基于51單片機(jī)的漢字點(diǎn)陣顯示設(shè)計

1、湖南科技大學(xué)課程設(shè)計 湖南科技大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)單 片 機(jī) 課 程 設(shè) 計 題 目 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 成 績 _湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院二一五年十二月制摘要LED顯示屏在我們的周圍隨處可見，它的應(yīng)用已經(jīng)普及到社會中的方方面面。作為一種新型的顯示器件，在許多場合都可以見到它的身影，不僅是它的應(yīng)用使呈現(xiàn)出來的東西更加美觀，更重要的是它的應(yīng)用方便，成本很低，除了能給人視覺上的沖擊外，更能給人一種美的享受。LED顯示屏是由多個發(fā)光二極管按矩陣形式排列封裝而成，通常用來顯示時間、圖文等各種信息。本設(shè)計是基于ATS52單片機(jī)的16*16點(diǎn)陣式顯示屏，該LED顯示屏能實(shí)現(xiàn)16*16個漢字，簡單的

2、顯示圖像, 然后一直循環(huán)著顯示下去。該設(shè)計包含了硬件、軟件、調(diào)試等方案，只需簡單的級聯(lián)就能實(shí)現(xiàn)顯示屏的拓展，但要注意不要超過負(fù)載能力。本次設(shè)計的作品體積小、功能多、方便實(shí)用、花費(fèi)小，電路具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、精度高、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞： LED，ATS51單片機(jī)，顯示屏 目錄摘要i第一章 系統(tǒng)功能要求 11.1 系統(tǒng)設(shè)計要求 1第二章 方案論證 1 2.1 方案論證 1第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 13.1 AT89S51芯片的介紹 13.1.1 系統(tǒng)單片機(jī)選型13.1.2 AT89S51引腳功能介紹 23.2 LED點(diǎn)陣介紹23.2.1LED點(diǎn)陣23.3系統(tǒng)各

3、硬件電路介紹 33.3.1系統(tǒng)電源電路設(shè)計介紹33.3.2復(fù)位電路43.3.3晶振電路43.4系統(tǒng)的總的原理圖5第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計 54.1基于PROTEUS的電路仿真54.2用PROTEUS繪制原理 64.3PROTEUS對單片機(jī)內(nèi)核的仿真 64.4系統(tǒng)主要模塊的軟件流程7第五章 調(diào)試及性能分析 75.1系統(tǒng)的調(diào)試7參考文獻(xiàn)8第一章 設(shè)計要求1.1 系統(tǒng)設(shè)計要求1. 以MCS-51系列的單片機(jī)為核心器件；組成一個點(diǎn)陣式漢字顯示屏。2. 顯示屏由一塊16x16 LED點(diǎn)陣顯示器組成；可以依次顯示13個漢字。3. 通過編程能夠隨時對漢字進(jìn)行修改、調(diào)整。第二章 方案論證2.1 方案論證以設(shè)計方案

4、為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來實(shí)現(xiàn)這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。經(jīng)過對比選擇選定AT89S51單片機(jī)為核心控制器件，由74LS154作為字位電路器件，三極管2N5551和2N5401為驅(qū)動電路器件。論文列出了詳細(xì)的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 AT89S51芯片的介紹（1）系統(tǒng)單片機(jī)選型單片機(jī)選擇在整個系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用，這里要選擇一款低成本、高運(yùn)算速度、內(nèi)存大等特點(diǎn)的單片機(jī)，經(jīng)過不斷的查找資料，最后我們選擇了AT89S52作為主控芯片。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In

5、-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次以上的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51芯片具有以下特性：指令與8051完全兼容；8KB片內(nèi)Flash程序存儲器；時鐘頻率為033MHz；128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）；32個可編程輸入/輸出引腳；2個16位定時/計數(shù)器；2個外部中斷，1個串口中斷，3個定時器中斷AT89

6、S51有32個可編程IO，1個VCC接口，1個GND接口，1個復(fù)位引腳接口，還有2個晶振接口。（2）AT89S51引腳功能介紹VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個TTL門電流。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流。P3口：P3口管腳是8個內(nèi)部帶上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，即第二功能引腳功能說明如下： P3.0 RXD（

7、串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（定時/計數(shù)器0外部輸入）P3.5 T1（定時/計數(shù)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。EA/VPP：當(dāng)EA保持低

8、電平時，在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2 LED點(diǎn)陣介紹（1）LED點(diǎn)陣8×8單色點(diǎn)陣共需要64個發(fā)光二極管組成，且每個二極管是放置在行線與列線的叉點(diǎn)上。本設(shè)計是一種實(shí)用的漢字顯示屏的制作，制作的是雙色點(diǎn)陣?？紤]到元器件的易購性，沒有使用8×8的點(diǎn)陣發(fā)光二極管模塊，而是直接使用了256

9、個高亮度發(fā)光管，組成了16行16 列的發(fā)光點(diǎn)陣。實(shí)際使用時可以根據(jù)這個原理自行擴(kuò)充顯示的字?jǐn)?shù)。對比下面的8×8單色點(diǎn)陣和8×8雙色點(diǎn)陣可以看出，其實(shí)8×8雙色點(diǎn)陣就是兩塊8×8單色點(diǎn)陣組合在一起的。要實(shí)現(xiàn)用兩種顏色顯示，只要在電路的設(shè)計中適當(dāng)?shù)倪B線就可以了。8×8單色和雙色點(diǎn)陣 LED 結(jié)構(gòu)分別如下圖3.1和3.2所示。圖3.1 8×8單色點(diǎn)陣 LED 結(jié)構(gòu) 圖3.2 8×8雙色點(diǎn)陣 LED 結(jié)構(gòu)3.3系統(tǒng)各硬件電路介紹（1）系統(tǒng)電源電路設(shè)計介紹用的是六腳開關(guān)控制電源通斷，同時控制了電源的正負(fù)極，并且在電源兩端加了一個濾波電

10、容，可以防止電源突變，很好的保護(hù)了系統(tǒng)安全，同時有一個電源指示燈，上面加有一個1K的限流電阻。該電路實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)的電源控制，同時顯示了電路的狀態(tài)，方便大家操作。圖3.3 電源電路（2）復(fù)位電路圖3.4復(fù)位電路圖3.4為系統(tǒng)復(fù)位電路，為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般單片機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.755.25V。由于單片機(jī)電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，單片機(jī)電路開始正常工作。這種復(fù)位電路的工作原理

11、是：VCC上電時，C1充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個毫秒后，C1充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S1，C1放電。S1松手，C1又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。（3）晶振電路圖3.5 晶振電路每個單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快，如圖，在晶振兩邊添加兩個30pF（27-33pF）電容，使震蕩更加

12、穩(wěn)定。震蕩電路接在AT89S52單片機(jī)的18、19兩個引腳上，給單片機(jī)提供震蕩信號。3.4系統(tǒng)的總的原理圖該系統(tǒng)主要由單片機(jī)，電源，下載接口，晶振，三極管驅(qū)動，按鍵等組成。圖3.5 系統(tǒng)總原理圖第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計4.1基于PROTEUS的電路仿真Proteus 是英國 Labcenter electronics 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件。主要由原理布圖的方法繪制電路并進(jìn)行仿真的 ISIS 和 PCB 自動布線或人工布線電路仿真的 ARES 兩個程序組成。Proteus 運(yùn)行于 Windows 操作系統(tǒng)上， 可以動態(tài)實(shí)時仿真、分析 ( SPICE) 各種模擬器件和集成器件。針對微處理器及其

13、外圍電路，可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程， 并實(shí)現(xiàn)軟件代碼級的調(diào)試， 配合其提供的仿真圖表或虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等可進(jìn)行相應(yīng)的測量與分析。借助Proteus的對CPU和外圍電路強(qiáng)大的仿真能力以及豐富的資源庫，可以有效地替代硬件仿真器進(jìn)行先期的軟硬件調(diào)試，等到仿真結(jié)果基本理想時再進(jìn)行實(shí)際的硬件調(diào)試，這樣的開發(fā)過程不僅高效，而且可以盡可能地減少損失，尤其對于解決實(shí)驗(yàn)室資源緊張的問題是一個很好的思路。4.2用PROTEUS 繪制原理圖運(yùn)行 Proteus 的 ISIS 程序后， 進(jìn)入該仿真軟件的主界面。主界面由菜單欄、工具欄、預(yù)覽窗口、元件選擇按鈕、元件列表窗口、原理圖繪制窗口和仿真進(jìn)

14、程控制按鈕組成（如圖1所示）。通過元件選擇按鈕 P (從庫中選擇元件命令) 命令， 在彈出的 Pick Devices 窗口中選擇電路所需的元件， 放置元件并調(diào)整其相對位置， 對元件參數(shù)設(shè)置及元器件間連線， 完成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件原理圖繪制。4.3PROTEUS 對單片機(jī)內(nèi)核的仿真在source 菜單的Define code generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項目;在source菜單的Add/remove source files 命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對應(yīng)程序（主要采用 Keil 進(jìn)行程序編譯）打開如圖8所示的對話框。在 Program Fi

15、le 欄添加編譯好的十六進(jìn)制格式的程序文件8X8.hex,給AT89C51輸入晶振頻率，此處默認(rèn)為12MHZ， 單擊OK 按鈕完成程序添加工作, 下面就可以進(jìn)行系統(tǒng)仿真了。Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況，也能仿真單片機(jī)CPU的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。從某種意義上講Proteus仿真，基本接近與工程應(yīng)用。4.4系統(tǒng)主要模塊的軟件流程圖4.1系統(tǒng)軟件流程圖第五章 調(diào)試及性能分析5.1系統(tǒng)的調(diào)試電路板實(shí)物做完以后，接下來的工作就是調(diào)試。這是理論指導(dǎo)實(shí)踐最重要的一步。調(diào)試工作需要耐心與恒心。所以在調(diào)試過程中必須保持冷靜的頭腦，較強(qiáng)的電路分析能力。一個系統(tǒng)的調(diào)試需要軟硬件結(jié)合調(diào)試。在軟硬件結(jié)合調(diào)試的過程中所遇到的問題：（1）電子電路的設(shè)計中對各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對過電壓情況的處理中未作防范措施。（2）系統(tǒng)設(shè)計不夠優(yōu)化，有待改善。比如系統(tǒng)的超量程信號直接由單片機(jī)送入報警電路，沒有設(shè)計保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報警電路。（3）沒有擴(kuò)展更多電路，如溫度顯示功能，通訊接口電路與上位機(jī)（PC機(jī)）進(jìn)行通訊，上位機(jī)顯示功能從而將大量的商品數(shù)據(jù)存于上位機(jī)，然后通過串口或并口通訊與電子稱相連，達(dá)