单片机课程设计格式.docx
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单片机课程设计格式
单片机课程设计
课题:
超声波测距
系别:
电气与电子工程系
专业:
电气工程及其自动化
姓名:
张三
学号:
0914102XX
指导老师:
田巍
河南城建学院
2012年01月11日
成绩评定·
一、指导教师评语(根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定)。
课程设计成绩评定
班级姓名学号
综合成绩:
指导教师签字年月日
1、设计目的
1了解16*16矩阵式LED的工作原理
2掌握单片机扩展16*16点阵LED显示汉字的编程方法二、设计要求
本设计采用四片锁存器74LS273扩展了一片16*16的共阳极LED显示器,1#和2#用于控制,3#和4#用于控制,每列扫描一列,数据分两次送入,共扫描16次
在本设计中给出了两个汉字显示的点阵图,要求在LED显示器上轮流显示‘徐强‘两字’。
三、总体设计
3.1总体框图
图3-1设计原理图
主要是由AT89S51芯片,一个复位电路和一个时钟电路组成的,还有就是用到四片74LS273锁存器,最后用到的就是四个8*8点阵。
3.2工作原理
3.2.1AT89C51单片机概述
AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器(FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory,FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,能够进行1000次写/擦循环,数据保留时间为10年。
他是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
因此,在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C52芯片。
图3.2.1AT89S51
3.2.2管脚说明
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
3.2.3振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.2.4LED显示说明
随着现代光电技术、微电子技术及计算机技术的飞速发展和普及,LED显示屏已遍及社会的各个领域。
简单的讲,显示屏就是由若干个可组合拼接的显示单元构成屏体,再加上一套适当的控制器。
所以多种规格的显示板配合不同技术的控制器就可以组成许多种LED显示屏,以满足不同环境,不同显示要求的需要。
LED显示屏是由几万到几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。
利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。
目前应用最广的是红色、绿色、黄色。
而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。
LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。
LED显示屏的分类:
按颜色可以分为单基色显示屏、双基色显示屏、全基色显示屏;按显示器分类LED数码显示屏、LED点阵图文显示屏;按实用场合分类有室内显示屏和室外显示屏。
仔细分解一个LED显示屏,它有以下一些要素构成:
金属结构框架、显示单元、扫描控制板、开关电源、双绞线传输电缆、主控制仪、专用显示卡及多媒体卡、电脑及其外设、其它信息源。
16*16点阵显示LED有两种形式:
共阳极形式和共阴极形式,本练习中字符采用16*16点阵排列,将字型分为上下两个部分,上半部16列,每列用一个字节表示(8)个点,下半部分也是16列,每列也用一个字节表示(8个点),因此每个字需要32个字节来表示。
下图1是一种共阳极形式
图3.2.4LED共阳极形式
3.2.574LS273锁存器
74LS273是8位数据/地址锁存器,他是一种带清除功能的8D触发器,下面我介绍一下他的管脚图功能表等资料。
(1).1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出0,即全部复位;
(2).当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上.
74ls273管脚功能:
1D~8D为数据输入端,1Q~8Q为数据输出端,正脉冲触发,低电平清除,常用作8位地址锁存器。
下图是74LS273的管脚图:
图3.2.574LS273管脚图
3.2.6主程序框图
四、各部分电路设计
4.1单片机的振荡电路
单片机外围电路一般有两块:
时钟电路(如图3.2.3)和复位电路(3.2.4)
时钟电路由一个晶振和两个小电容组成,用来产生时钟频率
复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成,用来产生复位信号,使单片机上电的时候复位。
图4.1振荡电路
AT89C52单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器,XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端,时钟可由内部和外部生成,在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件,内部振荡电路就会产生自激振荡。
系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
晶振频率选择12MHz,C1、成的电容值取22PF,电容的大小频率起微调的作用
4.2单片机的复位电路
图4.2复位电路
单片机有多种复位电路,本系统采用电平式开关复位与上电复位方式,当上电时,C1相当于短路,使单片机复位,在正常工作时,按下复位时单片机复位。
在有时碰到干扰时会造成错误复位,但是大多数条件下,不会出现单片机错误复位,而可能会引起内部某些寄存器错误复位,在复位端加一个去耦电容,则会得
到很好的效果。
4.316*16LED显示屏电路和原理
16*16LED显示屏电路由四个8*8LED点阵组成的,其中二极管的正极控制器也就是AT89C52,负极接译码器也就是74LS138。
显示屏可以显示字符、汉字、动画等任何图形。
该电路充分利用了单片机的I/O口资源.使整机硬件达到最简。
816*16点阵的原理:
点阵LED扫描法介绍点阵LED一般采用扫描式显示,实际运用分为三种方式:
(1)点扫描;
(2)行扫描;(3)列扫描。
若使用第一种方式,其扫描频率必须大于16×64=1024Hz,周期小于1ms即可。
若使用第二和第三种方式,则频率必须大于16×8=128Hz,周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。
此外一次驱动一列或一行(16颗LED)时需外加驱动电路提高电流,否则LED亮度会不足。
16*16点阵LED工作原理说明:
16*16点阵共需要256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,当对应的某一列置1电平,某一行置0电平,则相应的二极管就亮;因此要实现一根柱形的亮法,对应的一列为一根竖柱,或者对应的一行为一根横柱,因此实现柱的亮的方法如下所述:
一根竖柱:
对应的列置1,而行则采用扫描的方法来实现。
一根横柱:
对应的行置0,而列则采用扫描的方法来实现。
电路如图所示:
图4.3显示屏电路
五、整体电路图
六、仿真及调试
在经过自己绘制电路图,自己编写程序,然后到仿真,能够在仿真软件上清晰地显示“徐强”两个字。
在经过焊制板子的过程中,由于需要连接的线比较的多,有的的地方连接的接触不良,硬件显示的效果不是很好。
七、设计总结
虽然本设计只使用了四块8*8点阵,电路简单,但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序,在设计的过程中应该使显示文字稳定、清晰无串扰。
本系统具有硬件少,结构简单,容易实现,性能稳定可靠,成本低等特点。
在此次设计中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。
通过这次课程设计,重新复习并进一步学习了MCS-51;熟练掌握了AT89S51芯片的原理。
进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力。
但是从中也存在不足之处:
对知识的积累还不够,有些问题自己不能够独立解决,对实验操作还要进一步熟练,只有这样才能让自己在不断的学习中提高自己。
由于连接导线不稳定,所有最终的硬件时好时坏。
八、参考文献
[1]《单片机原理及应用》,张毅刚、彭宇,高等教育出版社,2009.1
[2]《点阵LED显示屏控制系统》,韩润萍,陈小萍,微计算机信息,2003
[3]《基于单片机的LED显示屏的汉字显示》,阳进,中国科技信息,2005
[4]《LED显示屏技术综述》,刘欣铭,张广斌黑龙江电力,2003
[5]《单片机原理及其嵌入式应用教程》,王宜怀,北京希望电子出版社,2002
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