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基于STC89C52RC单片机的LED点阵系统设计与实现.rar

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    编号:20180914220239521    类型:共享资源    大小:49.74MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    基于 STC89C52RC 单片机 LED 点阵 系统 设计 实现
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    本 科 毕 业 设 计(论文)题 目:基于 STC89C52RC 单片机的 LED 点阵系统设计与实现学生姓名:秦思帅学 号:08082313专业班级:通信工程 2008 级 3 班指导教师:卢晓轩2012 年 6 月 15 日中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)摘 要LED 点阵作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的 LED 发光二极管封装而成,用来显示文字、图形、图像、动画和视频等各种信息的显示屏幕。此次设计的主要任务就是能够实现汉字的显示以及移动。本文详细介绍了此次毕业设计的开发过程。该 LED 显示屏采用16*64点阵像素,以 STC89C52RC 单片机作为控制核心,使用 C 语言编程,采用动态扫描的方式,使得能够显示各种文字、数字或单色图像,全屏最多能显示4个汉字,显示的图形或文字能够实现静止、左移、右移、上移、下移等多种显示方式,并且可以通过按键控制。本设计还在 PC 机上使用 VC 编写上位机程序, PC 机与单片机之间的通信采用 RS—232C 标准,因此上位机可以向单片机发送控制命令和显示屏所要显示文字的的代码,单片机接收到指令后做出相应的处理,继而在显示屏上显示出对应的图形图像。关键词:STC89C52RC 单片机; LED 点阵显示屏;串行通信;动态扫描中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)ABSTRACTAs a new display LED dot matrix is made by a number of independent LED light emitting diode is used to display text, graphics, images, animation, video and other information display screen The design of the main task is to achieve display of Chinese characters as well as moving. This paper describes the development process of the graduate design. The LED screen is made by 16*64 lattice. The control core is STC89C52RC MCU. The system is using the C programming language and dynamic scan. The electronic screen can show all kinds of words images and numbers. The full screen can display 4 Chinese characters. The screen can display static graphic or text. It has a number of moving formats. Such as moving up and down moving left and right. It can also use keys to control. The system use PC as the host computer and the host computer can send commands and Display code to MCU. Communication between PC and MCU use the RS-232C communication standard. After the microcontroller receives commands to make the appropriate treatment, then display graphic images on the screen. Keywords: STC89C52RC Micro Controller Unit;LED Lattice-Display;Serial Communication;Dynamic scanning中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)目 录第 1 章 前言 .............................................................................................................................11.1 课题内容及意义 ..............................................................................................................11.1.1 选题背景 ....................................................................................................................11.1.2 研究现状及发展趋势 ................................................................................................11.2 论文组织结构 ..................................................................................................................2第 2 章 功能要求与论证方案 .................................................................................................42.1 功能要求 ..........................................................................................................................42.1.1 研究的主要内容 ........................................................................................................42.2 系统硬件方案 ..................................................................................................................42.2.1 主控制器 ....................................................................................................................42.2.2 通信系统 ....................................................................................................................62.2.3 LED 点阵显示屏 ........................................................................................................62.2.4 硬件设计方案 ............................................................................................................82.3 系统软件方案 ..................................................................................................................82.3.1 单片机编程语言 ........................................................................................................92.3.2 系统软件编辑器 ........................................................................................................92.3.3 上位机控制程序软件 ................................................................................................9第 3 章 硬件系统设计 ...........................................................................................................113.1 单片机系统及外围电路 ................................................................................................113.1.1 STC89C52RC 简介 ..................................................................................................113.1.2 单片机最小系统 ......................................................................................................123.2 串口电路 ........................................................................................................................133.3 列驱动电路 ....................................................................................................................143.3.1 74LS595 简介 ...........................................................................................................143.3.2 列驱动电路图及工作原理 ......................................................................................143.4 行驱动电路 ....................................................................................................................163.4.1 74LS154 简介 ...........................................................................................................163.4.2 行驱动电路图及工作原理 ......................................................................................16中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)第 4 章 软件系统实现 ...........................................................................................................184.1 程序设计流程 ................................................................................................................184.1.1 主程序流程 ..............................................................................................................184.2 显示程序设计 ................................................................................................................194.2.1 LED 显示屏的显示方式 ..........................................................................................194.2.2 点阵数据表达方式 ..................................................................................................204.2.3 显示程序的设计 ......................................................................................................214.3 通信程序设计 ................................................................................................................234.3.1 串口中断 ..................................................................................................................234.3.2 串口中断流程图 ......................................................................................................244.4 上位机程序设计 ............................................................................................................264.4.1 建立程序框架 ..........................................................................................................264.4.2 上位机功能说明 ......................................................................................................28第 5 章 系统调试 ...................................................................................................................295.1 硬件调试 ........................................................................................................................295.1.1 短路与虚焊检测 ......................................................................................................295.1.2 上电测试 ..................................................................................................................305.1.3 串口调试 ..................................................................................................................305.2 软件调试 ........................................................................................................................305.3 联合调试 ........................................................................................................................31第 6 章 总结与展望 ...............................................................................................................336.1 课题工作总结 ................................................................................................................336.2 系统功能的拓展 ............................................................................................................33致 谢 .......................................................................................................................................35参考文献 ...................................................................................................................................36附 录 .......................................................................................................................................37附录 A ...................................................................................................................................37附录 B ...................................................................................................................................37中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)1第 1 章 前言1.1 课题内容及意义1.1.1 选题背景LED 显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体,显示屏由几万甚至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。在短短的十来年中,LED 点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品,在信息显示领域得到了广泛的应用。LED 的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED 显示屏的应用涉及社会经济的许多领域,主要包括:(1)证券交易、金融信息显示。 (2)机场航班动态信息显示。 (3)港口、车站旅客引导信息显示。 (4)体育场馆信息显示。 (5)道路交通信息显示。 (6)调度指挥中心信息显示。 (7)邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。 (8)广告媒体新产品等。1.1.2 研究现状及发展趋势(1)我国 LED 产业发展现状我国的 LED 显示屏产业经过几年的发展,基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计,至 1998 年底,年度销售总额在 1000 万元以上的企业有 20 多家,其销售总额达 6 亿元左右,占行业市场总额的 85%以上。全国从事 LED 显示屏的各类企业有 100 余家,从业人员近 6000 人,行业年度销售总额近 8 亿元人民币,1996 年、1997 年的增长速度均保持 40%左右,1998 年略有回落。在国内市场上,国产 LED 显示屏的市场占有率近 100%,国外同类产品基本没有市场,四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机场等,均由国内代表企业中标。技术水平相对领先,我国 LED 显示屏产业在规模发展的同时,产品技术推陈出新,一直保持比较先进的水平。90 年代初即具备了成熟的 16 级灰度 256 色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术,近年在全彩色 LED 显示屏、256 级灰度视频控制技术、集中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)2群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现;LED 显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED 显示屏产业培养形成了一批 LED 显示屏科技队伍,在全国 LED 显示屏行业的从业人数6000 人中,科技人员有 2800 多人,将近 50%。LED 显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分,也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。 (2)LED 显示屏的发展趋势现代信息社会中,作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展,进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代,LED 显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展,并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色 LED 产品自出现以来,成本逐年快速降低,已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化。使 LED 全彩色显示产品成本下降,应用加快。LED 产品性能的提高,使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果,完全可以满足户外全天候的环境条件要求,同时,由于全彩色显示屏价格性能比的优势,预计在未来几年的发展中,全彩色 LED 显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品,体育场馆的显示方面全彩色 LED 屏更会成为主流产品。全彩色 LED 显示屏的广泛应用会是 LED 显示屏产业发展的一个新的增长点。未来 LED 显示屏会向着标准化、规范化,产品结构多样化的方向发展。(3)选题意义该设计课题使我们能够掌握 LED 显示屏的基本显示原理和设计方法,对 LED 显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践,使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了 51 单片机的的软硬件开发工具的使用方法,为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我国的信息行业发展迅速,作为主要平面显示媒介的 LED 显示屏的作用也越练越广泛,相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到我国的 LED 技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国 LED 显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。1.2 论文组织结构本论文共分 6 章,论文内容按下列章节组织:第 1 章是前言。本章主要给出毕业设计课题的背景,内容、意义和论文的组织结中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)3构。第 2 章是功能要求与论证方案。本章主要讲述这次设计的主要研究内容,以及系统硬件方案和系统软件方案。第 3 章是硬件系统设计。首先介绍了系统的整体架构及各功能模块的划分,接着描述了单片机系统及外围电路,串口电路,行驱动电路,列驱动电路,及其各部分的电路图。第 4 章是软件系统实现。本章的主要内容是结合系统的方案设计,按三层模式结构介绍了系统中各模块的实现方法及效果。第 5 章是系统调试。本章介绍了硬件调试,软件调试以及联合调试。第 6 章是总结与展望。本章对论文所作的工作进行了总结,并对系统的功能提出拓展。中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)4第 2 章 功能要求与论证方案2.1 功能要求2.1.1 研究的主要内容(1)能实现两行每行 8 个汉字的显示,每个汉字采用 16*16LED 点阵。(2)实现显示内容的左移、右移,移动速度可变。(3)从串口实现显示内容的控制,所显示的汉字能够通过串口输入。(4)显示内容的移动方向和速度可由按键控制。(5)要求显示的内容具有较高亮度。(6)能实现特定图形的显示,每个图形采用 16*16LED 点阵。(7)要求完成设计并完成 PCB 实现。2.2 系统硬件方案大多数的 LED 显示屏都在户外,所以对硬件的质量要求非常的高。为方便检修和维护硬件电路设计时常常采用模块化的设计方法。硬件的设计采用模块化设计,既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。如图 2-1 所示,根据显示系统的功能特点确定系统硬件由显示屏部分,控制部分,通信系统及上位机四部分组成。上位机通过通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码,控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。 ͨÐŲ¿·Ö¿ØÖƲ¿·ÖÏÔʾ²¿·ÖÉÏλú图 2-1 系统硬件组成框图2.2.1 主控制器控制部分是整个系统的核心部分,其功能为与上位机通信接收上位机发送的数据和控制指令处理过后控制显示部分显示内容。其常用的电子设计方法有单片机、DSP、及 EDA 技术。几种设计方法比较各有其特点:(1)单片机单片机是集成了 CPU,ROM,RAM 和 I/ O 口的微型计算机。它有很强的接口性能,非常适合于工业控制,因此又叫微控制器(MCU)。单片机品种齐全,型号多样 CPU 从 8,16,32 到 64 位,多采用 RISC 技术,片上 I/O 非常丰富,有的单片机集成有 A/ 中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)5D, “看门狗” ,PWM,显示驱动,函数发生器,键盘控制等。它们的价格也高低不等,这样极大地满足了开发者的选择自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。随着超大规模集成电路的发展,NMOS 工艺单片机被 CMOS 代替,并开始向 HMOS 过渡。供电电压由 5V 降到 3V,2V 甚至到 1V,工作电流由 mA 降至 μA ,这在便携式产品中大有用武之地。(2)DSP 芯片DSP 又叫数字信号处理器。顾名思义,DSP 主要用于数字信号处理领域,非常适合高密度,重复运算及大数据容量的信号处理。现在已经广泛应用于通信、便携式计算机和便携式仪表、雷达、图像、航空、家用电器、医疗设备等领域,DSP 具有修正的哈佛结构,多总线技术以及流水线结构。将程序与数据存储器分开,使用多总线,取指令和取数据同时进行,以及流水线技术,这使得速度有了较大的提高。DSP 区别于一般微处理器的另一重要标志是硬件乘法器以及特殊指令,一般微处理器用软件实现乘法,逐条执行指令,速度慢。而 DSP 依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算,而且还具有专门的信号处理指令,如 TM320 系列的 FIRS ,LMS,MACD 指令等。(3)EDAEDA(即 Electronic Design Automation) 即电子设计自动化,它是以计算机为工具,在 EDA 软件平台上,对用硬件描述语言 HDL 完成的设计文件自动地逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真,直至对于特定目标芯片进行适配编译、逻辑影射和编程下载等。设计者只需用 HDL 语言完成系统功能的描述,借助 EDA 工具就可得到设计结果,将编译后的代码下载到目标芯片就可在硬件上实现。由于 FPGA/CPLD 可以通过软件编程对该硬件的结构和工作方式进行重构,修改软件程序就相当于改变了硬件,软件编写可以采用自顶向下的设计方案,而且可以多个人分工并行工作这样便缩短了开发周期和上市时间,有利于在激烈的市场竞争中抢占先机。而且 MCU 和 DSP 都是通过串行执行指令来实现特定功能,不可避免低速,而 FPGA/CPLD 则可实现硬件上的并行工作,在实时测控和高速应用领域前景广阔;另一方面,FPGA/CPLP 器件在功能开发上是软件实现的,但物理机制却和纯硬件电路一样,十分可靠。三种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能,但单片机的技术门槛较低开发成本也较低非常适合初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上常用的单片机主要有 MCS-51、AVR、ARM、PIC 等。其中应用最广泛的单片机首推 Intel 的 51 系列,由
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