单片机课程设计1616点阵式汉字显示.docx

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单片机课程设计1616点阵式汉字显示

摘要

LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的LED发光二极管封装而成.LED点阵显示屏可以显示数字或符号,通常用来显示时间、速度、系统状态等。

文章给出了一种基于MCS-51单片机的16×16点阵LED显示屏的设计方案。

包括系统具体的硬件设计方案,软件流程图和部分汇编语言程序等方面。

在负载范围内,只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展,是一种成本低廉的图文显示方案。

关键词：

MCS-51；LED；单片机

Abstract

Asapopulardisplaydevicecomponent,LEDdot-matrixdisplayboardconsistsofseveralindependentLED（LightEmittingDiode）.TheLEDdot-matrixdisplayboardcandisplaythenumberorsign,anditisusuallyusedtoshowtime,speed,thestateofsystemetc.Thispaperintroducesakindofsimple16ｘ16LEDdisplayscreendesignprocessbasedonMCS-51singlechipminicomputer.Thedetailhardwarescheme,softwareflowandassemblelanguageprogrammerdesignandsoonisfollowed.Thedisplaypartcanbecascadedtomeettheneed.Thepracticeprovesthedesignislow-costandeffective.

Keywords:

MCS-51；LED；MCU

1设计原理

1.1MCS-51单片机的结构及编程方法

MCS-51单片机的组成：

CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、I/O口（串口、并口）、内部总线和中断系统等。

8051单片机的组成框图

（1）cpu中央处理器

由运算器和控制器组成，是8位的cpu，具有布尔运算和8位寻址功能。

运算器

完成算术运算和逻辑运算。

CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。

（2）

存储器

MCS-51单片机按程序存储器可分为内部无ROM

型（如8031）和内部有ROM型（如8051）两种，

连接时引脚有区别。

程序存储器结构如右图所示：

程序存储器：

一般将只读存储器（ROM）用做程序

存储器。

可寻址空间为64KB，用于存放用户程序、

数据和表格等信息。

数据存储器：

一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。

可寻址空间为64KB。

MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部分。

（3）特殊功能寄存器（SFR）

MCS-51有21个特殊功能寄存器（也称为专用寄存器），包括算术运算寄存器、指针寄存器、I/O口锁存器、定时器/计数器、串行口、中断、状态、控制寄存器等，它们被离散地分布在内部RAM的80H～FFH地址单元中（不包括PC），共占据了128个存储单元，构成了SFR存储块。

其字节地址可被8整除的SFR可位寻址。

SFR反映了MCS-51单片机的运行状态。

80C51内部结构

（4）I/O接口

I/O接口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能力。

8051内部有4个8位并行接口P0,P1,P2,P3，有1个全双工的可编程串行I/O接口。

（5）定时器/计数器

8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，均为二进制加1计数器，分别命名为T0和T1。

（6）中断系统

8051可处理5个中断源（2个外部，3个内部）发出的中断请求，并可对其进行优先权处理。

外部中断的请求信号可以从P3.2,P3.3引脚上输入，有电平或边沿两种触发方式；内部中断源有3个，2个定时器/计数器中断源和1个串行口中断源。

8051的中断系统主要由中断允许控制器IE和中断优先级控制器IP等电路组成。

1.216*16点阵LED原理

下图为8×8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如下图所示，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。

因为在当前Proteus仿真库中找不到16*16的LED点阵，所以在该设计中可以用4块8*8的LED连线来代替，这点不难理解。

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（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。

1.33-8译码器原理

由于3-8译码器74LS138的原理及功能我们都已经很熟悉，在这里就不重复累赘了。

2.设计方案介绍

2.1设计总体思路

本次课程设计的要求是在16×16点阵的显示器件上滚动显示，汉字由于要用16*16点阵显示汉字,而80C51的I/O接口是8位的，我们可以用4个8*8点阵来组成。

由于80C51的I/O口不多（只有4组，32个），为了节约I/O口，我们用74HC138（3线-8译码器）作为点阵的列驱动，P2口和P0口作为数据线。

为了显示16*16的点阵汉字，我们需建一个表先将要显示的汉字的点阵码存起来，然后编写一个合适的查表程序就可以按给定要求显示汉字。

2.2与题目相关的具体设计

1）.汉字的显示：

可以采用扫描的方式，先使一个I/O口产生一个选行（列）信号（通过74HC138），先选中一行，对选中的行进行扫描，然后用另外2组I/O口输送数据，这样一个字的1/16就送到LED点阵上了，接着选下一行，这样经过16次就可以显示一个字了，再适当延时使显示的字清晰。

2）.汉字的移动：

在LED上显示一个汉字并延时后，可以通过增加所取表的地址，这样下一次LED上显示的字就移动了一个点阵，可以通过适当的设计来控制汉字移动循环的的次数。

3）.键盘控制汉字：

可以用单片机的P3口实现键盘的控制作用P3.0到P3.3作为行扫描信号，P3.4到P3.7作为列扫描信号，这样的话4行4列可以形成16个按键。

每个按键可以对应相应的汉字显示。

2.3程序设计流程图

系统主程序流程图显示驱动程序流程图

3.源程序，原理图和仿真图

3.1程序清单（见附录）

3.2电路图

3.2.1电路原理图

3.2.2电路图分析

该原理图中89C51单片机为基础一共分成三大部分：

汉字显示部分，汉字移动部分以及键盘选择部分。

P1.0到P1.3接两个74LS138给16*16点阵提供选行信号。

P0.0到P0.7接16*16点阵的上半块作为数据线，给16*16点阵上部提供数据，点亮相应的LED，P2.0到P2.7接16*16点阵的下半块作为数据线，给16*16点阵下部提供数据，点亮相应的LED。

74LS138的八个输出Y0到Y7一次连到4个8*8LED用于对行进行扫描与选通。

P3.0到P3.7用作键盘扫描输入输出，接16个按键，P3.0到P3.3为行扫描信号，P3.4到P3.7为列扫描信号。

通过键盘部分可以进行汉字选择，一个按键对应一个不同的字。

就有16种不同的汉字。

3.3仿真图

4性能分析

程序通过keil软件编译生成.hex文件加载到protues软件的原理原理图中能够进行仿真，该程序段要实现以下功能:

1、点阵式汉字显示电路；

2、单个汉字滚动显示功能；

3、多个汉字滚动显示功能；

4、4×4键盘进行文字选择；

5、显示内容可以保存在存储器中；

系统开始显示后，汉字先从左向右移动，汉字显示很清晰明亮，效果很不错。

用键盘进行汉字选择依次显示不同汉字。

既可以单个汉字滚动显示，又可以多个汉字滚动显示。

显示内容可以保存在存储器中。

P1.0到P1.3接两个74LS138给16*16点阵提供选行信号。

74LS138的八个输出Y0到Y7一次连到4个8*8LED用于对行进行扫描与选通。

P3.0到P3.7用作键盘扫描输入输出，接16个按键，P3.0到P3.3为行扫描信号，P3.4到P3.7为列扫描信号。

通过键盘部分可以进行汉字选择，一个按键对应一个不同的字。

那马就有16种不同的汉字显示。

基本上实现了上述功能。

5.总结和心得

作为一名电信专业的大三学生，我觉得这个单片机是十分有意义的，而且是十分必要的。

在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，学习单片机已经有一年了，已经掌握了单片机的原理和如何用汇编语言编写程序，但是很少有机会取实践。

我想做类似的课程设计，就为我们提供了良好的实践平台，这样能使我们对单片机及其应用认识和应用更加熟练，为我们以后走向社会工作打下良好基础。

在做单片机课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。

为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。

为了写好程序，完成任务需查阅很多的资料，首先要先搞懂原理，比如8*8点阵的组成及其是如何工作的，汉字在16*16点阵是如何显示的，键盘是如何扫描，怎样实现汉字滚动显示，只有搞懂这些才能更好的设计出一个完善的系统。

其次，在这次单片机课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：

单片机、汇编语言、模拟和数字电路知识等，还学会了应用新的软件（如PROTEUS，KEIL），虽然过去没用综合的应用过它们，但在做课程设计过程中带着问题和目标去应用这些软件和知识，我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。

最后，要做好这个课程设计，就必须做到：

在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。

1周的单片机课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。

发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作。

6.参考文献

1.《单片机原理及接口技术》李全利高等教育出版社2004

2.《单片机原理及应用》张毅刚高等教育出版社2006

3.《微型计算机接口技术及应用》徐仁贵机械工业出版社1998

4.《LED显示屏系统原理及工程技术》诸昌钤电子科技大学出版社2005

5.《数字逻辑电路》（第2版）梅开乡电子工业出版社2005

附录：

程序代码

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

uchartemp,num;

uchara,v,m,n,f;

uchari,j,k,shuz,shub;/*各变量值的初始化*/

ucharcodetable1[]={