【正文】 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 致謝 本文是在王曉峰老師的悉心指導(dǎo)下完成的 。 四，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)會(huì)了 Protel 的基本使用，感到 Protel對(duì) 應(yīng)用電子 專(zhuān)業(yè)的同學(xué)來(lái)說(shuō)是一門(mén)很有用的課程。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。 調(diào)試 調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試： 硬件調(diào)試 ：在焊接電路板的時(shí)候，應(yīng)該從最基本的最小系統(tǒng)開(kāi)始，分模塊，逐個(gè)進(jìn)行焊接測(cè)試。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試， Proteus 提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路 或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。軟件流程框圖基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 24 如下圖 31 所示。 利用以上三條指令的組合就可以比較精確地編寫(xiě)出所需要的延時(shí)程序。 AVR 單片機(jī)的指令有單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)的，它們的指令周期不盡相同， 如： 一個(gè)單周期指令包含一個(gè)機(jī)器周期，即 12 個(gè)時(shí)鐘周期，所以一條單周期指令被執(zhí)行所占時(shí)間為 12 （ 1/12021000） =1μs。 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8位 CMOS 微控制器。 在這個(gè)電路之中驅(qū)動(dòng)的掃描信號(hào)總共有 16 條，如果直接由 8051 輸出，將占用 2 個(gè) PORT 口，浪費(fèi)了寶貴的資源，不太理想，在此使用的是一個(gè) 4 對(duì) 16 的譯碼器 （ 74LS154） ,這個(gè)譯碼器是將輸入的 16 進(jìn)位碼解碼輸出 低 態(tài)的掃描信號(hào)。常用的 2N3904 之類(lèi)就可以達(dá)到當(dāng)?shù)蛻B(tài)的列掃描信號(hào)輸入晶體管的基極后，該晶體管即為正向，而產(chǎn)生電流，即可使 該列的 LED具有點(diǎn)亮的條件。 LED 點(diǎn)陣列驅(qū)動(dòng) 基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 18 正向點(diǎn)亮一顆 LED，至少也得 10 到 20 毫安，若電流不夠大，則 LED不夠亮！而不管是 8051 的輸入還是輸出端其高態(tài)輸出電流都不是很高，不過(guò) 1～ 2 毫安而已 。同樣的，當(dāng)?shù)诙€(gè)字型完成之后，就進(jìn)行這樣的調(diào)整動(dòng)作，以產(chǎn)生第三個(gè)字型的編碼。如此，每進(jìn)行下一次掃基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 16 描，把上一次掃描的 16 個(gè)列碼都循環(huán)右移一位，再進(jìn)行掃描。 方法 2：數(shù)組數(shù)據(jù)“循環(huán)左移法”（適合用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，在此僅作了解）。；這樣每掃描完一幀使方框右移一列，最后第 16 次（第 16 幀）時(shí)，罩住左邊數(shù)起的第 16 列開(kāi)始的 16 列，就掃描顯示這 16 列。每掃描儀幀取 8 個(gè)數(shù)據(jù)顯示，下一幀取數(shù)要在數(shù)組中后移一個(gè)數(shù)取數(shù)。 上半部分第一列完成之后，繼續(xù)掃描下半部分的第一列，為了接線(xiàn)的方便，我們?nèi)栽O(shè)計(jì)成由上往下的掃描方式，即從 P27 向 P20 方向掃描，從上圖可以看到，這一列所有的都不亮，所以代碼為 00000000， 16 進(jìn)制為 00H，然后單片機(jī)轉(zhuǎn)向上半部的第二列，除了 P05 亮，其他的都不亮，即為 00000100， 16 進(jìn)制為 04H，這一列掃描完成之后繼續(xù)進(jìn)行下半部分的掃描，除了 亮，其他的為不亮，為二進(jìn)制 00000000，即 16 進(jìn)制00H。 每一個(gè)字由 16 行 16 列的點(diǎn)陣形成顯示，即每個(gè)字均由 256 個(gè)點(diǎn)陣來(lái)表示，我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)像素。為基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 10 了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要有鎖存功能。以 1616 點(diǎn)陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把 所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽(yáng)的接法），先送出對(duì)應(yīng)第 1 行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第 2 行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅； … .第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復(fù)輪回。 對(duì)比下面的 8 8 單色點(diǎn)陣和 8 8 雙色點(diǎn)陣可以看出，其實(shí) 8 8 雙基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 8 色點(diǎn)陣就是兩塊 8 8 單色點(diǎn)陣組合在一起的。 圖 21 顯示屏電路結(jié)構(gòu)框圖 AVR 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) （圖 22） 單片機(jī) 列驅(qū)動(dòng)電路 LED 顯示點(diǎn)陣 行驅(qū)動(dòng)電路 電源 基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 6 圖 22 AVR 單片機(jī) Atmega16 的最小 系統(tǒng) 注 : 該最小系統(tǒng)由按鍵復(fù)位電路 、 晶體振蕩電路﹑ AD 轉(zhuǎn)換濾波線(xiàn)路﹑ ISP 下載接口﹑ JTAG 仿真接口﹑電源以及串口電路組成。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到 LED 的亮度。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按 8 位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。 基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 4 第二章 硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)框圖及介紹 從理論上說(shuō)，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在的位置相對(duì)應(yīng)的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱(chēng)為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠(chǎng)家。 AVR 單片機(jī)內(nèi)嵌高質(zhì)量的 Flash 程序存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)方便，支持 ISP和 IAP，便于產(chǎn)品的調(diào)試、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、更新。 ④實(shí)用性好：體積小，功耗低，價(jià)格便宜，易于產(chǎn)品化。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形； 視頻顯示屏采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂，以實(shí)時(shí)、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動(dòng)畫(huà)、錄像、電視、 VCD 節(jié)目以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。 PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。（本文制作的是 16 16 的四塊屏的組合）。 我們用 LED 顯示屏顯示信息，不論顯示圖形還是文字，都是控制與組基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 ii 成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的 LED器件發(fā)光。隨著電子設(shè)備變成我們?nèi)粘Ｉ钍冀K必備之物，電子顯示產(chǎn)品也成為一個(gè)重要組件，提供快捷而方便的通訊 。 關(guān)鍵 詞 ： Atmega16 單片機(jī)； LED；點(diǎn)陣顯示； C 語(yǔ)言 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract This design is a 16 16 lattice LED electron display monitor whole equipment is with the 40pin Atmega16 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL pany at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls two good driver 74HC573 and two row driver 74HC573 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 8 8 dotmatrix LED display modules to form the 16 16 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the LED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the corresponding software program design and the use of some such. SCM process control system used for editing MCU C language, Programming control points indicated by the corresponding LED anode and overcast extreme level. We can effectively control the defense showed bright spots. The lattice data shows characters can prepare themselves (that is, direct lattice Painting). As the practice proves, the system possesses advantages in low shows errors, stable,and strong extensible abilities. Keywords: Atmega16 Micro Controller Unit； LED； Lattice display； Dynamic display； C language. 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 目 錄 前 言 ......................................................... i 第一章 緒論 .................................................. 1 1． 1 LED 及 LED顯示屏 ..................................... 1 AVR 系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介 .................................. 2 AVR 系列單片機(jī)及其特點(diǎn) .......................... 2 單片機(jī)的發(fā)展歷史簡(jiǎn)介 ............................ 3 第二章 硬件設(shè)計(jì) .............................................. 4 設(shè)計(jì)框圖及介紹 ........................................ 4 AVR 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) （圖 22） ............... 5 LED 點(diǎn)陣介紹 ........................................... 7 LED 顯示方式 .......................................... 8 點(diǎn)陣的移動(dòng) ........................................... 12 LED 點(diǎn)陣列驅(qū)動(dòng) ........................................ 17 第三章 軟件設(shè)計(jì) .............................................. 21 單片機(jī)延時(shí)子系統(tǒng) ................................... 21 機(jī)器周期和指令周期 ............................. 21 延時(shí)指令 ....................................... 22 點(diǎn)陣顯示的流程圖及分析 .................................... 23 第四章 軟件仿真 .............................................. 25 Protues 軟件介紹 PROTUES 仿真 ........................ 25 Proteus 的工作過(guò)程 ............................. 25 Proteus 軟件所提供的調(diào)試手段 ................... 26 功能特點(diǎn) ........................................ 26 基于 AVR 單片機(jī)的 Protues 仿真 ......................... 27