大学毕业设计 LED点阵书写显示屏

机电工程系课程设计共21页第-1-页题目:LED点阵书写显示屏__________________________________________________________专业：班级：学号：姓名：指导老师：郑思凡答辩日期：二〇〇九年三月二日机电工程系课程设计共21页第-2-页题目：LED点阵书写显示屏——硬件电路部分同组人及分工：摘要：本设计主要是制作一个基于32×32点阵LED模块的书写显示屏，其系统结构如图1所示。在控制器的管理下，LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下；当光笔触及LED点阵模块表面时，先由光笔检测触及位置处LED点的扫描微亮以获取其行列坐标，再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态（如图1中光笔接触处的深色LED点已被点亮），从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。图1LED点阵书写显示屏系统结构示意图关键词（主题词）：LED点阵书写显示屏扫描光笔软硬件设计方案单片机控制器擦除显示功能点阵模块一、设计目的（1）在“点亮”功能下，当光笔接触屏上某点LED时，能即时点亮该点LED，并在控制器上同步显示该点LED的行列坐标值（左上角定为行列坐标原点）。（2）在“划亮”功能下，当光笔在屏上快速划过时，能同步点亮划过的各点LED，机电工程系课程设计共21页第-3-页其速度要求2s内能划过并点亮40点LED。（3）在“反显”功能下，能对屏上显示的信息实现反相显示（即：字体笔画处不亮，无笔画处高亮）。（4）在“整屏擦除”功能下，能实现对屏上所显示信息的整屏擦除。（5）在“笔画擦除”功能下，能用光笔擦除屏上所显汉字的笔画。（6）在“连写多字”功能下，能结合自选的擦除方式，在30s内在屏上以“划亮”方式逐个写出四个汉字（总笔画数不大于30）且存入机内，写完后再将所存四字在屏上逐个轮流显示。（7）在“对象拖移”功能下，能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移。先用光笔以“划亮”方式在屏上圈定欲拖移显示对象，再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置。（8）当环境光强改变时，能自动连续调节屏上显示亮度。（9）当光笔连续未接触屏面的时间超过1～5min时(此时间可由控制器设定)，能自动关闭屏上显示，并使整个系统进入休眠状态，此时系统工作电流应不大于5mA。二、课题实现方案：2.1硬件实现总体框图机电工程系课程设计共21页第-4-页系统框图2.1.1主控制器单片机AT89S52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。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。2.1.2显示电路点阵显示电路基于16个共阳的点阵LED模块构成的32*32的电子点阵显示屏及其驱动电路组成的，用来显示光笔的轨迹。液晶显示电路是由12864的液晶模块及其驱动电路组成的，用来显示坐标和菜单的功能。主控制器单片机AT89S52光笔信号输入电路液晶显示电路模块扩展芯片驱动电路点阵显示电路按键输入机电工程系课程设计共21页第-5-页2.1.3温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V；零待机功耗；温度以9或12位数字；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。一、主要电路模块的实现方案比较及选择3.1单片机最小应用系统机电工程系课程设计共21页第-6-页单片机最小系统3.1.1单片机本身就是一个最小应用系统，由于晶振，开关等器件无法集成到芯片内部，这些器件又是单片机工作所必须的器件，因此单片机与晶振电路及由开关，电阻，电容等构成复位电路就是单片机的最小应用系统。3.1.2加热控制加热控制部分采用开关控制有效功率，如图所示：机电工程系课程设计共21页第-7-页加热控制原理图该部分电路主要有两个作用：弱电(HT46R24系统)和强电(Ac220v)的隔离；对强电的控制。图中Moc3061是带过零检测的光电耦合器，Kl是功率双向可控硅BTA12，RL是加热丝，J1为单片机控制口，J2接AC220V。当J1为“1”时，Moc3061工作，其过零电路使内部的双向可控硅在过零后马上导通，从而使功率双向可控硅Kl导通，此时电热丝对水加热；当J1为“0”时，MOC3061不工作，从而使功率双向可控硅KI截止，电热丝停止对水加热。BTA12的主要参数如下：通态电流IT(RMS)=12A浪涌电流ITSM=120A正向耐压VDRM＞600V反向耐压VRRM＞600V触发电流IGT(Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ)＜25/25/25/50mA(C)，50/50/50/100mA(B)通态压降VTM＜1.55V(17A)PCB图如图所示：机电工程系课程设计共21页第-8-页图6加热控制PCB图3.2数字温度传感器DS18B20应用3.2.1数字温度传感器DS18B20简介数字温度传感器DS18B20是支持“一线总线”接口的数字温度传感器。一总线独特且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20的测量温度范围为－55℃~＋125℃，现场温度直接与“一线总线”的数字方式传输，明显提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制，设备或过程控制，测温类消费电子产品等，与前一代产品不同，新的产品支持3-5.5V的电压范围，使系统设计更加灵活，方便，而且新一代产品更便宜，体积更小，DS18b20可由程序设定9-12位的分辨率，精度为±0.5℃，可选更小的封装方式，更宽的电压适应范围。分辨率设定及用机电工程系课程设计共21页第-9-页户设定的报警温度存储在内部EEPROM中，掉电后依然保存，ds18b20的性能是新一代产品中最好的，性价比也非常出色。DS18B20的引脚图及测温实验原理图（图3）3.2.2.DSl820工作过程及时序初始化RoM操作命令存储器操作命令处理数据1初始化单总线上的所有处理均从初始化开始2ROM操作命令总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如指令代码ReadROM(读ROM)[33H]MatchROM(匹配ROM)[55H]SkipROM(跳过ROM][CCH]SearchROM(搜索ROM)[F0H]Alarmsearch(告警搜索)[ECH]3存储器操作命令指令代码WriteScratchpad(写暂存存储器)[4EH]ReadScratchpad(读暂存存储器)[BEH]机电工程系课程设计共21页第-10-页CopyScratchpad(复制暂存存储器)[48H]ConvertTemperature(温度变换)[44H]RecallEPROM(重新调出)[B8H]ReadPowersupply(读电源)[B4H]4时序（1）初始化时序初始化时序（图4）主机总线to时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号)接着，在tl时刻释放总线并进入接收状态DSl820在检测到总线的上升沿之后，等待15-60us接着DS1820在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240us)。（2）写时间隙主机使用时间隙(timeslots)来读写DSl8B20的数据位和写命令字的位写“1”和写“0”的波形写‘0’和写‘1’时序（图5）(3)读时间隙图（6）主机总线to时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平l7us之后在t1时刻将总线拉高产生读时间隙，在t1时刻后t2时刻前有效ts距to为15us也就是说ts时刻前，主机必须完成读位并在to后的60us~120us内释放总线。机电工程系课程设计共21页第-11-页读时序（图6）读位子程序(读得的位到C中)（5）温度的字节转化温度的字节转（图7）DSl8B20中还有用于贮存测得的温度值的两个8位存贮器RAM编号为0号和1号。1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负(℃)，则1号存贮器8位全为1，否则全为0。0号存贮器用于存放温度值的补码，MSB(最低位)的1表示0.5将存贮器中的二进制数，求补再转换成十进制数并除以2就得到被测温度值(-550℃~+125℃)。机电工程系课程设计共21页第-12-页3.2.3四段共阳数码管的内部结构及工作原理（1）4段共阳数码管4段共阳数码管内部结构图（图8）四段共阳数码管6，8，9，12脚为公共端接高电平，3，5，10，1，2，4，7，11为段选码引脚，低电平有效。（2）DS18B20的使用流程图DS18B20的使用流程是上电后先初始化检测DS18B20是否存在，如果否就返回继续检测。如果检测到则运行内部读写温度命令，并将DQ线置位，送温度数据到单片机。DS18B20的使用流程图（图9）机电工程系课程设计共21页第-13-页二、系统电路图XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U3AT89C51R8470RR1PULLUPR2PULLUPR3PULLUPR11PULLUPR12PULLUPR14PULLUPR15PULLUPR16PULLUPR17PULLUPR18PULLUPR13PULLUPD1LED-GREEN十位个位实际水温22.0DQ2VCC3GND1U4DS18B20A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U274HC245U5NOTU6NOTU7NOTU8NOTU10NOTU11NOTU12NOTA02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U174HC245系统仿真图（图10）系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，数码管显示电路，发光二极管模拟加热电路，单片机主板电路等三、系统的软件设计5.1程序流程图机电工程系课程设计共21页第-14-页通过单片机最小系统AT89S51来整体控制，由数字温度传感器DS18B20来采集数据送入单片机通过单