呈現出 移動的 效果 了 ； 文字 右移：和左移的原理一樣，只是將最右邊的第一列數據丟棄掉，將右邊第二列數據送到第一列上顯示 ； 文字上移： 所謂上移就是 將文字 向上移動顯示，其基本原理是 將第一行的數據丟棄掉，第二行的數據 送到第一行顯示；同理，下移的基本原理也是一樣； 上 疊加顯示： 桂林電子 科技大學畢業設計（論文 ） 第 21 頁 共 36 頁 即第一行顯示完后繼續保留顯示，接著顯示第二行，待顯示完第 16 行后，就可以顯