基于单片机的电子课程表系统.docx
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1、摘 要LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的LED发光二极管封装而成. LED点阵显示屏可以显示数字或符号, 通常用来显示时间、速度、系统状态等。本设计是1664点阵LED电子课程表显示屏的设计。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74LS154和八个列驱动器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4个汉字,采用16块8 x 8点阵LED显示模块来组成4个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
2、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、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等。关键词:AT89C52单片机;LED点阵显示;4*4键盘;LCD1602ABSTRACTLED dot matrix display as a new display device is composed of multiple independent LED light emitting diode package together. LED dot matrix display can display numbers or symbols, usuall
3、y used to display time, speed, system status, and so on.This design is 16 64 dot matrix LED display design. Overall the United States produced 40 feet ATMEL AT89C51 microcontroller as the core, introduced to it as the electronic control system of LED dot matrix display dynamic design and development
4、 process. With this chip to control a row and eight drive column driver 74LS154 74HC595 to drive the display. The electronic display can display a variety of text or monochrome images, full-screen can display four characters, use 16 8 x 8 dot matrix LED display module to form four 16x16 dot matrix d
5、isplay mode. Display with dynamic display, making the graphics or text to achieve stationary, moved out of the other display. This paper describes the hardware of LED dot matrix display design ideas, the hardware circuit and the principle functions of various parts, corresponding software program de
6、sign, and the use of descriptions.Keywords: AT89C52 microcontroller;LED dot matrix display;4*4 keyboard, LCD1602目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外的发展现状、发展趋势及存在的主要问题21.3 本文研究内容4第二章 功能要求及方案论证52.1 功能要求52.2 系统硬件方案选择52.2.1 LED显示屏模块方案论证52.2.2 数据传输方案论证72.2.3 电源模块方案论证82.2.4 控制部分方案选择102.2.5 时钟
7、显示模块方案论证102.2.6 最终确定硬件设计方案122.3 系统软件方案选择132.3.1 单片机编程语言选择132.3.2 系统软件编译工具选择14第三章 系统硬件设计153.1 硬件整体设计概述153.2 稳压电路153.2.1 5V 稳压电源原理153.2.2 稳压电源技术指标173.3 单片机系统及外围电路173.3.1 单片机的选择173.3.2 AT89C52芯片介绍183.3.3 单片机系统外围电路213.4 列驱动电路223.4.1 74HC595 芯片简介223.4.2 列驱动电路的构成243.5 行驱动电路243.5.1 行驱动芯片74HC154介绍243.5.2 行驱
8、动电路253.6 LED显示屏电路263.7 4*4键盘电路283.8 LCD1602液晶电路29第四章 系统软件设计314.1 LED显示驱动程序314.2 LCD时钟显示程序344.3 4*4矩阵键盘扫描程序374.4 主程序39第五章 调试及性能分析415.1 开发环境介绍415.2 理论性能分析415.3 系统调试425.3.1 软件调试425.3.2 硬件调试43第六章 总结446.1 工作过程介绍446.2 系统功能的拓展方向44结束语46参考文献47致 谢48附 录49外文资料原文60外文资料译文63第一章 绪论研究背景及意随着信息技术的发展及其在教育中的应用,教育信息化已经成为
9、当今教育发展的必然趋势。现有校园内课程表一般由学生自己保存,而在紧急情况下需要教务处查询,费事费力。为了方便学生获得课程信息,及教学管理人员方便及时发布和更新课程信息以维持正常教学秩序的目的,本论文旨在设计一种使用电子屏幕的课程表系统,从面使学生能够及时获取课程信息,维持正常的教学秩序。在当今现代信息化社会的高速发展过程中,大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用向消费类多媒体应用渗透。随着宽带网络的发展,数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流,新型的大屏幕显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。与传统的显示设备相比,这种未来的巨大需求让大屏幕显示技术成为众人目光的焦点:1
10、) LED显示屏色彩丰富,显示方式变化多样(图形、文字、三维、二维动画、电视画面等)、亮度高、寿命长,是信息传播设施划时代的产品。2) LED显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品,可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。它以其超大画面、超强视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势,是目前国际上使用广泛的显示系统。3) LED显示屏应用广泛,金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面,有巨大的社会效益和丰厚的经济效益。近年来,单片机已经成为科技领域的有力工具,人类社会生活的得力助手。它的广泛应用,不仅仅体现在工业控制、机电应用、智能仪表、实时控制、航空航天
11、、尖端武器等行业和领域的智能化、高精度化,而且在人类日常生活中也随处可见它的身影。单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。目前,单片机正朝着高性能和多种方向发展,其趋势将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展,其功能也将越来越丰富,速度也越来越快,甚至有些方面并不逊于ARM或D
12、SP。随着LED显示屏在广告传媒领域逐渐崭露头角,其控制系统也如雨后春笋,层出不穷。由于它的控制系统均是基于嵌入式微处理器开发,所以单片机在其中也占有一席之地。但是,由于LED显示屏控制较复杂,特别是对于显示特殊效果,如循环移动、覆盖霓虹灯效果,要求处理器运算速度快、执行效率高,所以很多控制卡生产厂家采用高端嵌入式系统进行设计。这样做虽然能在一定程度上提高数据处理速度,但是并不能完全满足所有显示效果要求,而且开发和产品成本也会随之成倍增加,甚至由于其设计不当可能在显示时出现抖动、闪烁、重影等现象。归根结底,LED显示屏控制卡的设计中硬件是一方面因素,同时还要考虑到显示数据组织方式,通过软硬件结
13、合的方法才能设计出一款性价比较高的控制卡。本论文提出基于普通51系列单片机实现LED显示屏控制的原理及方法,以此完成电子课程表的设计。1.1 国内外的发展现状、发展趋势及存在的主要问题LED显示屏的发展主要经历了三个阶段:1、1990年以前LED显示屏的成长时期。一方面,受LED材料器件的限制,LED显示屏的应用领域没有广泛开展;另一方面,显示屏控制技术基本上是通讯控制方式,客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国外应用较广,国内很少,产品以红、绿双基色为主,控制方式为通讯控制,灰度等级为单点4级调灰,成本较高。2、1990-1995年,这一段是LED显示屏迅速发展的时期。进入九十年代
14、,全球信息产业高速增长,信息技术各个领域不断突破,LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色LED晶片研制成功,全彩色LED显示屏进入市场;电子计算机及微电子领域的技术发展,在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术,显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰,显示屏的动态显示效果大大提高,产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域,特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成,LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。3、 1995年以来,LED显示屏的发展进入
15、一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。进入新世纪,光电子产业得到广泛的重视,中国加入WTO、北京申奥成功等,成为LED显示屏产业发展的契机,LED显示屏必将得到飞跃发展。 随着LED原材料市场的迅猛发展,表面贴装器件从2001年面世,主要用在室内全彩屏,并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性,可随意调整的点间距,被不同价位需求者所接受,在短短两年多时间内,产品销售额已超过3亿元,表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划,利亚德开发了表面贴装双基色显示屏,大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面,为紧缩投资,全彩屏大部分采用可拆卸方式,
16、奥运期间可作为实况转播工具,赛事结束后可用于租赁,作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具,通过这种方式可尽快收回成本。 单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。SCM即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。MCU即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,
17、突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的
18、发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 单片机可以从以下几个方面分类: 1.按应用领域可分为:家电类、工控类、通信类和个人信息终端类等。 2.按通用性可分为:通用型和专用型。 3.按总线结构可分为总线型和非总线型。4.按指令运行的振荡周期可分为标准型和改进型。1.2 本文研究内容本课程设计的主要任务是以AT89C52为核心芯片设计1664LED汉字点阵显示电路。硬件电路主要由AT89C52单片机控制器、LED 显示屏行列驱动电路以及LED点阵显示屏,LCD1602等部分组成。通过汉字字模点阵数据批量生成软件
19、来实现汉字点阵,采用C语言对单片机进行编程控制操作。完成实物电路并进行调试,完成电子课程表的预期功能。第二章 功能要求及方案论证2.1 功能要求本方案设计一个电子课程表系统,具体要求满足以下条件:要求采用51单片机作为微控制器。通过1664的点阵LED进行课程名称显示。实现不同课程汉字名称的自动切换。实现LCD1602显示时分秒。实现按键控制时间的调整。2.2 系统硬件方案选择大多数的LED显示屏都在户外,所以对硬件的质量要求非常的高。为方便检修和维护硬件电路设计时常常采用模块化的设计方法。硬件的设计采用模块化设计,既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。图2-1 系统包含模块2.2.1
20、LED显示屏模块方案论证四个88的点阵构成一个1616的点阵。行和列的交叉处有一个LED,共由256个LED构成,如果LED的阳极与行相连,而阴极与列相连,那么只要给该LED对应的行以高电平,列以低电平,那么对应的LED就发光。图2-2为点阵模块结构。这种模块由64个发光LED芯片以88的形式构成一个正方形模块,然后用2列8针引脚将内部电路接口引出,供驱动电路使用。图2-2点阵模块结构图2-3画出了室内直插式88点阵单基色LED模块原理图。行对应的给LED的阳极,先给第一行以高电平,如果送给16列的代码为EFFF,则第一行的第4个LED被点亮,再给第二行以高电平,如果送给16列的代码为EF07
21、,则第二行的第4、9、10、11、12、13个被点亮,接着给第三行以高电平,同时给列以驱动代码,这样不断地进行行行的扫描,只要速度够快,由于人的视觉暂留作用,就不会感觉到明显的闪烁感。点阵上会看到一个清晰的“机”字。图2-3 LED 点阵显示原理图LED数码管结构简单,价格便宜。本文所述的是LED的数据显示方式,这种方式通常使用8段LED或者16段LED。在实际应用中,点亮LED数码管的方式有静态和动态2种方法。本文以8段LED作为示例来论证方案。1.静态显示方式静态显示方式,即8段LED数码管在显示某一个数码时,加在数码管上的段码保持不变,直至换显其他数码为止。这样数码管的每一段均应由一条输
22、出线来控制,每显示以为数码需要8根输出线,当N位显示则需N8根输出控制线。占用较多I/O资源。2.动态显示方式为解决静态显示占用较多I/O资源的问题,在多位显示时通常采用动态显示方式,动态显示是将所有数码管的段码线对应并联在一起,由一个8位的输出口控制,每位数码管的公共端分别出一位I/O线控制。显示不同数码时,由位线控制各位轮流显示。位线控制某位选通时,该位应显示数码的段码同时加在段码线上,即每一时刻仅仅有一位数码管是被点亮的,当轮流显示的速度较快(每秒24次以上),由于人眼的视觉暂留现象,看起来就像所有位同时显示一样,这时,我们就能看到稳定的图像了由于单片机的特性,我们将采用方案2:动态显示
23、方式,采用动态显示方式进行显示时,每一行有一个行驱动器,各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中,按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去,这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。2.2.2 数据传输方案论证显然,采用并行方式时,从控制电路到列驱动器的线路数量大,相应的硬件数目多。当列数很多时,并列传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法,控制电路可以只用一根信号线,将列数据一位一位传往列驱动器,在硬件方面无疑是十分经济的。但是,串行传输过程较长,数据按顺序一位一位地输出给列驱动器
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