【正文】 調(diào)試 ................................................. 27 基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 II 第五章 總結(jié) .................................................. 29 致謝 ......................................................... 31 參考文獻(xiàn) ..................................................... 32 附錄 ......................................................... 33 附錄一 16ｘ 16的點(diǎn)陣顯示屏的硬件 PROTUES 仿真圖 ........... 33 附錄二 程序代碼 ......................................... 33 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 前 言 LED 電子屏顯示是集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。以美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 40 腳單片機(jī) Atmega16 為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的 LED 點(diǎn)陣電子顯示屏的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。 單片機(jī)控制系統(tǒng)程序采用單片機(jī) C 語言進(jìn)行編輯，通過編程控制各顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng) LED 陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點(diǎn)的亮滅。 LED 顯示屏投入市場(chǎng)將為我國城市的發(fā)展重大作用，它的應(yīng)用前景將會(huì)十分廣泛。 本文介紹了此系統(tǒng)的研究意義，并詳細(xì)介紹了 基于 AVR 單片機(jī)ATMEGA16 的 LED 電子顯示屏的開發(fā)設(shè)計(jì)過程，從最基本的控制原理開始入手把系統(tǒng)分成各個(gè)模塊，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的 PROTUES 仿真 設(shè)計(jì)。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對(duì)自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。 LED 顯示屏投入市場(chǎng)將為我國城市的繁榮、美化起到重大作用。該能量相當(dāng)于半導(dǎo)體材料的帶隙能量 Eg(Ev) ,其與發(fā)光波長(zhǎng) λ(nm) 的關(guān)系為 λ= 1239. 6PEg 。許多信號(hào)的通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故運(yùn)作時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 AVR單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取 8 位機(jī)與 16 位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器存堆 (32 個(gè)寄存器文件 )和單體高速輸入 /輸出的方案 (即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯 )。 “創(chuàng)新模式 ”獲得成功，奠定了 SCM 與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。 ，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SoC 化趨勢(shì)。具體就 16ｘ 16的點(diǎn)陣來說，把所有同 1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(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；以此類推，第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復(fù)輪回。 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。本設(shè)計(jì)是一種實(shí)用的漢字顯示屏的制作，制作的是雙色點(diǎn)陣。為了降低成本，使用了四塊 8 8 的LED 點(diǎn)陣發(fā)光管的模塊，組成了一個(gè) 16 16 的 LED 點(diǎn)陣顯示屏， 如圖28 所示。對(duì)于串行傳輸方式來說，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。 （ 2）豎直方向（ Y 方向）掃描，即逐行掃描方式（簡(jiǎn)稱行掃描方式）：此時(shí)用一個(gè) P 口輸出決定哪一行能亮（相當(dāng)于位碼） ，另一個(gè) P 口輸出列碼（行數(shù)據(jù)，行數(shù)據(jù)為將列數(shù)據(jù)的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn) 90 度的數(shù)據(jù)）決定該行上哪些 LED 燈亮（相當(dāng)于段碼）。一般我們把它分解成上部分和下部分，上部分由 8*16 的點(diǎn)陣組成，下部分也由 8*16 的點(diǎn)陣組成。無論哪一種組字方法，都既可以顯示字符的水平方向的移動(dòng)，又可以顯示豎直方向的移動(dòng)。 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字型掃描顯示完成之后，就進(jìn)行這樣的動(dòng)作調(diào)整，以產(chǎn)生第二個(gè)字型的編碼。 (2) 行 掃描方式左移：行向組字顯示字符水平方向的左移。如此，每進(jìn)行下一次的掃描，把上一次的 16 個(gè)行碼都循環(huán)右移一位，再進(jìn)行掃描就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的向上移動(dòng)。第 2 次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第 2~17 個(gè)額數(shù)據(jù)（第 17 個(gè)數(shù)據(jù)與地 1個(gè)數(shù)據(jù)同），分別送列碼輸出口，對(duì)應(yīng)于這 16 個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用行碼輸出口輸出行碼，仍分別控制地 1~16 行。 方法 2：數(shù)組數(shù)據(jù)“循環(huán)左移法”。 圖 214 所示是針對(duì)共陰性 LED 陣列而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，在這種驅(qū)動(dòng)電路采用 低 態(tài)掃描，也就是任何時(shí)間只有一個(gè)高態(tài)信號(hào)，其他則為低態(tài)。如 下圖 215 所 示。例如在 本設(shè)計(jì) 中， 行向的掃描要控制每行的掃描時(shí)間，還有所有的字移動(dòng)有一定的時(shí)間間隔，而在所有的字移動(dòng)一遍結(jié)束的一瞬間到下一遍移動(dòng)開始的一瞬間要有延時(shí)，這時(shí) 的延時(shí)可以和移動(dòng)的時(shí)間相同以保持移動(dòng)的連貫性，也可以不同作為每次從頭開始的停頓，在上述 就可以通過延時(shí)程序來完成。 在 Atmega16 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 （執(zhí)行這條指令只需一個(gè)機(jī)器周期） , 也就是說，如果 Atmega16 單片機(jī)采用的是 12MHz 晶振，那么它執(zhí)行一條指令一般只需 1~2 微秒的時(shí)間；如果采用的是 6MHz 晶振，執(zhí)行一條指令一般就需 2~4 微秒的時(shí)間。 （ 3） 循環(huán)轉(zhuǎn)移指令 DJNZ 循環(huán)轉(zhuǎn)移指令功能是將第一個(gè)數(shù)進(jìn)行減 1 并判斷是否為 0，不為 0 則轉(zhuǎn)移到指定地點(diǎn)；為 0 則往下執(zhí)行。 ④ 2*R3+(1+2*R5)*R3 RET 2 上面 這個(gè)子程序共有 四 條指令，現(xiàn)在分別就每一條指令 被執(zhí)行的次數(shù)和所耗時(shí)間進(jìn)行分析。 Proteus 是世界上著名的EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。通過工具欄中的 p(從庫中選擇元件命令 )命令，在 pick devices 窗口中選擇基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 26 電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對(duì)位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在 source 菜單的 Definecode generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在 source 菜單的Add/removesource files 命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng)程序；通過debug 菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。 功能特點(diǎn) Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例： multisim）的功能。對(duì)單片機(jī)設(shè)置完畢后就可以開始仿真了。但是，在實(shí)際寫 入 Atmega16 中， LED 顯示屏出現(xiàn)各種各樣的 亂碼，通過再次認(rèn)真仔細(xì)分析多次修改程序后，程序能夠正常運(yùn)行。 二，本文設(shè)計(jì)的 LED 顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測(cè)條件下 LED 顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。 總體來說這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)很成功，達(dá)到了預(yù)想的目的：學(xué)到了知識(shí)，提高了能力，完成了任務(wù)。 基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 32 參考文獻(xiàn) [1] 石磊，張國強(qiáng) .Altium Designer 中文版電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教程 ．北京：清華大學(xué)出版社， 2021 年 4 月 [2]倪曉軍，章韻 ． 單片機(jī)原理與接口技術(shù)教程 ．北京：電子工業(yè)出版社， 2021年 9 月 [3]張義和 ． Altium Designer 完全電路設(shè)計(jì) ．北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ，2021 年 2 月 [4]彭偉． 單片機(jī) C 語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn) 100 例 :基于 8051+Proteus 仿真．北京：電子工業(yè)出版社， 2021 年 6 月 [5]潘曉寧．單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程．北京：清華大學(xué)出版， 2021 年 8月 [6]楊居義．單片機(jī)原理與工程應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社， 2021 年 1月 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 附錄 附錄一 16ｘ 16 的點(diǎn)陣 顯示屏的硬件 PROTUES 仿真 圖 附錄二 程序代碼 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int 基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 34 pragma data:code const uchar table[][2]= {//西 [16*16]下上列排 0x02,0x00,0xF2,0x7F,0x12,0x28,0x12,0x24, 0x12,0x22,0xFE,0x21,0x12,0x20,0x12,0x20, 0x12,0x20,0xFE,0x21,0x12,0x21,0x12,0x22, 0x12,0x22,0xF2,0x7F,0x02,0x00,0x02,0x00, //安 [16*16]下上列排 0x80,0x80,0x90,0x80,0x8C,0x80,0x84,0x40, 0x80,0x47,0xF4,0x28,0xA5,0x28,0x86,0x10, 0x84,0x28,0x84,0x24,0x84,0x43,0x84,0xC0, 0x94,0x40,0x8B,0x00,0x84,0x00,0x00,0x00, //理 [16*16]下上列排 0x44,0x10,0x44,0x10,0xFC,0x0F,0x44,0x08, 0x44,0x48,0x00,0x40,0xFE,0x45,0x92,0x44, 0x92,0x44,0xFE,0x7F,0x92,0x44,0x92,0x44, 0x92,0x44,0xFE,0x45,0x00,0x40,0x00,0x00, //工 [16*16]下上列排 0x00,0x20,0x00,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20, 0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0xFE,0x3F, 0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20, 0x02,0x20,0x02,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00, //大 [16*16]下上列排 0x20,0x00,0x20,0x80,0x20,0x40,0x20,0x20, 0x20,0x10,0x20,0x0C,0xA0,0x03,0x7F,0x00, 0xB0,0x01,0x20,0x06,0x20,0x08,0x20,0x30, 0x20,0x60,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x00,0x00, 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 //學(xué) [16*16]下上列排 0x40,0x00,0x30,0x02,0x10,0x02,0x12,0x02, 0x5C,0x02,0x54,0x02,0x50,0x42,0x51,0x82, 0x5E,0x7F,0xD4,0x02,0x50,0x02,0x18,0x02, 0x57,0x02,0x32,0x02,0x10,0x02,0x00,0x00, //自 [16*16]下上列排 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0xFF, 0x48,0x44,0x48,0x44,0x4C,0x44,0x4B,0x44, 0x4A,0x44,0x48,0x44,0x48,0x44,0x48,0x44, 0xF8,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, //動(dòng) [16*16]下上列排 0x20,0x08,0x24,0x1C,0x24,0x0B,0xE4,0x08, 0x24,0x0B,0x24,0x05,0x24,0x4E,0x20,0x24, 0x10,0x10,0x10,0x0B,0xFF,0x03,0x10,0x20, 0x10,0x40,0xF0,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00}。 五，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步 增強(qiáng)了動(dòng)手的能力，學(xué)以致用，把只是運(yùn)用到 實(shí)際生活中才是根本目的。 并且通過對(duì)單片機(jī)資料的查閱和應(yīng)用，更進(jìn)一步增加了對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力。 軟件調(diào)試：軟件部分是先參考書上的例子，然后自己根據(jù)硬件電路寫程序，由于以前所學(xué)是 單片機(jī)匯編語言 ，所以這個(gè)系統(tǒng)在編寫程序過程中基于 AVR 單片機(jī)的點(diǎn)陣屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 28 都采用 匯編語言 編寫。本設(shè)計(jì)利用 ICC AVR， 在新建項(xiàng)目時(shí)選擇 Atmega16 單片機(jī)作為 CPU，將源程序?qū)?，?“Options For Target”對(duì)話窗口中，選中 “Output”選項(xiàng)中的 “Create HEX File”，編譯鏈接后就可以生成 .HEX 文件。