1、西南科技大学本科生毕业论文 Southwest university of science and technology本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）基于单片机的点阵式时钟电子显示屏设计与实现学 院 名 称 信 息 工 程 学 院专 业 名 称 电 子 信 息 工 程学 生 姓 名 王 钧 仟学 号 20064478指 导 教 师 郭 锋二一年六月西南科技大学本科生毕业论文 基于单片机的点阵式时钟电子显示屏设计与实现摘要：电子时钟，它最大的特点在于走时精确和功能的多样化，为我们带来了极大的方便。而 LED 点阵式显示屏，具有亮度高、功耗小、寿命长等优点。若以 LED点阵来作为电子时钟的
2、显示屏，则可实现远距离、大视角的时钟显示。从而非常适合于在公共场所中显示时间。本设计的重点在于对点阵式显示屏的显示研究。从宏观上来上，显示屏可分为两个部份：显示器件和微控制器。由微控制器控制显示器件的亮灭、颜色变化，从而组合出所需要的图相。在此次设计中，采用了 16 x 64 个单色 LED 作为显示器件，用 Mega8 作为微控制器，以静止和左移的方式进行时钟显示。由于充分考虑了软硬件的易扩充性，用本设计的构架思想可很方便地进行点阵扩充和多个汉字或图形的显示。设计中所涉及的知识点主要有：点阵显示原理，字模提取，显示左移算法的实现，单片机 Meg8 和编译器 IAR 的使用。以及在软硬件设计调
3、试过程中的各种现象及解决方案。关键词: 电子时钟；点阵显示原理； LED 点阵；单片机； Mega8；IAR；74HC154； 74HC595； 西南科技大学本科生毕业论文 Design and Implementation of Dot-matrix ClockDisplay ScreenAbstract: Electronic clock system, which features that time is very accurate and function are diversity, brought us great convenience.otherwise,The LED do
4、t matrix have advantage of high brightness, low power consumption, long lifetime etc. If use LED dot matrix as screen to display electronic clock, can achieve long-range, large angle of the clock display effect.Thus very suitable to display the time in public places.This design focuses on the displa
5、y of dot matrix .Look from the macro, the design can be divided into two parts: the screen part and microcontroller part. The micro-controller control the Leds off and on. In this design, using 16 x 64 monochrome LED as the display screen, using Mega8 as micro-controller,We can get an effect of stat
6、ic display and left-move display.As full consideration to the ease Expansion of hardware and software , the framework of ideas can be easily expanded to dispaly a large number of Chinese characters or expanded to more dot-matrix Led screenThe knowledge involved in this design are: dot matrix display
7、 principle, font data extraction, left-move showe algorithm, Meg8 and the use of IAR compiler.And the solutions to problem Encountered in the process of debugging software and hardware.Keywords: electronic clock; dot matrix display principle; LED dot matrix; SCM; Mega8; IAR; 74HC154; 74HC595;西南科技大学本
8、科生毕业论文 目 录摘要Abstract引 言.1第 1 章 设计要求与总体方案.21.1 设计要求.21.2 设计目的.21.3 总体思路.21.4 方案.2第 2 章 单片机的相关介绍.42.1 单片机的发展历史.42.2 单片机的发展趋势.52.3 单片机的特点.82.4 单片机的应用.92.5 单片机的基本系统结构.10第 3 章 硬件设计.113.1 硬件部分总体框架.113. 2 单片机 Mega8 简介.113. 2. 1 AVR Mega8 的主要性能参数. 11 3.2.2 Mega8 引脚说明 .123. 2. 3 Mega8 最小系统电路计 .143.3 其它芯片简介.1
9、53. 3. 1 74HC595 简介.153. 3. 2 74HC154 简介.163. 4 汉字字模提取.163. 4. 1 16*16 点阵汉字的字模提取.163. 4. 2 16*8 点阵的数字字模提取.173. 5 16*64LED 点阵的结构及显示原理 .18西南科技大学本科生毕业论文 I3. 6 16*64 LED 点阵驱动原理 .19第 4 章 软件设计.204.1 编程语言选择.204. 2 程序设计与流程图.204.2.1 主程序.204.2.2 中断处理程序.214.2.3 按键读取程序.234.3.4 按键处理程序.264. 2. 5 正常/调分/调时显示程序.284.
10、 2. 6 调速显示、左移显示程序.304. 2. 7 时间处理程序.35第 5 章 调试过程及相关问题的处理.375.1 开发工具.375.1.1 IAR 集成开发环境 .375.1.2 AVR_fighter 编程下载软件和下载器的制作.415.1.3 Protenus 单片机仿真软件.425.2 调试步骤.445.2.1 Proteus 硬件电路图绘制.445.2.2 IAR avr 程序设计流程.455.2.3 观察仿真结果.45第 6 章 PCB 设计.496. 1 Protel99 设计 PCB 的一般流程.496. 2 PCB 相关设计图.496. 2. 1 PCB 原理图.50
11、6. 2. 2 PCB 图.516. 2. 3 PCB 3D 图.52 小结.53致谢.54参考文献.55西南科技大学本科生毕业论文 II附录 1 程序源代码.56附录 1.1 主程序 main.c.56 附录 1.2 时间处理相关程序Time.c.59附录 1.3 显示处理相关程序LedDisplay.c.62附录 1.4 中断处理相关程序INT_handle.c.73附录 1.5 按键处理相关程序Key.c.76附录 1.6 自定义头文件.81附录 2 点阵式汉字电子显示屏 Proteus 仿真图.84附录 3 8*8 点阵 SZ411288K 构成 16*16 共阴极点阵的连接图.85附
12、录 4 实物图.87附录 5 元器件清单.88西南科技大学本科生毕业论文 III引 言LED 点阵显示屏 作为信息传播的一种重要手段，具有亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。再加上集成电路的使用，LED 点阵显示屏的外围电路变得越来越简单，性价比不断攀升，使得 LED 点阵显示屏广泛运用于各行各业及公共场所，成为了信息化时代不可缺少的信息发布工具。例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息显示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰等。日前 LED 点阵显示屏正向着高亮度、全彩化、标准化的方向不断
13、发展。在本次设计中，LED 点阵作为电子时钟的显示屏，最大的优点在于其显示内容的多样性，为用户提供了灵活的人机交互界面。同时由于在这里采用带晶振的单片机，使得电子时钟不仅走准确，而且可以利用单片机的高度灵活性，为电子时钟扩充许多显来诸如定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等。我们可以看到，着科学技术的不断进步，以及 LED 显示技术的不断完善，LED 点阵显示屏的应用领域将会越来越广。西南科技大学本科生毕业论文 - 1 -第 1 章 设计要求与总体方案 1.1 设计要求1 利用单片机设计一 16*16 点阵式时钟显示屏。滚动
14、显示现在的时间，显示字 符：“现在时间：*小时：*分：*秒”；2 电子钟有暂停、开始计时、“小时”调整、“分钟”调整功能(小时、分钟调整以 1 为步进) ；3 提交开题报告、毕业实习报告、绘出电路原理图、电路印制版图、电路仿真和调试、软件流程图、完成设计论文。1.2 设计目的1 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决一般控制的能力；2 培养针对课题需要、选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力、提高组成系统、编程、调试的动手能力；3 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机应用系统的开发、研制的过程、软硬件设计的方法、内容及步骤；4 掌握 KEIL C，
15、Proteus， Protel 等相关软件的应用。1.3 总体思路本次设计以单片机 AVR Mega8 为核心，利用 416 译码器 74HC154 和串入并出芯片（带锁存功能）74HC59516 对单片机进行 I/O 扩展，去分别控制 16*64 点阵电子显示屏中每一个发光二极管的亮灭,从而在显示屏上组合出所需要的图像，实现设计所需要的功能。西南科技大学本科生毕业论文 - 2 -1.4 方案在方案的选取上，主要考虑了以下几个方面：1 单片机型号的选则。在这次设计中，首先自己选则了 51 单片机来对系统进行设计开发，并在 Protenus 中进行模拟仿真，在进行了一周的编程验证后，发现51 单
16、片机 128 字节的 RAM 成为了软件编程的一个瓶颈，它会导致系统的软件编写过于复杂也及系统可扩充性能较差，为了解决这个问题，故选用了 AVR 系列单片机的 Mega8，它具有 1K 的 RAM，较好地解决了这个问题。2 单片机外围器件的选取。 Mega8 只有 28 个引脚，由于 16*64 点阵需要 16根行线和 64 根列线，用单片机的 I/O 端口去真接控制显然不可能，在这里，采用了 416 译码器 74HC154，对 16 根行线的控制仅用了四个 I/O 端口，而对 64 根列线的控制，则采用了 8 块串入并出（带锁存功能）的 74HC595 串联来实现，这样，点阵显示的数据传输线
17、一共才占用单片机的 5 个 I/0 端口资源。另外，这样做还有一个好处是，在我们要对加大点阵屏显示的汉字个数时，在硬件上只需向后串联 74HC595 和点阵屏即可以了。为了保证点阵亮度均匀，每根行线的需加一个 PNP 三极管做驱动。3 按键的人机交互。电子钟具有暂停、开始计时、 “小时”调整、 “分钟”调整，“移速”调整显示切换功能，这里使用了 6 个按键，它们分别是：SET、UP、DOWN、ENTER、CANCLE/DP_MODE、PAUSE/START 采用了每隔10ms 定时扫描按键的方式实现了上面所述的人机交互，10ms 定时扫描的另一个重要功能是去掉按键抖动。西南科技大学本科生毕业论
18、文 - 3 -第 2 章 单片机的相关介绍2.1 单片机的发展历史1970 年微型计算机研制成功后，随着就出现了单片机。美国 Intel 公司在 1971推出了 4 位单片机 4004；1972 年推出雏形 8 位单片机 8008。特别是在 1976 年推出 MCS-48 单片机以后的 30 年中，单片机及其相关技术的发展经历了数次的更新换代。其发展大约每三、四年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻番。 尽管单片机出现的历史并不长，但以 8 位单片机的推出为起点，单片机的发展已经历了 4个阶段。 第一阶段(1976-1978 年)：初级单片机阶段。这个阶段的单片机以 Intel 公司的MC-48
19、 为代表。这个系列的单片机内集成有 8 位 CPU、I/O 接口、8 位定时器/ 计数器，寻址范围不大于 4KB，具有简单的中断功能，无串行接口。第二阶段(1978-1982 年)：单片机完善阶段。在这一阶段推出的单片机其功能有较大的增强，能够应用于更多的场合。这个阶段的单片机普遍带有串行 I/O 口，多级中断处理系统，16 位定时器/计数器，片内集成的 RAM、ROM 容量加大，寻址范围可达 64KB。一些单片机片内还集成了 A/D 转换接口。这类单片机的典型代表有 Intel 公司的 MCS-51、Motorola 公司的 6081 和 Zilog 公司的 Z8 等。 第三阶段(1982-1992)：8 位单片机巩固发展及 16 位高级单片机发展阶段。在此阶段，尽管 8 位单片机的应用已广泛普及，但为了更好地满足测控系统嵌入式应用的要求，单片机集成的外围接口电路有了更大的扩充。这个阶段的代表为 8051系列。许多半导体公司和生产厂以 MCS-51 的 8051 内核，推出了满足各种嵌入式应用的多种类型和型号的单片机。其主要技术发展如下： 1 外围功能集成。满足模拟量直接输入的 ADC 接口；满足伺服驱动的 PWM；保证程序可靠运行的程序监控定时器 WDT(俗称看门狗)。 2 出现了为满足串行外围扩展要求的串行扩
