1、 目 录 第一部分 摘要 .3 第二部分 1.设计任务 .4 1.1 基本要求 .4 1.2 发挥部分 .4 1.3 创新部分 .4 2方案论证与比较 5 2.1 显示部分 .5 2.2 数字时钟 .5 2.3 温度采集部分 .6 2.4 芯片选择 .6 2.5 闹铃方式的选择 .6 2.6 止闹方式的选择 .6 2.7 串口通讯芯片的选择 .6 3. 总体方案 .7 3.1 工作原理 .7 3.2 总体设计 .7 4系统硬件设计 7 4.1 AT89S52 单片机最小系统 .8 4.2 温度测量模块 .8 4.3 时钟模块 .8 4.4 键盘模块 .9 4.5 LED点阵显示模块 .10 4
2、.6 电源的选择 .11 4.7 PC机通讯 12 4.8 整体电路 .12 5系统软件设计 .7 5.1 主程序流程 .13 5.2 扫描子程序 .14 5.3 时间程序 .15 5.4 PC机串口通讯程序 15 5.5 亮度调节程序 16 5.6 温度 程序 .17 6测试与结果分析 .17 6.1 基本部分测试与分析 .17 6.2 发挥部分测试与分析 .18 6.3 创新部分测试与分析 .18 7设计总结 .18 8参考资料 .18 附录 18 例程 .18 摘要 LED 大屏幕显示系统，以 AT89S52 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 、
3、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 Abstract This large LED display screen system ,based on chip microcomputer AT89S52
4、,is composed by the following functional modules : keyboard displaying ,sound phonating. photoelectricity untouched switch， temperature gathering ,timing bell, According to the basic requirements of the subject ,our system stresses on the realization of time displaying and large screen displaying ,F
5、urthermore ,we also extend the primary function ,adding new functions ,such as the single chip peripheral ports ,temperature gathering ,untouched ring-stop, scroll screen display, sound timing .and so on. Adopting the idea of hardware-to-software, most of those functions are realized by softwares, w
6、hich makes the electrocircuit more concise and the system more stable , The design achieved and even exceeded all the required basic technical indexes Key words: chip microcomputer large screen display system scroll screen display 1 任务设计 1.1 基本要求 ：设计并制作 LED 电子显示屏和控制器。 1.1.1 自制 一台简易 16 行 *32 列点阵显示的 L
7、ED 电子显示屏； 1.1.2 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。 1.1.3 显示屏通过按键切换显示数字和字母； 1.1.4 显示屏能显示 4 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； 1.1.5 能显示 4 组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。 1.2 发挥部分 ： 1.2.1 自制 一台简易 16 行 *64 列点阵显示的 LED 电子显示屏； 1.2.2 LED 显示屏亮度连续可调。 1.2.3 实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示； 1.2.4 实现实时时间的显示，显示屏数字显示： 时
8、分秒（例如 18 38 59）； 1.2.5 增大到 10 组（每组汉字 8 个或 16 个数字和字符）预存信息，信息具有掉电保护； 1.2.6 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）； 1.3 创新部分 1.3.1 室温的测量 1.3.2 定时闹铃 1.3.3 整点 报时 1.3.4 非接触止闹 2、方案论证 2.1 显示部分 : 显示部分是本次设计最核心的部分 ，对于 LED8*8 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 0 和 1 表示 ,若为 0 ,则表示 L ED 无电流 ,即暗状态 ;
9、若为 1 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 L ED 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
10、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 50Hz, 发光二极管导通时间 1m s 时 , 显示亮度较好 , 无闪烁感 .。 鉴于上述原因 , 我们采用方案二 2.2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 1 秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加 1；若秒值达到 60，则将其清零，并将相应的分字节值加 1；若分值达到 6
11、0，则清 零分字节，并将时字节值加 1；若时值达到 24，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 DS1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于 10ms/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
12、，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。 2.3 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 40 摄氏度至 90 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 1 摄氏度的信号是不适用的。 方案二：采用温度传感 器 DS18B20。 DS18B20 可以满足从 -55 摄氏度到 +125 摄氏度测量范围，且 DS18B20 测量精度高，增值量为
13、 0.5 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 DS18b20 的以上优点，我们决定选取 DS18b20 来测量温度。 2.4 芯片的选择 方案一：采取并口输入，占用大量 I/O 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 74HC595、 74LS164、 TPIC6B595。但是 74HC595 和 74LS164 两种芯片必须加驱动才能驱动 LED，而 TI 公司的 DMOS 器件 TPIC6B595 , 除具有 TTL 和 CMOS 器件中移
14、位寄存器 595 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 TPIC6B595 来驱动 LED 点阵。 2.5 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 1420 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 1420 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
15、 1420 的以上优点，我们决定采用录放音设备闹铃。 2.6 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
16、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。 2.7 串口通讯芯片的选择 AT89S52 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 1488， 1489，MAX232A. 方案一：采用 1488 或 1489 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 12V 电源，使用麻烦。 方案二：采用单电源电平转换芯片 MAX232A 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 MAX232A 2.8 电源模块 方案一：采用干电池作为 LED 点阵系统的电源，由于
17、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 200W/5V 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 3、总体方案 3.1 工作原理 : 利用单片机 AT89S52 单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由 DS18B20、 DS1302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
18、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。 3.2 总体设计 设计总体框图如图 1 4、系统硬件设计（单元电路设计及分析） 4.1 AT89S52 单片机最小系统 ： DS1302 DS18B20 4*4键盘 录放音模块 光电传感器 LED 大屏幕显示 图 1 系统框图 8255 AT89S52 最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图 2 为 AT89S52 单片机的最小系统。 4.2 温度测量模块 : 温度测量传感器采用 DALLAS 公司 DS18B20 的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55 125，可编程为
19、9 位 12 位 A/D 转换精度，测温分辨率达到 0.0625，采用寄生电源工作方式， CPU 只需一根口线便能与 DS18B20 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 3 所示。 图 3 DS18B20 测量电路 图 2 最小系统电路图 4.3 时钟模块 时钟模块采用 DS1302芯片， DS1302 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 31 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 AM/PM 指示决定采用 24 或
20、 12 小时格式 DS1302 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 1 RES 复位 2 I/O 数据线 3 SCLK串行时钟时钟 /RAM 的读 /写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信 DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于 1mW，其接线电路如图 4 图 4 时钟电路 4.4 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 8255。接法如表 1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 10K的上拉电阻接电源 +Vcc,按键的另一端接地。当有键按下时，与
21、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 5 4.5 LED 显示模块 点阵数据串行输入 , 器件为 移位寄存器 TPIC6B595595, 门控和扫描信号常以 16 点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以 4 8 个 L ED 点 阵 构成一个 L ED 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 , 16 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 6 图 5 键盘电路 图 6 LED 显示电路 4.6 电源选择： 200W/5V 的直流稳压电源更加安全 电路图如 图 7 图 7 电源电路 4.7 PC 机通讯
