基于89C51单片机的电子书设计

中北大学2012届毕业设计说明书第1页共40页1引言今天我们在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息豆示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然，LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。1.1本课题的目的与意义在现代社会中随着科学技术的飞速发展，LED显示技术应用越来越广泛，它可以应用于石油、化工、电力系统、给水系统、市政等领域。本次毕业设计是基于AT89C51单片机的汉字显示系统，目的是从一片27C51中读取文本并显示到12864液晶显示屏上，还可以通过按键实现上下翻页的功能，选择要读取的内容。与传统的显示设备相比，这种未来的巨大需求让大屏幕显示技术成为众人目光的焦点：（1）LED显示屏色彩丰富，显示方式变化多样(图形、文字、三维、二维动画、电视画面等)、亮度高、寿命长，是信息传播设施划时代的产品。（2）LED显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。它以其超大画面、超强视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。（3）LED显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，有巨大的社会效益和丰厚的经济效益。今后，它将会有更加广泛的应用领域，在生活，工作，医疗，交通等方面为人类提供方便。1.2本课题的研究现状在其历史的演变过程中，出现了多种信息传播媒体：但就其性能看：如阴级管(crt)或石英管(dv)大型电视，成本非常昂贵，在不需要超大画面且在室内使用时效果尚可；彩色液晶显示同样成本昂贵、电路复杂，面积有限，受视频角的影响非常大，可视角度很小；影象投影设备亮度小、清晰度差(画面受光不均匀)；电视墙中北大学2012届毕业设计说明书第2页共40页表面有分割线，视觉上有异物感，室外应用时亮度效果差。而LED显示屏以其受空间限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，可以用于显示文字、图案、图象、动画、视频、录象信号等各种信息的特点得到了突飞猛进的发展。LED显示屏的发展主要经历了三个阶段：1、1990年以前LED显示屏的成长时期。一方面，受LED材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛开展;另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，成本较高。2、1990-1995年，这一段是LED显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场;电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。3、1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入WTO、北京申奥成功等，成为LED显示屏产业发展的契机，LED显示屏必将得到飞跃发展。1.3本课题的的发展前景目前LED电子显示屏的显示向更高亮度、更高耐气候性、更高的放光均匀比、更高的可靠性、全色化、多媒体方向发展，系统的运行，操作与维护也向集成化、网络化、智能化方向发展。二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一将有更大的发展。（1）标准化、规范化中北大学2012届毕业设计说明书第3页共40页材料、技术的成熟及市场价格基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个趋势。近几年业内的发展中，几番价格回落调整达到基本均衡后，产品质量、系统的可靠性的将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高的要求。行业规范和标准体系的形成，ISO9000系列标准的应用，使LED显示屏行业的发展趋于有序。（2）高亮度、全彩化蓝色及绿色超高亮度LED产品出现以来，成本逐年快速降低，使LED全彩色显示屏产品成本下降，推广速度加快。同时，随着控制技术的发展和屏体稳定性的提高，使全彩色LED显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求。（3）结构多样化随着信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED显示屏为主流产品的局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公交、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。总之，在LED大屏幕材料研制方面，单色、多色LED点阵模块产品已经很成熟，目前的发展方向为全色彩LED显示屏；在产品方面大屏幕朝标准化、大型化和小型化的方向发展。1.4本设计的研究内容本次设计是基于89C51单片机的电子书设计。本文包括四章内容：第一章：介绍了LED电子书的应用背景，发展前景；第二章：总括了设计的总体方案和流程并且针对设计中需要用到的硬件AT89C51单片机，12864液晶显示屏和键盘处理部分进行了简要介绍；第三章：详细介绍硬件设计部分包括（单片机最小系统，单片机显示与存储部分电路，硬件汉字库)；第四章详细介绍软件设计部分包括（程序总流程图，字模提取，利用KEIL和PROTEUS联合调试）。中北大学2012届毕业设计说明书第4页共40页2本课题的总体方案及元器件选择和介绍本次设计是从一片27C512中读取文本并显示到12864液晶显示屏上，还可以通过按键实现上下翻页的功能，选择要读取的内容。第一部分是汉字显示和按键部分，第二部分是汉字读取和字库读取部分，这两部分分别用两个单片机来实现，而它们之间的通信采用串行接口通信来进行数据交换。2.1总体方案论证与设计AT89C51单片机按键部分12864液晶27C51AT89C51单片机汉字显示串行接口通信汉子读取字库读取图2.1总体方案设计流程图本次设计是从一片27C512中读取文本并显示到12864液晶显示屏上，还可以通过按键实现上下翻页的功能，选择要读取的内容。第一部分是汉字显示和按键部分，主要用12864液晶显示，4×4键盘控制翻页；第二部分是汉字读取和字库读取部分，27C51存储汉字库和汉字区码。这两部分分别用两个单片机来实现，而它们之间的通信采用串行接口通信来进行数据交换。2.2AT89C51介绍随着科技的发展，出现了DSP,ARM等更高级的单片机，DSP：它从16位~32位，内部采用哈佛结构，特别适合数据处理。其中16位DSP适合中高级工控到简单语音/图片（不含视频）处理；其中32位DSP适合复杂语音/图片/视频处理。ARM：是32位单片机，由于结构和计算速度的原因，目前适合做事务处理或者中低端应用，从中高级工控到简单语音/图片（不含视频）处理。51单片机虽然和DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次实验的要求，所以我们采用AT89C51这款单片机。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用中北大学2012届毕业设计说明书第5页共40页ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,1个全双工串行通信口。主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路中北大学2012届毕业设计说明书第6页共40页RAM地址寄存器寄存器RAM128BRAM程序地址寄存器P0驱动器P2锁存器P2驱动器P1锁存器暂存器2B寄存器4KBROM暂存器1ACCSPP0锁存器PCPC增1缓冲器P3锁存器OSC中断、串行口及定时器PSWALUDPTRP1驱动器P3驱动器XTAL1XTAL2P0.0～P0.7P2.0～P2.7P3.0～P3.7P1.0～P1.7RSTALEVCCVSS定时控制指令译码器指令寄存器PSENEA2.2AT89C51单片机芯片内部原理图图2.3AT89C51引脚结构中北大学2012届毕业设计说明书第7页共40页2.312864液晶介绍主要技术参数如表2.1所示。表2.1主要技术参数显示容量128×64点阵（SYN型）模块最佳工作电压5.0V工作电压4.8~5.2V字符尺寸0.48mm×0.48mm(W×H)工作电流5.1Ma(5.0V)工作温度-20~60℃背光源颜色黄绿存储温度-30~70℃背光源电流140mA接口信号说明如表2.2所列。表2.2接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地1DB4DataI/O2VDD电源正极（+5V）2DB5DataI/O3V0LCD偏压输入3DB6DataI/O4RS数据/命令选择（H/L）4DB7DataI/O5R/W读写控制信号（H/L）5CS1片选IC1信号6E使能信号6CS2片选IC2信号7DB0DataI/O7RST复位端（H:正常工作，L:复位）8DB1DataI/O8VEELCD驱动负压输出（-5V）9DB2DataI/O9BLA背光源正极10DB3DataI/O10BLK背光源负极2.3.1控制器接口说明（KS108B及兼容芯片）（1）基本操作时序①读状态：输入RS=L,R/W=H,CS1或CS2=H,E=H；输出D0～D7=状态字。②写指令：输入RS=L,R/W=L,D0～D7=指令码，CS1或CS2=H,E=高脉冲；输出无。③读数据：输入RS=H,R/W=H,CS1或CS2=H,E=H；输出D0～D7=数据。④写数据：输入RS=H,R/W=L,D0～D7=数据，CS1或CS2=H,E=高脉冲；输出无。（2）状态字说明表2.3状态字说明SAT7SAT6SAT5SAT4SAT3SAT2SAT1SAT0中北大学2012届毕业设计说明书第8页共40页D7D6D5D4D3D2D1D0(3)指令说明①初始化设置。(a)显示开/关设置，见表2.4；表2.4显示开/关设置指令码功能3EH关显示3FH开显示（b）显示初始行设置，见表2.5。表2.5显示初始行设置指令码功能C0H设置显示初始行②数据控制。控制器内部设有一个数据地址页指针和一个数据地址列指针，用户可通过它们来访问内部的全部512BRAM。（4）初始化过程①写指令COH；设置显示初始行。②写指令3FH；开显示。2.4键盘处理部分介绍键盘输入信息处理的主要过程如下：①