8×8点阵LED数码字符显示器的硬件设计iut.docx

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1、目录第一章引引言2第二章方方案选择择及总体体设计332.1 方案确确定32.1.1 功功能要求求32.2.2 方方案确定定32.2 器件选选择3第三章控控制系统统硬件设设计43.1 整体模模块设计计43.2 单片机机最小系系统设计计43.2.1 晶振电电路设计计43.2.2 复复位电路路设计553.3 驱动电电路设计计63.4 LEDD点阵显显示设计计7第四章控控制系统统软件设设计1004.1 软件设设计思想想104.2 主程序序流程图图11第五章系系统仿真真及性能能分析1125.1 系统仿仿真1225.2 性能能分析112第六章总总结致谢谢13第七章参参考文献献15附录166附录A 硬件件结

2、构图图16附录B 主程程序清单单17附录C 元件件清单118第一章 引 言言LED是是发光二二极管LLIGHHT EEMINNTTIING DIOODE的的英文缩缩写，是是一种直直接能将将电能转转化为可可见光的的半导体体。LEED点阵阵是由发发光二极极管排列列组成的的显示器器件，在在日常生生活中随随处可见见，其发发光类型型属于冷冷光源，效效率及发发热量是是普通发发光器件件难以比比拟的。它它采用低低电压扫扫描驱动动，具有有耗电少少、使用用寿命长长、成本本低、亮亮度高、故故障少、视视角大、可可视距离离远、可可靠耐用用、应用用灵活、安安全、响响应时间间短、绿绿色环保保、控制制灵活等等特点。随随着社会

3、会经济的的不断进进步，人人们对LLED显显示器的的认识不不断加深深，其应应用领域域越来越越广。本设计是是基于AAT899C51151的的88点阵阵LEDD数码字字符显示示器的设设计，LLED点点阵显示示屏作为为一种新新兴的显显示器件件,是由多多个独立立的LEED发光光二极管管封装而而成. LEDD点阵显显示屏可可以显示示数字或或符号, 通常常用来显显示时间间、速度度、系统统状态等等。本文文讲述了了基于AAT899C511单片机机88 LLED数数码字符符显示器器的基本本原理、硬硬件组成成与设计计，Protteuss软件仿仿真，程程序设计计等基本本环节与与相关技技术。LED电电子显示示屏具有有所

4、显内内容信息息量大，外外形美观观大方，操操作使用用方便灵灵活。适适用于火火车，汽汽车站，码码头，金金融证券券市场，文文化中心心，信息息中心体体育设施施等公共共场所。该该项目广广泛涉及及了计算算机及电电子技术术中的电电源技术术，单片片机技术术，数据据通讯技技术，显显示技术术，存储储技术，系系统软件件技术，接接口及驱驱动等技技术。本设计是是88点阵阵LEDD数码字字符显示示器的设设计。整整机以美美国ATTMELL公司生生产的440脚单单片机AAT899C511为核心心，介绍绍了以它它为控制制系统的的LEDD点阵电电子显示示屏的动动态设计计和开发发过程。通通过该芯芯片控制制一个驱驱动器来来驱动显显示

5、屏显显示，该该电子屏屏可以各各种文字字或单色色图像，采采用动态态显示，使使得图形形或文字字能够实实现静止止、移入入移出等等多种显显示方式式。本次次科研实实践是二二人一组组合作，本本人主要要负责硬硬件部分分的设计计及计算算，软件件设计部部分由沈沈霞同学学完成。第二章 方案选选择及总总体设计计2.1 方案确确定2.1.1功能要要求1、采用用MCSS-511单片机机作为微微处理器器。2、设计计一个888点阵阵LEDD数码字字符显示示器。3、在目目测条件件下LEED显示示屏各点点亮度均均匀、充充足、稳稳定、清清晰无串串扰。 4、动动态显示示“8”“0”“5”“1”几个字字符。2.2.2 方方案确定定

6、采用AAT899C511单片机机作为微微处理器器，将共阳极极二极管管用共阴阴型接法法连接成成88点阵阵LEDD数码字字符阵列列，通过过程序控控制，采采用动态态显示，建建立字符符库“8”“0”“5”“1”。2.2 器件选选择微处理器器采用AAT899C511系列单单片机，AT89C51单片机是这几年在我国非常流行的单片机，是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）高性能单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除100次，具有低功耗、高性能的特点，并且可与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相

7、兼容，对于本设计需要实现的功能，完全可胜任。第三章 控制系系统硬件件设计3.1 整体模模块设计计本设计行行、列驱驱动电路路，显示示器电路，运运用单片片机的智智能化，系系统的将将每个功功能电路路模块连连接在一一起，总总体结构构设计如如图1所示。图1 硬硬件系统统框图此次需要要实现的的功能是是利用一一个ATT89CC51，一一个88LEED点阵阵，动态显示示“80551”4个字字，采用用PC上上位机驱驱动显示示电路。3.2 单片机机最小系系统设计计AT899C51单片片机最小小系统电电路由复复位电路路、晶振振电路两两部分组组成。3.2.1晶振振电路设设计AT899C511单片机机芯片内内部设有有一

8、个由由反向放放大器构构成的振振荡器，XXTALL1和XXTALL2分别别为振荡荡电路的的的输入入端和输输出端，时时钟可有有内部或或外部生生成，在在XTAAL1和和XTAAL2引引脚上外外接定时时元件，内内部振荡荡电路就就会产生生自激振振荡。系系统采用用的定时时元件为为石英晶晶体和电电容组成成的并联联谐振回回路。晶晶振频率率fossc采用用12MMHZ，CC1、CC2的电电容值取取30ppF，电电容的大大小起频频率微调调的作用用。晶振振电路图图如图所所示。图2 晶晶振电路路图3.2.2复位位电路设设计AT899C51单片片机在启启动运行行时或者者出现死死机时需需要复位位，使CCPU以以及其他他功

9、能部部件处于于一个确确定的初初始状态态，并从从这个状状态开始始工作。单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动复位方式。本设计采用最简单的上电复位方式，电路如图3所示。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，复位电路产生的复位信号（高电平有效）由RST引脚送入到内部的复位电路，对AT89C51单片机进行复位，复位信号要持续两个机器周期（24个时钟周期）以上，才能使AT89C51单片机可靠复位。当上电时，C1相当于短路，有时碰到干扰时会造成错误复位，可在复位端加个去耦电容，可以取得很好的效果。AT899C51单片片机复位位电路如如下图所所示：图3 上上电复位位电路图图 图4 按键

10、电电平复位位电路图图复位电路路工作原原理： 上电瞬间间RSTT引脚的的电位与与VCCC等电位位，RSST引脚脚为高电电平，随随着电容容C5充电电电流的减减少，RRST引引脚的电电位不断断下降，可以保持RST引脚在为高电平的时间内完成复位操作。当单片机机已在运运行当中中时，按按下复位位键S55后再松松开，也也能使RRST引引脚为一一段时间间的高电电平，从从而实现现AT889C51单片片机复位位。3.3 驱动电电路设计计正向点亮亮一颗LLED，至至少也要要1020mAA，若电电流不够够大，则则LEDD不够大大。而不不管是AAT899C511的I/O口，还还是TTTL、CCMOSS的输出出端，其其高

11、态输输出电流流都不是是很高，不不过12mA而已已。因此此很难直直接高态态驱动LLED，这这时候就就需要额额外的驱驱动电路路，通常常有共阳阳型与共共阴型LLED阵阵列驱动动电路，本本设计才才用共阴阴型高态态扫描信信号驱动动电路。共阴型LLED阵阵列驱动动电路采采用高态态扫描，也也就是任任何时间间只有一一个高态态信号，其其它则为为低态。一一行扫描描完成后后，再把把高态信信号转化化到近邻邻的其他他行，扫扫描信号号接用一一个反向向驱动器器，ATT89CC51本本身内置置一个反反向驱动动器，本本设计将将AT899C511作为点点矩阵显显示控制制系统的的控制核核心，通通过点矩矩阵实时时显示并并移动字字符。

12、单片机的的串口与与行驱动器器相连，用来发送显示数据信息。P0口与LED阵列的行引脚相连，送出数据、地址以及系统控制信号。输出低态时，最大可吸取0.5A，即500mA，若每个LED取30mA，7个LED同时点亮，需要210mA，完全满足LED点亮的基本条件。图5 驱驱动电路路图所要显示示的信号号各个经经过一个个限流电电阻送入入晶体管管的基极极，而每每个NPPN晶体体管的的的集极连连接VCCC、射射极输出出经一个个1000的限流流电阻连连接到LLED阵阵列的列列阵脚。对对于高态态的显示示信号，将将可提供供其所连连接LEED的驱驱动电流流，而这这个驱动动电流经经过LEED到输输出端，形形成正向向回路

13、，即即可点亮亮该LEED。其其中每个个晶体管管任何时时间只需需负责驱驱动一个个LEDD，所以以选择330mA射极电电流的晶晶体管。驱驱动电路路如图55所示。3.4LLED点点阵显示示设计本设计采采用ATTMELL公司的的AT889C551作矩矩阵显示示控制系系统控制制核心，12MMHZ晶晶振,888点阵阵共阳LLED显显示器。其中，P0口作为字字符数据据输出口口,P22口为字字符显示示扫描输输出口,第311脚(EEA)接接电源，P1.7开关关S1，改变电电阻（2270*8）的的大小可可改变显显示字符符的亮度度，驱动动用90012三三极管。本设计LLED矩矩阵显示示器电路路选用888点阵模模块，

14、系系统由单单片机控控制。LLED显显示屏是是将发光光二极管管按行按按列布置置的，在在扫描驱驱动方式式下可以以按行扫扫描按列列控制，也也可以按按列扫描描按行控控制。本本文就是是使用11块88点阵阵，采用用按列扫扫描按行行控制控控制方式式，扫描描顺序自自左向右右，以满满足汉字字显示的的要求。888点点阵LEED结构构如图66所示。图6 LLED数数码显示示管88 点阵LLED的的工作原原理。图图7为88点阵LEED外观观及引脚脚图，其其等效电电路如图图8所示，只只要其对对应的XX、Y轴顺向向偏压，即即可使LLED发发亮。例例如如果果想使左左上角LLED点点亮，则则Y0=1，X0=0即可可。应用用时

15、限流流电阻可可以放在在X轴或Y轴。图7 88点阵LEED外观观及引脚脚图图8 88点阵LEED等效效电路一个88点阵阵是由664个发发光二极极管按规规律组成成的，如如图8所示。图图中，行行接低电电平，列列接高电电平，发发光二极极管导通通发光。第四章 控制系系统软件件设计4.1 软件设设计思想想主程序先先进行设设置中断断，并启启动，再再进行键键盘扫描描载入“80551”字型，然然后判断断一组字字型是否否扫描完完，按不不同情况况进行循循环调用用子程序序。进入入子程序序后，首首先设置置相应的的程序，反反复调用用显示子子程序，并并在显示示过程中中反复调调用键盘盘扫描子子程序进进行延时时，判断断是否退退

16、出相应应的方式式显示子子程序。设设计过程程中，能能很好得得提高按按键响应应速度。如如图9所示为为软件系系统框图图。图9 软软件系统统框图字符编码码：88点阵阵可以看看成是从从上至下下8个字节节，每个个字节88位，因因为该点点阵为共共阴型点点阵，因因此若该该灯亮，则则该位为为“1”；该灯灯不亮，则则该位为为“0”。所以以“80551”的编码码为，从从上至下下：“8”： 000H 00HH 336H 499H 49HH 336H 000H 00HH；“0”： 000H 1CHH 222H 411H 41HH 222H 1CCH 00HH；“5”： 000H 00HH 227H 455H 45HH

17、445H 399H 00HH；“1”： 000H 40HH 444H 7EEH 7FHH 440H 400H 00HH。4.2 主程序序流程图图主程序首首先设置置并启动动T0中断断，然后后调用初初始化程程序，为为后面程程序要用用到的数数据调入入，并清清零一些些用到的的数据单单元，然然后载入入“80551”字型，进进行扫描描。图110为主主程序流流程图，详详细主程程序清单单及子程程序设计计见附录录C。图10 主程序序流程图图第五章 系统仿仿真及性性能分析析5.1 系统仿仿真本设计是是以KeeilCC与Prroteeus.ISIIS相结结合方式式来实现现本LEED点矩矩阵显示示器的仿仿真实现现过程

18、。电路的的核心是是单片机机AT889C551。单单片机的的P0口口八个引引脚通过过总线连连接到LLED矩矩阵显示示器的段段选码和和位选码码（a、bb、c、dd、e、ff、g和和1、22、3、44、5、66、7、88）的引引脚上，来来作为控控制信号号的来源源。如图图11、12所示示。图 11 动态显示程序调试结果图 12 延时程序调试结果5.2 性能分分析此次系统统设计结结果较好好，LEED显示示屏能很很好的显显示信息息。LEED显示示屏由44块888的LEED小模模块组成成，整个个显示屏屏可以显显示88的“80551”字型。这这个方案案设计的的888的点阵阵LEDD图文显显示屏，电电路简单单，

19、成本本较低，且且较易扩扩展；显显示屏各各点亮度度均匀、充充足；显显示图形形或文字字稳定、清清晰无串串扰。第六章 总结致致谢本次课程程设计到到现在有有一个多星星期，回回顾这些些天我感感到学到到了很多多东西，在在写这个个心得的的时候，我我想就这这些天的的收获，说说一说自自己内心心的想法法。本设计是是一个8x8的点阵阵LEDD数码显示示器，能够够在目测测条件下下LEDD显示屏屏各点亮亮度均匀匀、充足足，可显显示图形形和文字字，显示示图形和和文字应应稳定、清清晰无串串扰。图图形或文文字显示示有静止止、移入入移出等等显示方方式。本本系统具具有硬件件少，结结构简单单，容易易实现，性性能稳定定可靠，成成本低

20、等等特点。 总结本本文的研研究工作作，主要要做了下下面几点点工作： 一、通通过查阅阅大量的的相关资资料，详详细了解解了LEED的发发光原理理和LEED显示示屏的原原理，了了解了LLED的的现状，清清楚地了了解了LLED显显示屏与与其它显显示屏相相比较有有那些优优点，明明确了研研究目标标。并且且通过对对单片机机资料的的查阅和和应用，更更进一步步增加了了对单片片机知识识的理解解和运用用能力。并并证实了了自己的的思路：“查资料料思考总总结运用找出差差错，再再查资料料和向别别人询问问再次运运用”的正确确性。二，本文文设计的的LEDD显示屏屏能够实实现在目目测条件件下LEED显示示屏各点点亮度均均匀、充

21、充足，可可显示图图形和文文字，显显示图形形和文字字应稳定定、清晰晰无串扰扰。三，本文文列出了系系统具体体的硬件件设计方方案,硬硬件结构构电路图图，软件件流程图图和具体体汇编语语言程序序设计与与调试等等方面。四，在这这次课程程设计的的过程中中学会了了 PRROTEEUS 的基本本使用，感感到PRROTEEUS对对电子专业业的同学学来说是是一个很很有用的的软件。在运用用PROOTEUUS时可可以运用用一些快快捷的标标号，总总线的方方法画图图，这样样既能使使电路图图清晰，简简单，更更能大大大提高画画图速度度五，通过过这次课课程设计计，重新新复习并并进一步步增强了了动手的的能力，学学以致用用，把只只是

22、运用用到实际际生活中中才是根根本目的的。六，存在在问题：没有考考虑仿真真软件是是一个理理想的仿仿真环境境，而实实际连接接的电路路板会由由于譬如如连接不不当，相相邻器件件间的干干扰等等等的问题导导致在仿仿真软件件中能良良好运行行的程序序，出现现显示问问题，经经过排查查和合理理的器件件摆放焊焊接，问问题解决决。总体来说说这次的的科研实实践很成成功，达达到了预预想的目目的：学学到了知知识，提提高了能能力，完完成了任任务。有有点缺憾憾是时间间有限，不不能进一一步深入入和扩散散学习和和研究。希希望有时时间可以以对程序序和电路路图作更更进一步步的改进进，譬如如实现点点阵的上上下移动动，对角角线移动动，多色

23、色显示等等。在此感谢谢指导老老师范力力旻老师师的悉心心教导，改改正了很很多不曾曾发现的的问题，为为即将的的毕业设设计打下下了基础础。第七章 参考文文献1 张靖武武,周灵灵彬单单片机系系统的PPROTTEUSS设计与与仿真电电子工业业出版社社2 吴金戌戌，沈庆庆阳，郭郭庭吉880511单片机机实践与与应用清清华大学学出版社社3 李群芳芳，肖看看单片片机原理理、接口口及应用用清华华大学出出版社4 张毅刚刚，彭喜元元等新编MMCS-51单单片机应应用设计计 哈尔尔滨工业业大学出出版社5 张义和和，陈敌敌北编著著例说说80551人人民邮电电出版社社 6 AT889C551 DDATAA SHHEEPP

24、 Phhiliips Semmicoonduuctoors 19999.ddec.7YYangg. YY., Yi. J., WWoo, Y.Y., annd KKim. B.:OOptiimumm deesiggn ffor linnearrityyandd effficcienncy of miccrowwavee Dooherrty amppliffierr ussingg a neww looadmmatcchinng ttechhniqque, MMicrrow. J., 220011, 444, (122), pp. 200366.8 吴金戌戌，沈庆庆阳，郭郭庭吉80051单单片机

25、实实践与应应用清华大大学出版版社.9 李群芳芳，肖看看单单片机原原理、接接口及应应用北京：清华大大学出版版社.附 录附录A硬硬件结构构图附录B 主程序清清单COLUUMN REEG PP0 ；行ROW REEG PP2 ；列SCANNCODDE EQQU 10000000000B ；扫描描码SPEEED EQQU 11 ；0.225s延延迟S_TIIME EQQU -25000 ；2.55ms扫扫描时间间ORG 00000H ；程序从从00000H地地址开始始JMP MAIIN ；跳跳至MAAIN ORGG 0000BHH ；TIMMER00中断向向量JMP TIMMER00 ；跳至TTIME

26、ER0中中断子程程序MAINN: MOOV IIE,#82HH ；设定定TIMMER00中断MOV TOMMD,#01HH ；使用TT0定时时器，方方式1 MOVV SPP,#660H ；移开堆堆栈指针针 SETTB RSS0 ；切换换到RBB1 MOVV R11,#220H ；显示示存储起起始地址址 MOVV R22,#88 ；扫扫描8行MOV R3,#SCCANCCODEE ；载入扫扫描码 CLRR RSS0 ；切切换回RRB0 MOVV THH0,#0F6HH ；设定每每行扫描描时间MOV TL00,#33CH ；设设定每行行扫描时时间SETBB TR00 ；启动TTIMEER0LOOPP: MOOV DDPTRR,#TTABLLE ；将数数据指针针指向TTABLLE地址址 MOVV R44,#44 ；4组字型型 SJMPP $ ；等待待中断或或其他附录C元元件清单单元件名称称规格数量备注AT899C51单片机机一块附底座晶振12MHHZ一块NPN三三极管90122八支88点点阵共阳阳LEDD显示器器共阳一块按钮开关关一个四脚或两两脚极性电容容10uff、0.01uuf一个、一一个瓷片电容容30pff两个电阻1k、4470八个、八八个电源插座座一个22