基于单片机的LED点阵汉字显示.pdf
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1、河南理工大学单片机应用与仿真训练设计报告单片机应用与仿真训练设计报告题目：题目：LEDLED 点阵显示屏设计点阵显示屏设计姓名：吴朝阳 310808030322宋发旺 310808030318专业班级：电信 08-3 班指导老师：高如新、苏珊所在学院：电气工程与自动化学院2011 年 11 月 26 日摘要摘要此次设计是基于 AT89S52 的 1616 LED点阵显示，要求分时切换显示“河南理工学电气学院”。此次设计应用 Proteus设计硬件电路原理图并进行仿真调试，实现了在计算机中完成电路原理图设计、电路分析与仿真及系统测试。由于 Proteus元件库中没有 AT89S52，本次仿真用
2、AT89C51 单片机作为主控制器，来实现对 1616LED点阵汉字的分时切换显示。软件采用 C51，由 Keil uVision3 来编写。此次设计所需硬件有：AT89S52 单片机一个、3 线-8 线译码器 74HC138 芯片一片、数据传送器 74HC574 芯片四片、MATRIX-8X8-RED芯片四片、按键五个以及晶振等。此次设计利用四片 MATRIX-8X8-RED芯片构成 1616 LED点阵，一片 3线-8 线译码器 74HC138 芯片同时作为四片 MATRIX-8X8-RED芯片的行扫描，四片数据传送器 74HC574 芯片分别作为四片 MATRIX-8X8-RED 芯片的
3、列扫描，来驱动四片 MATRIX-8X8-RED 芯片分时切换显示“河南理工学电气学院”。此次设计有五个按键，一个复位按键，四个功能键，分别为暂停、下一个、上一个和黑屏。目录目录1 1 概述概述.11.1 LED 电子显示屏.11.2 Proteus .21.3 AT89S52 .22 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计.52.1系统总体方案及功能 .52.2硬件设计.53 3 软件设计软件设计 .83.1设计方案.83.2程序流程图.94 Proteus4 Proteus 软件仿真软件仿真.104.1仿真步骤.104.2仿真结果.105 5 课程设计体会课程设计体会.11参考文
4、献参考文献. 12. 12附附 1 1：源程序代码：源程序代码 . 13 . 13附附 2 2：系统原理图：系统原理图 . 18 . 181 1 概述概述1.1 LED电子显示屏近年来，LED显示屏由于具有亮度高，寿命长，功耗小，性能稳定，驱动简单以及可视距离远等优点，已经成为新一代的信息传播媒体工具。目前，LED显示屏应用十分广泛，如证券交易显示、金融信息显示、体育场馆显示比赛信息、广告，城市广场群显示、道路交通信息显示等领域。显示汉字信息时，一般需要多个 LED 点阵显示组合，最常见的组合方式有8x8，1616，3216 等。由于显示屏的显示信息有限，当显示信息较多时，一般需要进行分批显示
5、或者滚动显示，显示方式有静态显示和动态显示两种。点阵式 LED 汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于 24 帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。以 88 点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图 1 中,水平线Y0、Y1Y7 叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行 8 个 LED 的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，竖直线 X0、X1X7 叫做列线，接内部每列 8 个 LED 的阴极，相邻两列线间绝缘。在这种形式的 LED 点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“
6、1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED 就会有电流流过而发光。比如，Y7 为 1，X0 为 0,则右下角的 LED 点亮。再如 Y0 为 1，X0 到 X7 均为 0，则最上面一行 8 个 LED 全点亮。图表 1.1 LED 点阵原理图11.2 ProteusProtues 软件是英国 Labcenter electronics公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发
7、应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译。Proteus 具有丰富的
8、器件库：超过 27000 种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的 BMP 图纸，可以方便地供 WORD、POWERPOINT 等多种文档使用。Protues 提供了丰富的仿真资源。仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有 30 多个元件库。仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、 SPI 调试器、I2C 调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、
9、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。除了现实存在的仪器外， Protues 还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。Protues 还提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。1.3 AT89S52AT89S52 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
10、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
11、 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。2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。其引脚图如下：图表 1.2 AT89S52 引脚图P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻 辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， P0 不具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉
12、电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存
13、储器（例如执行 MOVX DPTR ） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如3MOVX RI ）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在flash 编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S5
14、2 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG ：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对 FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的
15、8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。EA/VPP：外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH ），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程
16、，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。42 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计2.1系统总体方案及功能此次设计利用四片 MATRIX-8X8-RED芯片构成 1616 LED点阵，一片 3线-8 线译码器 74HC138 芯片同时作为四片 MATRIX-8X8-RED芯片的行扫描，四片数据传送器 74H
17、C574 芯片分别作为四片 MATRIX-8X8-RED 芯片的列扫描，来驱动四片 MATRIX-8X8-RED 芯片分时切换显示“河南理工学电气学院”。方框图如下：图表 2.1硬件工作框图设置的按键功能：按键 1：复位按键 2：显示下一个汉字按键 3：显示上一个汉字按键 4：黑屏按键 5：暂停2.2硬件设计时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率，如下图：5图表 2.2 振荡电路AT89C52 单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1 和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由内部和外部生成，在XTAL1和 XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会
18、产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHz，C1、成的电容值取 22PF,电容的大小频率起微调的作用。复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成，用来产生复位信号，使单片机上电的时候复位。如下图：图表 2.3复位电路单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时，C1 相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位，但是大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，在复位端加一个去耦电容，则会得到很好的效果。6显示电路由四片 MATRIX-8X8-RED
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