单片机88点阵屏设计Word文档格式.docx
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元件名称
规格
数量
备注
STC89C52单片机
一块
附底座
晶振
12MHZ
8*8点阵共阳LED显示器
共阳
按钮开关
一个
四脚或两脚
极性电容
10uf
各一支
瓷片电容
30pf
两个
电阻
1kΩ、470Ω
八个、八个
电源插座
10kΩ
四、各部分电路设计
4.1复位电路
单片机在启动运行时需要复位,使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作,另外,在单片机工作过程中,如果出现死机时,也必须对单片机进行复位,使其重新开始工作。
本设计中采用按键复位电路,复位电路如图2所示:
图2复位电路
4.2主体电路
通过单片机AT89S51的P0口和P2口去驱动点阵LED芯片块。
电路如图3所示:
图3主体电路
4.3硬件电路连线
1.把“单片机系统”区域中的P0.0~P0.7端口分别通过八个100欧电阻连接到“点阵模块”区域中的“L1-L8”端口上;
2.把“单片机系统”区域中的P2.0~P2.7端口通过74HC573和10K电阻连接到“点阵模块”区域中的“S1-S8”端口上。
4.4显示部分
1.
8X8 点阵LED工作原理说明
图4为8×
8点阵LED外观及引脚图,其等效电路如图
(2)所示,只要其对应的X、Y轴顺向偏压,即可使LED发亮。
例如如果想使左上角LED点亮,则Y0=1,X0=0即可。
应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。
图48×
8点阵LED外观及引脚图
其等效电路图如下:
图58×
8点阵LED等效电路
五、主要元器件介绍
1、单片机
5.1单片机介绍
所谓单片机,就是将CPU,RAM,ROM,定时/计数器和多种I/O接口电路都集成在一块集成芯片上的微型计算机。
MCS--51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的8位单片微型计算机,包含51和52两个子系列。
51子系列的典型产品有8031,8051和8751三种机型52子系列包括8032,8052二种主要机型。
51子系列的配置如下:
(1)8位CPU;
(2)振荡频率1.2~12MHZ;
(3)128个字节的片内数据存储器(片内RAM);
(4)21个专用寄存器;
(5)4KB的片内程序存储器(8031无);
(6)8位并行I/O口P0,P1,P2,P3;
(7)一个全双工串行I/O口;
(8)2个16位定时器/计数器;
(9)5个中断源,分为2个优先级;
本系统选用ATMEL89S51系列单片机,由于它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性,便于扩展功能,有效的提高了系统的经济性。
AT89S51是一种低工耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的八位CMOS微控制器,使用高密度、非易失存储编程器对程序存储器重复编程。
AT89S51具有以下特点:
(1)与MCS-51微控制器产品系列兼容。
(2)片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器。
(3)32条可编程I/O线。
(4)程序存储器具有三级加密保护。
(5)可编程全全双工串行通道。
(6)空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。
(7)而且与87C51系列的引脚也完全兼容。
89S51单片机结构如图所示:
图89S51单片机结构框图
51系列单片机的引脚功能:
主电源引脚Vss、Vcc
Vss:
接地,Vcc:
接+5V电源
外接晶振引脚XTAL1、XTAL2
XTAL1:
片内反向放大器输入端,XTAL2:
片内反向放大器输出端
输入/输出引脚P0、P1、P2、P3
P0.0~P0.7:
P0口的8个引脚,P0口是8位漏极开路型双向I/0端口,在接有片外存储器或I/0扩展接口时,P0.0~P0.7分时复用,作低8位地址总线与双向8位数据总线
P1.0~P1.7:
P1口的8个引脚,P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,对于52子系列,P1.0还可用于定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2,P1.1还可作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
P2.0~P2.7:
P2口的8个引脚,P2口也是一个带内部上拉电阻的双向I/O口,在访问片外存储器或扩展I/O接口时,还用于提供高8位地址。
P3.0~P3.7:
P3口的8个引脚,P3口也是一个带上拉电阻的I/O口,除可以作双向的输入输出口外,还具有第2功能。
见表
表P3口第二功能表
引脚
第二功能
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD(串行口输入)
TXD(串行口输出)
INT0(外部中断0输入)
INT1(外部中断1输入)
T0(定时器0的外部中断)
T1(定时器1的外部中断)
WR(片外数据存储器写控制信号)
RD(片外数据存储器读控制信号)
控制线(4条):
ALE/PROG:
双功能引脚。
由于P0口的8个引脚是低8位地址总线与数据总线分时复用,因此必须将P0口输出的低8位地址进行锁存。
在访问片外存储器时,每机器周期该信号出现2次。
其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址。
即使不访问片外存储器,该引脚上仍出现上述频率的周期性信号,因此也可作为对外输出的时钟脉冲,频率为振荡器频率的1/6,必须注意的是:
在访问片内外存储器时,ALE脉冲会跳空1个。
对片内含有EPROM的机型,此引脚在编程时可作为编程脉冲PROG的输入端。
PSEN:
片外程序存储器读选通信号输出端,在CPU从片外程序存储器取指期间,此信号每个机器周期两次有效,以通过P0口读入指令,在访问片外数据存储器时,该信号不出现。
EA/Vpp:
双功能引脚,为片外程序存储器选用端。
当该引脚信号有效时,选择片外程序存储器,即EA/Vpp=1时,访问片内程序存储器。
对片内含有EPROM的机型,此引脚在编程期间用于施加+21v的编程电压。
RST/VPO:
双功能引脚,在单片机工作期间,当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可实现复位操作。
在Vcc掉电期间,若该引脚接备用电源(+5v),可向片内RAM供电,以保存片内RAM中的信息。
5.2单片机系统设计
按照单片机系统扩展与系统配置状况,单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统和典型应用系统等。
(1)最小应用系统:
能维持单片机运行的最简单配置的系统。
这种系统成本低廉、结构简单,常常构成一些简单的控制系统,如开关状态的输入/输出控制等。
对于片内有ROM/EPROM/FLASHRAM的单片机,构成最小应用系统时,只要将单片机接上时钟电路、复位电路和电源即可,如图所示。
图89S51单片机最小应用系统
由于集成度的限制,这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。
其应用特点是:
①有可供用户使用的大量I/O口线,P0、P1、P2、P3都可用作用户I/O口用。
由于没有外部存储器扩展,
应接高电平。
②内部存储器容量有限(只有4KB地址空间)。
③应用系统开发具有特殊性。
由于这类应用系统应用程序量不大,外电路简单,因而采用模拟开发手段较好。
对于片内无ROM/EPROM/FLASHRAM的单片机,其最小系统除了外部配置时钟电路、复位电路和电源外,还应在片外扩展EPROM、EEPROM作为程序存储器用,如图3(b)所示,
应接地。
(2)最小功耗应用系统
最小功耗应用系统是指为了保证正常运行,系统的功率消耗最小。
这是单片机应用系统中的一个引人入目的构成方式。
在单片机芯片结构设计时,一般为构成最小功耗应用系统提供了必要条件,例如,各种系列的单片机都有CMOS工艺类型,而且在这类单片机中都设置了低功耗运行的WAIT和STOP方式。
设计最小功耗应用系统时,必须使系统内的所有器件、外设都有最小的功耗,而且能充分运用WAIT和STOP方式运行。
最小功耗应用系统常用在一些袖珍式智能仪表、野外工作仪表以及在无源网络、接口中的单片机工作子站。
5.3单片机的发展趋势
今后单片机的发展趋势,将是进一步向着多功能、高性能、高速度、低功耗、低价格、存储容量扩大和增强I/O功能及结构兼容等方面发展。
其发展趋势主要有以下几个方面:
1.多功能
在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内,使单片机的功能更加强大。
如把LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。
2.高性能
进一步改进CPU的性能,加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性,采用精简指令系统计算机RISC(ReducedInstructionSetComputer)结构和流水线技术,大幅度提高运行速度。
现指令速度最高者已达100MIPS(MillionInstructionPerSeconds,即兆指令每秒),并加强了位处理功能、中断和定时控制功能,使单片机的性能明显地优于同类型的微处理器。
单片机集成度进—步提高,有的单片机的寻址能力已突破64KB的限制,8位、16位的单片机有的寻址能力已达到1MB和16MB。
片内ROM的容量可达64KB,RAM的容量可达2KB。
3.低电压、低功耗
允许使用的电压范围越来越宽,一般在36V范围内工作,有的已能在1.2V或0.9V电压下工作。
。
几乎所有的单片机都具有省电运行方式。
单片机的功耗已从mA级降到μA级,甚至1μA以下,在一粒钮扣电池下就可长期工作。
低功耗化的效应不仅是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。
4.低价格
单片机应用的另一显著特点是量大面广。
促使世界各国公司在提高单片机性能的同时,也十分注意降低价格。
如Z-8系列的Z8600、80C51系列的80C31每片仅售1-1.5美元。
提高性能价格比是各公司竞争的主要策略和不懈追求的目标。
2、74HC573芯片介绍
74HC573八进制3态非反转透明锁存器
74HC573高性能硅门CMOS器件 SL74HC573跟LS/AL573的管脚一样。
器件的锁存器
输入是和标准CMOS输出兼容的;
加上拉电阻,他们能和LS/ALSTTL输出兼容。
当锁存使能端LE为高时,这些器件的锁存对于数据是透明的(也就是说输出同步)。
当锁存使能变低时,符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。
×
\u36755X出能直接接到CMOS,NMOS和TTL接口上 ×
\u25805X作电压范围:
2.0V~6.0V ×
\u20302X输入电流:
1.0uA ×
CMOS器件的高噪声抵抗特性
OE ̄120Vcc
1D—219—1Q
2D—318—2Q
3D—417—3Q
4D—516—4Q
5D—615—5Q
6D—714—6Q
7D—813—7Q
8D—912—8Q
GND1011LE
OELEDQ
LHHH
LHLL
LLXQ0
HXXZ
1脚三态允许控制端低电平有效
1D~8D为数据输入端
1Q~8Q为数据输出端
74HC573引脚图
LE为锁存控制端
六、系统软件设计
程序见附录二
七、整体电路图
见附录三
八、设计总结(
本LED显示屏控制系统已能实现LED显示的基本功能,并且体现出了相对于传统的基于8位/16位普通单片机的显示系统的优越性,如上设计所述,但由于本组成员水平和设计时间有限,离一个完全实用的,能够完全符合市场需求的LED显示系统还有一定的差距.因此,在以后的研制过程中,还需要在以下几个方面做大量的工作:
(1)扮在系统抗干扰方面,不论是硬件部分还是软件部分,都还必须在工作现场根据实际情况进行大量的实验,调试工作,才能最终实现LED显示系统的可靠工作。
(2)在增强图文屏显示效果上,可使用双色屏或多色屏,双色(或多色)屏所使用的LED点阵单元,在同一点阵位置上安装了两个(或多个)不同颜色的LED发光灯,对不同颜色的显示控制方面进行进一步的设计,以满足显示更加丰富多彩的图形和文字。
(3)由于ARM微处理器的强大运算能力和丰富的片内外围,可将LED显示屏方便地接入以太网络,每一个LED显示控制器可作为一个网络节点,方便的组成基于工业以太网的LED显示网络,在这方面还应该进行进一步的研究与实验,以满足更高,更复杂的使用要求。
在这次课程设计的整个过程中,我们做了一次全面、较规范的设计练习,全面地温习了以前所学过的知识,用理论联系实际并结合单片机原理课程和解决实际问题,巩固、加深和扩展了有关单片机设计方面的知识。
尤其重要的是让我们养成了科学的习惯,在设计过程中一定要注意掌握设计进度,按预定计划完成阶段性的目标,在底图设计阶段,注意设计计算与结构设计画图交替进行,采用正确的设计方法。
在整个设计过程中注意对设计资料和计算数据的保存和积累,保持记录的完整性。
在课程设计的实践中进行了设计基本技能的训练,掌握了查阅和使用标准、规范、手册、图册、及相关技术资料的基本技能以及计算、数据处理等方面的能力。
通过对通用89C51单片机机处理器铁电存储器芯片、常用元器件的设计,掌握了一般单片机设计的程序和方法,让我们对整个单片机程序的设计,C51语言有了一个比较深的理解。
还有就是增强了自身的动手能力。
在这次课程设计中,我主要负责的是程序设计和单片机部件焊接。
通过参考相关的程序设计,自己写出了主要的程序代码。
同时将元器件正确焊接到基板上。
这些都是将以前书本上讲的或是没有讲的,通过一次课程设计具体的实施,使自己的动手能力和独立设计能力真正得到锻炼,对于以后我们的发展与学习来说,都可以看作一笔不小的财富,前面还有很多需要我们去尝试。
同时不能忽略的是,这一次课程设计是以小组为单位的。
在这次课程设计中,我和自己的小组成员学会了密切分工配合。
而这样的合作能力和团队精神在今后的学习工作中是很重要的。
附录一
参考文献:
[1]李光飞,楼然苗.51系列单片机设计实例[M].北京航空航天大学出版社,2003,3.
[2]韩志军,沈晋源,王振波.单片机应用系统设计——入门向导与设计实例[M]北京:
机械工业出版社,2005,1.
[3]王幸之,钟爱琴,王雷,王闪.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京航空航天大学出版社,2004,5.
[4]朱定华.单片机原理及接口技术[M]北京:
电子工业出版社,2001,4.
[5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:
电子工业出版社,2004,2.
[6]刘东红.利用单片机89C51的一个并行I∕O口实现多个LED显示的一种简单方法[J].国外电子元器件,2002年第8期.
附录二
/*********************************************************************/
//
//采用8*8LED动态显示文字演示程序
#include<
reg52.h>
unsignedcharcodetaba[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
//行选
unsignedcharcodetabb[]={0x08,0x49,0x49,0x7F,0x08,0x49,0x49,0x7F};
//选列"
出"
unsignedcharcodetabc[]={0x00,0x02,0x04,0x08,0x18,0x24,0x42,0x81};
//"
入"
unsignedcharcodetabd[]={0xFF,0x4A,0x2A,0x1C,0xFF,0x08,0x08,0x08};
平"
unsignedcharcodetabe[]={0x08,0xFF,0x89,0x04,0x7F,0x14,0x1C,0x63};
安"
unsignedchari,j;
voiddelay(void)//延时5ms
{
unsignedchari,j;
for(i=10;
i>
0;
i--)
for(j=248;
j>
j--);
}
voiddelay1(void)//延时10ms
unsignedchari,j,k;
for(k=10;
k>
k--)
for(i=20;
voidmain(void)
while
(1)
{
for(j=0;
j<
10;
j++)//from上to下3time
for(i=0;
i<
8;
i++)
P0=taba[i];
P2=tabb[i];
//P1=0xff;
delay();
}
//for(j=0;
2;
j++)//from下to上3time
//{
//P2=tabb[i];
P2=0xff;
delay1();
//}
P2=tabc[i];
}
P2=tabd[i];
//"
P0=taba[7-i];
P2=tabe[i];
/*for(i=0;
P1=0xff;
}*/
附录三
成绩评定·
一、指导教师评语
二、成绩评定
成绩等级:
指导教师签字:
年月日