【正文】 路仿真軟件、 PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模 型支持 805 HC11﹑PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021年 增加 了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。 第一句： MOV R3， 200 在整個子程序中只被執(zhí)行一次，且為單周期指令，所以耗時 1μs 第二句： MOV R5， 250 從 ② 看到 ④ 只要 R31 不為 0，就會返回到這句，共執(zhí)行了 R3 次，共耗時 200μs 第三句： DJNZ R5， F1 只要 R51 不為 0,就反復(fù)執(zhí)行此句（內(nèi)循環(huán)R5 次），又受外循環(huán) R3 控制，所以共執(zhí)行 R3*R5 次，因是雙周期指令，所以耗時 2*R3*R5μs。 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 循環(huán)轉(zhuǎn)移指令（ DJNZ ）除了可以給定地址標號讓其跳轉(zhuǎn)外，還可以將地址標號改成 $，這樣 程序 就跳回本指令執(zhí)行。 以 12MHZ 晶振為例 ， 指令周期、機器周期與時鐘周期 的關(guān)系是： 指令周期： CPU 執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，它是以機器周期為單位的，指令不同，所需的機器周期也不同。 機器周期和指令周期 （ 1） 機器周期是指單片機完成一個基本操作所花費的時間，一般使用微秒來計量單片機的運行速度， 51 單片機的一個機器周期包括 12 個時鐘振蕩周期，也就是說如果 51 單片機采用 12MHz 晶振，那么執(zhí)行一個機器周期就只需要 1μs；如果采用的是 6MHz 的晶振，那么執(zhí)行一個機器周期就需要 2 μs。 基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 20 圖 215 16 16 的點陣驅(qū)動圖 這時候就需要靠鎖存器（ 74LS373）將這兩組顯示信號鎖住，此處的鎖存器是以低態(tài)輸出的，其輸出的電壓可達 24 毫安，足以驅(qū)動一個 LED；若嫌不足，可以選用 74A373 其輸出的電壓可達 48 毫安，當 74LS373 得G 腳為高態(tài)時，數(shù)據(jù)可以從輸入端傳輸?shù)芥i存器中； G 腳為低態(tài)時， 數(shù)據(jù)被鎖住，不會隨輸入端而變。一行掃描完成之后，再把高態(tài)信號轉(zhuǎn)到臨近的其他行。實現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移的方法與上類似 。第 3 次掃描從點陣數(shù)組中取第 3~18個數(shù)據(jù)（第 18 個數(shù)據(jù)與地 2 個數(shù)據(jù)同）掃描； 也可以用字型的方法容易理解，以下的 16 16 的 LED 顯示一個字是 8 個字型，首先掃描的而是第一個字型，同樣是 16 行， 16 列掃描， 16次顯示；完成一個字型后， 再掃描第二個字型；完成第二個字型后，再掃描第三個字型， 以此類推，即可產(chǎn)生該文字向上移動的感覺 當 把第一個字型編碼中，每行顯示的數(shù)據(jù)都右移一位， 以產(chǎn)生第二個字型編碼 ，即 可產(chǎn)生字符向上滾動的感覺。如果是行向組字（行掃描方式，點陣數(shù)據(jù)為列碼，左邊為敵位右邊為高位），希望顯示向左移動的一個字符，第 1 次掃描從列碼的點陣數(shù)組中取第 1~16個數(shù)據(jù)，送到列碼輸出口，對應(yīng)的 8 個數(shù)據(jù)，同時用行碼輸出口輸出行碼，分別控制掃描第 1~16 行。同樣的，當?shù)诙€字型掃描完成之后，就進行這樣西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 的調(diào)整動作，以產(chǎn)生第三個字型的編碼。 1． 顯示字符的左右移動 (1)列 掃描方式左移動：列向組字顯示字符水平方向的移動（左滾動） 在這里有兩個方法： 方法 1：延長數(shù)組法。在本例中單片機首先顯示的是西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 左上角的第一列的部分，即第 0 列的 P00~P07 口。能亮的行從上向下掃描完 16 行（相當于位碼循環(huán)移位 16 次）即顯示一幀完整的圖像。 采用串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾，可以采用重疊處理的方法。在這里 僅做 了 四個漢字的顯示，在實際的使用中可以根據(jù)這個原理自行的擴展顯示的漢字， 下面是介紹漢字顯示的原理?？紤]到元器件的易購性，沒有使用 8 8 的點陣發(fā)光二極管模塊，而是直接使用了 256 個高亮度發(fā)光管，組成了 16 行 16 列的發(fā)光點陣。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。但是，串行傳輸過程 較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強了功能；同時又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。 ②便于擴展：片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件，片外有很多供擴展用的 (總線，并行和串行的輸入 /輸出 )管腳，很容易組成一定規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。 LED 顯示屏 是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。它的應(yīng)用前景十分廣泛，但暫時在整個消費電子領(lǐng)域還還不算領(lǐng)先，所以，這還需要我們的共同努力！ 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 1． 1 LED及 LED 顯示屏 LED 就是 Light Emitting Diode（ 發(fā)光二極管 ） 的縮寫。文字的點陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模。系統(tǒng)可以實現(xiàn)字符﹑數(shù)字或者漢字的左移﹑右移﹑上移﹑下移。單片機的優(yōu)點是體積小、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不 高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。所顯示字符 的點陣數(shù)據(jù)可以自行編寫（即直接點陣畫圖） 。 畢業(yè)設(shè) 計（ 論 文） 題 目 基于 AVR 單片機的點陣屏 系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級 電技 072 班 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2021 年基于 AVR 單片機的點陣屏系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 畢業(yè)設(shè)計論文題目 不超過 20個漢字 專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級：電 技 072 班 作者： 指導(dǎo)教師： 職稱： 答 辯日期 ： 20210618 摘 要 本設(shè)計是一 1616 點陣 LED 電子顯示屏的設(shè)計。 經(jīng)實踐證明，該系統(tǒng)顯示誤差小，性能穩(wěn)定 ，擴展能力強。正因為如此，在我國，單片機已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀表、家用電器等各個方面。無論是基于單片機技術(shù)還是基于邏輯電路其最基本的原理是相同 的，即： LED 構(gòu)成的電子顯示屏容入單片機技術(shù)，使其在上面顯示人們所需要的信息。組成一個字的點陣，其大小也可以有 16 1 242 32 3 48 48 等不同規(guī)格。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中 ， 注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來 ， 從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 LED 顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成。 ③控制功能強：具有豐富的控制指令：如：條件分支轉(zhuǎn)移指令， I/O口的邏輯操作指令，位處理指令。故 AVR 單片機在軟 /硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價比西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 的單片機。 即微控制器（ Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 采用掃描方式 進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。圖 21 為顯示屏電路實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。實際使用時可以根據(jù)這個原理自行擴充顯示的字數(shù)。 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 28 四塊 8 8 的 LED 點陣組成 16 16 的 LED 點陣 LED 驅(qū)動顯示采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。 本設(shè)計應(yīng)用的是第一種的掃描方法，即 水平方向（ X 方向）掃描 。方向為 P00 到 P07，顯示漢字“ 西 ”的時候， P00 到 P04 都是滅的 ， P05 亮，即二進制 00100000，轉(zhuǎn)換為 16 進制為 40H， 如圖 29 所示。將原來字符點陣數(shù)組的 16 個數(shù)據(jù)重復(fù)一遍延長，點陣數(shù)組的數(shù)據(jù)個數(shù)為 32 個。這個調(diào)整動作時先將 16 個編碼根據(jù)序填 入存儲器，例如第 1 行編碼存入 20H,第二行編碼存入 21H， 要進行左移調(diào)整時，則先將 20H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 36H 地址，再將 21H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 20H 地址，將 22H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 21H 地址，將 23H地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 22H 地址，將 24H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 23H 地址，將25H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 24H 地址，將 26H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 25H 地址，將 27H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 26H 地址，將 28H 地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到 27H 地址 。掃描完成這 16 個數(shù)據(jù)之后，第 2 次掃描的第 16 個數(shù)據(jù)，應(yīng)將原來第 1 次掃描的 16 列碼每一個都循環(huán)右移一位（如果是顯示右移則應(yīng)循環(huán)左移），再進 行掃描。 當?shù)谝粋€字符掃描完成后，就進行這樣的調(diào)整動作，以產(chǎn)生第二個字型的編碼。也有：用數(shù)組數(shù)據(jù)循環(huán)左移子程序；不用子程序，而是用變量判斷控制實現(xiàn)數(shù)組數(shù)據(jù)的循環(huán)左移。 掃描信號經(jīng)限流電阻接到 PNP 晶體管的基極，晶體管的集電極接地，射極則連至 LED 點陣的列引腳，若要同時點亮該列的 16 個 LED，則晶體管的電流必須大于200 毫安才行。另外 OC 腳為輸出控制引腳，當 OC 腳為高態(tài)時，輸出呈現(xiàn)高阻抗； OC 為低態(tài)時，數(shù)據(jù)會由鎖存器輸出。 （ 2） 指令周期是指單片機執(zhí)行一條指令所需要的時間，一般利用單片機的機器 周期來計量指令周期。 時鐘周期：也稱為振蕩周期，一個時鐘周期＝晶振的倒數(shù)。例如： DJNZ R7，$ ； R7 內(nèi)容減 1 不為 0，則再次執(zhí)行本指令；為 0 則往下執(zhí)行，當 R7 的值改為 10 時，則執(zhí)行完該條程序所需的時間為 2*10=20 μs。 所以 精確延時時間為 ： 1+（ 1 200） +（ 2 250 200） +（ 2 200）+2 =（ 2*250+3） *200+3 =100603μs ≈100ms= 點陣 顯示的流程圖及分析 根據(jù)設(shè)計要求，本項目的軟件工作應(yīng)完成 串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出 、 1616 點陣顯示圖形漢字 、 電源供電 及 ISP 程序下載等 功能。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。這些測試信號包括模擬 信號和數(shù)字信號。 （ 2）仿真處理器及其外圍電路 ： 可以仿真 51系列、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流單片機。利用 Proteus 實現(xiàn)了對點陣式 LED 滾動漢字顯示屏的仿真 ,說明程序和電路圖都沒有問題。 本設(shè)計的 是 一個室內(nèi)用 16x16 的點陣 LED 圖文顯示屏，能夠在目測條件下 LED 顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串擾。 三， 本 文 列 出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計方案 ， 硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和具體匯編語言程序設(shè)計與調(diào)試等方面 ，用 PROTUES 軟件進行了實時仿真 。希望有時間可以對程序和電路圖作更進一步的改進，譬如實現(xiàn)點陣的上下移動， 左右顯示 等。從課題的立項、選題到課題的開發(fā)與研究，再到本論文的撰寫到定稿的每一步工作都傾注著王老師的心血和汗水， 同時得到同學(xué)們相助，并提供了大量的資料。 在運用 Protel 時要格外小心， 例如在畫 PCB 電路板的時候，要注意基本的布板原則。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點。在對各個硬件模塊進行測試時，要保證軟件正確的情況下去測試硬件，要不然發(fā)生錯誤時，不知道到底是哪一方出錯了。配合系統(tǒng)配置 的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 對于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行 debug 菜單下的 execute菜單項或 F12 快捷鍵啟動執(zhí)行，用 debug 菜單下的 pause animation 菜單項或 pause 鍵暫停系統(tǒng)的運行；或用 debug 菜單下的 stop animation 菜單項或 shiftbreak 組合鍵停止系統(tǒng)的運行。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心