基于proteus的单片机led点阵显示屏的仿真设计大学论文.docx
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基于proteus的单片机led点阵显示屏的仿真设计大学论文
本科毕业设计
基于PROTEUS的单片机LED点阵显示屏的仿真设计
SimulationdesignoftheLEDdotmatrixdisplayscreenBasedonthePROTUES
学院：
电子工程学院
专业班级：
电子信息工程电子092班
学生姓名：
学号：
指导教师：
2013年6月
毕业设计中文摘要
摘要:
本设计为基于PROTEUS的单片机LED点阵显示屏的仿真设计。
由于它方便，醒目，可靠传播信息的手段，在现实生活和生产中有着广泛的应用，对社会经济的发展有着很大的贡献，从而来开发LED点阵显示屏。
而且proteus和keil软件在设计，测试和仿真的方面对于单片机的开发是有着很强大的功能的。
我们可以在软件中对我们的设计进行仿真，这样做的话既能够节省宝贵的资源而且还可以大大提升我们的工作效率。
本设计是由时钟电路，复位电路，电源电路，单片机，显示电路，行驱动电路，列驱动电路等模块组成的。
AT89C51单片机作为整个系统的核心控制着各个模块然后再结合程序让点阵显示屏动态地显示出了汉字。
关键词:
AT89C51，LED点阵显示屏，单片机，模块
毕业设计外文摘要
Abstract:
ThisdesignisbasedonthePROTEUSsimulationdesignoftheLEDdotmatrixdisplayscreen.Becauseitisconvenient,smart,reliablemeansofdisseminationofinformation,hasbeenwidelyusedinthereallifeandproduction,hasgreatcontributiontothedevelopmentofsocialeconomy,andthustodeveloptheLEDdotmatrixdisplayscreen.Andproteusandkeilsoftwareforsingle-chipmicrocomputerhasastrongdesign,testandsimulationfunction.Wecanforourdesigninthesoftwaresimulation,dosotosavevaluableresourcesandcanalsoimproveourworkefficiencygreatly.Thisdesignisbytheclockcircuit,resetcircuit,powercircuit,microcontroller,displaycircuit,linedrivercircuitandcolumndrivercircuitmodulecompositionandsoon.AT89C51single-chipmicrocomputerasthecoreofthewholesystemcontrolsthevariousmodulesandthencombinedwithdynamicprogramtodotmatrixdisplayscreentoshowtheChinesecharacters.
Keywords:
LEDdotmatrixdisplayscreen，AT89C51,SCM,Module
1绪论
本章着重讨论LED显示屏的研究背景，研究意义，国内研究现状和研究的主要内容和目标。
1.1引言
由于现在科学技术的发展和社会的进步，对于信息的传播有了更细，更高的要求。
LED汉字点阵显示屏作为一种方便的，醒目的，可靠地信息传播手段，在一些需要显示的内容比较少的公共场所得到了广泛的应用。
由于单片机的LED汉字的点阵显示屏的投入比较少，得到的结果反而比较好，而且它的显示方式是图文并茂的，能够满足很大一部分的用户的需求，因此它被广泛的应用在很多的方面。
在最近几年力LED汉字点阵显示屏广泛的应用在证券、军事、车站、金融、邮局、宾馆、机场、广告以及医院、海关、体育场所和交通运输等许多行业。
当今社会LED点阵显示屏已经成了一种举足轻重的传递消息的方法，将会在社会的经济发展中扮演着越来越重要的角色，已经成为了一个城市现代化的标志之一。
我国的LED显示屏的这个行业走过了一些年的探索和前进，已经有了一定的基础和规模了。
并且培养了一大批的骨干企业和优秀的技术人才。
这些企业很多都已经有了很大的规模，国内的市场占有率已经达到了一个很高的水平。
我国LED显示屏的相关技能在某一些方面来说相比较而言已经比别的国家好了一些，就在大力发展我国的LED显示屏这个行业的同时，也在不断地推陈出新着产品和相关的技能，虽然有些方面还有一定的不足，但是在有些方面已经达到了国际领先的水平。
在当今信息化社会中，未来将会是LED显示屏的时代。
因为对于LED这个东西的性能已经得到了方方面面的提升，对于色彩、亮度、白平衡等方面的指标，全彩色显示屏全部到达了比较不错的结果，对于户外各种环境的要求都可以完全的适应。
因此全彩色LED显示屏将会得到非常广阔的使用。
LED点阵显示屏是大型的显示屏系统，它把微电子技术、信息处理技术和计算机技术全部都融合在一块了。
由于计算机和与它有联系的一些技能的快速成长从而形成了LED点阵显示屏这样一种新型的信息显示媒介。
它具有鲜艳的色彩，耗电少，可以动态显示，有很高的亮度亮，可以用很长时间，很大范围内都可以看到它，能够让人放心的使用等优点。
LED点阵显示屏已经是我们优先选择的产品了。
在很短的时间内迅速的成长为了平板显示的主流产品。
LED点阵显示屏是由发光二极管排列组成的一种显示器件，它通过掌控发光二极管的显示方式可以显示固定的字符或这是图形。
仅仅掌控LED点阵中每个发光器件的连接或断开（点亮或者关闭）是LED点阵显示的主要特征。
首先根据我们需要的汉字来提取汉字点阵，然后将点阵的文件存入内存中，这样就变为了新的汉字编码；在使用汉字编码的时候则应该首先按照新的汉字编码来生成需要的词语和句子，再通过MCU按照新的编码来提取相对应的点阵从而进行汉字的显示，这就是LED点阵的汉字显示方式。
1.2可行性分析
理论可行性：
本系统主要由单片机系统、行驱动电路、列驱动电路、LED点阵显示显示屏来组成的。
软件是由端口的定义和程序的初始化，主程序，显示子程序组成。
他们中的每一部分都可以找到相关的器件和技术来实现，而且单片机LED点阵显示屏的技术也很成熟了，现在在很多的地方都有着有很多的应用。
现实可行性：
目前市场上对于基于单片机的LED点阵显示屏的应用有很多，例如在邮电电信，指挥调度，金融证券，交通运输，商业经营，广告宣传，国防军事等很多方面得到了非常广阔的使用。
它的市场前景是非常开阔的，所以我们说它有着很有现实的可行性。
经济可行性：
开发系统所需的元器件是很便宜的，我们是完全有条件开发该系统的。
综上所述，基于PROTEUS的单片机的LED点阵显示屏的开发是可行的
2系统总体方案
2.1系统设计要求
LED点阵显示系统设计要求：
（1）设计一个16×64的LED点阵显示系统。
（2）要求该系统可以动态显示汉字“淮海工学院电子班刘燚做”的字样。
（3）编写相应的程序，用Proteus软件做出仿真并且在论文中给出具体是怎么设计的，它们产生的原理和仿真图。
2.2总体设计方案
该系统由时钟电路，复位电路，电源电路，单片机，显示电路，行驱动电路，列驱动电路组成。
该系统的中枢部分是单片机，由16个8×8的LED点阵显示屏组成的一个16×64的的LED点阵显示屏作为显示部分，由74HC154译码器作为控制位选的行驱动部分,由74LS164移位寄存器作为控制段选的列驱动部分。
因为有许多的I/O口在这个系统中被使用到，所以采用MCS-51指令系列的AT89C51单片机，因为它内部的存储资源和输入、输出口有许多，16个8×8的LED点阵显示屏，需要10根数据线，采用P3口作为段选数据线和控制段选数据的输入，P1口作为位选数据线，P2口作为译码器的使能输入端控制位选的数据输入。
按照我们的设计会有16个8×8的LED点阵显示屏被采用，把这些显示屏连接成一个16×64的一整块大的LED点阵显示屏。
采用74HC154译码器作为选通端。
为了满足对系统的全部要求，我们采用了74LS164寄存器作为显示驱动端。
采用AT89C51单片机作为运算和控制单元。
构成系统的各个模块和总体的设计框图如下图2.2所示。
图2.2系统总体设计框图
3系统硬件设计
3.1单片机概述
单片机的全称叫做单片微型计算机，我们又把它叫做微型控制器。
它是一种微型的计算机，它把中央处理器、定时/计数器、存储器和各种I/O口等全部都在一块集成电路芯片上被融合构成在一起了。
在与应用于个人电脑中的通用型微型的处理器相比，虽然缺少了外围设备但它强调的是成本的节约和能够进行自我供应。
单片机的应用是非常的广泛的，几乎我们使用的每一件电子产品都会用到单片机，像电话，手机，平板电脑，家用电器，计算器，鼠标等等都能看到单片机的身影。
有的一件产品和系统包含几十甚至数百片的单片机，比如说汽车，工业控制系统方面等等。
单片机最早是被使用在工业的控制方面的，伴随着技能的发展，现在几乎已经使用在我们生活和生产的的各个方面了。
设计它的时候最开始是为了把很多的外围设备和CPU都融合在一个芯片中去，使得计算机的系统变得更加的小，在对大小有很严格要求的仪器中把它放进去。
单片机出现的时间并不是很长。
我们如果将4位的单片机的产生当做是开始的话，我们就可以把单片机的成长粗略的分为下面的四个时间段：
第一阶段（20世纪70年代初）：
也就是说是单片机的开始时期。
最开始开发单片机时的最主要的目的是为了找寻到将一种单片形态嵌入到系统中的最好的体系结构。
我们将Inter公司的4位的Inter4004这样一个产品的作为起点到8位的Inter8080这样一个产品作为结束。
这个系列的单片机虽然非常地简单但是他揭开了单片机发展的序幕很有意义。
第二阶段（20世纪70年代后期）：
也叫做初级的单片机时期。
它的代表产品是Inter公司的MCS-48。
这样一个系列的单片机的片内融合在一块的有8位CPU、8位的定时/计数器、并行的输入/输出口，寻找地址的范围小于等于于4K，而且还没有串行口。
第三阶段（20世纪70年代末期到20世纪80年代初期）：
也叫做非常高的性能的单片机的时期。
在这一使其开发并投入市场的单片机一般都带有串行的输入/输出口，有着好几级的中断处理的系统、16位的定时/计数器。
片内运存、内存容量得到了很好的加大，并且寻找地址的范围能够达到64K的字节，有些的片内中还带有着数模转换的接口，这样在系统的扩展方面就有了很大很大的提高。
这样一类的单片机有因特尔公司的MCS-51这样一类产品、摩托罗拉公司的6801这样一类产品和桑那公司的Z8这样一类产品等等。
第四阶段（20世纪80年代初期至今）：
这个时期也称之为8位的单片机防守和更新和16位的单片机展现出来的时期。
在这一时期的主要的特性是在一方面大力的开发16位的单片机和针对专业所用的单片机；而在另外一个方面，它还同时的在不停的是高端的8位的单片机更加全面和完美，这要体现在对它结构的改善，这样做是用来满足不同的用户的需求。
单片机也叫做单片微控制器，它就是相当于一台非常小的计算机，但是它和我们常用的计算机相比较起来，单片机仅仅就是没有输入/输出设备而已。
简单一点来说：
一块芯片就相当于一台很微小的计算机。
它的大小非常的小、重量也很轻、价格也非常的便宜，为我们的学习单片机和使用单片机和开发单片机和相关的系统提供了更加方便的条件。
而且，我们学习和使用单片机也是我们更加深入的了解计算机的构造和原理的很好的方法。
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在很多方面单片机构造和电脑能力是很相像的，比如所像CPU，内存，并行总线，硬盘（在单片机中叫存储器件）。
它们之间所不同的就是相对于我们平常的家用电脑它的这些部件的性能都要弱小了很多很多，不过价钱也更加的便宜了。
我们用它来完成一些并不是很难的工作，像一些控制电器一类的工作就已经是足够用的了。
像我们现在所使用的全自动滚筒式洗衣机、平板电脑、手机，计算器等等的家用电器里面都使用了单片机，它的作用是一个中枢。
与离线式计算机（像家用PC）相对应的它还是一种在线式实时控制计算机。
在线式顾名思义就是在现场进行掌控的意思，因此它需要的是有较强的屏蔽外界打扰扰的能力，需要的花费也很少，这也是之间的的主要区别。
[2]
单片机的之所以能够运行，是因为它能和程序连一块用，而且它还可以进行改动。
想要实现不同的功能就需要有不同的程序来实现它，尤其是一些它所特有的功能，这些功能是其他的器件需要花费很大的力气才能够做得到的，而且有很多就算是是花再大的力气也基本上是很难很难才勉强可以做得到的。
单片机通过操作人员编写的程序具备了更高的智能化，效率也高，可靠性也高。
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现如今，有很多人并不十分地认可汇编语言，认为他的随心所欲性和能够移植性的性能不如C语言。
虽然说，学习掌握使用C语言对于单片机的编程是非常重要的，这样做可以的大大提高开发的效率。
不过对于初学者来说最好先学习汇编语言，这样就能够更好的了解单片机的能力和与众不同的地方了，否则的话这样这在单片机的领域是很危险的。
因为单片机的C语言虽然是高级语言，但是它和我们常用的电脑上的C语言有不同的地方。
单片机的硬件资源不是很强，而我们常用的电脑在这方面是很强的，因此它才能够不用去考虑硬件方面的东西。
另外用C语言编写单片机上的程序虽然很简单，可是C语言的执行效率却是比汇编语言要低，所以所汇编语言并不是没有用处的。
总的来说我们对于汇编语言和C语言的运用要灵活多变，只有这样才会更加高效的实现强大能力。
一个最为基本的微型计算机通常是由以下几个部分构成的：
◆微处理器，包括：
ALU、控制器和寄存器组；
◆存储器，包括：
程序存储器（只读，内存）和数据存储器（读写，闪存）；
◆I/O接口，包括：
并行I/O口、串行I/O口；
◆其它硬件端口，包括：
定时/计数器、中断逻辑、总线等。
一般来说，为了组合构建成为一个完整的计算机系统，需要把上面的这些计算机的部件按照一定的规则组合构建成为一块电路板，例如PC机的主板。
单片机的出现是因工业现场应用的需求而产生发展出来的，因此，它的结构和能力一般来说就是按照工业控制的要求来设计的，所以说它的确切的名称应该叫做单片微型的控制器件。
图3.1.1描述了PC机主板、塑料双列直插式PDIP（以及塑料方型封装PLCC单片机的外部结构。
PDIP双列直插式单片机PLCC方型单片机
PC机主板
图3.1.1PC机主板与单片机的外部结构
单片机在控制使用方面中，有下面几个类型的好处：
◆大小很小、花费很低、用的地方多、可以大规模生产，对于智能化的掌控制仪器和设备我们能够方便地进行各种组成，这样我们就做到了机电一体化；[]
◆面向控制，对于从原始到高级的各类的掌控任务都能够有指向性地得到很好的解决，因此它具备有很高的性能优势和价格非常便宜的优势；[3]
◆对抗击外部的干扰能力很强大，对于温度的适应能力很强大，因此它可以在各种严酷的状态下能够靠得住地进行工作;[3]
◆对于多机和分布式的控制可以很容易地就实现了，这样整个控制系统的可靠性和它的效率都得到了大幅度的提高。
[3]
硬件部分和软件部分是单片机开发的两个部分。
必须在单片机与其他的电子器件及以设备组合成为一个硬件的系统是，并且还要配备装置恰当的工作程序以后，才可以构建成为一个单片机的应用的系统。
单片机本身不会进行自我开发，它是肯定要得到一些东西的帮助来产生所需要程序的，去掉目标系统中相关的一些故障，并且需要开发工具的帮助才能把产生的程序固化到单片机的内部或者单片机的外部的可以去除也可编写程序的只读存储器中去。
一般来说我们所使用的开发方法就是把开发系统中的CPU和运存暂时的出借给用户系统，再使用开发系统对于用户系统的软件和硬件来进行调试，接着再把调试好了的程序经过编程器烧录到用户的EPROM中，恢复用户系统中的CPU和运存，对独立的用户系统进行尝试着来运行，如果说满足了设计的要求，那么这个开发的工作就算是做完了。
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单片机应用系统的软件和硬件的调试要求用特殊的开发工具，这个专门的开发工具叫作单片机开发系统或者是仿真器。
应用仿真器进行应用系统开发的方法如下：
1．做好使用者PCB板，焊接或者插入除单片机、可以去除也可编写程序的只读存储器以外的全部的另外的元器件；
2．在PC扩展槽或者端口上把仿真器连好；
3．在使用者PCB板的单片机插槽中把仿真器的仿真头插进去；
4．在PC机上编写程，做好要做的构想，然后再做汇编调试，去掉错误；
5．进行应用程序单步运行，调试应用系统；
6．应用程序调试完成后存盘；
7．连接编程器到PC机，将应用程序烧录到EPROM或8751单片机中；
8．关机，拨下仿真头；
9．将已写入应用程序的EPROM或8751单片机插入用户PCB板的相应插槽；
10．把使用者板打开，检查他的能力是不是全面和完整。
图3.1.2单片机开发与仿真系统
单片机开发系统一般应该具备着以下的四个方面的基本的能力：
1．系统硬件电路的诊断和检查；
2．用户程序的输入和修改；
3．程序的运行调试；
4．程序的固化。
3.2AT89C51单片机简介[]
AT89C51是一款带有着4K字节的闪烁功能的，能够编写程序的，能够擦除的只读的存储器的，具有很低的电压的，性能很好的CMOS8位微型的CPU，我们一般就叫它单片机。
AT89C2051是一款具有着2K字节的闪烁功能的，能够编写程序的，能够擦除的只读存储器的单片机。
这一款单片机的能够进行去除的只读存储器能够一次有一次的进行去除100次。
这款仪器把具有很多功能的8位微处理器与闪烁的存储器组成融合在单个的芯片里，AT89C51是一款效率非常高的微型的控制器件，AT89C2051只是它的一款的简单的类型。
AT89C51单片机替许多的嵌入式的掌控系统供给了一种非常随心随欲的而且非常便宜的一种方案。
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图3.2.1这是AT89这样一个型号类型的单片机
本系统采用的就是51系列的AT89C51这一款单片机。
因为51系列的融合性很高，51核的里面的能力基本是一样的。
像AT89C51这样的一个型号种类的单片机的管脚图如图3.2.1中的左图。
3.2.1主要特性[6]
1．它能够与MCS-51很好地融合在一起
2．它具有4K字节的可编程的可以闪烁着的存储器
3．他的使用时间是：
每擦循环具有1000写
4．它的数据被记住的年限是：
10年
5．在完全是在静态的工作环境下的频率范围是：
0Hz-24Hz
6．它具有三级的锁定住程序存储器的能力
7．128×8位内部运存
8．32根可以编写程序的输入/输出线
9．具有两个16位的定时器/计数器
10．中断源对于它来说具有5个
11．它具有可以编写程序的串行通道
12．它具有很低的功率的消耗的空闲的放置和不给它提供电源的模式
13．它具有片内的可以振荡的元器件和具有时钟能力的电路
3.2.2管脚的解释说明[6]
VCC：
提供电源电压。
GND：
接在地端。
P0口：
P0口就是一个8位的三态的输入、输出口，它是漏级的开路双向的，每个管脚脚能够吸进收入8TTL的门电流，三态分别为：
高电平，低电平和高阻态，并且P0口无固定上拉电阻，输出时需要加上拉电阻。
被叫做成为为具有很高的电阻的输入的情况是，使P1口的管脚在第一次给数据时写的是1。
P0能够被定义成数据/地址的第八位，它也能够被使用在外部程序数据存储器中。
在FIASH编写程序的时候，P0口是当做原码的输入口的，当FIASH进行校对检验的时候，P0输出原码，此时P0必须在外部被拉高。
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P1口：
P1口为这样的一个8位准双向I/O口，它为内部提供上拉电阻，输出的4TTL门电流能够在P1口缓冲器接收。
在P1口的管脚写入了1之后，这样在内部的环境下被上拉成高电平的时候，能够用来作为输入，P1口在外部的环境被下拉成低电平的时候，电流将会被输出，产生这种情况的原因是是内部上拉的原因。
P1口在FLASH编写程序和做校对检验的时候，它是被当做第八位的一个地址来进行收取的。
P2口：
P2口是一个8位准双向的输入/输出口，它的内部带有具有上拉能力的电阻，P2口的具有缓冲能力的器件能够进行收取，并且还会输出4个TTL的门电流，在把P2口写作“1”的时候，具有上拉能力的电阻被在内部拉高了它的管脚，还是作为输入的时候。
就因为这样在成为输入的时候，在外部把P2口的管脚给拉低了，这样将会送出电流。
这是因为在它的内部已经有上拉了。
在P2口进行存取的工作的时候，一种是作为16位地址外部数据存储器的，而另一种是作为外部程序的存储器的，P2口的高八位的来输出地址的。
在进行FLASH的编写程序和校对检验P2口的时候，接收到高八位的地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是一个8个准双向输入/输出口，它的内部带有具有上拉的能力的电阻，能够接收到输出4个TTL门的电流信号。
当P3口写入“1”之后，被拉成为高电平的这个操作将在内部进行，并且被用来作为送入数据的。
当是输入的时候，被下拉成低电平的操作将在外部执行，电流将会在P3口被输出，这是因为有上拉的这个操作的原因。
P3口对于AT89C51来说是具有一些特别的能力的口，具体如表3.1所示：
表3.1P3口的特殊功能
RST：
作为恢复位的输入。
当具有振荡能力的器件恢复为位器件时，要使RST脚保持住高电平的时间要达到两个机器的周期的时间。
/EA/VPP：
当/EA一直是低电平的时候，那么在这一段时间访问外部的程序的存储器的，不论内部程序存储器是否所具有。
重置系统是由EA在其内部锁定的，在注意加密方式1的条件下；当/EA端维持在一个高电平的状态时，内部程序存储器在这个时间被访问。
这个引脚被用来施加12V的编写程序的电源的情况之一是在FLASH的编写程序的这段时间。
ALE/PROG：
当它做访问外部的存储器这一工作的时候，锁存地址的地位字节，它用的是地址锁存同意的送出电平这一个能力的。
在FLASH编程的期间，这个引脚的作用是用来传入编程的脉冲的。
在平常的时候，ALE端是用不变化的频率周期来输出正脉冲的数据的，具有振荡能力的器件的频率是这个频率的六倍。
这样来说它的目的可以用来对外部的输出的脉冲，也可以用来定时的。
可是呢特别需要我们考虑的东西是：
产生会跳过一个ALE脉冲的这一操作的时候是把它用作外部的数据的存储器的时候。
此时，仅仅是在进行执行读写外部存储器，读代码存储器指令的时候ALE才会起到作用。
假如是微型的处理器在外部的执行状态ALE禁止，把它变成高电平（置位）是没有效果的。
/PSEN：
是外部程序存储器的被使用通过了的信息。
XTAL1：
作为内部时钟工作电路的输入和反向振荡放大器的输入。
XTAL2：
是来自反向的振荡器的输出。
3.2.3芯片擦除[6]
我们通过掌控正确的信息这样就可以整理出我们梦寐以求的整个的PEROM的阵列和三个已经锁定位的用电来进行的去除操作，那么了，并且10ms的时间来完成，且在这段时间内保证低电平一直都在ALE这个管脚的地方。
处于芯片擦工作状态下，代码的阵列全不
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