单片机课程设计格式.docx

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单片机课程设计格式

单片机课程设计

课题：

超声波测距

系别：

电气与电子工程系

专业：

电气工程及其自动化

姓名：

张三

学号：

0914102XX

指导老师：

田巍

河南城建学院

2012年01月11日

成绩评定·

一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。

课程设计成绩评定

班级姓名学号

综合成绩：

指导教师签字年月日

1、设计目的

1了解16*16矩阵式LED的工作原理

2掌握单片机扩展16*16点阵LED显示汉字的编程方法二、设计要求

本设计采用四片锁存器74LS273扩展了一片16*16的共阳极LED显示器，1#和2#用于控制，3#和4#用于控制，每列扫描一列，数据分两次送入，共扫描16次

在本设计中给出了两个汉字显示的点阵图，要求在LED显示器上轮流显示‘徐强‘两字’。

三、总体设计

3.1总体框图

图3-1设计原理图

主要是由AT89S51芯片，一个复位电路和一个时钟电路组成的，还有就是用到四片74LS273锁存器，最后用到的就是四个8*8点阵。

3.2工作原理 

3.2.1AT89C51单片机概述

AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器（FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory，FPEROM）的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1000次写／擦循环，数据保留时间为10年。

他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C52芯片。

图3.2.1AT89S51

3.2.2管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

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4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

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，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器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，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/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。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则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。

3.2.3振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

3.2.4LED显示说明

随着现代光电技术、微电子技术及计算机技术的飞速发展和普及，LED显示屏已遍及社会的各个领域。

简单的讲，显示屏就是由若干个可组合拼接的显示单元构成屏体，再加上一套适当的控制器。

所以多种规格的显示板配合不同技术的控制器就可以组成许多种LED显示屏，以满足不同环境，不同显示要求的需要。

LED显示屏是由几万到几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。

利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。

目前应用最广的是红色、绿色、黄色。

而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

LED显示屏的分类：

按颜色可以分为单基色显示屏、双基色显示屏、全基色显示屏；按显示器分类LED数码显示屏、LED点阵图文显示屏；按实用场合分类有室内显示屏和室外显示屏。

仔细分解一个LED显示屏，它有以下一些要素构成：

金属结构框架、显示单元、扫描控制板、开关电源、双绞线传输电缆、主控制仪、专用显示卡及多媒体卡、电脑及其外设、其它信息源。

16*16点阵显示LED有两种形式：

共阳极形式和共阴极形式，本练习中字符采用16*16点阵排列，将字型分为上下两个部分，上半部16列，每列用一个字节表示（8）个点，下半部分也是16列，每列也用一个字节表示（8个点），因此每个字需要32个字节来表示。

下图1是一种共阳极形式

图3.2.4LED共阳极形式

3.2.574LS273锁存器

74LS273是8位数据/地址锁存器，他是一种带清除功能的8D触发器，下面我介绍一下他的管脚图功能表等资料。

（1）.1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）全部输出0,即全部复位;

（2）.当1脚为高电平时,11（CLK）脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）上.

74ls273管脚功能：

1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。

下图是74LS273的管脚图：

图3.2.574LS273管脚图

3.2.6主程序框图

四、各部分电路设计

4.1单片机的振荡电路

单片机外围电路一般有两块：

时钟电路（如图3.2.3）和复位电路（3.2.4）

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

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。

图4.1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

4.2单片机的复位电路

图4.2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。

4.316*16LED显示屏电路和原理

16*16LED显示屏电路由四个8*8LED点阵组成的，其中二极管的正极控制器也就是AT89C52，负极接译码器也就是74LS138。

显示屏可以显示字符、汉字、动画等任何图形。

该电路充分利用了单片机的I／O口资源．使整机硬件达到最简。

816*16点阵的原理：

点阵LED扫描法介绍点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：

（1）点扫描；

（2）行扫描；（3）列扫描。

若使用第一种方式，其扫描频率必须大于16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。

若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。

此外一次驱动一列或一行（16颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。

16*16点阵LED工作原理说明:

16*16点阵共需要256个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：

一根竖柱：

对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。

一根横柱：

对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。

电路如图所示：

图4.3显示屏电路

五、整体电路图

六、仿真及调试

在经过自己绘制电路图，自己编写程序，然后到仿真，能够在仿真软件上清晰地显示“徐强”两个字。

在经过焊制板子的过程中，由于需要连接的线比较的多，有的的地方连接的接触不良，硬件显示的效果不是很好。

七、设计总结

虽然本设计只使用了四块8*8点阵，电路简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序，在设计的过程中应该使显示文字稳定、清晰无串扰。

本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。

在此次设计中通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。

通过这次课程设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；熟练掌握了AT89S51芯片的原理。

进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力。

但是从中也存在不足之处：

对知识的积累还不够，有些问题自己不能够独立解决，对实验操作还要进一步熟练，只有这样才能让自己在不断的学习中提高自己。

由于连接导线不稳定，所有最终的硬件时好时坏。

八、参考文献

[1]《单片机原理及应用》，张毅刚、彭宇，高等教育出版社，2009.1

[2]《点阵LED显示屏控制系统》，韩润萍,陈小萍，微计算机信息，2003

[3]《基于单片机的LED显示屏的汉字显示》，阳进，中国科技信息，2005

[4]《LED显示屏技术综述》，刘欣铭,张广斌黑龙江电力，2003

[5]《单片机原理及其嵌入式应用教程》，王宜怀，北京希望电子出版社，2002