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电子设计大赛点阵电子显示屏(A题).doc

电子设计大赛点阵电子显示屏(A题)

紫馨轩
2018-09-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《电子设计大赛点阵电子显示屏(A题)doc》,可适用于工程科技领域

试题:A甲参赛试题:点阵电子显示屏(A题)参赛学生:冯元伟物理与微电子学院关童物理与微电子学院田立志材料学院包装工程参赛学校:山东大学指导老师:陈延俊秦峰王延伟仪维年月日目录第一部分摘要……………………………………………………第二部分设计任务………………………………………………基本要求…………………………………………………………发挥部分………………………………………………………………创新部分……………………………………………………………….方案论证与比较………………………………………显示部分………………………………………………………………数字时钟………………………………………………………………温度采集部分…………………………………………………………芯片选择………………………………………………………………闹铃方式的选择………………………………………………………止闹方式的选择………………………………………………………串口通讯芯片的选择…………………………………………………总体方案………………………………………………工作原理………………………………………………………………总体设计……………………………………………………………….系统硬件设计…………………………………………ATS单片机最小系统…………………………………………温度测量模块………………………………………………………时钟模块……………………………………………………………键盘模块……………………………………………………………LED点阵显示模块…………………………………………………电源的选择…………………………………………………………PC机通讯……………………………………………………………整体电路…………………………………………………………….系统软件设计…………………………………………主程序流程…………………………………………………………扫描子程序…………………………………………………………时间程序……………………………………………………………PC机串口通讯程序…………………………………………………亮度调节程序………………………………………………………温度程序…………………………………………………………….测试与结果分析……………………………………基本部分测试与分析………………………………………………发挥部分测试与分析………………………………………………创新部分测试与分析……………………………………………….设计总结…………………………………………….参考资料……………………………………………附录……………………………………………………………例程…………………………………………………………摘要LED大屏幕显示系统以ATS单片机为核心由键盘显示、录放音模块、光电开关、温度采集、定时闹铃、LED大屏幕显示等功能模块组成。基于题目基本要求本系统对时间显示和大屏幕显示进行了重点设计。此外扩展单片机外围接口、温度采集、非接触式止闹、滚动屏幕显示、语音报时等功能。本系统大部分功能由软件来实现吸收了硬件软件化的思想大部分功能通过软件来实现使电路简单明了系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能,发挥部分也得到完全的实现,而且有一定的创新功能。关键字:单片机LED大屏幕滚屏显示AbstractThislargeLEDdisplayscreensystem,basedonchipmicrocomputerATS,iscomposedbythefollowingfunctionalmodules:keyboarddisplaying,soundphonatingphotoelectricityuntouchedswitchtemperaturegathering,timingbell,Accordingtothebasicrequirementsofthesubject,oursystemstressesontherealizationoftimedisplayingandlargescreendisplaying,Furthermore,wealsoextendtheprimaryfunction,addingnewfunctions,suchasthesinglechipperipheralports,temperaturegathering,untouchedringstop,scrollscreendisplay,soundtimingandsoonAdoptingtheideaofhardwaretosoftware,mostofthosefunctionsarerealizedbysoftwares,whichmakestheelectrocircuitmoreconciseandthesystemmorestable,ThedesignachievedandevenexceededalltherequiredbasictechnicalindexesKeywords:chipmicrocomputerlargescreendisplaysystemscrollscreendisplay任务设计基本要求:设计并制作LED电子显示屏和控制器。自制一台简易行*列点阵显示的LED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显示数字和字母亮度适中应无闪烁。显示屏通过按键切换显示数字和字母显示屏能显示组特定数字或者英文字母组成的句子通过按键切换显示内容能显示组特定汉字组成的句子通过按键切换显示内容。发挥部分:自制一台简易行*列点阵显示的LED电子显示屏LED显示屏亮度连续可调。实现信息的左右滚屏显示预存信息的定时循环显示实现实时时间的显示显示屏数字显示:时∶分∶秒(例如∶∶)增大到组(每组汉字个或个数字和字符)预存信息信息具有掉电保护实现和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)创新部分室温的测量定时闹铃整点报时非接触止闹、方案论证显示部分:显示部分是本次设计最核心的部分对于LED*点阵显示有以下两种方案:方案一:静态显示将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用和表示,若为,则表示LED无电流,即暗状态若为则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动电路,一幅画面输入以后,所有LED的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式方式,所需的译码驱动装置很多,引线多而复杂,成本高,且可靠性也较低。方案二:动态显示对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。动态显示方式方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式,复用的程度不是无限增加的,因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短,发光的亮度等因素我们通过实验发现,当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率)为Hz,发光二极管导通时间≥ms时,显示亮度较好,无闪烁感。鉴于上述原因,我们采用方案二.数字时钟数字时钟是本设计的重要的部分。根据需要可利用两种方案实现。方案一:本方案完全用软件实现数字时钟。原理为:在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现秒定时中断每产生一次中断存储器内相应的秒值加若秒值达到则将其清零并将相应的分字节值加若分值达到则清零分字节并将时字节值加若时值达到则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点但当单片机不上电程序将不执行。且由于每次执行程序时定时器都要重新赋初值所以该时钟精度不高。方案二:本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS。该芯片内部采用石英晶体振荡器其芯片精度不大于ms年且具有完备的时钟闹钟功能因此可直接对其以用于显示或设置使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电程序不执行时锂电池也能保证芯片的正常运行以备随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点本设计采用方案二完成数字时钟的功能。温度采集部分能进行温度测量是本设计的创新部分由于现在用品追求多样化多功能化所以我们决定给系统加上温度测量显示模块方便人们的生活使该设计具有人性化。方案一:采用热敏电阻可满足摄氏度至摄氏度测量范围但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差对于检测小于摄氏度的信号是不适用的。方案二:采用温度传感器DSB。DSB可以满足从摄氏度到摄氏度测量范围且DSB测量精度高增值量为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。基于DSb的以上优点我们决定选取DSb来测量温度。芯片的选择方案一:采取并口输入占用大量IO口资源方案二:选取串口输入使用较少。所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用芯片有HC、LS、TPICB。但是HC和LS两种芯片必须加驱动才能驱动LED而TI公司的DMOS器件TPICB,除具有TTL和CMOS器件中移位寄存器的逻辑功能外,其最大的特点是驱动功率大,可直接用作LED的驱动。综合以上比较我们选取TPICB来驱动LED点阵。闹铃方式的选择方案一:采用蜂鸣器闹铃当到设定时间时单片机向蜂鸣器送出高电平蜂鸣器发生。采用蜂鸣器闹铃结构简单控制方便但是发出的闹铃声音单一。方案二:采用录音放音芯片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。且芯片可以分段录音还具有语音报时功能。基于录音放音芯片的以上优点我们决定采用录放音设备闹铃。止闹方式的选择一般钟表都具有闹钟功能到设定时间便自动启动闹钟发出音乐提醒人们再由人按下止闹按钮停止闹钟工作。一般每天只能设置一次闹钟、并要由人按下按钮止闹使用不是很方便。智能处理器应用可改变这种状况一天可按自己需要设置闹钟的开关、多次闹钟设置并可用非接触方式止闹。方案一:采取远程红外遥控止闹遥控器发出特定红外信号时单片机接受到信号向发音设备发出停止信号止闹。红外遥控止闹控制距离远但是价格昂贵增加了制造成本。方案二:采取光电传感器当用一物体遮挡光电传感光电传感器向单片机接口送出一个低电平单片机立即向发音设备发出停止信号止闹。光电传感器价格便宜线路简单易于控制。基于以上比较我们决定采用光电传感器止闹。串口通讯芯片的选择ATS串行口采用的是TTL电平因此必须的有电平转换电路可以选择MAXA方案一:采用或芯片实现电平转换但在使用中发现这两种芯片可靠性不高且需要正负V电源使用麻烦。方案二:采用单电源电平转换芯片MAXA可以使电路变得简单可靠。基于以上分析我们选用方案二选用芯片MAXA电源模块方案一:采用干电池作为LED点阵系统的电源由于点阵系统耗电量较大使用干电池需经常换电池不符合节约型社会的要求。点阵系统要悬挂在墙上电池总量大使用会有较大安全隐患。方案二:采用WV直流稳压电源作为系统电源不仅功率上可以满足系统需要不需要更换电源并且比较轻便使用更加安全可靠基于以上分析我们决定采用方案二、总体方案工作原理:利用单片机ATS单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DSB、DS读来的数据利用软件来进行处理从而把数据传输到显示模块实现温度、日历的显示。点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示。利用光电传感器来实现非接触止闹功能。在显示电路中主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。总体设计设计总体框图如图ATS单片机最小系统:最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图为ATS单片机的最小系统。温度测量模块:温度测量传感器采用DALLAS公司DSB的单总线数字化温度传感器测温范围为℃~℃可编程为位~位AD转换精度测温分辨率达到℃采用寄生电源工作方式CPU只需一根口线便能与DSB通信占用CPU口线少可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图所示。图DSB测量电路时钟模块时钟模块采用DS芯片DS是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟日历和字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AMPM指示决定采用或小时格式DS与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线RES复位IO数据线SCLK串行时钟时钟RAM的读写数据以一个字节或多达个字节的字符组方式通信DS工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于mW其接线电路如图图时钟电路键盘模块键盘、状态显示模块:为了使软件编程简单本设计利用可编程芯片。接法如表所示。PA口接按键PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。每个按键都通过一个K的上拉电阻接电源Vcc,按键的另一端接地。当有键按下时与该键相连的PA口的相应位变为低电平单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序同时在程序中点亮LED点阵。模块电路如图LED显示模块点阵数据串行输入,器件为移位寄存器TPICB,门控和扫描信号常以点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以×个LED点阵构成一个LED显示单元,采用行共阳列共阴的编排方式。其驱动分为行列两部分,分别来自于行、列移位寄存器,行数据是扫描数据,行中每次只有一行被驱动,采用逐行扫描方式,列数据则为汉字的点阵码。。对于字符和图形显示也可以用点阵处理,其显示原理和方法相同电路如图图LED显示电路电源选择:WV的直流稳压电源更加安全电路图如图图电源电路PC机通讯MAX是标准的串口通信接口对于一般的双向通讯只需要使用串行输入口RXD(第脚)、串行输出TXD(第脚)和地线(第脚)。MAX逻辑电平的规定如表表逻辑电平表逻辑值电平幅值(v)~~图串口通讯整体电路系统整体电路如下:图整体电路、系统软件设计主程序如图显示子程序流程如图显示时间子程序流程如图图时间子程序流程图与PC串口通讯程序LED亮度调节图LED亮度调节温度测量流程图如图图温度测量程序流程图、测量及其结果分析基本部分测试与分析测试仪器:秒表、温度表、万用电表、WAVE仿真器基本要求部分的测试与分析:()系统上电后全屏点亮没有暗点。接着显示时间。按“#”键后时扫描键盘当有~键按下时分别显示十段设定的数字、英文或汉字。()显示时间时通过与秒表对比测试的系统时间准确。发挥部分测试与分析:()当按下#后在按下进入亮度调节按下“”键时亮度增加。按下“”键时亮度变弱。()可以实现文字左右移动()按下“设置时间”键观察到“钟表”二极管点亮此时可对时间进行设置。按下“时间设置“进入时调试按“”键时间加。在按下“切换”键时进入分调整模式按下“”键分增加。按下“选择”键时分调整模式改为秒调整模式按下“”键秒增加。经测试该步可以很好的实现。调整时间完毕后再按一下“闹钟设置”进入闹铃设置状态按下“”键设定“时”增加在按下“选择”键进入分的设置按下“”键设定“分”增加。在按下“选择”键进入秒设置模式按“”键秒增加。()系统可以显示组每组个汉字完成要求创新部分测试与分析()温度测量:键盘切换现场环境温度显示:按“功能”键选择“温度”将温度传感器和温度计放入不同的测试环境中进行测试结果如表所示。表与标准温度计测量值比较表温度计示值(摄氏度)温度输出(摄氏度)由测试知数字钟的输出与温度计值基本上相等误差不大于度。()当到设定时间时开始访一段音乐完成定时闹铃功能。()当用手遮挡光电传感器后停止放音。手拿开后不再放音直到到设定时间。完成非接触止闹功能、设计总结全心准备了整整一个酷暑月日我们终于拿到了试题我们一致选择控制类题目A(LED点阵),从基本方案的制定在到硬件电路的选择到制作电路制作最后进行程序调试。在此期间我们遇到很多困难几乎没有说过一次好觉尽管很艰苦但是我们各自分工相互协作一次又一次品尝到了解决问题的喜悦,最终完成了要求的全部功能并加入了一些创新的部分。在竞赛中我们发现了自己知识的不足通过四天三夜的奋斗也可以说四天三夜的学习我们学到了很多东西最重要的是我们学会了一种精神永不放弃。在以后的时间里面我们会用这种精神去学习更上一层楼。、参考资料《基于单片机结构的智能系统设计与实现》沈红卫编电子工业出版社《单片机原理与接口技术》黄惠媛编海洋出版社《单片机应用技术》周平伍云辉编电子科技大学出版社《单片机实践与应用》吴金戌沈金阳郭庭吉编清华大学出版社《电子设计竞赛赛题解析》黄正谨等编东南大学出版社附录:例:整屏四个字一起显示的程序SEREQUPTPICB第脚OEEQUPTPICB第脚RCKEQUPTPICB第脚MREQUPTPICB第脚SRCLKEQUPTPICB第脚ORGHLJMPMAINORGH**************************主程序**********************************MAIN:MOVSP,#HSETBOEMOVBH,#HMOVH,#HSTART:初始化寄存器RAM单元MOVR,#HMOVR,#HH~FH单元清零MOVA,#HST:MOVR,AINCRDJNZR,STDh寻址偏址整屏四个字一起显示LOOP:MOVDPTR,#TAB赋查表初值MOVR,#PLAY:MOVDH,#HMOVFH,#HGG:LCALLLINE扫描显示一次MOVDH,#HDJNZFH,GGMOVA,DPLCLRCADDA,#MOVDPL,AMOVA,DPHADDCA,#HMOVDPH,ADJNZR,PLAYSJMPSTARTLINE:MOVBH,#扫行BH放后还剩几行FF:LCALLLINE扫描显示一行子程序DJNZBH,FF扫描行直到行扫完再转RETLINE:LCALLMSTR将显示的内容移入内存单元LCALLSEND发送串口子程序LCALLXH选通行子程序RETMSTR:显示内容移入内存单元MOVR,#HMOVR,#MOVA,DHBB:MOVCA,ADPTRMOVR,AINCRMOVA,DHADDA,#加移到下一行MOVDH,ADJNZR,BBMOVA,DHSUBBA,#MOVDH,ARET$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$发送数据到串口子程序$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$SEND:MOVR,#HMOVR,#一行有个字节如每次显示字数不同要作相应改动SETBOESETBMRCLRSRCLKCLRRCKSETBPSETBPLQ:CLRCMOVR,#MOVA,RCPLATPICB应该不用这一步LCALLDD调用显示一个字节的子程序INCR指向下一个显示单元DJNZR,LQRETDD:CLRSRCLK清串行CP端RLCAMOVSER,CSETBSRCLK触发串行CP端DJNZR,DD每个字节移次够了向下执行RET选通行子程序XH:CLRRCK将输出CP变成低电平为上升沿做准备NOPSETBRCKCLRPCLRPMOVA,HMOVP,ACLROELCALLDEMSINCASETBOESETBPMOVA,HANLA,#FHSWAPAADDA,#HSWAPAMOVH,ACLRMRSETBMRRETDEMS:MOVR,#HDEL:MOVR,#FHDEL:MOVR,#HDJNZR,$DJNZR,DELDJNZR,DELRETTAB:字库END图显示子程序流程返回行是否扫完行扫描将数据串行传入TPICB查找显示汉字数据放入RAM中LED大屏幕显示�EMBEDPBrush���开始图键盘电路图系统框图图最小系统电路图光电传感器录放音模块*键盘DSBDSATS开始DS初始化从DS中读数据并放入RAM调用显示子程序显示时间图串口通讯程序等待PC机发联络信号将接受到的数据放到指定区域是否接受到信号数据发送是否完毕返回开始串口通讯初始化返回在LED点阵中显示温度从DSB中读出数据放入RAMDSB初始化开始开始键盘扫描“亮度”键是否按下LED显示当前亮度等级键盘扫描“”键按下“”键按下内部RAM中AH单元所存数据加内部RAM中AH单元所存数据减返回NY

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