单片机课程设计（论文）led点阵显示器

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1、目录摘要（1）第一部分 系统概论（1）1.1设计任务（1）1.2总体设计（2）1.2.1控制核心CPU的选择（3）1.2.2键盘的选择（3）.1.2.3报时方案选择（4）第二部分 系统硬件设计（4）2.1显示器模块（4）2.2键盘输入模块（5）2.3温度检测（6）2.4时钟模块（7）2.5整点报时（8）2.6掉电保护（8）第三部分 系统软件设计（8）第四部分 系统调试（）结束语（）附录（）I.主要元器件明细表II.程序III.总体连接图摘要本系统以AT89C52R单片机为核心控制，通过芯片74LS154控制列，74LS595控制行来驱动16*64的LED点阵。本设计实现了时间，温度的显示，以及

2、显示屏的亮度调节等功能。另外，通过键盘，还可以实现时间的调整与设定。此外，我们对此设计做了相应的扩展，校庆倒计时提醒以及多组闹铃设计，与PC机的通讯，屏幕信息的滚动以及循环显示，此外，为了应付突发断电情况，我们还相应的设计了利用辅助纽扣电池以实现掉电保护功能。关键词：单片机AT89C52R 点阵LED 键盘 滚动 循环显示 掉电保护 第一章 设计任务与要求说明1.设计任务 设计并制作一台LED电子显示屏，原理示意图如下：LED显示控制显示器控制器串行口键盘接口数据存储器PC机键盘图1.1 LED电子显示屏原理框图2.要求设计并制作LED电子显示屏和控制器。自制一台16行*64列点阵显示的LED

3、电子显示屏；自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏亮度连续可调，显示信息时应无闪烁；显示屏实现实时时间的显示：星期年月日时分秒；格式自定。显示屏实时显示室内温度与湿度；通过键盘可以实现时间、日期与星期的校正。3.说明显示格式和显示信息可以自定义。电子显示屏LED显示灯只允许使用8*8 LED点阵显示模块。显示屏的显示控制方案和控制器的选择方案任选。不允许使用LED集4.发挥部分：实现和PC机通讯，通过PC机串口直接对显示信息进行更新（须做PC机客户程序）；实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示，且信息具有掉电保护；整点报时；可以设置多个定时闹铃, 非接触止闹；

4、其他发挥功能。第二章 系统方案选择与论证1.1总体设计将本系统划分为以下几个模块：控制模块：发出命令，协调各功能部分工作键盘模块：通过手动对显示数据进行校正温度模块：检测室内实时温度，并将温度信息传送给控制器时钟模块：计时掉电保护模块：防止突然掉电造成的数据丢失显示模块：显示时间、日期、星期、温度报时模块：到达整点发出提示声音总体框图如下单片机STC89C52R辅助电源模块显示模块时钟模块电源模块连接模块温度模块键盘模块报时模块 图1.2 总体框图1.2方案选择与论证1.2.1 控制核心CPU的选择方案一: STC89C52单片机，控制方法简单、成熟，价格便宜，能实现题目中所要求的控制功能。方

5、案二:STC89C58RD+，该单片机功能与普通51单片机相同，只是内部存储器容量较52单片机大，但是价格较高。方案一已足以满足题目要求，因此考虑到性价比，我们选择了方案一。1.2.2 键盘的选择本系统使用的键盘只需要简单提供行和列矩阵，其他工作均由软件完成，即非编码式键盘，它有以下两种：方案一、独立式键盘：直接用IO口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键独占用一根io口线，每个按键的工作不会影响其他IO口线的状态。这种键盘优点是电路简单，软件结构简单。方案二、矩阵式键盘：由行线和列线组成，按键位于行列交叉点上，行线和列线分别接到按键开关两端，当有按键按下时，对应的行列线将导通。经分析，独立

6、式键盘缺点是每个按键必须占用一根IO口线，在按键较多时，要占用较多的IO口线而矩阵式键盘较之独立键盘要节省很多IO口线。为了减少与单片机接口时所占用的IO口线的数目，因此选用方案二。1.2.3 报时方案选择方案一：采用蜂鸣器报时，蜂鸣器报时电路简单，成本较低，缺点是音调比较单调。方案二：采用音乐报警电路。这样可使报警声优美悦耳，更富人性化。考虑到报时只是附加功能，为节省成本，减少系统体积，采用方案一。 1.2.4 温度方案选择方案一：可以使用热敏电阻作为测温元件，热敏电阻精度高。但是需要AD转换器，需要配合电桥电路，电路设计比较麻烦，因此排除。方案二：采用半导体集成的温度传感器作为测温元件，半

7、导体元件DS13B20本身就有AD转换，因此省去了很多复杂的外部元件，节省了资源。考虑到成本以及实用性原则，我们采用第二种方案。 1.2.5 连接模块的选择方案一：RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。最大传输距离为15m。方案二：RS-485总线，要求的通讯距离是数十米到数千米时间。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线即可。而且根据我们实际的传输要求，通讯距离只有不过1m，因此我们选择方案一。 1.2.6 时钟模块方案选择方案一：DS1302，是一个高性能，低能耗的时钟芯片，包括了实时对时分

8、秒年月日以及闰年的计数处理，并且具有掉电保护功能，还可利用外部电源对其进行慢速充电，电压为2.5v-5.5v之间，且一共有8个管脚。方案二：MC146818，具有年月日时分秒的计时和闰年补偿功能，且具有掉电保护功能。一共有24个管脚。方案三：不采用任何时钟芯片，只用单片机内部时钟计数。因为MC146818不具备周的调节，且管脚数太多，因此不采用，而方案三虽然结构简单，但是不能进行掉电保护，且时间可能走的不准确，也不采用。方案一，芯片结构简单，具有掉电保护，且成本较低，因此选用方案一。第三章 系统的硬件设计3.1显示器模块.我们用16块8*8 共阴极LED连成16*64的点阵显示屏。一片8*8点

9、阵与单片机连接原理图如下。只要对应的X，Y轴顺向偏压，即可使LED发亮，限流电阻可以在X轴或Y轴。3.2驱动模块显示器的亮度直接影响着最终的显示效果，因此在选择芯片时候必须考虑到这个问题。16*64点阵相对而言较多，因此必须给以合适的放大芯片，才能保证使其发亮正常。因此我们设计时候考虑用8片74HC245来放大信号，后经过实验证明，本设计只用74HC595即可驱动其点阵，并且亮度适中。其中74HC的管脚及其功能如下。74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。

10、 数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。 8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态，三态。 3.3键盘输入模块2.12.22.32.72.62.5AT89C52键盘与单片机连接图如图：系统采用定时扫描键盘的方式，利用单片机内部定时器，产生10ms的定时间格，当定时时间到就产生定时器溢出中断，单片机响

11、应中断对键盘进行扫描取值。图2.2 键盘与单片机连接所示的键盘示意图中，本设计只用其中的5个键，各键功能如下：1号键：调整时间。正常滚动显示时，按1键，此时“年”显于显示屏上，如2011，,11闪动 ，重复按1键，进行年、月、日、时、分、星期的依次切换。2号键：对要调整的数值进行加1运算3号键：对要调整的数值进行减1运算4号键：闹钟切换键5号键：设置闹钟3.3时钟模块DS1302可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与 31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5 5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源

12、），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部 引脚分配如右图3.3.1所示。 图3.3.1由于DS1302管脚数较少， 因此和单片机的连接也相对比较简单，此处的晶振的大小都会影响振荡频率的偏移，如果晶振不能正常的起振，一般可以在其两边分别串一个电容，并接地。DS1302与单片机的连接如图3.3.2所示。 图3.3.23.4温度检测采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20数字温度传感器提供9位温度读数,对应的可辨温度为0.5°C。并且其采用独特的单线接口方式，它与单片机连接时只需要一条口线即可实现单片机与DS18B20的双向通信。测量结

13、果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给单片机，同时可传送CRC校验码，具有较强的抗干扰纠错能力。 DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值 量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。其与单片机连接如图3.4.1 P1.489C52I/OUDDGND5V 18B20图3.4.1 DS1820单片机连接2.5整点报时 采用DS1302与蜂鸣器连接构成整点报时电路，当1302内部计时器及时到整点时，产生驱动信号，驱动晶振。连接图如图第四章 软

14、件设计开 始 初始化程序，开中断一级判断判断状态，散转状态0状态1状态2状态3状态4状态5状态6N状态改变NN状态改变状态改变状态改变NNN状态改变状态改变YYYYYY二级判断一级判断判断状态，散转状态04状态03状态02状态01状态00状态改变状态改变状态改变状态改变二级状态改变二级判断Y一级状态改变一级判断NNY注：主程序流程图中:一级判断的状态地址为39H；二级判断的状态地址为66H 状态的功能和对应状态值如表1-1表1-1一级状态 39H内容 实现的功能状态000H进入二级状态，实现内容显示和闹钟定时状态101H实现对时间年位调整，显示器年位闪动状态202H实现对时间月位调整，显示器月

15、位闪动状态3 03H实现对时间日位调整，显示器日位闪动状态404H实现对时间时位调整，显示器时位闪动状态505H实现对时间分位调整，显示器月分闪动状态606H实现对时间星期位调整，显示器星期位闪动二级状态66H内容实现的功能状态0000H实现文字，时间，温度一次左滚显示，并能报时状态0101H实现对1号闹钟时位调整，显示器时位闪动状态0202H实现对1号闹钟分位调整，显示器分位闪动状态0303H实现对2号闹钟时位调整，显示器时位闪动状态0404H实现对2号闹钟分位调整，显示器分位闪动状态1子程序流程图开 始39H值为01HN一级判断Y对年位寄存单元内容调整年闪动实现调整位闪动开 始显示“口20

16、*年”四字四次显示“口20口年”四字四次 注：“口”为空屏 RET注释：状态2.3.4.5和6与状态1相似，判断是只需参照表1-1改变39H中值，调整相应位，如果39H内容位00H,程序进入二级判断二级判断流程开 始状态00在0状态否N一级判断N在00状态否Y二级判断闹钟到YY显示闹钟，响铃N左滚动显示汉字、时间、温度注：0状态标志值存在39H,00状态标志值存在66H，见表1-1左滚动显示汉字、时间、温度 子程序开 始 将八个字的点阵地址存入内存 显示前四个字调用左移一列字程序左移64列及左移了四个字NY将新的四个字的点阵地址存入内存所有数据输入完NYRET 状态01开 始状态改变否？二级判

17、断调整1号闹钟时位时位闪动注：状态02、03、04的软件设计与状态01相似，只需通过键盘改变66H相应值键盘程序（注释：键盘采用时间中断扫描，每10ms扫描一次键盘）中断置P2为输入输出N 有按键按下赋9Y延时20ms消抖N 有按键按下？YRET 按键识别N按键释放？ Y 延时20ms消抖按键释放？Y Y 0号键处理程序0按键摁下？Y1按键摁下？ 1号键处理程序Y 2号键处理程序2按键摁下？ RET 0号键处理流程开 始38H里内容加138H内容大于6Y38H置0NRET注：38H内存储一级判断值，0号键实现对一级状态的切换 1号键处理程序 2号键处理程序开 始开 始 将对应状态调整位加1将对

18、应状态调整位减1RETRET3号键处理程序 4号键处理程序开 始开 始将闹钟开通标志单元置0，关闭闹钟66H里内容加1RET66H内容大于466H置0RET 注:66H存储二级判断值，3号键实现对一级状态的切换 第四部分 系统调试结束语本系统设计在完全满足设计要求的同时，采用材料器件成本低，用18B20进行探测，将温度传感器采集到的室内温度信息传输给单片机，使温度数值较准确地显示在显示屏上；利用1302本身的结构特点，加之以充放电电容，蜂鸣器等器件的辅助，达到计时目的，实现整点报时，掉电保护的功能；通过数字键盘可以修改时间、日期与星期的校正；也可通过PC机串口对显示信息进行更新。本系统在实现基

19、本要求的同时，也完成了发挥部分。本系统在设计方面，最明显的特点之一是只用5个键就完成多个状态的输入与切换，减少了键盘的接线，这一点在软件流程图中明显的体现了出来。通过系统调试，本系统能很好实现滚动显示，无频闪，与标准时钟对照，报时准确，键盘输入灵活，反应快，达到预期效果。若将本系统采用在实际生产生活中，作为电子显示屏使用，在整点报时的闹铃方面，采用录音放音芯片1420闹铃，先对录放音设备录入一段音乐，当到设定时间时，单片机控制录放音设备放音。采用录放音电路铃声可以自己预先设定一段自己喜欢的音乐，符合电器设备人性化的要求。且1420芯片可以分段录音，还具有语音报时功能，但结构复杂，成本高。附录：

20、I.主要原器件明细表名称数量备注8*8点阵LED16显示器件DS13021时钟芯片HS11011湿度传感器DS18B201温度传感器74LS15414-16译码器74HC5958移位寄存器AT89C521单片机晶振1整点报时电阻若干电容若干二极管若干三极管若干单排插针若干双排插针若干导线若干II.参考文献1. 黄智伟·全国大学生电子设计竞赛训练教程·北京·电子工业出版社,2005年2. 潘新民王燕芳·微型计算机控制技术·北京·电子工业出版社·2011年3. 孙肖子,邓建国等·电子设计指南·北京·

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