毕业论文-线阵led图文显示系统

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毕业设计题目：线阵LED图文显示系统学生：周炎学号：2110311230院（系）：职业技术学院专业：电子信息工程指导教师：陈晓莉2015年5月25日 陕西科技大学毕业设计任务书职业技术学院电子信息工程专业11班级学生：周炎题目：线阵LED图文显示系统毕业设计（论文）从2015年3月1日起到2015年6月20日课题的意义及培养目标：LED有高亮度、低能耗等优点，广泛应用于车站、商场、学校等公共场所的大屏幕图文信息显示中。本设计要求设计并制作制一个由16只LED构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，电机带动平台以合适速度旋转，能够显示图文信息。通过本设计，使学生掌握电子系统设计的基本方法和开发流程，以提高分析问题、解决问题以及综合运用所学知识的能力。设计（论文）所需收集的原始数据与资料：1.电子系统设计相关资料；2.A/D和D/A转换器资料；3.单片机或EDA技术资料课题的主要任务（需附有技术指标分析）：（1）设计并制作制一个由16只LED构成的线状点阵及其控制电路，安 装于可旋转的平台上，在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换，电机带动平台以合适速度旋转。（2）开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。（3）通过按键切换，实现16个同心圆图形分别顺序（由大到小）和逆序（由小到大）显示，每个同心圆图形显示时间为0.3秒左右。（4）通过按键切换，显示字符“TI杯”，要求字符显示稳定，无明显漂移。设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：周次设计（论文）任务及要求1~2学习LED图文系统显示原理3~4熟悉单片机系统应用5~8完成系统硬件设计9~11完成软件设计12~13综合测试14~16撰写论文，准备答辩学生签名：日期：指导教师：日期：教研室主任：日期： III线阵LED图文显示系统摘要随着信息技术的发展,LED显示屏这一信息技术的前沿领域也得到了飞速发展，而线阵LED便是LED显示屏中的一种。在户外广告屏上，LED是不可缺少的，因此单片机技术的应用注定是不可或缺的，所以利用AVR单片机技术制作的旋转LED显示屏的应用价值及科研价值是很高的。我们利用AVR单片机，通过stc89c52rc芯片制作出的旋转LED显示屏，可以顺利完成我们所要求的显示的内容，现场演示。通过自制的ISP下载线与电脑之间的链接，将电脑中的程序文件输入到单片机中，根据我们的需要显示不同的内容。该设计主要包括：基板硬件的设计、硬件驱动的设计、显示程序的设计等。它具有设计思路简捷、程序简短、结构简单等特点。旋转LED显示屏用于教学演示，可以使学生了解动态扫描的原理，同时对相关知识的综合应用有一个清晰的认识，易于加深对相关知识的了解、掌握。能更好的应用所学到的知识，更好的把所学到的知识应用的实物中去，能引导同学们去开发想象到的东西，能是学到的理论知识更好的与实际相结合。关键词：线阵，图文，LED,单片机,设计 IIIHEDESIGNANDPRODICTIONOFTHEROTATINGLEDDISPLAYABSTRACTWiththedevelopmentofinformationtechnology,lineararrayLEDdisplayofinformationtechnologyfrontierhasbeenrapiddevelopment,andthemainapplicationisintherotatingLEDdisplaymicrocontroller.Outdooradvertisingscreen,high-techisindispensablefortheapplicationofsingle-chiptechnologyisboundtobeanintegralpartoftherotatingLEDdisplayusingAVRmicrocontrollertechnologytoproducevalueandscientificvalueisveryhigh.WeusetheAVRmicrocontroller,theAtmega16chiptoproducearotatingLEDdisplay,thesuccessfulcompletionofthecontentsofthedisplayweareasking,livedemonstration.LinkbetweenthehomemadeISPdownloadcablefromthecomputer,thecomputer'sprogramfilesareinputtothemicrocontroller,displaydifferentcontentaccordingtoourneeds.Thisdesignmainlyincludes:asubstratehardwaredesign,hardware-drivendesign,showingthedesignoftheprogram.Ithasasimpledesignideas,abriefprogram,simplestructureandothercharacteristics.TherotationLEDdisplayforteachingdemonstration,toenablestudentstounderstandtheprincipleofdynamicscanning,theintegratedapplicationofknowledgeatthesametimehaveaclearunderstanding,easytodeepentheknowledgetounderstandandmaster.Betterabletoapplymyknowledgeandbetterapplicationofknowledgelearnedinkindtoguidestudentstodevelopimaginethings,thetheoreticalknowledgelearnedbetterwithpracticecombination.Keywords：;lineararray，image-text，LED,SingleChipMicrocomputer，design III目录摘要IABSTRACTII1.绪论11.1课题背景及意义11.1.1课题背景11.1.2研究意义11.2国内外发展与现状21.2.1国内LED显示屏研究现状21.2.2国外LED显示屏研究现状21.3研究内容22线阵LED图文显示系统设计方案42.1系统总体设计方案42.2系统设计方案的比较与选择42.2.1主控芯片的选择42.2.2电源模块选择42.2.3驱动电机模块的选择52.2.4标志杆装置的选择52.2.5显示模块的设计选择63线阵LED图文显示系统原理73.1系统总体设计原理73.2微控制器原理73.2.1微控制器的介绍73.2.2STC89C52的介绍及引脚定义83.2.3STC89C52相应寄存器简介103.3电源模块153.3.1三端稳压器介绍153.3.2元件3296电位器介绍163.4显示模块173.4.1LED应用简介173.5红外感应模块183.5.1红外发射对管工作原理183.5.2红外感应模块接口电路19 III4线阵LED图文显示系统的硬件设计214.1硬件的整体设计214.2微处理器模块最小系统实现214.3LED显示模块的接口设计224.4红外感应模块的接口设计234.5系统实物制作234.5.1PCB的介绍234.5.2PCB的设计244.5.3系统的调试244.6本章小结245线阵LED显示系统软件设计265.1开发环境265.2软件设计265.2.1主程序设计265.2.2LED显示程序设计285.3本章小结296总结306.1结论306.2展望30致谢31参考文献32附录Ⅰ线阵LED图文显示系统原理图33附录Ⅱ线阵LED图文显示系统实物图34附录Ⅲ线阵LED图文显示系统程序代码36 5线阵LED图文显示系统1.绪论1.1课题背景及意义1.1.1课题背景随着信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着LED材料技术和工艺的提升，LED显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：①证券交易、金融信息显示；②机场航班、汽车站动态信息显示；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广告媒体新产品介绍；⑨大型演出和集会；⑩展览会、宣讲会。进入新世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，信息显示技术发展迅速，随着LED器件材料性能的不断提高，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。尤其在没有投影仪的地方,旋转LED的优越性体现得非常明显，传统的LED字屏相比价格高昂、操作麻烦，放置位置固定、应用面狭窄、挪动不变；而传统的平面显示，信息量不大，互动性不强，显得十分的不便。因此，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统——旋转LED显示屏，具有十分重大的意义。1.1.2研究意义LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80～90%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm／W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm／W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm／W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED为20～28lm／W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。由于LED的种种优势，使得其在现在的各个领域里运用越来越广泛，我们设计的旋 5线阵LED图文显示系统转LED显示屏幕，具有结构新颖，节约材料的特点，一列16个LED灯旋转显示之后，可以代替显示近似于16x180像素的显示宽度和内容，我想以后不断完善和改进之后应该可以在灯箱广告和儿童玩具方面有一定的发展空间。1.1国内外发展与现状1.2.1国内LED显示屏研究现状我国的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。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，LED所占的市场将会越来越大，影响也会越来越深远。我国的LED显示屏产业已成较大规模，技术水平相对领先，应用领域也很广泛的特点。2008年北京举行的奥运盛会虽已顺利闭幕，但所展现出的种种前所未有的规模已经深深的烙在了全世界人的心中。特别是奥运盛会上所应用的LED产品类型和数量规模都是空前的。LED显示屏作为一种新型的显示器件出现在2008年北京奥运会的开幕式、比赛场馆、奥运文化广场以及奥林匹克公园等LED项目中，国内LED企业承接了主要的工程项目，提供了大量的LED产品,总体上展示了我国LED行业的技术产品优势和产业发展水平。也体现了我国LED产业的力量和技术这也在一定程度上预示着LED产业必是未来的一种趋势。1.2.2国外LED显示屏研究现状日本Hibino公司展示了新产品STEALTH，这是一款能透视背景的穿透式LED显示屏，可呈现出一个综合汇聚了影像、照明、舞台道具、背景灯元素的立体影像空间。从可视性影像到体验型影像，展示演出及舞台设计创意空间得到扩展，视觉表现的世界无限延伸。随着LED高性能材料的发展，LED显示屏也必将得到发展，从而旋转LED显示屏也将随之发展，并相信，旋转LED显示屏将会给人们的生活带来更多的便利，造福于人类。1.2研究内容LED旋转显示器时基于视觉暂留原理，开发的一种旋转式LED显示屏。本设计基于STC12C5A60S2单片机，通过直流电机带动旋转，在具有一定转速地载体上安装16个LED发光器件，各LED发光管等间距排位一条直线，随着旋转速度的加快，不断扫描出预设的文字，图案等。使用一个霍尔传感器作为定位传感器，当旋转一周时，挡光板遮挡光源，光敏三极管的集电极输出高电平，当离开挡光板时，集电极再次输出低电平，从而给单片机一个下降沿的跳变型号，产生一个中断，从而更新显示。针对传统LED显示屏视角单一、体积较大、需要的发光二极管数目较多等特点，利用电机带动LED显示阵列高速旋转实现环形显示，达到360全视角，在相同显示信息量 5线阵LED图文显示系统上降低产品体积，减少对发光二极管的使用，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转LED显示屏实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果，以及实际的运行效果表明，本文设计和制作的旋转显示屏符合设计要求，具有一定的创新性和实际应用价值。 5线阵LED图文显示系统2线阵LED图文显示系统设计方案2.1系统总体设计方案该系统由六个模块组成,分别为CPU处理单元模块，电动机模块，红外对管模块，LED模块，按键模块，电刷模块。本设计选用STC89C52为主控制芯片，利用人的视觉停留效应，控制电动机转速带动在单片机控制下的16个LED发出对应位置亮度。当转到标志杆时，通过红外一体接收器检测到，给单片机一信号，然后单片机知道已经扫完一屏了。单片机会准备下一屏要显示的文字或图形。继续开始扫，框图如下。直流电动机LED显示器MCU红外控制按键控制图2-1系统总体设计方框图2.2系统设计方案的比较与选择2.2.1主控芯片的选择方案一：采用STC89C52单片机，内部资源较少，支持在线下载程序，价格便宜，软件编程较简单。方案二：采用ATmega16单片机，此单片机具有一整套的编程与系统开发工具，支持片内编程与调试，该单片机为单调指令，执行速度快，而且I/O口驱动能力强，应用灵活，价格低廉。由于本设计应用资源少，STC89C52基本可完成设计需要，所以采用方案一。2.2.2电源模块选择旋转LED显示屏设计的成败，不但取决于电路和程序，而且取决于供电系统。那么该实现对指针板的供电？根据所学知识，LED线阵图文显示系统的供电方式一般有以下三种：(1)自感应发电这种方法就是从指针板上引出导线，接入到电机内部绕在转子上，电机旋转时该导 5线阵LED图文显示系统线切割磁场产生感应电动势，经过整流后作为指针板上的电源。这种方式的优点是：设计很巧妙，无机械磨损。更巧妙的是，由于感应出来的电动势是交流的，所以可以利用该过零信号来定位，不必另外准备定位信号了。这种方式的缺点是：提供的电流有限，只能适合LED较少的旋转时钟，当LED数量较多时，需要更多的电流，这种方式就不能满足了。其次，这种方式要对电机本身进行改造，也有一定的难度。并不是所有的电机都适合这种改造。而且这种改造可能会给电机带来损害。(2)自备电池这种方式，就是在指针板上安装电池，由电池供电。一般是用两到三节7号电池。这种方式的优点是：不用担心电压波动。也不存在机械磨损，不用担心接触不良之类问题的困扰。这种方式的缺点是：损耗大，成本高，既不经济也不环保。此外电池很重，一般的电机带不动，必须用很大的电机。这也意味了成本的上升。(3)机械传导供电这种方式就是采用滑环和电刷，通过机械接触传导电流。这种方式的优点是：能够提供比较大的工作电流。这种方式的缺点是：有机械摩擦，会产生磨损。因此要求滑环和电刷材料要耐磨。另外，还得有足够的弹性，并且要耐锈，否则会导致接触不良。有机械阻力，因此要求电机有比较大一点的功率，有机械噪音。综合系统以及相关的要求我们选择机械传导供电方案。2.2.3驱动电机模块的选择方案一：采用步进电机。步进电机能够准确的定向，但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。并且步进电机以及控制电路成本较高，并且需要单片机控制，占用CPU的资源。方案二：采用普通的直流电机。此方案，使用方便，成本较低，通过简单的改装，可以给系统供电。综合各方面考虑，为了节省成本，简单系统电路，以及更方便的为系统供电，使系统能够长期工作，故采用方案二。2.2.4标志杆装置的选择方案一:红外对管光耦合具有，响应速度快，驱动简单，安装容易，容易于单片机通信等特点。如图2-2所示，当上电之后，光耦的光敏二极管的负极输出低电平，当有物体挡住了光敏二极管感应的红外光线时，光敏二极管的处于高阻态，所以集电极输出高电平，当光敏二极管再次感应到红外光源的时候，负极极再次输出低电平，从而给单 5线阵LED图文显示系统片机一个标志信号。图2-2红外对管装置图方案二：一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流I的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。由于本设计既要显示数字，又要显示汉字，出于以上考虑，选用方案一。2.2.5显示模块的设计选择LED显示器具有功耗低，接口控制方便等优点，而且模块的接口信号和操作指令具有广泛的兼容性，并能直接与单片机接口，可方便地实现各种不同的操作，在各类测量及控制仪表中被广泛的应用。当在LED上显示汉字时，应先取得汉字的点阵构成数据，然后将其写入显示存储器中进行显示。旋转LED显示器是一种通过同步控制发光二极位置和点亮状态来实现图文显示的新型显示器，其结构新颖，成本低廉，可视角度达360°。本设计采用16个并排发光二极管，利用人眼的“视觉暂留效应”显示文字及图案。 线阵LED图文显示系统293线阵LED图文显示系统原理3.1系统总体设计原理旋转时钟是利用视觉暂留效应设计出来的，物体在快速运动时,当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。是人眼具有的一种性质。人眼观看物体时，成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不会立即消失，而要延续0.1-0.4秒的时间，人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。假设我们设定我们的眼睛的暂留时间是0.4秒，如果我们的16个LED旋转一周的时间快过0.4秒，那么我们看到的图像就是这一列LED在各个位置显示的图像的叠加，如右图，如果我们用定时器把LED旋转一周的各个位置分割出180分，让它在相应的位置显示相应的图像，那么我们就可以得到一个累加的图像效果了。LED旋转显示器时基于视觉暂留原理，开发的一种旋转式LED显示屏。本设计基于STC12C5A60S2单片机，通过直流电机带动旋转，在具有一定转速地载体上安装16个LED发光器件，各LED发光管等间距排位一条直线，随着旋转速度的加快，不断扫描出预设的文字，图案等。使用一个红外传感器作为定位传感器，当旋转一周时，挡光板遮挡光源，光敏三极管的集电极输出高电平，当离开挡光板时，集电极再次输出低电平，从而给单片机一个下降沿的跳变型号，产生一个中断，从而更新显示。3.2微控制器原理3.2.1微控制器的介绍单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域[7]。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成到复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 线阵LED图文显示系统293.2.2STC89C52的介绍及引脚定义（1）STC89C52单片机在本设计中，选用STC公司生产的单片机，型号为STC89C52[8]。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52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[3]。STC89C52具有以下标准功能：（a）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。（b）具有8K字节程序存储空间。（c）内带4K字节EEPROM存储空间。（d）512字节数据存储空间。（e）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）。（f）工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。（g）通用I/O口（32个）复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。（h）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。（i）具有看门狗功能。（j）共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。（k）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。（l）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。（m）工作温度范围：-40～+85(工业级)/0～75（商业级）。（n）封装：LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。（2）STC89C52单片机的工作模式和引脚定义（a）STC89C52RC单片机的工作模式：掉电模式：典型功耗<0.1μA，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序；空闲模式：典型功耗2mA典型功耗；正常工作模式：典型功耗4mA～7mA典型功耗。（b）STC89C52RC引脚定义说明： 线阵LED图文显示系统29图3-1STC89C52单片机引脚图VCC（40引脚）：电源电压；VSS（20引脚）：接地。P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0的每个引脚写入1时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线，此时，P0口内部上拉电阻有效。FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节，验证时，要求外接上拉电阻。P1-P2端口（P1.0～P1.7，1～8引脚；P2.0～P2.7，21～28引脚）：P1（P2）口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3口作为基本I/O口时的引脚功能同P1、P2口。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，具体见表3-1：表3-1P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通） 线阵LED图文显示系统29RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/ROG（30引脚）地址锁存控制信号：（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（ROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。外部程序存储器选通信号（SEN）是外部程序存储器选SEN（29引脚）通信号。当STC89C52RC从外部程序存储器执行外部代码时，SEN在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，SEN将不被激活。A/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，A必须接GND。注意加密方式1时，A将内部锁定RESET。为了执行内部程序指令，A应该接VCC。在Flash编程期间，A也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）振荡器反相放大器的输入端。3.2.3STC89C52相应寄存器简介（1）程序寄存器STC89C52RC的程序存储器为一个FLASH，存储器容量为8K，可由10位程序计数器PC对程序寄存器进行寻址[9]。（2）数据存储器传统8051系列单片机只有128~256字节的RAM供用户使用，STC89C52RC单片机扩展了256个字节的RAM。在00到FFH单元，使用MOVX@DPTR指令访问，超过100H总是访问外部数据存储器，MOVX@Ri只能访问00到FFH单元。（3）ISP/IAPISP：InSystemProgramable是指在系统编程，通俗的讲，就是片子已经焊板子上，不用取下，就可以简单而方便地对其进行编程。比如我们通过电脑给STC单片机下载程序，或给AT89S51单片机下载程序，这就是利用了ISP技术。IAP：InApplicationProgramable是指在应用编程，就是片子提供一系列的机制(硬件/软件上的)当片子在运行程序的时候可以提供一种改变flash数据的方法。通俗点讲，也就是说程序自己可以往程序存储器里写数据或修改程序。这种方式的典型应用就是用一小段代码来实现程序的下载，实际上单片机的ISP功能就是通过IAP技术来实现的，即片子在出厂前就已经有一段小的boot程序在里面，片子上电后，开始运行这段程序，当检测到上位机有下载要求时，便和上位机通信，然后下载数据到存储区。 线阵LED图文显示系统29ISP/IAP相关寄存器见表3-2:表3-2ISP/IAP相关寄存器列表名称地址功能描述D7D6D5D4D3D2D1D0复位值ISP_DATAE2hFlash数据寄存器11111111ISP_ADDRHE3hFlash高字节地址寄存器00000000ISP_ADDRLE4hFlash低字节地址寄存器00000000ISP_CMDE5hFlash命令模式寄存器----------MS2MS1MS0xxxxx000ISP_TRIGE6hFlash命令触发寄存器xxxxxxxxISP_CONTRE7hISP/IAP控制寄存器ISPENSWBSSWRST----WT2WT1WT0000xx000ISP_DATA：ISP/IAP操作时的数据寄存器。ISP/IAP从Flash读出的数据放在此处，向Flash写入的数据也需放在此处。ISP_ADDRH：ISP/IAP操作时的地址寄存器高八位。ISP_ADDRL：ISP/IAP操作时的地址寄存器低八位。ISP_CMD：ISP/IAP操作时的命令模式寄存器，须命令触发寄存器触发方可生效。命令模式见表3-3：表3-3ISP_CMD寄存器模式设置D7D6D5D4D3D2D1D0模式选择----------000待机模式，无ISP操作----------001对用户的应用程序flash区及数据flash区字节读----------010对用户的应用程序flash区及数据flash区字节编程----------011对用户的应用程序flash区及数据flash 线阵LED图文显示系统29区扇区擦除程序在系统ISP程序区时可以对用户应用程序区/数据Flash区(EEPROM)进行字节读/字节编程/扇区擦除；程序在用户应用程序区时，仅可以对数据Flash区(EEPROM)进行字节读/字节编程/扇区擦除。STC89C51RC/RD+系列单片机出厂时已经固化有ISP引导码，并设置为上电复位进入ISP程序区，并且出厂时就已完全加密。ISP_TRIG：ISP/IAP操作时的命令触发寄存器。在ISPEN(ISP_CONTR.7)=1时，对ISP_TRIG先写入46h，再写入B9h，ISP/IAP命令才会生效。（4）内部EEPROM单片机运行时的数据都存在于RAM（随机存储器）中，在掉电后RAM中的数据是无法保留的，那么怎样使数据在掉电后不丢失,这就需要使用EEPROM或FLASHROM等存储器来实现。在传统的单片机系统中，一般是在片外扩展存储器，单片机与存储器之间通过IIC或SPI等接口来进行数据通信。这样不光会增加开发成本，同时在程序开发上也要花更多的心思。在STC单片机中内置了EEPROM（其实是采用ISP/IAP技术读写内部FLASH来实现EEPROM），这样就节省了片外资源，使用起来也更加方便。STC89C51、52内部都自带有2K字节的EEPROM，STC单片机是利用IAP技术实现的EEPROM，内部Flash擦写次数可达100000次以上。STC89C52RC单片机内部可用DataFlash(EEPROM)的地址见表3-4。每个扇区为512字节，在执行擦除命令时，一次最少要擦除一个扇区的数据，每次在更新数据前都必须要擦除原数据方可重新写入新数据，不能直接在原来数据基础上更新内容。表3-4STC89C52RC单片机内部EEPROM地址表第一扇区第二扇区第三扇区第四扇区起始地址结束地址起始地址结束地址起始地址结束地址起始地址结束地址2000H21FFH2200H23FFH2400H25FFH2600H27FFH第五扇区第六扇区第七扇区第八扇区起始地址结束地址起始地址结束地址起始地址结束地址起始地址结束地址2800H29FFH2A00H2BFFH2C00H2DFFH2E00H2FFFH（5）定时/计数器0和1STC89C52RC单片机有三个定时/计数器。其中定时/计数器0和1的控制和实现由两个特殊功能寄存器完成。TMOD用于设置定时/计数器工作方式，TCON用于控制定时/计数器启动和中断申请。TMOD寄存器的各位信息见表3-5.表3-5寄存器TMOD描述 线阵LED图文显示系统29位D7D6D5D4D3D2D1D0TMODGATEC/M1M0GATEC/M1M0（a）GATE：门控位。GATE=0时，当软件使TCON中的TR0或TR1设置为“1”，则启动定时/计数器工作；GATE=1时，软件使TCON中的TR0或TR1设置为“1”，同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动条件，加上了引脚为高电平这一条件。（b）C/：定时/计数模式选择位。C/=0为定时模式；C/=1为计数模式。（c）M1M0：工作方式设置位。定时计数器有四种操作模式，由M1M0进行设置，见表3-6：表3-6定时/计数器工作方式设置表M1M0工作方式功能说明00方式013位定时器/计数器，兼容8048定时器模式，TL1只用低5位参与分频，TH1整个8位全用01方式116位定时器/计数器，TL1、TH1全用10方式28位自动重装载定时器，当溢出时将TH1存放的值自动重装入TL111方式3T0分成两个独立的8位定时计数器；T1此方式停止计数控制寄存器TCON的第四位用于控制外部中断，高四位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。其格式见表3-7：表3-7寄存器TCON描述位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0（a）TF1：定时器/计数器1溢出标志位。当T1被允许计数后，T1从初值开始加1计数，最高位产生溢出时，置“1”TF1，并向CPU请求中断，当CPU响应时，由硬件清“0”TF1，TF1也可以由程序查询或清“0”。（b）TR1：定时器T1的运行控制位。该位由软件置位和清零。当GATE（TMOD.7）=0，TR1=1时就允许T1开始计数，TR1=0时禁止T1计数。当GATE（TMOD.7）=1，TR1=1且INT1输入高电平时，才允许T1计数。（c）TF0：定时器/计数器0溢出标志位。其功能与TF1类同。（d）TR0：定时器T1的运行控制位。其功能与TF1类同。（e）IE1：外部中断1中断请求标志位。当主机响应中断转向该中断服务程序执行时，由内部硬件自动将IE1位清0。（f）IT1：外部中断1触发方式控制位。IT1=0时，外部中断1为低电平触发方式，当（P3.3）输入低电平时，置位IE1。采用低电平触发方式时，外部中断源（输入到）必须保持低电平有效，直到该中断被CPU 线阵LED图文显示系统29响应，同时在该中断服务程序执行完之前，外部中断源必须被清除（P3.3要变高），否则将产生另一次中断。当IT1=1时，则外部中断1()端口由“1”→“0”下降沿跳变，激活中断请求标志位IE1，向主机请求中断处理。（g）IE0：外部中断0中断请求标志位，其功能与IE1类同。（h）IT0：外部中断0触发方式控制位，其功能与IT1类同。（6）中断STC89C52RC单片机共有8个中断源，可分为四级优先级。其中一共有4个外部中断（、、、），3个定时/计数器中断（T0、T1、T2），一个串口中断，见表3-8：表3-8单片机8个中断源的地址及优先级设置中断源中断向量地址中断查询次序中断优先级设置优先级0优先级1优先级2优先级3中断请求0003H0PX0H,PX00,00,11,01,1IE0Timer0000BH1PT0H,PT00,00,11,01,1TF00013H2PX1H,PX10,00,11,01,1IE1Timer1001BH3PT1H,PT10,00,11,01,1TF1UART0023H4PSH,PS0,00,11,01,1RI+TITimer2002BH5PT2H,PT20,00,11,01,1TF+EXF0033H6PX2H,PX20,00,11,01,1IE2003BH7PX3H,PX30,00,11,01,1IE3STC89C52RC单片机在传统8051基础上扩展了2个外部中断，一个定时/计数器中断，扩展的中断由扩展中断控制寄存器XICON所控制。对于STC单片机来说，中断源的要求是否会得到响应，受允许中断寄存器IE中各位的控制。在全局中断控制位EA为1时，才能使能中断请求，当中断源同时产生中断时，要靠内部的查询逻辑查询中断优先级来确定响应的次序，不同的中断源，其中断地址不同。一次中断活动的全过程如图3-2所示。 线阵LED图文显示系统29图3-2中断处理流程图图中(1)，(2)，(3)和(9)是由硬件自动实现的，而其它的阶段是由用户软件完成的。有中断请求发生并被响应后，程序转至其相应的终端地址执行中断子程序。响应中断之前，必须保存ACC、PFLAG的内容。芯片提供PUSH和POP指令进行入栈保存和出栈恢复，从而避免中断结束后可能的程序运行错误。PUSH/POP缓存器是唯一的且仅有一层，因此只能出现在中断保护现场中。3.3电源模块3.3.1三端稳压器介绍对于7805三端稳压IC，它和其它78XX一样，都属于+V电压稳压输出链路。其1脚为输入端，2脚接地，3脚稳压输出。7805是正电压三端固定稳压器集成电路，属于线性稳压器件。7806应用非常广泛， 线阵LED图文显示系统29在各种稳压电源、充电器、家电等产品中均有运用。主要参数：最高输入电压：36V。最大输出电流：1.5A。输出电压偏差：典型=5V；最低=4.75V；最高=5.25V。工作温度范围：0～70℃。3.3.2元件3296电位器介绍电位器是一个可调的电子元件，俗称“可调变阻器”，它在电路中的主要作用有以下几个方面：1.用作分压器2.用作变阻器3.用作电流控制器。3296电位器是一个连续可调的电阻器，本实验用作变阻器的功能，把它接成两端器件，当调节电位器的转柄时，便可获得一个平滑连续变化的电阻值。通过调节滑动变阻器，可以改变电动机的转速，使指针板旋转平稳，用以调节屏幕上字的宽度。基板主要负责为指针板提供电源，通过红外发光二极管向指针板位置信号。由于本系统的电机转速直接决定图形显示是否成功，所以在设计电机电源时要考虑电压是稳定性。我们生活的供电是220V，但在实际中电压是180V-250V。为了保证本系统供电正常设计了微调稳压供电。如图220V交流电压经过变压器输出为12V交流电压，再经过桥式整流成为单向脉冲电压，再经过滤波电路成为比较平稳的直流电压，最后通过7805稳压成输出稳定的5V直流电。其中电容计算公式：RC>=(3～5)T/2;C=(0.7×I)/(ΔE×f)C等于以法拉为单位的电容值，L等于以安培为单位的负载电流，ΔE等于峰峰纹波电压，f等于纹波频率(一般全波为120Hz，半波为60Hz），0.7为整流器电流占空因数的补偿系数，这里假设占空因数为2.1 线阵LED图文显示系统29图3-3系统供电电路图3.4显示模块3.4.1LED应用简介LED(lightemittingdiode)是发光二极管的英文缩写，它是一种电致发光器件。目前，LED产业已经走过了它的发展初期和中期，普通LED的应用已经成为过去，高亮度LED的使用也已无需着力推广。另外，中小功率超高亮LDE亦已诞生，并正在以极快的速度走向应用。显示方面，LED被广泛应用于电子电器、工业设备等各类产品的状态性能显(指)示，也被越来越多地制作成多媒体平板显示屏、交通信号灯等等。LED的应用虽然已经具有了很广的范围、很大的规模，但是,由于LED拥有很多社会应用所需的优点、相关技术也有很大的发展空间，因此，LED有着更为美好的前景。目前技术条件下，LED已经显示出了众多的优点与传统的显示媒介相比，有以下特点：一是寿命超长，业内公认的平均值达10万小时，可期望目标将会达到25万小时；二是色彩丰富，LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色；三，稳定可靠，在LED的寿命期内，LED差不多都能稳定的工作，维护工作量极小；四，电气安全性高，LED一般工作在低电压(6-24V)、小电流(10-20mA)情况下，属弱电级工作器件，有较好的电气安全性能；五，节能环保效率高，在同等亮度下，LED的耗电仅为普通白炽灯的1/10，而且不存在有害金属汞污染等问题，符合社会发展趋势；六，应用灵活性好，LED可进行低压供电，也可110V/220V电源供电，加上单粒LED 线阵LED图文显示系统29的体积小(芯片更小)，只用3-5平方毫米，大大方便了工程应用；七，受控制能力强，现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示，分布控制等，是其它发光装置无可比拟的；八，抗震性能优越，LED的坚固、耐震、耐冲击性能，超过了目前所有其它类型的电光源产品；九，响应速度快，LED的响应速度在毫秒级，可以自如有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等；十，显色性能良好，白色LED目前的显色指数Ra达到了70以上，色温范围从3600K到11000K(随荧光粉不同而变)，而且已经获得了实验室提高的方案；另外还有亮度高、无干扰、方向性好等等也是十分有用的优点。当然，LED产业内还有不少问题需要从根本加以解决。基色尚不十分丰富，理想的目标是可见光波段实现全覆盖，最好能达到自然光的水平；显色性仍显不高，理想水平是黑体相同，即达到Ra=100；亮度需要有效地提高，包括发光效率的两个方面(内量子效率和光输出效率)和功率的提高；另外还有体积、成本、专用集成电路、驱动器、“冷光”感等问题。纵观LED的发展，我们不难发现，LED产业的发展极大地缘于技术的进步，而技术进步的动力则是来自于应用的需求，亮度的提高、基色的丰富、功率的增加等等无不如此。可以推想，未来的LED产业，一定会根据应用的要求，在亮度、功率、基色等技术方面进一步突破，使不同类型的LED更加广泛地被使用，并且还会逐步地建立起各自相对独立的应用领域，从而步入LED细分时代，我们有理由相信，亮饰、照明、显示将会首先独立出来，形成LED应用的专门领域。当然,从技术关联角度看，未来的LED产业会像一棵树，细分出来的专门领域，其源头仍会统一在芯片材料的生产上，不同领域的LED应用会得到不同技术支持。由于单片机的输出电压是5V超出了LED所能承受的极限，所以必须加限流电阻，我们知道LED的导通电压为2V，工作电流为10mA则限流电阻：R====我们取标称电阻。3.5红外感应模块3.5.1红外发射对管工作原理红外感应装置是有红外发射管和红外接收管两部分组成。红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、 线阵LED图文显示系统29原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外接收管实际上是一种对红外光敏感的光敏二极管[4]。光敏二极管又称光电二极管，它与普通半导体二极管在结构上是相似的。在光敏二极管管壳上有一个能射入光线的玻璃透镜，入射光通过透镜正好照射在管芯上。发光二极管管芯是一个具有光敏特性的PN结，它被封装在管壳内。发光二极管管芯的光敏面是通过扩散工艺在N型单晶硅上形成的一层薄膜。光敏二极管的管芯以及管芯上的PN结面积做得较大，而管芯上的电极面积做得较小，PN结的结深比普通半导体二极管做得浅，这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力。另外，与普通半导体二极管一样，在硅片上生长了一层保护层，它把PN结的边缘保护起来，从而提高了管子的稳定性，减少了暗电流。光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性，因此，光敏二极管工作时应加上反向电压。当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，此时相当于光敏二极管截止；当有光照射时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对。这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时，在电阻两端将得到随入射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成电功能转换的。显然需要加反向电压偏置，才能正常工作。3.5.2红外感应模块接口电路（1）红外发射接收管应用电路图3-4红外发射接收管应用电路原理图图3-5的电路中，发射管与220欧姆的小电阻相串联，可以增大发射管电流和发射功率。当红外接收管接收到红外线时，内部电阻较小；当无法接收到红外线时，电阻极大。因此，无障碍通过时，接收管的内部电阻较小，接收管两端为低电平；有障碍通过时，接收管的电阻为无穷大，为高电平。经过电压比较器LM393的反相比较并进行一定整形之后，有障碍通过时，输出电压由高变低，直接连接单片机的中断进行检测。其中LM393的正相端接电位器，是因为接收管两端障碍通过前后的电压差可能不太明显，连接电位器，可以通过调整正相端的输入电压来设置电压比较器的阈值电压。此外，因 线阵LED图文显示系统29为LM393集电极开路，因此必须接一上拉电阻R3才能进行电压输出。（2）电压比较器LM393介绍电路中要用到双电压比较器LM393，它由两个独立的、高精度电压比较器组成的集成电路，失调电压低，最大为2.0mV。它专为获得宽电压范围、单电源供电而设计，也可以双电源供电；而且无论电源电压大小，电源消耗的电流都很低。它还有一个特性：即使是单电源供电，比较器的共模输入电压范围接近低电平。LM393主要应用于限幅器、简单的模数转换器、脉冲发生器、方波发生器、延时发生器、宽频压控振荡器、MOS时钟计时器、多频振荡器和高电平数字逻辑门电路。当用双电源供电时，它能兼容MOS逻辑电路，如图3-9所示：图3-5LM393管脚排列图其各引脚定义见表3-10。表3-10LM393引脚定义引脚号符号功能1OUTA输出A2INA-反相输入A3INA+同相输入A4GND接地端5INB+同相输入B6INB-反相输入B7OUTB输出B8VCC电源电压 线阵LED图文显示系统294线阵LED图文显示系统的硬件设计4.1硬件的整体设计基于单片机的运动棒长度检测系统由以下几部分组成：（a）LED显示模块，用于显示字符或图形；（b）电动机模块，用于机械转动LED；（c）按键部分模块，用于转变不同的图形文字；（d）红外对管模块，作为扫频标志；（e）电源供给：采用交流转直流电压供电，硬件在板进行5V转化使用；本系统采用以STC89C52为核心处理器，其系统框图如图4-1所示：直流电动机LED显示器单片机STC89C52红外控制按键控制图4-1系统总体硬件设计首先由稳压芯片LM7805对整个系统提供5V供电，电机转动带动LED一起转动，单片机不断的给LED输出数据，当标志没有到来时一直刷屏，直达标志到来，显示下一部分内容。当按键按下时会有对应的数字，这次第二次刷屏时就会刷出对应内容。4.2微处理器模块最小系统实现微控制器模块中微控制器为STC89C52，STC89C52单片机是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。在设计单片机最小系统时主要有时钟电路及复位电路，在应用P0口时还需要给一个上拉电阻，使P0口具有驱动能力。微控制器的最小系统如图4-2所示： 线阵LED图文显示系统29图4-2微控制器的最小系统4.3LED显示模块的接口设计LED负极通过限流电阻连接单片机，正极直接5v电压，构成共阳电路，因此通过阴极控制即单片机P0,P2口控制LED通断从而显示图文。图4-3显示模块应用电路 线阵LED图文显示系统294.4红外感应模块的接口设计将红外发射接收管的阳极连到P1.0口，当没有转到标志位时，D16电阻很大P1.0口输入为高电平。到了标志位时D16导通接地，此时电平为低电平，告诉单片机的该显示下一屏内容了。从而实现单片机对LED的控制,具体电路如图4-3所示：图4-4红外检测原理图4.5系统实物制作实物的制作分为五步，原理图的设计、PCB的制作、电路板的制作、软件的编程、实物的焊接和调试，原理图的设计前面已介绍，本小节主要介绍PCB的制作和实物的焊接和调试。4.5.1PCB的介绍PCB是PrintedCircuitBoard的简称，即印刷电路板，或者叫做印制电路板。PCB的主要功能是固定这种零件，并提供其上各个零件的相互电气连接，实现电路功能。PCB是由绝缘介质隔开的各敷铜层组成，在覆铜层上利用化学或物理的方法蚀刻制作出铜布线图案，板上制作出内壁镀有/不镀金属的通孔用于焊接零件引脚、连通位于不同覆铜层的铜线、机械固定等。元器件是实现电气功能的基本单元，他们的结构和外形各异，为了实现电器的功能，它们必须通过管脚相互连接，并为了确保连接的准确性，各管脚都按一定的标准规定了管脚号，并且同一类型的元件，根据封装类型有不同的元件外形和管脚排列。所以，在制作PCB图时，需对原理图的器件进行封装说明，以实现电气特性。印制电路板的种类很多，根据元件导电层面的多少可以分为单面板、双面板及多层板。在本设计中，考虑到元器件的布局和制版费，设计为双面板。在绝缘基板的上下两面均有覆铜层，都可制作铜箔导线，元件一般放在顶层，为了解决顶层和底层相同导线之间的连接关系，制作了金属化过孔。 线阵LED图文显示系统294.5.2PCB的设计基于单片机的运动棒长度检测系统，其目的是代替昂贵设备在工业现场运用，在设计中，PCB布局和布线规则[15]：（a）按照电路的流程安排各个电路单元的位置，使布局便于信号的流通，并且尽量使信号能够保持一致的方向。在布局时，确保布线的就近原则。（b）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应当均匀,整齐，紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各器件之间的引线和连接。（c）要考虑散热问题，热敏元器件应当远离发热元件。（d）一般情况下，电路应尽可能使元器件平行排列，不仅可以达到美观的效果，而且易于装焊和批量生产。位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。（e）布线中，电源线和地线的处理是十分重要的，要把电源线和地线所产生的噪声干扰降低到最低限度。方法为，在电源与地之间加上去耦电容、尽量加宽电源线与地线宽度、用大面积铜层作地线。（f）信号线尽量短，且不可形成回路，过孔的使用尽量少。（g）相邻两层布线时，两层的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。（h）走线拐角尽可能大于90度，杜绝90度以下的拐角，也尽量少用90度拐角。4.5.3系统的调试实物调试是在一项重要的任务，在将设计好的PCB检查好之后，将其投于PCB板制作公司，板子做好后，艰巨的任务便是调试，使其实现预想功能。实物调试的步骤如下：（a）检查电路，在焊接元器件之前，对电路板进行检查，以防有短路和断路的情况并且对照原理图，检查电路连线是否正确。（b）焊接元器件，首先对电源部分进行焊接，焊接好后，检查输出电压是否为设计电压，并检查其他核心元件的电源，检查好后，对最小系统进行焊接，并通电调试，检查最小系统是否工作，并检查复位情况，一切正常后，焊接每个模块，并在每焊完后进行对模块的测试。（c）在确保每个模块都正常工作后，对整个板子进行调试。（d）在最终实现设计功能时，实物焊接和调试成功。4.6本章小结本章介绍了基于单片机的运动棒检测系统的总体硬件电路设计。按照模块化思想， 线阵LED图文显示系统29介绍了电源模块设计：提供稳压电源；微控制器处理器最小系统设计：主芯片介绍、最小系统设计与实现；控制模块设计：I显示模块的设计：实物的制作：介绍PCB的设计和实物的焊接及调试过程。 线阵LED图文显示系统295线阵LED显示系统软件设计5.1开发环境单片机鲜明的特点就是软、硬件的结合。除了进行硬件方面的准备外，还需软件编程、源程序编译、创建目标文件、软件调试、下载目标文件等。常用为Keil软件，KeiluVision（简称KeilC）是德国Keil公司的产品，又增加了很多与硬件密切相关的编译特性，使得在8052系列单片机上开发应用程序更为方便和快捷[16]。KeilC调试软件提供了一个全集成环境，统一的界面包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，以及汇编和调试工具，并提供一个与第三方编译器的接口。由于风格一致，从而大大节省时间和精力。KeilC51集成开发环境是使用工程方法来管理文件的，而不是单一文件的模式。所有的文件包括源程序（包括C程序、汇编程序）、头文件、甚至说明性的技术文档都可以放在工程项目文件里面统一管理。在使用KeilC51之前，应熟悉工程的管理方式。创建KeilC51应用程序的步骤为：（a）建一个项目文件；（b）工程选择一个目标器件（如STC89C52）；（c）创建源程序文件并输入程序代码并保存；（d）把源文件添加到项目中；（e）为工程项目设置软硬件调试环境；（f）编译项目文件；（g）硬件或软件调试。5.2软件设计本系统的主要功能是实现木棒的长度检测，根据之前对系统分析，可将本设计划分为几大模块，如语音模块，显示模块，按键模块等，并分别对其进行编程，实现相应功能。在需要各模块间产生交互关系时，通过单片机控制进行交换。5.2.1主程序设计主程序实现的功能是：完成选择LED图文显示。（1）RAM初始化在进行系统设计时，用户自定义寄存器初始化或清零动作是非常重要的，否则容易造成程序执行的不确定性，甚至会导致程序出现跑飞现象。当程序上电复位时，RAM区各寄存器存放数值是随机的。为确保程序的正确运行，需要对用户定义的寄存器进行初始化清零。 线阵LED图文显示系统29（3）预处理预处理是将程序中的寄存器赋予初值，正确的初值会使程序运行准确，相反，忘记赋初值或赋了不正确的初值，就有可能使程序执行不准确甚至不能实现相应的功能。（4）调用子程序本设计的主要功能在子程序中实现，主程序中需要循环判断并调用各子模块。图5-1主程序流程图 线阵LED图文显示系统295.2.2LED显示程序设计旋转LED显示屏采用扫描方式进行显示,其实现原理是通过控制不同时间段内让不同批次的LED轮流点亮而形成一个整体的图形。如图5-1。图5-2旋转示意图显示图形的设计是通过将整体的图形细分之后，分析每一个位置的显示情况。将这些显示合并后就组成了一个整体的图形。下面以“好”字为例介绍一下汉字的静态显示和动态显示。图5-3汉字的点阵处理根据系统结构的要求我们采用了纵向取模的方式。由于汉字是16*16的点阵，而我们的单片机是8位的芯片。所以我们将汉字从中间一分为二，分别对上半部和下半部进行取模。 线阵LED图文显示系统29上半部取模为：0x08,0x08,0x0F,0xF8,0x08,0x0F,0x01,0x41,0x41,0x41,0x4F,0x51,0x61,0x41,0x01,0x00,下半部取模为：0x01,0xC2,0x44,0x28,0x30,0xCE,0x04,0x00,0x02,0x01,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,在实际程序中要用到字符表通过循环函数来实现汉字的显示。LED显示流程图如图所示。图5-4显示程序流程图5.3本章小结本章介绍了单片机最常用的软件平台KeilC，以及软件设计，并将设计思路进行详细的介绍。先对系统软件总体结构进行了设计研究，按照模块化的思想，介绍了各个模块工作的大致流程，并介绍了数据运算的一些基本算法及核心思想。 线阵LED图文显示系统396总结6.1结论基于单片机的运动棒长度检测系统以STC89C52为核心处理器，与语音芯片，液晶显示等共同完成木棒的长度测量，并将数据信息显示在液晶屏上。非接触式测量手段已经在工业生产上运用成熟，但大部分都价格昂贵，不宜运用于小范围检测，因此本系统的优点就显而易见了，具体可总结为以下几点：（a）微控制器单片机的选择，选择了STC89C52，并且分析选择的原因，同时设计最小系统；（b）LED模块的选择,选着16*16方块字，立体感强。（c）红外感应模块的设计，本系统将红外对管反接，通过电压比较器，将电位计的两端分别接电源和地，中间接同相端，在运行过程中通过测量红外对管的实际电平来调节同相端的接入电平，再与单片机连接，最终取得了一个理想的结果；（d）软件的编程，软件设计是在Keil环境下进行，在软件编程中，需要对各模块进行初始化，并且用定时器和中断对数据进行采集和计算；（e）实物的调试，实物的成功取决于原理图的设计、PCB的制作和软件的编程及调试，在调试中，首先确保的是电源的供电，电源过小，芯片不工作，电源过大，芯片被烧坏，所以先对电源进行调试，其次是电路板的测试，确保没有短路和断路，然后对各个模块进行调试，最后总体调试。6.2展望本论文以单排LED显示字幕、图案为研究对象，通过对单片机，16*16点阵字模，电机的结合运用，在此基础上提出了硬件和软件设计方案，总结前面几章的论述，本文得出部分硬件、软件理论原理和具体的控制方案，具体结论如下：1、通过利用高速旋转电机带动一排LED灯旋转，通过单片机控制LED灯的闪烁时间和频率以呈现一幅完整的画面，如显示字符、图片；2、单片机从价格、处理速度，选择STC89C52单片机既可以保证控制精度，又能使设计大大简化；3、考虑到价格和电源方面的因素，此设计运用了以交流AC220V电机来带动LED旋转，并能获得较佳的效果；4、考虑到美观和阻力因素，此设计运用直径为5mm绿色LED，和4片直插型3V纽扣电池分开对单片机和LED供电，从中降低了硬件设计难度，且成本也不高。5、旋转LED动态显示屏已制作完成，在实际运行中可能还会出现许多未曾考虑到的问题，有待于进一步的完善具体来说进一步的工作主要有： 线阵LED图文显示系统39致谢光阴似箭，岁月如梭，不知不觉已经入学四年。当论文接近尾声的时候，才真正意识到我的大学生活也即将结束。回首四年的大学生活，不禁生发许多感慨，有汗水有泪水，有欣喜有失落，一切的一切都是我成长道路上不可或缺的一笔财富。但是无论成功抑或失败都有老师，同学在身边鼓励我支持我，在此我想向所有关心帮助我的老师同学表示衷心的感谢。首先我要感谢陈晓莉老师，在论文的选题，方案的确定，PCB的制作以及实物的调试等方面都凝聚了她的心血。没有陈晓莉老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利的完成。在答辩的关键时刻，老师仍然能够抽出时间对我进行辅导。老师能在每次遇到问题的时候对我提出关键性的建议。毕业设计的每个细节和方案都能指点到位，你们在百忙之中还要和我一起讨论方案的选择，测试板子的性能，最后还要帮我审查论文的格式，向你们致以诚挚的谢意。感谢我的父母和家人，你们永远是我最坚强的后盾，无论遇到什么你们总是不计回报的支持我鼓励我，我庆幸出生在这样一个普通而又幸福的家庭中。成长的道路上是你们给我前进的动力，我也一定不会让你们失望的。感谢陕西科技大学的各位老师，谢谢你们四年来的谆谆教诲，让我学到了很多收获了很多，让我在今后的成长道路上有了更大的信心，更多的资本，谢谢你们。感谢我的舍友及大学的每一位同学，感谢你们在人生最重要的四年中陪我一起度过。我们因为缘分从五湖四海聚集到这里，失落时有你们为我打气，成功时也有你们为我鼓掌，四年的时光早已将我们变成一家人。我把最诚挚的谢意送给你们——我最亲爱的兄弟姐妹们，我们都要为了自己的明天加油，我也会为你们感到骄傲！最后，祝大家身体健康，前程似锦! 线阵LED图文显示系统39参考文献[1]丁曙光.基于单片机的自动检测系统研究[J].现代物理知识，2008,20(04)：31-33.[2]周立军.大尺度精密高效测量专利技术现状及其发展趋势分析[J].舰船科学技术，2007,29(02):51-56.[3]王素红.激光多普勒测速技术[J].机械与电子，2000,(04)：32-33.[4]刘笃仁,韩保君，刘靳.传感器原理及应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社，2009.[5]刘思远，李杰，龚恒士.运动木棒长度计量装置的设计与制作[J].电子制作,2011,(05):64-69.[6]王彦全，刘英杰.运动物体长度计量装置的开发与设计[J].白城师范学院学报,2010,24(06):36-40.[7]于海生.微型计算机控制技术[M].北京：清华大学出版社，1999.[8]魏立峰，王宝兴.单片机原理与应用技术[M].北京：北京大学出版社，2006.[9]张毅刚，彭宇，赵光权.单片机原理及接口技术(C51编程)[M].北京：人民邮电出版社，2011.[10]王刚.具有实时语音播报运动木棒长度计量仪的设计[J].白城师范学院学报,2011,25(03):61-64.[11]陈洪军,陈和平.语音录放芯片ISD4003及其应用[J].电子技术,2000,(03):182-185.[12]张喜民，房师文，孙鹏博.ISD1420语音芯片在单片机测量系统中的应用[J].电测与仪表，2000(10):43-46.[13]蒋怀伟，尹志强.ISD1420语音芯片在单片机系统中的应用[J].电子世界，2002(12):34-36.[14]崔双喜,朴春俊.噪声环境下的语音识别性能研究[J].计算机测量与控制，2005，13(11):1276-1278.[15]李伟，刘辛酉.PCB设计管理系统的项目分配设计[J].微电子学与计算机，2008,25(05):222.224．[16]何立民．单片机高级教程应用与设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1997：233-286．[17]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1997.[18]STC89C51RC/RD+系列单片机中文指南[DB/OL].http:fpga-arm.com. 线阵LED图文显示系统39附录Ⅰ线阵LED图文显示系统原理图 线阵LED图文显示系统39附录Ⅱ线阵LED图文显示系统实物图 线阵LED图文显示系统39 线阵LED图文显示系统39附录Ⅲ线阵LED图文显示系统程序代码#include"reg52.h"//#include"intrins.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedsbitIN=P1^0;//红外接收sbitCNTROL=P1^1;constuchartab1[]={0x18,0x00,0x18,0x00,0x08,0x20,0xF8,0x3F,0xF8,0x3F,0x08,0x20,0x18,0x00,0x18,0x00,/*"T",0*/0x08,0x20,0xF8,0x3F,0xF8,0x3F,0x88,0x20,0x88,0x20,0xF8,0x31,0x70,0x1F,0x00,0x0E,/*"I",1*/0x10,0x04,0x10,0x07,0xD0,0x03,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xD0,0x04,0x94,0x06,0x04,0x03,0x84,0x01,0xE4,0xFF,0xFC,0xFF,0x9C,0x00,0x84,0x01,0x04,0x07,0x04,0x06,0x04,0x00,/*"杯",2*/};unchartab2[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f};//同心圆/***************************************************************************延时函数***************************************************************************/voiddelay(uintk){//延时k*1msuintm,n,b;for(m=0;m