单片机88点阵屏设计.docx
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单片机88点阵屏设计
单片机课程设计
题目：
8*8点阵屏设计
系别：
电气与电子工程系
专业：
自动化
姓名：
学号：
指导教师：
河南城建学院
2011年12月29日
一、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。
二、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。
图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。
三、设计的总体结构
1、设计总体框图
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，并可上移下移，左移，右移，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、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
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
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>0;j--）;
}
voiddelay1（void）//延时10ms
{
unsignedchari,j,k;
for（k=10;k>0;k--）
for（i=20;i>0;i--）
for（j=248;j>0;j--）;
}
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;j<2;j++）//from下to上3time
//{
for（i=0;i<8;i++）
{
P0=taba[i];
//P2=tabb[i];
P2=0xff;
delay1（）;
}
//}
for（j=0;j<10;j++）//from上to下3time
{
for（i=0;i<8;i++）
{
P0=taba[i];
P2=tabc[i];
//P1=0xff;
delay（）;
}
}
for（i=0;i<8;i++）
{
delay1（）;
}
for（j=0;j<10;j++）//from上to下3time
{
for（i=0;i<8;i++）
{
P0=taba[i];
P2=tabd[i];//"平"
//P1=0xff;
delay（）;
}
}
for（i=0;i<8;i++）
{
P0=taba[7-i];
//P2=tabb[i];
P2=0xff;
delay1（）;
}
for（i=0;i<8;i++）
{
delay1（）;
}
for（j=0;j<10;j++）//from上to下3time
{
for（i=0;i<8;i++）
{
P0=taba[i];
P2=tabe[i];
//P1=0xff;
delay（）;
}
}
for（i=0;i<8;i++）
{
delay1（）;
}
/*for（i=0;i<8;i++）
{
P0=taba[7-i];
//P2=tabb[i];
P1=0xff;
delay1（）;
}*/
}
}
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
升级会员 