基于51单片机的汉字点阵显示设计(共13页)

1、湖南科技大学课程设计PAGE - 14 - 湖南科技大学测控(c kn)技术与仪器专业单 片 机 课 程 设 计 题 目 姓 名 学 号 指导(zhdo)教师 成 绩 _湖南科技(kj)大学机电工程学院二一五年十二月制摘要(zhiyo)LED显示屏在我们的周围随处可见，它的应用已经普及(pj)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

2、单片机的16*16点阵式显示屏，该LED显示屏能实现(shxin)16*16个汉字，简单的显示图像,然后一直循环着显示下去。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，ATS51单片机，显示屏目录(ml)摘要(zhiyo)i系统功能(gngnng)要求 1系统设计要求 1方案论证 1 2.1 方案论证 1系统硬件电路设计 13.1 AT89S51芯片的介绍 13.1.1 系统单片机选型13.1.2 AT89S51引脚功能介绍

3、23.2 LED点阵介绍23.2.1LED点阵23.3系统各硬件电路介绍 33.3.1系统电源电路设计介绍33.3.2复位电路43.3.3晶振电路43.4系统的总的原理图5第四章 系统程序设计 54.1基于PROTEUS的电路仿真54.2用PROTEUS绘制原理 64.3PROTEUS对单片机内核的仿真 64.4系统(xtng)主要模块的软件流程7第五章 调试及性能(xngnng)分析 75.1系统(xtng)的调试7参考文献8第一章 设计(shj)要求1.1 系统(xtng)设计要求以MCS-51系列的单片机为核心器件；组成(z chn)一个点阵式汉字显示屏。显示屏由一块16x16 LED点

4、阵显示器组成；可以依次显示13个汉字。通过编程能够随时对汉字进行修改、调整。第二章 方案论证2.1 方案论证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。第三章 系统硬件电路设计3.1 AT89S51芯片的介绍（1）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A

5、T89S52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 Bytes 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

6、储器（RAM）；32个可编程输入(shr)/输出引脚；2个16位定时(dn sh)/计数器；2个外部(wib)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。（2）AT89S51引脚功能介绍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。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的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

7、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

8、出电平用于锁存地址的地位字节。PSEN：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，每个机器周期两次/PSEN有效。EA/VPP：当EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA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，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2 LED点阵(din zhn)介绍（1）LED点阵(din zhn)88单色点阵共需要64个发光二极管组成，且每个

9、二极管是放置在行线与列线的叉点上。本设计是一种实用(shyng)的汉字显示屏的制作，制作的是双色点阵。考虑到元器件的易购性，没有使用88的点阵发光二极管模块，而是直接使用了256个高亮度发光管，组成了16行16 列的发光点阵。实际使用时可以根据这个原理自行扩充显示的字数。对比下面的88单色点阵和88双色点阵可以看出，其实88双色点阵就是两块88单色点阵组合在一起的。要实现用两种颜色显示，只要在电路的设计中适当的连线就可以了。88单色和双色点阵 LED 结构分别如下图3.1和3.2所示。图3.1 88单色点阵 LED 结构 图3.2 88双色点阵 LED 结构3.3系统各硬件电路介绍（1）系统电

10、源电路设计介绍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，同时有一个电源指示灯，上面加有一个1K的限流电阻。该电路实现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。图3.3 电源(dinyun)电路（2）复位(f wi)电路图3.4复位(f wi)电路图3.4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V

11、CC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：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，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）晶振电路图3.5 晶振电路(dinl)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

12、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(sd)也就越快，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。3.4系统(xtng)的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。图3.5 系统总原理图第四章 系统(xtng)程序设计4.1基于(jy)PROTEUS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

13、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(jy)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CPU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。4.2

14、用PROTEUS 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。4.3PROTEUS 对单片机内核(ni h)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

15、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(ciyng) 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(mrn)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

16、和结果。从某种意义上讲Proteus仿真，基本接近与工程应用。4.4系统主要模块的软件流程图4.1系统软件(x tn run jin)流程图第五章 调试(dio sh)及性能分析5.1系统(xtng)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(shng rn)有欠缺，如所选的称重传感器价格较贵。参考文献1马维华.嵌入式系统原理(yunl)及应用M.北京邮电大学出版社.2006年9月. 2粟梅,林旷.基于S3C44BOX的大型LED显示示系统(xtng)设计J.单片机与