单片机88点阵屏设计.docx

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单片机88点阵屏设计

机电一体化实训设计（论文）

题目：

单片机8*8点阵屏设计

院（系）：

机电工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

学生姓名

学号：

指导教师：

2015年1月8日

1设计目的

利用8*8LED点阵动态显示汉字的字样。

采用STC89C52单片机作为整个控制搭电路的核心，并编制软件程序，实现汉字动态显示。

通过此设计来巩固单片机硬件系统的设计及软件系统的编程，通过设计将平时所学知识付诸实践，提高动手能力。

1．使学生更深入地理解和掌握该课程中的有关基本概念，程序设计思想和方法。

2．培养学生勇于探索、严谨推理、实事求是、有错必改，用实践来检验理论，全方位考虑问题等科学技术人员应具有的素质。

3．提高学生对工作认真负责、一丝不苟，对同学团结友爱，协作攻关的基本素质。

4．培养学生从资料文献、科学实验中获得知识的能力。

5.对学生掌握知识的深度、运用理论去处理问题的能力、实验能力、课程设计能力、书面及口头表达能力进行考核。

2设计要求

1、设计一个8*8点阵LED电子显示屏

2、要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。

3设计的总体结构

3.1设计总体框图

3.2工作原理

由于是8*8点阵屏设计，需要端口16个，可采用静态显示模式，用P0口控制行，P1口控制列，通过软件编程，即可实现汉字的显示：

郭老师好，出入平安，动态流动显示。

如果是16*16点阵屏占用端口较多，则需采用动态扫描的方式实现。

3.3元器件清单：

元件名称

规格

数量

备注

STC89C52单片机

一块

附底座

晶振

12MHZ

一块

8*8点阵共阳LED显示器

共阳

一块

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

一个

电阻

10kΩ

两个

4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：

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：

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

4.1 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

5主要元器件介绍

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：

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:

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。

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