8×8点阵LED数码图形显示的课程设计Word下载.doc
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第二章系统硬件电路的设计
本系统的硬件电路是由单片机最小系统、动态显示驱动电路两部分组成。
其中，单片机最小系统包括电源电路、复位电路和晶振电路构成；
显示部分使用共阴型高台扫描、高态显示信号驱动电路，完成“跑马灯”文字幕效果。
2.1单片机最小系统设计
2.1.1单片机的时钟电路
AT89C51单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线X1和X2分别是放大器的输入端和输出端。
单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。
AT89C51的时钟产生方式有两种：
内部时钟电方式和外部时钟方式。
由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。
内部时钟方式：
利用其内部的振荡电路在X1和X2引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。
最常用的是在X1和X2之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图2-1电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为12MHz的石英晶体，电容器一般选择30PF左右。
图2-1使用片内振荡电路的时钟电路
2.1.2单片机的复位电路
本设计中AT89C51是采用上电自动复位和按键复位两种方式。
最简单的复位电路如图2-2所示。
上电瞬间，RC电路充电，RST引线端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。
其中R1和R2分别选择200Ω和2KΩ的电阻，电容器一般选择22μF。
图2-2AT89C51的复位电路
2.1.3AT89C51的最小应用系统
AT89C51是片内有程序存储器的单片机，要构成最小应用系统时只要将单片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可，如图2-3所示。
这样构成的最小系统简单可靠，其特点是没有外部扩展，有可供用户使用的大量的I∕O线。
图2-3AT89C51单片机构成的最小系统
2.2显示器及接口设计
2.2.18×
8点阵LED显示器的组成原理及控制方式
本次设计中采用8×
8点阵LED显示器，简称LED点阵板或LED矩阵板。
它是以发光二极管为像素，按照行与列的顺序排列起来，用集成工艺制成的显示器件。
有单色和双色之分，这种显示器有共阳极接法和共阴极接法两种，设计中用到的是共阳极的显示器。
共阳极接法的原理图如图2-4所示，图中画出了8×
8点阵的二极管。
每一行发光二极管的阳极接在一起，有一个引出端r，每一列发光二极管的阴极接在一起，有一个引出端c。
当给发光二极管阳极引出端r1加高电平，阴极引出端c1加低电平时，左上角的二极管被点亮因此，对于行和列的电平进行扫描控制时，可以达到显示不同字符的目的。
图2-48×
8点阵LED显示器组成原理图
（1）．“★”在8X8LED点阵上显示图如下图所示
●
1
2
3
4
5
6
7
8
12H，14H，3CH，48H，3CH，14H，12H，00H
（2）.“●”在8X8LED点阵上显示图如下图所示
00H，00H，38H，44H，44H，44H，38H，00H
（3）．心形图在8X8LED点阵上显示图如下图所示
30H，48H，44H，22H，44H，48H，30H，00H
图2-58×
8点阵LED引脚的排列图
2.2.28×
8点阵LED显示器与单片机的接口
8×
8点阵LED的引脚图如图2-5所示，当采用单片机进行控制时，连接点阵显示器的共阳极r端需经驱动三极管9012与单片机的P2口相连，而共阴极c端需经限流电阻与单片机的P0口相连。
在编程控制时，将8×
8点阵LED显示分成行和列两部分，字符数据从P0口输出，扫描控制字从P2口输出，每一列由一个字节的数据组成，数据可一次送入，然后扫描一行，显示一个字需要扫描8次。
2.2.3驱动电路的设计
显示器驱动是一个非常重要的问题，如果驱动能力差，显示器亮度就低；
而驱动器长期在超负荷下运行则很容易损坏。
如果是静态显示，则LED驱动器的选择较为简单，只要驱动器的驱动能力与显示器工作电流相匹配即可。
而且只须考虑段的驱动，因为，共阳极接+5V，而共阴极接地，所以位的驱动无须考虑。
动态显示则不然，由于一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成的，因此，必须同时考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。
理论分析表明，同样的驱动器，当其驱动静态显示器时，其亮度为驱动动态显示器的n倍，n近似为显示位数。
所以要使动态显示器达到静态显示器的亮度，必须将驱动器能力提高n倍。
本设计中，因为采用了8×
8点阵LED显示器，用AT89C51单片机进行控制，因此它很适宜于按扫描方式动态显示多个字符数据，所以我们只选用了8个PNP型三极管作为驱动显示器的电路。
如图2-6所示，因AT89C51单片机的I∕O口有20mA的吸入电流，正因为这一特点，使的本设计中的驱动电路部分大大简化，不用附加专门的驱动电路即可正常工作。
图2-6显示驱动电路
2.3电源电路的设计
电源电路采用普通集成稳压电路，在本设计中，由于考虑到成本问题，这部分电路就以输出+5V的稳压电源代替。
第三章．8×
8点阵显示器控制系统的硬件设计
3.1硬件系统的总体设计
根据设计要求与设计方案，硬件电路的设计框图如图3-1所示。
硬件电路结构由8个部分组成：
时钟电路、复位电路、按键接口电路、电源电路、点阵显示阳极驱动电路、点阵显示阴极驱动电路和8×
8点阵显示电路。
按键电路
复位电路
电源电路
时钟电路
单
片
机
点阵显示器阳极驱动电路
点阵显示器阴极驱动电路
8点阵LED显示器
图3-18×
8点阵显示器组成原理框图
3.2单片机AT89C51芯片的性能及功能的分析
3.2.1AT89C51的主要特性：
·
32条可编程I/O线·
两个16位定时器/计数器
6个中断源·
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
3.2.2AT89C51管脚说明：
①VCC：
供电电压。
GND：
接地。
②P0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。
③
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。
④
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。
⑤P3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。
⑥RST：
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。
⑦ALE/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。
⑧/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。
⑨
/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）。
⑩XTAL1：
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。
3.3具体电路及功能分析
3.3.1显示电路
本设计采用双色8×
8点阵模块显示，但是在设计中我们只用单色显示，我们通过改变限流电阻的阻值的大小来改变显示字符的亮度。
3.3.2电源电路
电源电路采用普通的三端集成稳压电源。
为整个系统提供+5V的电压。
3.3.3电路原理图
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