(毕业论文)基于单片机的LED广告牌设计.doc

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1、毕业设计论文题目： 基于单片机的LED广告牌设计专 业： 机械制造与自动化班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： XXX 2013年10月08日目 录绪论11.1 引言11.2 单片机的发展现状2第二章 基于单片机的LED广告牌原理32.1 设计任务及要求32.2工作原理32.2.1阵屏原理32.3.2 MCS-51的引脚及相关功能5第三章 方案选择73.1方案原理图：73.2方案分析：7第四章 设计与仿真84.1软硬件设计84.1.1硬件设计84.1.2软件设计94.2绘制电路图及印刷板图144.3计算机仿真14第五章 结论16致谢17参考文献18基于单片机的LED广告牌设计摘要单片机是

2、一种集成电路芯片，采用超大规模技术，把具有数据处理能力的微处理器、随机存取数据存储器、只读程序存储器、输入输出电路、可能还包括定时计数器、串口通信口、显示驱动电路，脉宽调制电路、模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。这些电路在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。对可控闪光灯设计通过编写代码实现8个LED灯4种闪光灯显示方式。在设计中主要采用80C51这款芯片作为控制主体，用发光二极管来作为显示灯。系统通过P2口外接8个发光二极管，P3口接2个发光二极管。设计中辅以简单的设备和必要的电路，设计了一款闪光灯，最终达到预期的目的。

3、本设计使用ARM开发板作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动8*8的点阵LED显示屏。利用ARM本身强大的功能和大容量的内部存储，可以很方便的实现ARM与PC机和等外围存储设备的数据传输，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。关键词： 单片机80C51， 发光二极管，闪光灯绪论1.1 引言单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯

4、片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不

5、超过10元即可。用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能。1.2 单片机的发展现状单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此

6、开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一 。1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器 ）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Int

7、el 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Mot

8、orola和Intel在微处理器领域三足鼎立。20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。第二章 基于单片机的LED广告牌原理2.1 设计任务及要求 1、掌握LED显示屏控制系统的显示原理，学习LED点阵显示数字和字符的编程方法。 2、结合微机原理、单片机技术知识，查阅有关资料，设计一个以单片机为核心的LED点阵显示器系统，采用点阵LED作为显示器显示汉字。2.2工作原理2.2.1阵屏原理图2-1阵屏原理说明图图2-2最小系统图 8*8点阵为单色

9、共阳模块，单点的正向工作电压为（Vf）=1.8V,正向电流是（If）=810mA。静态点亮器件时（64点全部亮）的总电流是640mA，总电压是1.8V，总功率为1152mW。动态时取决与扫描频率（1/8s或1/16s），单点瞬间电流可达80160mA。点阵内部结构及外形如上，8X8点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行

10、就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮 。80S51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。由24块8*8点阵led构成一块大屏幕，单片机控制进行循环扫描，用多块移位寄存器控制输出内容，并由单片机串行输出显示内容的行编码，显示屏会滚动显示数字、字母。汉字等内容。 表1 8*8 LED点阵管脚分布1控制第五行显示接高9控制第一行显示接高2控制第七行显示接高10控制第四列显示接低3控制第二列显示接低11控制第六列显示接低4控制

11、第三列显示接低12控制第四行显示接高5控制第八行显示接高13控制第一列显示接低6控制第五列显示接低14控制第二行显示接高7控制第六行显示接高15控制第七列显示接低8控制第三行显示接高16控制第八列显示接低2.3.2 MCS-51的引脚及相关功能40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。如右图 ） 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端；注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是

12、保持在0v或者5v的。） 时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡 图2-3引脚电路反相输入端和输出端。 ） 控制线：控制线共有4根， ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN：外ROM读选通信号。 RST/VPD：复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在

13、EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。) I/O线80S51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。5）5. P3口第二功能 P30 RXD 串行输入口 P31 TXD 串行输出口 P32 INT0 外部中断0（低电平有效） P33 INT1 外部中断1（低电平有效） P34 T0 定时计数器0 P35 T1 定时计数器1 P36 WR 外部数据存储器写选通（低电平有效） P37 RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）8X8点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点

14、上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮 。第三章 方案选择3.1方案原理图： 图3-1方案原理图3.2方案分析：LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式： 点扫描 、行扫描、 列扫描采用列扫描、行施加数据信号的基本驱动方法。任意时间只有一列施加高电平信号，其余各列均为低

15、压信号。行施加对应该列的数据信号，低电平有效。以8x8 LED点阵列显示器为例说明字符显示原理，8列顺序扫描结束后，将完成一帧字符的显示。一帧扫描结束后，列扫描从第一行重新开始，周而复始。若行数据保持不变，则显示静态字符。反之，行数据发生变化，则显示内容将发生变化，如果保持前后帧内容的连贯性，就可以显示动态字符。由24块8*8点阵led构成一块大屏幕，单片机控制进行循环扫描，用多块移位寄存器控制输出内容，并由单片机串行输出显示内容的行编码，显示屏会滚动显示数字、字母。汉字等内容。第四章 设计与仿真4.1软硬件设计4.1.1硬件设计方案一中系统电路图可知系统整体由两大部分构成： 以单片机AT89

16、S51为核心的模块；由1块8*8的LED点阵显示屏组成的显示模块； 图4-1显示模块说明图以下是各单元电路的具体设计： （1）、主控制单片机 本次设计使用的是MCS-51的最小系统电路，包括：电源、时钟脉冲、复位电路和程序存储器设定电路，只是接受少量的数字和字符，不用外接存储扩展。时钟脉冲：MCS-51单片机的最高时钟脉冲频率已经达到了24MHz，它内部已经具备了振荡电路，只要在MCS-51的两个引脚（即19、18脚）连接到简单的石英振荡晶体的2个管脚即可，同时晶体的2个管脚也要用30pF的电容耦合到地。复位电路：MCS-51的复位引脚（RESET）是第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期

17、，即可产生复位的动作。以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲为0.5S，两个机器周期为1S，因此，在第9脚上连接一个2S的高电平脉冲，即可产生复位动作。最简单的就是只有一个电阻跟一个电容就可可靠复位的电路，电阻一般选择10K，电容一般选择10F。程序存储器设定电路：31脚接VCC，默认采用内部程序存储器。（2）、LED显示模块 本次设计中8*8的LED电子显示屏的制作。相对而言是比较简单的。4.1.2软件设计(1) 显示代码的设计 假设显示汉字“江”如图所示： 图4-2显示“江”字只要把这些代码按扫描顺序分别送到相应的列线上面，即可实现“汉”的数字显示。其他列代码用类似方法设计。送显示代码过

18、程如下所示 送第一列线代码到P3端口，同时置第一行线为“0”，其它行线为“1”，延时2ms左右，送第二列线代码到P3端口，同时置第二行线为“0”，其它行线为“1”，延时2ms左右，如此下去，直到送完最后一列代码，又从头开始送。由于扫描速度很快，眼睛看到的是完整的字。则类似可得其他汉字及字符的编码。（2）程序设计1.流程图如图所示：程序采用循环扫描显示，中断刷新显示内容的方法，字符转换周期为1秒，行扫描和字符控制用查表程序完成。 图4-3 程序流程图(2)程序设计 ORG 0000HLOOP: MOVA,#0ffH MOVP2,A MOVR2,#200D100MS: MOVR3,#250 DJN

19、ZR3,$ DJNZR2,D100MS MOV20h,#00hL100: MOVR1,#100L8: MOVR6,#8 MOVR4,#7FH MOVR0,20HL3: MOVA,R4 MOVP1,A CPL A RRA CPL A MOVR4,A MOVA,R0 MOVDPTR,#TABLE MOVCA,A+DPTR MOVP2,A INCR0 MOVR3,#02DELAY2: MOVR5,#248 DJNZR5,$ DJNZR3,DELAY2 MOVA,#00H MOVP2,A DJNZR6,L3 DJNZR1,L8 MOV20H,R0 CJNER0,#48,L100 JMPLOOPTABL

20、E: DB0D7H,85H,0BBH,0BBH,83H,0BBH,0BBH,0FFH DB0D3H,0E1H,0C3H,0B5H,0D3H,03H,0ADH,0FFH DB0FFH,0D7H,0D5H,15H,0EBH,0D5H,0F7H,0FFH DB0FFH,81H,4DH,0A9H,0C5H,8BH,7BH,0FFHEND(3)程序调试调试程序采用Keil uVision3，首先启动keil软件的集成开发环境，点击“ProjectNew Project”建立新的工程，选择MCS-51作为目标芯片。建立新的源文件，将程序输入并将源文件添加到工程中。 图4-4 程序调试图编译程序并改正程序中

21、的错误，当程序没错误后点击“Debug Start/Stop Debug ”进入程序动态调试状态，验证程序能不能正确的执行，不能则从新修改源程序，如果能则调试工作结束。 图4-5 程序调试图4.2绘制电路图及印刷板图用protell99SE画出电路原理图如下： 图4-6电路原理图4.3计算机仿真电路图 图4-7 电路仿真图(1) 打开Keil uVision3，新建Keil项目，选择MCS-51单片机作为CPU，新建C语言源文件，编写程序，并将其导入到“Source Group”中。在“Option for Target”对话窗口中，选中“Output”选项卡中的“Create HEX”选项和

22、“Debug”选项卡中的“Use：Proteus VSM Simulator”选项。编译源程序，改正程序中的错误。(2) 在Proteus ISIS中，选中AT89S51并单击鼠标左键，打开“Edit Compoment”对话窗口，设置单片机晶振频率为12MHZ，在此窗口中的“Program File”栏中，选择先前用Keil生成的.HEX文件。在Proteus ISIS的菜单栏中选择“File”-“Save Design”选项，保存设计。在Proteus ISIS的菜单栏中，打开“Debug”下拉菜单，在菜单中选中“Use Remote Debug Monitor”选项，以支持与Keil的联

23、合调试。(3) 在Keil的菜单栏中选择“Debug”-“Star/Stop Debug Session”选项，或者直接单击工具栏的“DebugStar/Stop Debug Session”图标，进入程序调试环境。按“F5”键，顺序运行程序。调出“Proteus ISIS”界面，可以看到如下图的显示内容。仿真结果显示汉字 图4-8 显示结果第五章 结论单片机是当前流行的控制技术，使用简单、功能强大、成本也很低，对于我们以后的工作有很大用处，这次我们用单片机来完成不仅提高了我们对单片机的兴趣，而且使我们所学知识在实际中得到应用，提高了我们的应用能力。本设计是一个 8x8 的点阵 LED 数码显

24、示器， 能够在目测条件下显示亮度均匀、充足的文字。总结本文的研究工作，主要做了下面几点工作： 一、通过查阅大量的相关资料，详细了解了 LED 的发光原理和 LED 显示屏 的原理，了解了 LED 的现状，清楚地了解了 LED 显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。并且通过对单片机资料的查阅和应用，更进一步增加了对单片机知识的理解和运用能力。并证实了自己的思路：“查资料思考总结运用找出差错，再查资料和向别人询问再次运用”的正确性。二，通过这次课程设计，重新复习并进一步增强了动手的能力，学以致用，只有把学到的东西运用到实际生活中才是根本目的。作出的结果可能不能让老师十分满意，但我们已

25、经为我们的成果欢呼雀跃了。在实际中的应用还会更难，这都需要我们不断的学习新的技术，不断提高自己的应用能力。致谢历时将近一个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师黄品老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋

26、友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参考文献1郑初华主编 汇编语言、微机原理及接口技术 第2版 北京：电子工业出版社 20062张友德等 单片微型机原理、应用与实验 第五版 上海：复旦大学出版社 2003网站：电子工程师之家3康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，20064严天峰 单片机应用系统设计与调试.北京:北京航空航天大学出版社,20055李广弟，朱秀月，冷祖祁.单片机基础（第三版）.北京:北京航空航天大学出版社,20076胡汉才.单片机原理及

27、系统设计. 北京:清华大学出版社,2002 7 南建辉，熊鸣，王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例. 北京:清华大学出版社,2004 毕业论文成绩评定表专业班级机自班姓 名XXX论文题目基于单片机的LED广告牌设计指导教师初审成绩评定内容论文选题资料利用学术造诣知识掌握科研能力论文完成情况写作能力写作规范总成绩成绩评分标准10分10分20分20分10分10分10分10分100分实际评分评阅教师评阅成绩评定内容论文选题资料利用学术造诣知识掌握科研能力论文完成情况写作能力写作规范总成绩评分标准10分10分20分20分10分10分10分10分100分实际评分答辩成绩评定内容仪态仪表语言答辩效果知识掌握科研能力论文完成情况写作能力写作规范总成绩评分标准10分10分20分20分10分10分10分10分100分实际评分评语指导教师评语评阅教师评语答辩小组评语指导教师： 年 月 日评审教师： 年 月 日答辩负责人： 年 月 日