单片机控制LED数码点阵显示屏.docx
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单片机控制LED数码点阵显示屏
毕业设计（论文）
题 目:
单片机控制LED数码点阵显示屏
成都电子机械高等专科学校
二00八年六月
摘要
摘要:
我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。
本设计是为了实现单片机控制LED数码点阵显示模块从右到左滚动显示“九州光电科技”。
它以单片机89S51为核心，以公司生产的1588双色点阵为显示模块，以移位寄存器74HC595实现点阵的列扫描。
采用单片机汇编语言进行编程，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭，所显示字符的点阵数据可以自行编写（即直接点阵画图），也可从标准字库中提取。
关键字：
单片机LED点阵移位寄存器
Summary：
Ourcountryreformafteropen,especiallygetinto90'snationaleconomyhighspeedgrowth,topublicthesituationreleasetheneedofinformationdaybydaymightiness,LEDmanifestationholdofemergenceattherightmomentorientationthismarketsituation,asaresultatLEDmanifestationholdofdesignmanufacturingtechniqueandapplicationleveltopallgotquickofexaltation,producealsogotquickofdevelopment,andgraduallyformationindustry,becomethenewlyarisenindustryrealmofphotoelectronprofession.ThisdesignisforthesakeofrealizationlistslicemachinecontrolLEDfigurespointmanifestationmoldpiecefromrightarriveleftrollovermanifestation"ninestatelightelectricityscienceandtechnology".Ittakelistslicethemachine89S51ascore,withthecompanyproduceof1588pairsofcolorpointismanifestationthemoldpiecescanbymovingatherowwhichdepositthemachine74HC595arealizationpoint.AdoptionlistslicethemachineeditcollectedmaterialslanguagetocarryonplaitdistanceandpassplaitdistancecontroleachmanifestationpointrightnessshouldLEDanodeandcathodecarryofelectricityeven,canvalidofcontroleachmanifestationpointofbrightputout,thecharacterlistshowofpointthedatacanwrite（namelydirectpointdraw）byoneself,canalsowithdrawfromthestandardtheworddatabase.
Keyword:
ListslicemachineLEDPointMovetodepositamachine
目录
第1章概述1
1．1单片机概述1
1.1.1汇编语言及其优点2
1．2LED点阵数码显示屏概述2
1．2．1LED的简介2
1．2．2点阵的概述2
1．3LED点阵数码显示屏的前景和发展3
第2章硬件介绍4
2.1MSC-51系列89S51单片机：
4
2.1.189S51单片机的内部结构4
2.1.2MCS-51的引脚说明：
6
2.2带锁存器输出的8位移位寄存器74HC5958
2.2.1输出能力：
8
2.2.2引脚说明8
2.2.3功能表8
2.38*8的LED-1588点阵模块：
10
2.3.1产品内部电路图：
11
2.3.2PIN连接说明11
2.3.3产品描述：
12
第3章硬件设计16
3．1硬件设计主框图16
3.2LED显示屏的驱动原理：
16
3．315888*8LED点阵连接成显示屏的硬件连接17
3．4单片机与74HC595的硬件连接18
3．589S51单片机、显示模块及驱动模块的硬件连接18
第4章软件设计20
4．1显示原理20
4．1．1LED的显示原理20
4.1.2点阵的显示原理21
4.2设计思路22
4.316点阵字库字模的提取22
4.4扫描输出框图：
26
4．6程序清单28
参考文献31
谢辞32
第1章概述
1．1单片机概述
单片微型计算机（singlechipmicrocomputer）简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理器，一定容量的RAM和ROM以及输入/输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的。
1976年Intel公司推出的MCS—48系列8位单片机，以其体积小，功能全，价格低等特点赢得了广泛的应用。
MCS—48为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展过程中的一个重要阶段。
在MCS—48成功的激励下，许多半导体公司和计算机公司竞相研制和开发自己的单片机系列。
其中包括MOTOROLA,Zilog,Philips,Atmel等公司的产品。
尽管目前单片机品种繁多，但其中最具有典型性的当数Intel公司的MCS—51系列。
MCS—51系列是在MCS—48系列的基础上于80年代发展起来的，虽然它仍然是8位单片机，但其功能较MCS—48有很大的增强。
此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资源丰富的特点，因此应用较为广泛，成为继MCS—48之后最重要的单片机品种。
直到现在，MCS—51仍不失为一种单片机是主流芯片。
在8位单片机之后，16位的单片机也有很大的发展。
例如，1983年Intel公司的MCS—96系列单片机就是其中的典型代表。
与MCS—51相比，MCS—96不但字长增加了一倍，而且还具有4路或8路的10位的A/D转换功能。
此外，在其他性能方面也有一定的提高。
在单片机的基础上发展起来的嵌入式系统已成功进入商业市场。
嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软，硬件可裁减，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗等严格要求的专用计算机系统。
1981年，ReadySysten开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核，这个实时内核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务间通信，同步与相互排斥，中断支持，内存管理等功能。
此后一些公司也纷纷推出了自己的嵌入式操作系统，这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：
它们均采用占先式的调度，响应时间短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁减性。
可扩充性和可移植性，可移植到各种处理器上，较强的实时性和可靠性。
适合嵌入式应用。
如今，实时内核逐渐发展为多任务操作系统，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。
嵌入式系统由软件和硬件两大部分组成。
从硬件方面来讲。
嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。
据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1000多种，其中8051体系占大多数。
嵌入式系统的软件一般由嵌入式操作系统和应用软件组成。
操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序。
操作系统有两个基本功能：
使计算机硬件便于使用，高效组织和正确使用计算机系统。
如今，嵌入式系统主要应用于工业控制，交通管理，信息家电，家庭智能管理系统，POS网络及电子商务，环境监测，机器人等领域。
单片机具有以下特点：
1）小巧灵活，成本低，易于产品化。
它能方便的组合成各种智能化的控制设备及各种智能仪器与仪表。
2）面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的价格性能比。
3）抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠性工作，这是其它机种无法比拟的。
4）可以很方便的实现多机和分布控制。
使整个控制系统的效率和可靠性大幅度提高。
单片机具有体积小、功耗低，价格便宜等优点，近年来还还开发了一些以单片机母片为核（如80C51），在片中嵌入更多功能的专用型单片机（或者叫专用微控制器），因此单片机在计算机控制领域中应用越来越广泛。
8051是MCS51系列单片机的一个产品。
MCS51系列单片机是Intel公司推出的通用型单片机，在本设计中我选用的是89S51。
1.1.1汇编语言及其优点
本设计采用的是汇编语言编程，所以下面我们对汇编语言及其优点做一些简介。
汇编语言（AssemblyLanguage）是面向机器的程序设计语言。
在汇编语句中，用助记符（Memoni）代替操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替地址码。
这样符号代替机器语言的用二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。
于是汇编语言亦称为符号语言。
使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序。
汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。
汇编语言把汇编程序翻译成机器语言的过程称为f汇编。
作为最基本的编程语言之一，汇编语言虽然应用的范围不算很广，但重要性却勿庸置疑，因为它能够完成许多其它语言所无法完成的功能。
汇编语言的主要优点有：
1）速度快，可以直接对硬件进行操作（这对诸如图形处理等关键应用是非常重要的）2）能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口3）能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制4）能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁5）能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度6）能够最大限度地发挥硬件的功能。
1．2LED点阵数码显示屏概述
1．2．1LED的简介
LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过度层p-n结，注入的少数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
LED在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。
LED具有效率高、光线质量高、能耗小、寿命长等特点，主要可用于平面显示领域、便携设备显示屏、照明以及红外线LED领域等下游应用产品市场。
与传统的照明工具相比，LED照明产品，尤其是氮化镓基（GaN）白光LED照明光源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越性。
1．2．2点阵的概述
LED点阵显示器，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。
具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。
点阵显示器有单色和双色两类，可显示红，黄，绿，橙等。
LED点阵有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、40×40等多种；
根据像素的数目分为等，双基色、三基色等，根据像素颜色的不同所显示的文字、图象等内容的颜色也不同，单基色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。
图1--5示出几种LED点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。
LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号．如5x7点阵显示器用于显示西文字母．5×8点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵用于显示中文文字，也可用于图形显示。
用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过微机或单片机控制驱动。
1．3LED点阵数码显示屏的前景和发展
LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子﹑光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。
它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。
LED点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示屏系统。
它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点而成为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择。
同时也可广泛应用到军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业。
目前大多数的LED点阵显示系统自带字库。
其显示和动态效果（主要是显示内容的滚动）的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进行。
而实际上经常会遇到一些特殊要求的动态显示，比如电梯运行中指示箭头的上下移动、某些智能仪表幅值的条形显示、广告中厂家的商标显示等。
这时一般的显示系统就很难达到要求。
另外，由于受到存储器本身的局限，其特殊字符或图案也往往难以显示，同时显示内容也不能随意更改。
本文提出一种利用PC机和单片机控制的LED显示系统通讯方法。
该方法可以对显示内容（包括汉字和特殊图符）进行实时控制，从而实现诸如闪动、滚动、打字等多种动态显示效果。
该方法同时还可以调节动态显示的速度，同时用户也可以在PC机上进行显示效果的预览，显示内容亦可以即时修改。
另外，通过标准的RS232／485转换模块还可以实现对显示系统的远程控制。
在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。
第2章硬件介绍
LED点阵数码显示屏是由24个8*8的LED-1588点阵块组成，每四块形成16*16矩形点阵，以MSC-51系列89S51单片机为控制核心。
显示屏的其他主要硬件有：
（1）带锁存输出的8位移位寄存器74HC595，作为LED的列线驱动输入；
（2）12MHZ晶振一个，作为89S51单片机的时钟信号。
2.1MSC-51系列89S51单片机：
89S51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。
它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。
89S51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出（I/O）口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
此外，89S51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
89S51有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。
Ø主要功能特性
·标准MCS-51内核和指令系统
·4kB内部ROM（外部可扩展至64kB）
·32个可编程双向I/O口
·128x8bit内部RAM（可扩充64kB外部存储器）
·2个16位可编程定时/计数器
·时钟频率0-16MHz
·5个中断源
·5.0V工作电压
·可编程全双工串行通信口
·布尔处理器
·2层优先级中断结构
·电源空闲和掉电模式
·快速脉冲编程
·2层程序加密位
·PDIP和PLCC封装形式
·兼容TTL和CMOS逻辑电平
2.1.189S51单片机的内部结构
89S51单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
中央处理器：
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
数据存储器（RAM）：
89S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
程序存储器（ROM）：
89S51共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
定时/计数器（ROM）：
89S51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
并行输入输出（I/O）口：
89S51共有4组8位I/O口（P0、 P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。
全双工串行口：
89S51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
中断系统：
89S51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
时钟电路：
89S51内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。
INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。
2.1.2MCS-51的引脚说明：
MCS-51系列单片机中的8031、8051、8751及89S51均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
Pin20:
接地脚。
Pin40:
正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程序时，接+5V电源。
Pin19:
时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。
Pin18:
时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。
89S51的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（2-12MHz）和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。
另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。
输入输出（I/O）引脚：
Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。
Pin9:
RESET/V pd 复位信号复用脚，当89S51通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。
然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，89S51的初始态如下表：
Pin30:
ALE/ 当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。
更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。
Pin29:
当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。
Pin31:
EA/V pp 程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。
显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。
在编程时，EA/V pp 脚还需加上21V的编程电压。
2.2带锁存器输出的8位移位寄存器74HC595
74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。
74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。
移位寄存器和存储器是分别的时钟。
数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。
如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。
移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态、三态。
2.2.1输出能力：
并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路74HC595移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
2.2.2引脚说明
符号引脚描述
Q0…Q715，1，7并行数据输出
GND8地
Q7’9串行数据输出
MR10主复位（低电平）
SHCP11移位寄存器时钟输入
STCP12存储寄
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