8X8LED点阵显示的设计

电子与信息工程学院电子单片机课程设计论文设计课题：8X8LED点阵显示的设计1目录第1章系统概述1.1设计任务及目的……………………………………………………………2第2章系统硬件设计与分析2.1电源电路……………………………………………………………………32.2复位电路……………………………………………………………………32.3主体电路……………………………………………………………………42.4硬件电路连线………………………………………………………………42.5显示部分……………………………………………………………………4第3章单片机的配置及简介3.1单片机介绍…………………………………………………………………63.2单片机系统设计……………………………………………………………83.3单片机的发展趋势…………………………………………………………9第4章系统软件设计4.1数字的编码…………………………………………………………………104.2字母的编码…………………………………………………………………114.3程序流程图…………………………………………………………………134.4完整程序……………………………………………………………………14第5章有关软件的介绍5.1PROTE电路设计及PCB图制作……………………………………………175.2KeilC51介绍及使用……………………………………………………185.3烧录器的使用………………………………………………………………19第6章结束语…………………………………………………………20参考文献……………………………………………………………………20附图一原理图………………………………………………………………21附图二PCB图……………………………………………………………222第1章系统概述LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。本文将介绍一种采用单片机AT89S51进行控制的8*8LED点阵。该点阵可实现动态显示数字0~9及字符A~Z的功能。1.1设计任务及目的利用8*8LED点阵显示数字0~9和26个英文字符的字样。采用AT89S51单片机作为整个控制搭电路的核心，并编制软件程序，实现动态轮流显示。通过此设计来巩固单片机硬件系统的设计及软件系统的编程，通过设计将平时所学知识付诸实践，提高动手能力。第2章系统硬件设计与分析本系统从经济性，电路结构，系统性能等多方面考虑，选用如下主要元器件：单片机AT89S51、电阻10K和100欧、三极管8550、按钮开关、共阳8*8LED点阵显示块、稳压块7805。2.1电源电路本设计实验所需电源为直流五伏电压源，采用的是固定式三端稳压器7805还实现。其线路接线图如图1所示：3图1电源电路2.2复位电路单片机在启动运行时需要复位，使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，另外，在单片机工作过程中，如果出现死机时，也必须对单片机进行复位，使其重新开始工作。本设计中采用按键复位电路，复位电路如图2所示：图2复位电路42.3主体电路通过单片机AT89S51的P0口和P1口去驱动点阵LED芯片块。电路如图3所示：图3主体电路2.4硬件电路连线1.把“单片机系统”区域中的P0.0~P0.7端口分别通过八个100欧电阻连接到“点阵模块”区域中的“L1－L8”端口上；2.把“单片机系统”区域中的P1.0~P1.7端口通过三极管8550和10K电阻连接到“点阵模块”区域中的“S1－S8”端口上。2.5显示部分1.8X8点阵LED工作原理说明图4为8×8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图（2）所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。5图48×8点阵LED外观及引脚图其等效电路图如下：图58×8点阵LED等效电路2.点阵LED扫描法介绍点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：（1）点扫描；（2）行扫描；（3）列扫描。若使用第一种方式，其扫描频率必须大于16×64=1024Hz，周期小于1ms即6可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。第3章单片机的配置及简介3.1单片机介绍所谓单片机，就是将CPU,RAM,ROM,定时/计数器和多种I/O接口电路都集成在一块集成芯片上的微型计算机。MCS--51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的8位单片微型计算机，包含51和52两个子系列。51子系列的典型产品有8031，8051和8751三种机型52子系列包括8032，8052二种主要机型。51子系列的配置如下：（1）8位CPU；（2）振荡频率1.2～12MHZ；（3）128个字节的片内数据存储器（片内RAM）；（4）21个专用寄存器；（5）4KB的片内程序存储器（8031无）；（6）8位并行I/O口P0，P1，P2，P3；（7）一个全双工串行I/O口；（8）2个16位定时器/计数器；（9）5个中断源，分为2个优先级；本系统选用ATMEL89S51系列单片机，由于它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性，便于扩展功能，有效的提高了系统的经济性。AT89S51是一种低工耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储编程器对程序存储器重复编程。AT89S51具有以下特点：（1）与MCS-51微控制器产品系列兼容。（2）片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器。（3）32条可编程I/O线。（4）程序存储器具有三级加密保护。（5）可编程全全双工串行通道。（6）空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。（7）而且与87C51系列的引脚也完全兼容。789S51单片机结构如图3-1所示：图3-189S51单片机结构框图51系列单片机的引脚功能：主电源引脚Vss、VccVss：接地，Vcc：接+5V电源外接晶振引脚XTAL1、XTAL2XTAL1：片内反向放大器输入端，XTAL2：片内反向放大器输出端输入/输出引脚P0、P1、P2、P3P0.0～P0.7：P0口的8个引脚，P0口是8位漏极开路型双向I/0端口，在接有片外存储器或I/0扩展接口时，P0.0～P0.7分时复用，作低8位地址总线与双向8位数据总线P1.0～P1.7：P1口的8个引脚，P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，对于52子系列，P1.0还可用于定时器/计数器2的计数脉冲输入端Ｔ2，Ｐ1.1还可作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。P2.0～P2.7：P2口的8个引脚，P2口也是一个带内部上拉电阻的双向I/O口，在访问片外存储器或扩展I/O接口时，还用于提供高8位地址。P3.0～P3.7：P3口的8个引脚，P3口也是一个带上拉电阻的I/O口，除可以作双向的输入输出口外，还具有第2功能。见表3-18表3-1P3口第二功能表引脚第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD（串行口输入）TXD（串行口输出）INT0（外部中断0输入）INT1（外部中断1输入）T0（定时器0的外部中断）T1（定时器1的外部中断）WR（片外数据存储器写控制信号）RD（片外数据存储器读控制信号）控制线（4条）：ALE/PROG：双功能引脚。由于P0口的8个引脚是低8位地址总线与数据总线分时复用，因此必须将P0口输出的低8位地址进行锁存。在访问片外存储器时，每机器周期该信号出现2次。其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址。即使不访问片外存储器，该引脚上仍出现上述频率的周期性信号，因此也可作为对外输出的时钟脉冲，频率为振荡器频率的1/6，必须注意的是：在访问片内外存储器时，ALE脉冲会跳空1个。对片内含有EPROM的机型，此引脚在编程时可作为编程脉冲PROG的输入端。PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端，在CPU从片外程序存储器取指期间，此信号每个机器周期两次有效，以通过P0口读入指令，在访问片外数据存储器时，该信号不出现。EA/Vpp：双功能引脚，为片外程序存储器选用端。当该引脚信号有效时，选择片外程序存储器，即EA/Vpp=1时，访问片内程序存储器。对片内含有EPROM的机型，此引脚在编程期间用于施加+21v的编程电压。RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间，当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可实现复位操作。在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源（+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中的信息。3.2单片机系统设计按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统和典型应用系统等。（1）最小应用系统：能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。9对于片内有ROM/EPROM/FLASHRAM的单片机，构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路、复位电路和电源即可，如图3-2（a）所示。图3-289S51单片机最小应用系统由于集成度的限制，这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点是：①有可供用户使用的大量I/O口线，P0、P1、P2、P3都可用作用户I/O口用。由于没有外部存储器扩展，EA应接高电平。②内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。③应用系统开发具有特殊性。由于这类应用系统应用程序量不大，外电路简单，因而采用模拟开发手段较好。对于片内无ROM/EPROM/FLASHRAM的单片机，其最小系统除了外部配置时钟电路、复位电路和电源外，还应在片外扩展EPROM、EEPROM作为程序存储器用，如图3（b）所示，EA应接地。（2）最小功耗应用系统最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功率消耗最小。这是单片机应用系统中的一个引人入目的构成方式。在单片机芯片结构设计时，一般为构成最小功耗应用系统提供了必要条件，例如，各种系列的单片机都有CMOS工艺类型，而且在这类单片机中都设置了低功耗运行的WAIT和STOP方式。设计最小功耗应用系统时，必须使系统内的所有器件、外设都有最小的功耗，而且能充分运用WAIT和STOP方式运行。最小功耗应用系统常用在一些袖珍式智能仪表、野外工作仪表以及在无源网络、接口中的单片机工作子站。3.3单片机的发展趋势今后单片机的发展趋势，将是进一步向着多功能、高性能、高速度、低功耗、低价格、存储容量扩大和增强I/O功能及结构兼容等方面发展。其发展趋势主要有以下几个方面：XTAL1P0P1XTAL2P2P3RST89S51EAXTAL1P2.7~2.0XTAL289S51RSTALEP0.7~0.0PSENEA地址锁存EPROM101.多功能在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，使单片机的功能更加强大。如把LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。2.高性能进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性，采用精简指令系统计算机RISC（ReducedInstructionSetComputer）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS(MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒)，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能，使单片机的性能明显地优于同类型的微处理器。单片机集成度进—步提高，有的单片机的寻址能力已突破64KB的限制，8位、16位的单片机有的寻址能力已