基于51单片机点阵LED汉字显示屏设计

1、摘 要 编号 毕毕业业论论文文题 目点阵 LED 汉字显示屏设计学生姓名学 号系 部专 业班 级指导教师摘要摘要 LED 显示屏在我们的周围随处可见，它的应用已经普及到社会中的方方面面。作为一种新型的显示器件，在许多场合都可以见到它的身影，不仅是它的应用使呈现出来的东西更加美观，更重要的是它的应用方便，成本很低，除了能给人视觉上的冲击外，更能给人一种美的享受。LED 显示屏是由多个发光二极管按矩阵形式排列封装而成，通常用来显示时间、图文等各种信息。本设计是基于 ATS52 单片机的 16*16 点阵式显示屏，该 LED 显示屏能实现 16*16 个汉字，简单的显示图像, 然后一直循环着显示下去

2、。该设计包含了硬件、软件、调试等方案，只需简单的级联就能实现显示屏的拓展，但要注意不要超过负载能力。本次设计的作品体积小、功能多、方便实用、花费小，电路具有结构简单、操作方便、精度高、应用广泛的特点。关键词： LED，ATS52 单片机，显示屏AbstractAbstractLED display in all around us everywhere, its application has spread into every aspect of society. As a new type of display device, it can be seen on many occasion

3、s, not only is it make something appear more beautiful, more important is its application is convenient, cost is low, in addition to can give a person visual impact, more can give a person a kind of beautiful enjoyment. LED display is composed of multiple leds packaged according to the matrix form i

4、s arranged, usually used to display time, graphic, etc all kinds of information. This design is based on the ATS52 MCU 16 * 16 dot matrix display screen and the LED display can achieve 16 * 16 characters, simple images, then cycle the display. The design includes hardware, software, debugging, etc.,

5、 simply extend cascade can achieve display, but be careful not to over load capacity. The design work of small size, function, convenient and practical, low cost, circuit is simple in structure.Key words: LED display, ATS52 microcontroller, latticeI目目 录录摘摘 要要.I第一章第一章 绪论绪论.11.1 课题背景.11.1.1 选题背景及目的.11

6、.1.2 LED 显示屏发展现状及发展趋势 .11.2 论文的主要内容.31.3 LED 显示屏的特点.3第二章第二章 系统方案的设计系统方案的设计.62.1 1616LED 显示屏总体方案设计.62.1.1 显示屏系统硬件设计.62.1.2 LED 点阵显示屏介绍 .62.2 系统的工作过程.7第三章第三章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计.93.1 AT89S51 芯片的介绍.93.1.1 系统单片机选型.93.1.2 AT89S51 引脚功能介绍.93.2 三极管驱动介绍.113.2.1 三极管工作原理.11 3.3 系统各硬件电路介绍.13 3.3.1 系统电源电路设计介绍.133

7、.3.2 复位电路.143.3.3 晶振电路.153.3.4 显示电路.153.3.5 下载接口电路.16 3.4 电路图的打印.16 3.5 系统的总的原理图.18第四章第四章 系统软件设计系统软件设计.194.1 系统软件编程环境介绍.194.2 基于 PROTEUS 的电路仿真.19 4.3 用 PROTEUS 绘制原理图.20 4.4PROTEUS 对单片机内核的仿真21 4.5 系统主要模块的软件流程.21第五章第五章 系统的制作、安装与调试系统的制作、安装与调试.225.1 电路的绘制与 PCB 板的制作 .22II5.2 系统的调试.23第六章第六章 总结与总结与体会体会.246

8、.1 总结.246.2 体会.24致谢致谢.26参考文献参考文献.27附录附录 1 元器件清单元器件清单.28附录附录 2 程序代码程序代码.290第一章第一章 绪论绪论1.11.1 课题背景课题背景1.1.11.1.1 选题背景选题背景及目的及目的LED 显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。它是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几万几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成，具有亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定等特点。在短短的十

9、来年中，LED 点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。LED 的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。因此对它的研究已经成为一种需要，它在社会中的广泛应用促使我们不断的去更新它、改进它，达到我们的各种需要。L

10、ED 显示屏的发展是很迅猛的，在技术上有它的独特之处，虽然现在的我们还无法做出很高端的关于 LED 显示屏的产品，但是我们可以做一些小的作品，了解它的基本原理，基本结构，通过不断的实践来提高我们的动手能力以及我们对知识的掌握。对于本次毕业设计，我充满了信心，与其说是让我们完成学校给我们的任务，还不如说是给我们一次检验自己，锻炼自己的机会。科技是第一生产力，为了明天，我一定会高质量的完成本次电子作品的制作。1.1.21.1.2 LEDLED 显示屏发展现状及发展趋势显示屏发展现状及发展趋势LED 显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组

11、成显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。（1）我国的 LED 显示屏发展现状1.产业规模不断扩大经过十余年的发展，我国 LED 显示屏产业基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据行业协会的不完全统计，从 1998 年以来，我国 LED 显示屏行业持续高速速度增长，产业规模不断扩大。 目前国内主要 LED 显示屏制造厂商主要集中在华东、华北、华南区域，大型制造商的市场范围几乎覆盖整个国内市场。就整个行业来说，具有较强的开发能力。就整个 LED 显示屏系统而言，中国与1国际处

12、在同一技术水平，因为国内产品在性价比方面具有得天独厚的优势，市场占有率在 90%以上，国外同类产品很难打入中国市场。2.市场保持持续增长从 1993 年至今，全国 LED 显示屏市场保持持续增长，年平均增长率为 40%左右。从市场增长速度来看，我国 LED 显示屏市场的年增长率1996、1997、1999、2000、2001 年均在 40%左右，只有 1998 年为 30%。属于增长迅速、发展较快的新兴市场领域。 2003 年 LED 显示屏行业总体发展比较快，规模型企业有所增加，产业逐步成熟。根据发光二极管显示屏分会的统计，2003 年度销售额过亿元的有西安青松、上海三思、惠州德赛、北京利亚

13、得等四家企业。年度销售额在 1000 万元以上的企业数目超过了 50 家，销售总额约为22 亿元，占到全国销售总额的 30 亿元的 73%。其中位居前列的六七家企业的销售额之和接近全国的 1/3。年度销售额在 5000 万元以上的单位有 12 家，其销售额之和为 12 亿元，占全国年度市场销售额的 40%。从 2004 年到 2007 年，随着奥运会的临近，近年来各地区城市化改造进程加快，全国 LED 显示屏市场增长依然强劲，年平均增长率为 35%左右。（2）我国的 LED 显示屏发展趋势1.高亮度、全彩化蓝色及纯绿色 LED 产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料

14、的产业化。使 LED 全彩色显示产品成本下降，应用加快。LED 产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、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，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色 LED 显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色 LED 屏更会成为主流产品。全彩色 LED 显示屏的广泛应用会是LED 显示屏产业发展的一个新的增长点。2.标准化、规范化材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED 显示屏的标准化和规范化将成为 LED 显示屏发展的一个新趋势。近几年业内的发

15、展，市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段，几番价格回落调整达到基本均衡，产品质量，系统的可靠性等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要求，业内一些骨干企业已开始在企业实施 ISO9000 系列标准。行业规范和标准体系的形成，对产品的检测有了相对统一的认识和评判依据，生产条件差、技术性不强、售后服务体系不完善的企业将受到市场的淘汰，预计今后几年内一批小规模 LED 显示屏厂商会逐步淡出，行业的发展趋于有序。23.产品结构多样化信息化社会的形成，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 显示屏的主流产品局面将会发生改

16、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，如公共交通、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。1.21.2 论文的主要内容论文的主要内容（1）方案的选择 本设计是以单片机为核心控制器件，外加译码电路和驱动电路的实现的。相对于其他方案，此设计简单、实用、精度高、功能多。 （2）方案实现 以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电

17、气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定 AT89S51 单片机为核心控制器件，由 74LS154 作为字位电路器件，三极管 2N5551 和 2N5401 为驱动电路器件。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。 （3）软件编写 系统软件设计采用 C 语言编程，编译环境为 keil UV4。程序按功能分为静态显示、动态显示、通信等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来。 （4）验证与测试 调试分为硬件调试、软件调试和系统联合调试几步来进行。在硬件调试中出现有单片机端口驱动能力不足、驱动电路工作不稳定等问题。在软件调试中出现程序整合工

18、作不协调等问题。通过分析，查找找出了问题原因并设法将其解决。 （5）结论 设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。1.31.3 LEDLED 显示屏的特点显示屏的特点 和很多应用技术用语一样，LED 汉字屏并没有一个公认的严格定义，一般把显示文字的 LED 显示屏称为汉字屏。汉字显示屏的主要特征是只控制 LED 点阵3中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制 LED 的发光强弱。LED 器件的颜色可以是单色的、双色的，甚至还可以是多色的。LED 汉字显示屏的外观可以做成条形，叫做条形汉字显示屏，简称条屏；也可以按一定高宽比例做成矩形的平面汉字显示屏。其实条屏只不过是

19、其宽度远大于高度的平面显示屏，在显示与控制的原理上并无区别。不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的 LED 器件发光。通常我们先把需要显示的文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式显示数据。对于只控制通断的汉字显示屏来说，每个 LED 发光器件占据数据中的 1 位（1bit），在需要该 LED 器件发光的数据中相应的位填 1，否则填 0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样时可行的。这样依照所需显示的汉字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵

20、，其大小也可以有1616、2424、3232、4848 等不同规格。 用点阵方式构成文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式汉字显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。 条屏常用于简短明确的信息，例如显示车站、机场的车次、航班信息，或者商厦的欢迎词，或写字楼的办公区的简短通知等等。平面显示屏多用来显示比较复杂的信息，如车站显示多列列车的到开时刻、机场显示各航班运行情况以及证券交易场所显示股票行情等。点阵显示方式适应信息变化的优点，是以点阵显示器的价格和其复杂的控制电路为代价的。点阵显示器在整个显示单元的所有位置上布置

21、了 LED 器件。而像数码管一类的 LED 显示器只在需要发光的七段位置上布置 LED 器件，其它位置是空白。因此，点阵显示器在相同面积情况下，其价格要比数码管贵。另一方面，由于数码管可显示的信息有限，只有 09（或再扩展到 AF）几个字符，这些字符的变化是靠组合 7 段 LED 的发光与否实现的，由于段数不多，所以其显示数据和控制电路都比较简单。而点阵显示器，它要对点阵上 LED 进行控制，并能生成所有可能显示的图形文字，其显示数据和控制电路自然要复杂4的多。因此，在有些场合显示信息虽然需要变化，但其特点或格式有一定变化范围的限制，也就是说不要求显示任意变化的信息。这时，我们不一定非得采用点

22、阵显示方式不可。例如，在证券交易所的股票行情信息显示屏上，主要显示内容可以分成两大部分：一部分是股票名称，另一部分是股票行情。前者因为千变万化，所以必须采用点阵显示方式；而后者是由数字、小数点及正负号组成，因而完全可以使用数码管等器件进行显示。这时，在一个屏上混合使用数码管和点阵显示单元，这种屏称之为混合屏。显然，在同等条件下，混合屏的造价要低于点阵屏。还有一种情况，虽然显示的图形或文字比较复杂，但不需要变化，这时可以直接把 LED 发光灯按所需显示的图文布置在印刷电路板上，全部 LED 发光灯一齐控制，要么全部点燃，要么全部熄灭，控制电路自然非常简单。汉字显示屏的颜色，有单色、双色、和多色几

23、种。最常用的是单色汉字显示屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙色 LED 点阵单元。双色显示屏和多色显示屏，在 LED 点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的 LED 发光器件。换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色汉字显示屏的原理，双色屏和多色屏就不难理解了。 第二章 系统方案设计5第二章第二章 系统方案的设计系统方案的设计2.12.1 1616LED1616LED 显示屏总体方案设计显示屏总体方案设计2.1.1

24、2.1.1 显示屏系统硬件设计显示屏系统硬件设计本设计的主要框图如： 图 2-1 系统硬件组成框图如图 2-1 所示，根据显示系统的功能特点确定系统硬件由显示屏部分，控制部分，通信系统及上位机四部分组成。上位机通过通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码，控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。2.1.22.1.2 LEDLED 点阵显示屏点阵显示屏介绍介绍 LED 点阵显示器，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。点阵显示器有单色和双色两类，可显

25、示红，黄，绿，橙等。LED 点阵有44、48、57、58、88、1616、2424、4040 等多种；根据像素的数目分为等，双基色、三基色等，根据像素颜色的不同所显示的文字、图象等内容的颜色也不同，单基色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现 256 或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。图 1-5示出几种 LED 点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。LED 点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示

26、各种中西文字及符号如 5 x 7 点阵显示器用于显示西文字母58 点阵显示器用于显示中西文，8 x 8 点阵用AT89S511616点阵点阵 LED驱动电路驱动电路晶振电路晶振电路电源电路电源电路复位电路复位电路驱动电路驱动电路6于显示中文文字，也可用于图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过微机或单片机控制驱动。2.22.2 系统的工作过程系统的工作过程汉字显示屏广泛应用与汽车报站器，广告屏等。本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，没有使用 8*8 的点阵发光管模块， 而是直接使用了 256 个高量度发光管，组成了 16 行 16 列的发

27、光点阵。同时为了降低制作难度， 仅作了一个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。 1、汉字显示的原理： 我们以 UCDOS 中文宋体字库为例，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由 256 点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字， 也可以显示在 256 像素范围内的任何图形。 图 2-2 显示汉字“大”的点阵图形我们以显示汉字“大”为例，来说明其扫描原理： 在 UCDOS 中文宋体字库中，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示。如果用 8 位的 AT89C51

28、 单片机控制， 由于单片机的总线为 8 位，一个字需要拆分为2 个部分。一般我们把它拆分为上部和下部，上部由 8*16 点阵组成， 下部也由8*16 点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第 0 列的 P00-P07 口。方向为 P00 到 P07 ,显示汉字“大”时，P05 点亮,由上往下排列，为 P0.0 灭，P0.1 灭, P0.2 灭 P0.3 灭, P0.4 灭, P0.5 亮,P0.6 灭,P0.7 灭。即二进制 00000100，转换为 16 进制为 04H.。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从 P

29、27 向 P20 方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮， 即为 00000000，16 进制则为 00H。 然后单片机转向上半部第二列，仍为 P05 点亮，为 00000100，即 16 进制 04H.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，P21 点亮，为二进制 00000010，即 16 进制 02H.依照这个方法，继第二章 系统方案设计7续进行下面的扫描，一共扫描 32 个 8 位， 可以得出汉字“大”的扫描代码为：04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H05H,80H,04H,60H,04H,10

30、H,04H,08H04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H由这个原理可以看出， 无论显示何种字体或图像， 都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。不过现在有很多现成的汉字字模生成软件， 我们就不必自己去画表格算代码了。软件打开后输入汉字，点“检取” ，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。我们把行列总线接在单片机的 I/O 口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线， 就可以得到显示的汉字了。 在这个例子里，由于一共用到 16 行，16 列， 如果将其全部接入 89c51 单片机， 一共使用 32 条 I/O 口，这样

31、造成了 I/O 资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。 实际应用中我们使用 4-16 线译码器74ls154 来完成列方向的显示。 而行方向 16 条线则接在 P0 口和 P2 口。电路中行方向由 P0 口和 P2 口完成扫描，由于 P0 口没有上拉电阻，因此接一个 4.7k*8 的排阻上拉。 如没有排阻，也可用 8 个普通的 4.7k 1/8w 电阻。为提高负载能力，接 16 个 2n5551 的 NPN 三极管驱动。列方向则由 416 译码器 74LS154 完成扫描，它由 89C51 的 P1.0-P1.3 控制。同样，驱动部分则是16 个 2N5401 的三极管完成的。电路的供电为一片 L

32、M7805 三端稳压器，耗电电流为 100ma 左右。8第三章第三章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计本设计硬件电路主要包括单片机的最小系统的设计、显示电路的设计、键盘电路的设计、温度测量电路的设计、温度控制电路的设计、电源电路的设计。3.13.1 AT89S51AT89S51 芯片的介绍芯片的介绍3.1.13.1.1 系统单片机选型系统单片机选型单片机选择在整个系统中有着至关重要的作用，这里要选择一款低成本、高运算速度、内存大等特点的单片机，经过不断的查找资料，最后我们选择了AT89S52 作为主控芯片。AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Byte

33、s ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次以上的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 芯片具有以下特性：指令与 8051 完全兼容；8KB 片内 Flash 程序存储器；时钟频率为 033MHz；128 字节片内随机读写存储器（RAM） ；32 个可编程输入/输出引脚；3 个

34、 16 位定时/计数器；2 个外部中断，1 个串口中断，3 个定时器中断AT89S51 有 32 个可编程 IO，1 个 VCC 接口，1 个 GND 接口，1 个复位引脚接口，还有 2 个晶振接口。具体的引脚如下图所示：3.1.23.1.2 AT89S51AT89S51 引脚功能引脚功能介绍介绍VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，每引脚可吸收 8 个 TTL 门电流。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4 个 TTL 门电流。 第四章 系统软件设计9P2 口：P2 口为一个内部上

35、拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流。 P3 口：P3 口管脚是 8 个内部带上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。P3 口也可作为 AT89S51 的一些特殊功能口，即第二功能引脚功能说明如下：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时/计数器 0 外部输入）P3.5 T1（定时/计数器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验

36、接收一些控制信号RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个PSEN机器周期两次/PSEN 有效。/VPP：当保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，EAEA不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，将内部锁定为 RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于EA施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部

37、时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。AT89S51 的引脚图如图 3.1.1 所示，实物图如图 3.1.2 所示10 图 3.1.1 单片机引脚图图 3.1.2 单片机实物图3.23.2 三极管驱动介绍三极管驱动介绍3.2.13.2.1 三极管工作原理三极管工作原理三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。分成 NPN 和 PNP 两种。我们仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 NPN 型硅三极管。如上图所示，我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫做基极电流 Ib；把从集电极 C 流至发射极 E

38、的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方 第四章 系统软件设计11向都是流出发射极的，所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的 倍，即电流变化被放大了 倍，所以我们把 叫做三极管的放大倍数（ 一般远大于 1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化，Ib 的变化被放大后，导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是

39、流过一个电阻 R 的，那么根据电压计算公式 U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。BE 结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取 0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于 0.7V 时，基极电流就可以认为是 0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于 0.7V 时，基极电流都是 0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的，所以它被

40、叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为 0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。Rc 的限制（Rc 是固定值，那么最大电流为 U/Rc，其中 U 为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电

41、流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为 0 时，三极管集电极电流为 0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很12大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。Rc 换成一个灯泡，那么当基极电流为 0 时，集电极电流为 0，灯泡灭。如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数 ），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由

42、于控制电流只需要比灯泡电流的 分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从 0 慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前）。PNP 型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟 NPN 的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来变成朝里的了。3.33.3 系统各硬件电路介绍系统各硬件电路介绍3.3.13.3.1 系统电源电路设计系统电源电路设计介绍介绍 图 3.3.1 电源电路图 3.3.1 为电源电路，用的是六脚开关控制电源通断，同时控制了电源的正负极，并且在电源两端加了一个滤波电容，可以防止电源突变，很好的保护了系统安全，同时有

43、一个电源指示灯，上面加有一个 1K 的限流电阻。该电路实现 第四章 系统软件设计13了对系统的电源控制，同时显示了电路的状态，方便大家操作。3.3.23.3.2、 复位电路复位电路 图 3.3.2 复位电路图3.3.2为系统复位电路，为确保系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于单片机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 VCC 超过4.75V 低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机电路开始正常工作。这种复位电路的工作原理是：

44、VCC 上电时，C1充电，在10K 电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C1充满，10K 电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下 S1，C1放电。S1松手，C1又充电，14在10K 电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。3.3.33.3.3、 晶振电路晶振电路 图 3.3.3 晶振电路图 3.3.3 为震荡电路，每个单片机系统里都有晶振，全称叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就

45、越快，如图，在晶振两边添加两个 30pF（27-33pF）电容，使震荡更加稳定。震荡电路接在 AT89S52 单片机的18、19 两个引脚上，给单片机提供震荡信号。3.3.43.3.4、 显示电路显示电路 第四章 系统软件设计15 图 3.3.4 显示电路图 3.3.4 为 1602 显示电路，该 12864 的数据口用的 AT89S52 的 P0 口，由于P0 口内部没有加上拉电阻，需外接 10K 的上拉电阻，才能保证数据的正常传输。1602 的 3 脚为背光调节的引脚，当 3 脚的电压不同时背光的亮度就不同，这里设计了一个电路来调节 3 脚的电压，就是利用一个滑动变阻器一个脚接电源电压，一

46、个脚接地，调节滑动变阻器就可以改变中间那个引脚的电压，我们只需将中间那个引脚和 1602 的 3 脚相连接就行了。3.3.53.3.5、 下载接口电路下载接口电路 图 3.3.5 下载接口电路图 3.6 为程序下载接口电路，保留这个电路可以使我们很方便的将编写好的代码焼写到单片机内，使单片机按照我们的程序顺序执行。163.43.4电路图的打印电路图的打印 由于采用的是曝光显影法制作电路板，故打印电路图前，要先对电路图进行打印设置。由于我们是制作单面板，多余的线路可用跳线连接。打印前，先进行页面设置，具体设置参数如图3.4.1所示，在Mechanical层放置填充方块，覆盖整个电路图。然后进行打

47、印设置：点击文件，打印设置，然后点击高级选项，在高级选项中选择将要打印的层，本系统中需打印的层如图3.4.2所示： 图3.4.1打印层设置 图3.4.2打印层设置然后点击左下角的特性设置各层的打印颜色。Bottom Layer 设置为白色，Mechanical层设置为黑色，Multi-Layer设置成白色。设置好后，将打印比例设置为1.0即可进行打印，打印时要注意用硫酸纸或菲林纸，我们是将线布在底层，打印可以选择镜像打印，就是将图3.4.2中Mirror这个选项勾上，到时候正面曝光，也可以将就按照图3.4.2设置，曝光时就背面曝光。 第四章 系统软件设计173.53.5 系统的总的原理图系统的

48、总的原理图该系统主要由单片机，电源，下载接口，晶振，三极管驱动，按键等组成。18第四章第四章 系统软件设计系统软件设计4.14.1 系统软件编程环境介绍系统软件编程环境介绍系统软件设计采用 C 语言编程，编译环境为 keil UV4。keil c51 是美国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机C 语言软件开发系统，和汇编相比，C 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到keil c51 生成的目标代码

49、效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件，然后分别有C51 及A51 编辑器编译连接生成单片机可执行的二进制文件（.HEX），然后通过单片机的烧写软件将HEX 文件烧入单片机内。软件主要三个方面：一是初始化系统；二是按键检测；三是数据采集、数据处理并进行显示。这三个方面的操作分别在主程序中来进行。程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。系统软件采用汇编语言编程，用南京伟福编程环境进

50、行编译，软件设计包括主程序和外中断服务程序两部分。主程序完成系统初始化、温度采集、数据处理、温度显示及超限报警灯功能，中断服务程序完成按键操作与处理。 第四章 系统软件设计19DS18B20 采用单总线数据传输方式,实现温度采集的编程关键是严格执行单总线协议。根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：（1） 每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，即由单片机按照时序要求发送一复位脉冲，DS18B20 送出存在脉冲。 （2） 复位成功后发送一条写ROM 指令， （3） 发送存储器操作指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。4.24

51、.2 基于基于 PROTEUSPROTEUS 的电路仿真的电路仿真Proteus 是英国 Labcenter electronics 公司开发的 EDA 工具软件。主要由原理布图的方法绘制电路并进行仿真的 ISIS 和 PCB 自动布线或人工布线电路仿真的 ARES 两个程序组成。Proteus 运行于 Windows 操作系统上， 可以动态实时仿真、分析 ( SPICE) 各种模拟器件和集成器件。针对微处理器及其外围电路，可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程， 并实现软件代码级的调试， 配合其提供的仿真图表或虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等可进行相应的测量与分析。借助 Proteus 的对 C

52、PU 和外围电路强大的仿真能力以及丰富的资源库，可以有效地替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试，等到仿真结果基本理想时再进行实际的硬件调试，这样的开发过程不仅高效，而且可以尽可能地减少损失，尤其对于解决实验室资源紧张的问题是一个很好的思路。4.34.3 用用 PROTEUSPROTEUS 绘制原理图绘制原理图运行 Proteus 的 ISIS 程序后， 进入该仿真软件的主界面。主界面由菜单栏、工具栏、预览窗口、元件选择按钮、元件列表窗口、原理图绘制窗口和仿真进程控制按钮组成（如图 1 所示） 。通过元件选择按钮 P (从库中选择元件命令) 命令， 在弹出的 Pick Devices 窗口中选择电

53、路所需的元件， 放置元件并调整其相对位置， 对元件参数设置及元器件间连线， 完成单片机系统的硬件原理图绘制。图 3.3 所示是绘制完成的电路图。20图 3.3 绘制电路图4.44.4 PROTEUSPROTEUS 对单片机内核的仿真对单片机内核的仿真在 source 菜单的 Define code generation tools 菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目;在 source 菜单的 Add/remove source files 命令下，加入单片机硬件电路的对应程序（主要采用 Keil 进行程序编译）打开如图 8 所示的对话框。在 Program File 栏添加编译

54、好的十六进制格式的程序文件 8X8.hex,给 AT89C51 输入晶振频率，此处默认为 12MHZ， 单击 OK 按钮完成程序添加工作, 下面就可以进行系统仿真了。Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况，也能仿真单片机 CPU 的工作情况。因此在仿真和程序调试时，是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲 Proteus 仿真，基本接近与工程应用。4.54.5 系统主要模块的软件流程系统主要模块的软件流程 第四章 系统软件设计21 系统软件流程图22第五章第五章 系统的制作、安装与调试系统的制作、安

55、装与调试5.15.1电路的绘制与电路的绘制与PCBPCB板的制作板的制作 把系统的电路原理图设计好以后。下一步工作就是进行实物制作了，而实物制作的第一步就是对电路进行排版布线；虽然 AD6.9 软件有自动布局布线的功能，但是，我还是选择了手动布线。虽然可能布的不是很漂亮，但是很多问题是只有亲自动手了，才会发现。PCB 板制作遇到以下几个方面。1. 电路原理图的布局在器件布局的过程中应注意以下几点：（1）一个模块及其附属的一些分离元器件应尽量放到一起；（2）不同的电路模块尽量划分清晰，使得在调试过程中多电路的检查能够一目了然；（3）较容易发热的元器件尽量放到电路的边缘，有利于散热。2. 布线PC

56、B 布线的好坏对系统性能有直接的影响，在高频电路表现的尤为突出，所以，在进行电路布线时还需注意以下几点：（1）模拟地和数字地应分开接地，避免数字信号和模拟信号会相互干扰；（2）每一根走线，能短则短，不要为了盲目追求少跳线而绕远路，因为线越短电阻越小，干扰也会越小；（3）电源线和地线尽量从电路板的边缘走线，且电源线尽量画的比一般线宽略粗一些；（4）走线在改变方向时应该走 45角或曲线，避免直角的拐角。3. 打印与转印打印时要注意油纸不能折叠，打印的设置必须准确，只留下底层的走线和焊盘。而在转印时首先覆铜板要刷洗干净，以免在转印时油墨不能完全的转印；其次，转印机必须预热到机器发出提示音，这表明，转

57、印机已经准备好转印了；第三，转印机的转印速度档位应放在“正常”档位，板子的类型应放在“印刷板” 档位。第四，在转印时，注意油纸上的走线图必须能够完整的附在覆铜板上，一块板子最好转印两次，确保把油墨完全的转印到覆铜板上。4. 腐蚀将油纸上的电路图转印到覆铜板后，接着就要把多余的铜腐蚀掉。不过在刚转印好的时候，首先应检查是否转印完整，若有断线、走线空心的问题，必第五章 系统调试23须用油墨笔将断线补起来，空心的走线填完整。确保转印工序完成后，就可以将电路板放入 FeCl3 溶液里进行腐蚀了，俗称“烂板”。如果有条件，可以将腐蚀液加热，再放入电路板，这样能够有效的提高腐蚀的速度。5. 打孔腐蚀好的板

58、子，在洗净之后就可以打孔了，打孔时尤其要注意孔的大小不能将焊盘的铜箔完全打掉，否则焊接时，焊盘没有铜箔就无法进行焊接了。最后，打孔完成，用砂纸将毛糙磨平，这样电路图的绘制与 PCB 板的制作就顺利完成了。5.25.2 系统的调试系统的调试电路板实物做完以后，接下来的工作就是调试。这是理论指导实践最重要的一步。调试工作需要耐心与恒心。所以在调试过程中必须保持冷静的头脑，较强的电路分析能力。一个系统的调试需要软硬件结合调试。在软硬件结合调试的过程中所遇到的问题：1、电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完全，比如在对过电压情况的处理中未作防范措施。2、系统设计不够优化，有待改善。比如系统的超量程

59、信号直接由单片机送入报警电路，没有设计保护电路再入单片机处理后送入报警电路。3、没有扩展更多电路，如温度显示功能，通讯接口电路与上位机（PC 机）进行通讯，上位机显示功能从而将大量的商品数据存于上位机，然后通过串口或并口通讯与电子称相连，达到远距离控制的目的。4、对各种实用芯片价格了解不够，选择上任有欠缺，如所选的称重传感器价格较贵。这些都为我今后的学习和工作留下了积极的影响。24第六章第六章 总结与体会总结与体会6.16.1 总结总结本文是采用 AT89S52 单片机计控制 LED 点阵显示屏的作品, 无论是计量精度, 还是稳定性都满足国家的要求, 它具有较好的标定校准方法, 性能稳定, 操

60、作简单, 价格低廉。下面就 LED 点阵显示屏展望一下它的发展：在整个毕业设计过程中，我对大学四年所学的知识有了一个系统的认识和理解，尤其是对本课题所用到的单片机及其相关知识有了进一步的掌握，对利用单片机进行控制系统的设计与开发又及对系统的分析和问题的解决有了切身的认识和体会，正所谓学以致用，在此实践过程中增长了知识、丰富了经验，提高了解决问题的能力。系统的分析与设计过程是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与调试的过程来进行。系统的分析和设计是项很辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程，在设计