重力感应点阵显示.docx
- 文档编号:24815649
- 上传时间:2023-06-01
- 格式:DOCX
- 页数:31
- 大小:316.59KB
重力感应点阵显示.docx
《重力感应点阵显示.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《重力感应点阵显示.docx(31页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
重力感应点阵显示
郑州大学西亚斯国际学院
本科毕业论文(设计)
题 目 重力感应点阵显示
指导老师 XXX 职称 助教(硕士)
学生姓名 XXXX 学号 20071521144
专 业 电子信息工程 班级 电信
(1)班
院 (系) 电子信息工程学院电子工程系
完成时间 2011年04月30日
重力感应点阵显示系统
摘 要
重力感应技术是的基本原理就是由于受力方向和重力加速度的变化,而做出相应的程序反应,测量内部一片重物重力正交两个方向的分力大小,来判定水平方向重力感应器能利用地球重力场感知目前的姿态,如直立、水平、横向……
程序可以调用重力感应器的信息做出相应的反馈,比如屏幕图像从直屏变横屏等。
LED点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。
它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。
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。
本文给出了一种基于MCS-51单片机的重力感应点阵显示屏的设计方案。
包括系统具体的硬件设计方案,软件流程图和部分C语言程序等方面。
关键词 MCS-51/16×16点阵/重力感应
BASEDONTHELATTICEDESIGNFORLARGESCREEN DISPLAY
ABSTRACT
Gravityinductiontechnologyyesbasicprincipleisduetothestresschangesofdirectionandgravityacceleration,andmakesthecorrespondingprogramreaction,measuringinternalaclogtwodirectionsofthecomponentofgravityorthogonaltodeterminethesize,horizontaldirectioncanusetheearth'sgravitationalfieldgravitysensorposture,suchastheperceptionnowerect,level,horizontal..
Destemisusinglight-emittingdiodesdotmatrixmodulesorpixelunitcomposedofaflatdisplayscreen.Ithashighluminousefficiency,longservicelife,configure,flexible,richcolorandforindoorandoutdoorenvironmentadaptiveness,etc.DestemcandisplayNumbers,orsymbols,usuallyusedtodisplaythetime,speed,thesystemstate,etc.ThispapergivesamethodbasedonMCS-51SCMgravityinductiondotmatrixdisplaydesign.
KEYWORDS MCS-51,16×16pixels,sensor
目 录
中文摘要 I
英文摘要 II
1绪论 1
2系统总体设计 1
2.1需要实现的功能 1
2.2系统设计 1
3系统硬件设计 3
3.1系统硬件电路设计 3
3.2主控模块 3
3.2.1AT89S52主要功能及特性 4
3.2.2管脚说明 5
3.2.3复位电路 7
3.2.4振荡电路 8
3.2.5芯片擦除 9
3.3硬件扫描 9
3.3.174HC154特性 10
3.3.274HC154参数 11
3.4锁存电路 11
3.4.174LS373引出端符号 12
3.4.274LS373真值表 12
3.5显示部分设计 13
3.6重力感应模拟设计 14
4系统软件设计 16
4.2PROTEUS仿真软件概述 17
4.3Protues的结构体系图表 18
4.4 Protues的主要功能 18
4.4.1Protues vsm 18
4.4.2Protues pcbdesign 18
4.4.3 Protues 的特点 18
总 结 20
感 言 21
致 谢 22
附 录1 24
附录2 25
第一章绪论
LED显示屏显示画面色彩鲜艳,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。
在实际应用中的显示屏由于成本和可靠性的因素常采用一种称为动态扫描的显示方法。
LED点阵显示屏的构成型式有多种,其中典型的有两种。
一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内,能进行固定内容的多幅汉字显示,称为单显示型;另一种在机内设置了字库、程序库,具有程序编制能力,能进行内容可变的多幅汉字显示,称可编程序型。
目前,国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型,其显示的内容相对较少,显示花样较单一。
一般在产品出厂时,显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内,当需要更换显示内容时就非常困难,这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。
国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏,虽然增加了显示屏系统的编程能力,显示内容和显示花样都有所增加,但也存在着更换显示内容不便的缺点。
随着社会经济的迅速发展,如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。
因此传统的LED显示屏控制
系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。
而利用PC机通信技术控制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点。
本设计是基于单片机(AT89S52)讲述了16×16LED汉字点阵显示的基本原理、硬件组成与设计、程序编译与下载等基本环节和相关技术。
第二章系统总体设计
2.1需要实现的功能
显示预先想要显示的内容,在本设计中要求显示“大”1个文字,显示方式:
随着点阵的旋转而显示“大”字的正向,由于设计有限,只能显示四个正面。
所以达不到完全的重力感应。
本系统设计思路是:
利用单片机对整个系统进行总体控制,进行显示所要显示的字符。
其中显示字模数据由单片机输入显存,点阵的点亮过程有程序控制,由驱动电路完成,点阵采用单色显示,该显示器电路的特点是:
点阵的动态显示过程占用时间比较短,亮度比较高。
本系统的设计的总体思想,是由主机发出控制信号。
送往驱动电路,形成行信号,列信号,从而点亮整个大屏幕。
根据以上特性决定采用ATMEL公司的高密度存储器技术。
片内的FLASH存储器允许在线改写程序或用常规的存储器、编程器AT89S52来编写。
2.2系统设计
图2-1系统电路框图
如图2-1所示,本产品拟采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现,主要由AT89S52芯片、电源、行驱动器、列驱动器、16×16LED点阵5部分组成。
从理论上说,不论显示图形还是文字,只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光,就可以得到我们想要的显示结果,这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。
16x16的点阵共有256个发光二极管,显然单片机没有这么多的端口,如果我采用锁存器来扩展端口,按8位的锁存器来计算,16x16的点阵需要256/8=32个锁存器。
这个数字很庞大,因为我们仅仅是16x16的点阵,在实际应用中的显示屏往往要大得多,这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。
因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计,而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。
动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮,这样扫描驱动电路就可以实现多行(比如16行)的同名列共用一套驱动器。
具体就16x16的点阵来说,把所有同1行的发光管的阳极连在一起,把所有同1列的发光管的阴极连在一起(共阳极的接法),先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存,然后选通第1行使其燃亮一定时间,然后熄灭;再送出第二行的数据并锁存,然后选通第2行使其燃亮相同的时间,然后熄灭;以此类推,第16行之后,又重新燃亮第1行,反复轮回。
当这样轮回的速度足够快(每秒24次以上),由于人眼的视觉暂留现象,就能够看到显示屏上稳定的图形了。
采用扫描方式进行显示时,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。
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。
第三章系统硬件设计
3.1系统硬件电路设计
硬件电路图见附录1
所需元件:
元件编号 规格参数 作用简介
U1 AT89S52 核心控制芯片
U2 74HC154 4线-16线译码器
U3、U4 74LS373 三态输出透明锁存器
LED1 16*16LED点阵 组成汉字显示屏
R1 10K
R2 1K
R3、R4、R5、R6 10K
C1、C2 30pF 时钟电路
C3 10μF 电解电容
K1、K2 按键开关
X1 12MHZ晶振
3.2主控模块
本设计主控单元是以AT89S52单片机为核心芯片,控制所要显示的内容存储数据,外加单片机最小系统单元。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有4K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
图3-1系统主控单元
3.2.1AT89S52主要功能及特性
AT89S52具有以下标准功能:
4k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
●?
4K字节在系统可编程Flash存储器
●?
1000次擦写周期
●?
全静态操作:
0Hz~33Hz
●?
三级加密程序存储器
●?
32个可编程I/O口线
●?
三个16位定时器/计数器
●?
八个中断源
●?
全双工UART串行通道
●?
低功耗空闲和掉电模式
●?
掉电后中断可唤醒
●?
看门狗定时器
●?
双数据指针
●?
掉电标识符
3.2.2管脚说明
图3-2AT89S52引脚图
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如表3-1所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
表3-1P1口的第二功能
引脚号
第二功能
P1.0
T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
P1.1
T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)
P1.5
MOSI(在系统编程用)
P1.6
MISO(在系统编程用)
P1.7
SCK(在系统编程用)
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口作为AT89S52的一些特殊功能口,如表3-2所示:
表3-2P3的特殊功能
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复位电路
为确保微机系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%,即4.75~5.25V。
由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。
目前为止,单片机复位电路主要有四种类型:
(1)微分型复位电路;
(2)积分型复位电路;(3)比较器型复位电路;(4)看门狗型复位电路。
电路图如下:
图3-3复位电路
3.2.4振荡电路
电路图如下:
图3-4晶振电路
晶振是晶体振荡器的简称,在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容,请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。
3.2.5芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89S52设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所有其它芯片功能。
3.3硬件扫描
为了送出每行的扫描信号,扫描电路用74HC154芯片。
图3-5
74HC154是一种高速CMOS器件,74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。
74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入,并提供16个互斥的低有效输出。
74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选道,以消除输出端上的通道译码“假信号”,也可用于译码器扩展。
该使能门电路包含两个“逻辑与”输入,必须置为低以便使能输出端。
任选一个使能输入端作为数据输入,74HC154可充当一个1-16的多路分配器。
当其余的使能输入端置低时,地址输出将会跟随应用的状态。
3.3.174HC154特性
●16线多路分配功能
●4位二进制码输入译码至16个互斥输出
●兼容JEDEC标准no.7A
●温度范围 -40~+85℃ -40~+125℃
●ESD保护
HBM EIA/JESD-A114D超过2000V
NM EIA/JESD22-A115-A超过200V
3.3.2 74HC154参数
●74HC154基本参数
电压 2.0~6.0V
驱动电流+/-5.2Ma
传输延迟 11ns@5V
●74HC154其他特性
逻辑电平 CMOS
功耗考量 低功耗或电池供电应用
●74HC154封装与引脚
SO24, ssop24, DIP24, TSSOP24
3.4锁存电路
为了显示第一条扫描线,则先送入上面部分的显示信号,再对上面部分的锁存器送入一个正脉冲,即可将该信号锁在该锁存器里而不受影响;紧接着,下面部分的显示信号再对下面部分的锁存器送一个正脉冲,即可将该信号锁在该锁存器里而不受影响。
图3-574LS373引脚图
74LS373为三态输出的八D透明锁存器,共有54S373和74LS373两种线路结构型式。
当三态允许控制端OE为低电平时,O0~O7为正常逻辑状态,可用来驱动负载或总线。
当OE为高电平时,O0~O7呈高阻态,即不驱动总线,也不为总线的负载,但锁存器内部的逻辑操作不受影响。
当锁存允许端LE为高电平时,O随数据D而变。
当LE为低电平时,O被锁存在已建立的数据电平。
当LE端施密特触发器的输入滞后作用,使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。
3.4.174LS373引出端符号
D0~D7数据输入端
OE三态允许控制端(低电平有效)
LE锁存允许端
O0~O7输出端
3.4.274LS373真值表
表3-3
3.5显示部分设计
本设计的显示部分是有四块8*8的LED点着构成的,通过单片机的控制,经驱动电路驱动,软件和硬件的结合,从而实现随着旋转显示汉字,也就是简单的重力感应显示,达到设计目的
每个8*8点阵模块是由64个发光二级管组成,且每个发光二极管是放置在各行各列的交叉点上。
当对应的某一列置低电平,而另一列置高电平,则在该行和该列交叉点的二极管就会亮,LED点阵屏就是由若干个点阵模块组成的,它通过一定的控制方式,就可以显示文本、文字、图形、图像、动画等各种信息,以及电视、录像等各种信号。
LED点阵显示屏的技术已相当成熟。
本系统中的LED点阵显示屏幕是有4块8*8的单色点阵模块级联成为16*16的点阵显示模块。
图3-6 16×16点阵显示屏
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。
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时需外加驱动电路提高电流,否则LED亮度会不够。
3.6重力感应模拟设计
水银开关其实是倾斜传感器的一种,如小灯泡一般的玻璃外壳里包着一颗光洁无暇的金属球,这颗小球便是水银了。
汞,俗称水银,虽然是金属,但常温下是液态的。
具备金属的导电特性,又总是光洁如新,不被污染的样子。
一不小心打破了玻璃外壳,应该立即把它收在瓶中密封,万不可不管不问,以免引起疾病。
但大家也不要害怕,小心一点就行了,不至于过分恐慌。
水银小球的旁边是两根金属丝,较长的一根始终与水银球连接着,较短的一根则在水银开关倾斜到一个角度时方可接触
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 重力 感应 点阵 显示