單片機課程設計--點陣設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題 目： 8X8點陣顯示數(shù)字 </p><p>　　院 （系）： 機電工程學院 </p><p>　　專 業(yè)：機械設計制造及其自動化</p><p><b>　　學生姓名及學號：</b>

2、;</p><p>　　2011年12月16日</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　單片機的實際應用一直是單片機初學者難以掌握的問題。我們的課程設計方法也許不是最佳方案，但也是我們組經(jīng)過討論及整合各種資料，再加上自己的創(chuàng)意來完成屬于我們自己的課程設計。</p><p>　　設計內(nèi)容：設計一塊電路

3、板，編程使板上的8X8點陣顯示器顯示數(shù)字。</p><p>　　要求：1、在8X8點陣顯示0到9的數(shù)字，且顯示清晰。</p><p>　　2、當按鍵按一次，則顯示的數(shù)字加一，從0 到 9 循環(huán)。</p><p>　　LED點陣電子顯示屏是集微電子技術(shù)，計算機技術(shù)，信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的日益平民化以及LED技術(shù)的不斷創(chuàng)新

4、，使得高亮度高清晰的LED點陣顯示屏的成本逐漸降低。LED顯示屏可以隨時改變內(nèi)容，操作簡單，成本低，具有實用性，給人們的生活帶來了許多的用途和方便。點陣數(shù)高，可以顯示圖形或漢字，而且清晰度高，還有許多附加功能。近年LED顯示屏已廣泛應用于室內(nèi)、外需要進行服務內(nèi)容和服務宗旨宣傳的公眾場所如電信、郵政大廳、營業(yè)部、車站機場、港口體育場等信息的發(fā)布，政府機關(guān)政策、政令的發(fā)布，各類市場營銷的信息和宣傳等。</p><p>

5、;　　系統(tǒng)采用51系列單片機控制，即AT89C51單片機作控制器。在電路設計時，選用P3.2、P3.3管腳，以外部中斷的方式實現(xiàn)按鍵信號的讀入。由于用中斷方式，不會影響到程序的流程控制，有利于控制程序的設計。硬件電路設計簡單，只需在I/O口（經(jīng)過上拉電阻后）與點陣之間接入限流電阻限流即可，同時也有利與程序的設計。經(jīng)過第一次試驗之后發(fā)現(xiàn)點陣不怎么亮，故經(jīng)過思考，在P0口與點陣之間接入74HC573進行驅(qū)動(將74HC573的11腳接高電平

6、后，輸出隨輸入改變）；在完成設計任務功能的基礎上，還增加了擴展功能。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 系統(tǒng)概述4</p><p>　　1.1系統(tǒng)設計思路和方案4</p><p>　　1.2可行性分析4</p><p>　　1.3各功能模塊及其組成5&

7、lt;/p><p>　　1.3.1 中斷按鍵5</p><p>　　1.3.2 AT89C515</p><p>　　1.3.3 74HC5735</p><p>　　1.3.4 ８*８點陣5</p><p>　　第2章 單元電路設計與仿真7</p><p>　　2.1 電路設計7&

8、lt;/p><p>　　2.1.1 單片機最小系統(tǒng)電路7</p><p>　　2.1.2 中斷按鍵電路8</p><p>　　2.1.3 ８*８點陣控制電路8</p><p>　　2.2 程序設計9</p><p>　　2.2.1 ８*８點陣數(shù)字顯示編碼9</p><p>　　2.2.2

9、程序設計10</p><p><b>　　2.3 仿真12</b></p><p>　　第３章 電路的安裝與調(diào)試12</p><p><b>　　3.１ 制版12</b></p><p><b>　　3.2調(diào)試12</b></p><p>　

10、　3.3出現(xiàn)的問題13</p><p>　　第4章 結(jié)束語13</p><p><b>　　附件：14</b></p><p>　?。?元件清單表14</p><p><b>　　2. 原理圖14</b></p><p>　　3. PCB圖15</p>

11、;<p><b>　　參考文獻：15</b></p><p><b>　　第1章 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　1.1系統(tǒng)設計思路和方案</p><p>　　系統(tǒng)采用51系列單片機控制，在電路設計時，選用P3.2、P3.3管腳，以外部中斷的方式實現(xiàn)按鍵信號的讀入。由于用中斷方式，不會影響到程序的流

12、程控制，有利于控制程序的設計。</p><p>　　AT89C51單片機作控制器,點陣顯示器，其中,P0作為點陣列控制口,P2作為點陣行控制口字,第31腳(EA)接電源,P3.2、P3.3口分別接開關(guān)K2、K3。由于采用單片機直接控制點陣，所以硬件電路設計簡單，只需在I/O口（經(jīng)過上拉電阻后）與點陣之間接入限流電阻限流即可，同時也有利與程序的設計。經(jīng)過第一次試驗之后發(fā)現(xiàn)點陣不怎么亮，故經(jīng)過思考，在P0口與點陣之間

13、接入74HC573進行驅(qū)動(將74HC573的11腳接高電平后，輸出隨輸入改變），如下圖：</p><p>　　在完成設計任務功能的基礎上，還增加了擴展功能，即增加了按鍵選擇模式，和動態(tài)掃描顯示0～9以及組員的學號（中間以心形隔開）。</p><p><b>　　1.2可行性分析</b></p><p>　　由于51系列單片機擁有兩個外部中斷，

14、用兩個按鍵來實現(xiàn)依次加一和減一功能較為簡單。其4組32個I/O口，能滿足利用兩組來控制點陣的要求。至于其他的擴展功能，通過編程也可以實現(xiàn)。</p><p>　　1.3各功能模塊及其組成</p><p>　　1.3.1 中斷按鍵</p><p>　　通過按鍵（分別連INT0和INT1腳），輸入一個觸發(fā)源，經(jīng)過單片機處理后，使其按相應的設定改變I/O口的電平，從而控制

15、點陣做相應的顯示。</p><p>　　1.3.2 AT89C51</p><p>　　AT89C51最小系統(tǒng)模塊包括一個復位電路，一個晶振電路。本設計的復位電路由一個按鍵、一個極性電容和兩個串聯(lián)的電阻組成（連RST腳），晶振電路由一個11.0592M和兩個30pf的普通電容構(gòu)成（連XTAL1和XTAL2腳）。</p><p>　　本設計所用到的I/O口為P0和P2

16、。</p><p>　　1.3.3 74HC573</p><p>　　八進制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，此處用它的放大功能（相當于三極管），將其鎖存端接高電平，其輸出隨輸入而改變。</p><p>　　1.3.4 ８*８點陣</p><p>　　點陣上下兩排引腳，每排8個，一共16個，共由64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線

17、的交叉點上，當對應的某一行置1電平，某一列置0電平，則相應的二極管就亮；如要將第一個點點亮，則1腳接高電平a腳接低電平，則第一個點就亮了；如果要將第一行點亮，則第1腳要接高電平，而（a、b、c、d、e、f、g、h ）這些引腳接低電平，那么第一行就會點亮；如要將第一列點亮，則第a腳接低電平，而（1、2、3、4、5、6、7、8）接高電平，那么第一列就會點亮。如下圖所示：</p><p>　　本設計所用的點陣

18、封裝圖如下所示：</p><p>　　第2章 單元電路設計與仿真</p><p><b>　　2.1 電路設計</b></p><p>　　2.1.1 單片機最小系統(tǒng)電路</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)主要有復位電路和晶振電路構(gòu)成。</p><p><b>　　復位電路</b

19、></p><p>　　在51單片機中最常見的復位電路有上電復位和手動復位，如下圖所示：</p><p>　　RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號為高電平有效，有效的持續(xù)時間在24個振蕩周期以上才能復位。這里選擇手動復位電路，能在單片機死機時及時復位。</p><p><b>　　晶振電路</b></p><p>

20、;　　單片機的振蕩時鐘有內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種方式。</p><p>　　內(nèi)部振蕩方式：如下圖所示，單片機內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。</p><p>　　外部振蕩方式：將外部已有的時鐘脈沖信號引入單片機內(nèi)。</p>

21、<p>　　本設計采用內(nèi)部振蕩方式。</p><p>　　2.1.2 中斷按鍵電路</p><p>　　中斷按鍵電路取決于控制程序的設計，在控制程序中選用中斷為負跳變觸發(fā)方式，因此中斷按鍵設計如下所示，當按鍵未按下時，相應管腳為高電平，當按鍵按下時，管腳電平負跳變，觸發(fā)中斷，使控制程序轉(zhuǎn)入中斷服務程序。</p><p>　　2.1.3 ８*８點陣控制電路

22、</p><p>　　點陣內(nèi)部有64個LED組成，驅(qū)動時為了增加其亮度，P0口在加上拉電阻的前提下再加一個74HC573芯片（當三極管放大作用）。由資料知，LED發(fā)光二極管的壓緊一般為1.5-2V，工作電流一般為10-20mA，去I=15mA，U=2V，得出上拉電阻值為：R=200，這里取R=270?？傠娐啡缦拢?lt;/p><p><b>　　2.2 程序設計</b>&

23、lt;/p><p>　　2.2.1 ８*８點陣數(shù)字顯示編碼</p><p>　　由1.3.4 點陣顯示原理知，當某行置低電平，某列置高電平時，對應的LED發(fā)光二極管就亮。</p><p>　　下圖所示“0”字符的編碼，當選擇第一行時，將相應的行管腳置低，由于沒有二極管發(fā)亮，故對應的列全置低；當選擇第二行時，將相應的行管腳置低，由于3、4、5個二極管亮，故相應的列管腳置高

24、，依次可得選擇行的編碼為：</p><p>　　｛0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f｝；</p><p>　　“0”的編碼為:{0x00,0x18,0x24,0x24,0x24,0x24,0x24,0x18};</p><p>　　“1”的編碼為:{0x00,0x08,0x18,0x08,0x08,0x08,0x08,0x

25、08};</p><p>　　“2”的編碼為:{0x00,0x18,0x24,0x24,0x08,0x10,0x20,0x3C};</p><p>　　“3”的編碼為:{0x00,0x18,0x24,0x04,0x08,0x04,0x24,0x18};</p><p>　　“4”的編碼為:{0x00,0x08,0x08,0x18,0x28,0x3C,0x08,0x0

26、8};</p><p>　　“5”的編碼為:{0x00,0x3C,0x20,0x38,0x04,0x04,0x24,0x18};</p><p>　　“6”的編碼為:{0x00,0x18,0x24,0x20,0x38,0x24,0x24,0x18};</p><p>　　“7”的編碼為:{0x00,0x3C,0x24,0x04,0x08,0x10,0x10,0x10

27、};</p><p>　　“8”的編碼為:{0x00,0x18,0x24,0x24,0x18,0x24,0x24,0x18};</p><p>　　“9”的編碼為:{0x00,0x18,0x24,0x24,0x1C,0x4,0x24,0x18};</p><p>　　“10”的編碼為:{0x4C,0xD2,0x52,0x52,0x52,0x52,0x52,0xEC}

28、;</p><p>　　2.2.2 程序設計</p><p><b>　?。?）開機檢測程序</b></p><p>　　開機檢測程序讓點陣全部點亮，以檢測屏幕是否有壞點。主要語句如下：</p><p>　　P0=0xff;//列置高</p><p>　　P2=0x00;//行置低，全亮</

29、p><p>　　P0=0x00;//關(guān)閉所有LED</p><p><b>　　數(shù)字顯示程序</b></p><p>　　點陣以列動態(tài)掃描顯示的方式顯示0-9任意數(shù)字。程序如下：</p><p>　　void display(int n)//n為待顯示的數(shù)</p><p><b>　　{&l

30、t;/b></p><p><b>　　int a;</b></p><p>　　for(a=8;a>0;a--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=table[a];//已編碼的行數(shù)表</p><p>　　P0=graph[n][

31、a];//已編碼的列二維數(shù)表</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　外部中斷程序</b></p><p><b>　　①外部中斷1</b></p><p>　　該

32、段程序用來控制依次加一功能，程序如下：</p><p>　　void INT_0() interrupt 0 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EX0=0;</b></p><p>　　delay(50);</p><p><b>

33、;　　EX0=1;</b></p><p>　　if(lie==12) lie=0;</p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lie++;</b></p><p>　

34、　P0=graph[lie][hang];</p><p>　　delay(500);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　②外部中斷2</b></p><p>　　該段程序用來控制

35、依次減一功能，程序如下：</p><p>　　void INT_1() interrupt 2 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EX1=0;</b></p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　EX1=

36、1;</b></p><p>　　if(lie==0) lie=12;</p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lie--;</b></p><p>　　P0=gra

37、ph[lie][hang];</p><p>　　delay(500);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　?、鄱〞r中斷</b></p><p>　　動態(tài)掃描的時間為1ms，對定時器

38、0賦相應的值，程序如下：</p><p>　　void t0(void) interrupt 1 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(65536-1000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-1000)%256; </p><p>　　P2=t

39、ab[hang];</p><p>　　P0=graph[lie][hang];</p><p><b>　　hang++;</b></p><p>　　if(hang==8)</p><p><b>　　hang=0;</b></p><p><b>　　}&l

40、t;/b></p><p><b>　　2.3 仿真</b></p><p>　　基于Proteus和Keil C對設計的程序和硬件進行聯(lián)調(diào)仿真，初步驗證了原理圖和程序的正確性，意味著可以進入下一步操作——用Protel 99進行PCB布線，制版。</p><p>　　３.電路的安裝與調(diào)試</p><p><

41、b>　　3.１ 制版</b></p><p>　?、偃ゴ蛴〉臧旬嫼玫腜CB用專用的油紙打印出來</p><p>　　②用熨斗將油紙上電路線條印到銅板上</p><p>　?、蹖⒂『玫你~板泡到適量濃度的氯化鐵溶液中</p><p>　　④在預留的元件孔位上鉆孔</p><p>　?、莅卜旁⒃?/p>

42、焊錫將其焊在電路板上</p><p>　?、抻萌f用表測各個連接點，檢查電路的通斷情況</p><p>　?、呦螺d程序調(diào)試，直至符合要求為止</p><p><b>　　3.2調(diào)試</b></p><p>　?、傧螺d開機檢測程序，檢查屏幕是否有壞點</p><p>　　②如果沒有壞點，則下載顯示單個

43、數(shù)字的程序進去（如下載顯示“０”的程序）檢查編碼是否出錯</p><p>　?、廴邕^編碼沒錯，則下載０-９依次遞增的程序，調(diào)節(jié)延遲程序，直到符合要求</p><p>　　④下載擴展其他功能的程序，調(diào)節(jié)，直到達到預定的功能</p><p><b>　　3.3出現(xiàn)的問題</b></p><p><b>　　點陣顯示

44、的亮度不夠</b></p><p>　　經(jīng)過小組討論分析，應該是流過二極管的電流不夠大，所以在第二次做板的時候加上了74HC573芯片，放大電流，第二次測試發(fā)現(xiàn)亮度果然增大。</p><p>　　沒注意點陣封裝，導致編碼出現(xiàn)亂碼</p><p>　　我們買的點陣型號是，原來沒測管腳，以為正負兩邊分，哪知不是，后來從網(wǎng)上找了的封裝文件，重新布圖，才成功。&

45、lt;/p><p>　　有時按下一次按鍵，連跳幾個數(shù)字</p><p>　　經(jīng)過測試，原來是消抖延遲的時間不夠長，加長消抖時間后，此現(xiàn)象消除。</p><p><b>　　第四章 結(jié)束語</b></p><p>　　本系統(tǒng)能夠完成設計任務，即能按要求顯示０-９數(shù)字，并能夠用按鍵控制</p><p>　

46、　數(shù)字的遞增或遞減，顯示也較為穩(wěn)定清晰。值得一提的是，本系統(tǒng)在實現(xiàn)設計任務外還能實現(xiàn)自動顯示指定數(shù)字的功能。對于本系統(tǒng)，經(jīng)小組討論，主要有以下改進意見：用顏色點陣，這樣顯示的效果會更好；增加屏幕滾動顯示效果，增強動感，使可視界面更爽；增加鍵盤掃描輸入功能，方便及時輸入各種信息數(shù)據(jù)。</p><p>　　學習單片機這門課程，要掌握單片機指令系統(tǒng)中C語言編程各種基本語法及C程序設計的基本知識和方法，以及單片機與其他設

47、備相連的輸入輸出中斷等接口技術(shù)。在本次課程設計中，主要使用了Protel 99、Protenus已經(jīng)Keil C等軟件進行硬件電路和控制程序的設計，同時，在制作硬件電路PCB板時，對熱轉(zhuǎn)印法制版的流程和應注意的問題有了更深的掌握，例如在腐蝕板電路時要注意腐蝕安全，還有環(huán)境保護等等。在PCB板布線時應根據(jù)實際元件的封裝來繪制PCB圖紙。這次單片機課程設計使我們從硬件軟件的結(jié)合上理論聯(lián)系實際，提高動手能力，從而更全面掌握單片機的應用。<

48、;/p><p><b>　　附件：</b></p><p><b>　　１.元件清單表</b></p><p><b>　　2.原理圖</b></p><p><b>　　3.PCB圖</b></p><p><b>　　參考

49、文獻：</b></p><p>　　陳海宴· 51單片機原理及應用：基于Keil C與Proteus·北京航空航天大學出版社·2010</p><p>　　周向紅·51單片機課程設計·華中科技大學出版社·2011</p><p>　　朱清慧·Proteus教程：電子線路設計、制作與仿真

50、·清華大學出版社·2008</p><p>　　郭天祥·新概念51單片機C語言教程·電子工業(yè)出版社·2009</p><p>　　溫子祺·51單片機C語言創(chuàng)新教程·北京航空航天大學出版社·2011</p><p>　　雷伏容·51單片機常用模塊設計查詢手冊·清華大學出