基于STC-51单片机16X16点阵屏显示设计论文.doc
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1、 题题目 目 基于单片机的 16 16 点阵显示屏 系 部 系 部 电子信息工程系 专专 业业 应用电子技术 班班 级级 11 级 1 班 学学 生生 黄 勇 学号学号 110001035 指指导导教教师师 陈桂松 职职称称 单单 位位 论论文提交日期文提交日期 年年 月月 日日 论论文答文答辩辩日期日期 年年 月月 日日 答答辩辩委委员员会主席会主席 论论文文评阅评阅人人 基于单片机的 16 16 点阵显示屏 摘要摘要 众所周知 当今社会对于 LED 点阵屏的设计多种多样 不仅用于室内钟表 电 视墙 投影仪等仪器的显示 还可以用于室外的广告牌的显示设计 本文采用了单片机 STC89C52RC
2、 为核心主控芯片 主要实现一个 16x16 的 LED 显示屏对文字动态显示的效果 通过单片机编程实现所想要的显示效果 并实现按 键切换文字的效果 切换滚动显示 泉州信息职业技术学院 和 福建省示范性院 校 主要采用 74LS138 作为列扫描 74HC595 作为行扫描实现我们点阵 16x16 的动 态显示效果 关键词关键词 LED 点阵显示屏 STC89C52RC 74LS138 74HC595 教学管理制度汇编 2 目录目录 1 绪论 3 1 1 单片机的应用 3 1 2 LED 显示屏的介绍 3 1 3 设计的意义及目的 3 2 硬件设计 4 2 1 设计框图及介绍 4 2 2 52
3、系列单片机简介 4 2 3 89C52 芯片 6 2 4 74LS138 芯片介绍 9 2 5 74HC595 芯片介绍 10 2 6 16 16 点阵 LED 原理及应用 12 2 7 LED 点阵的显示文字图形原理 13 2 8 点阵驱动电路 14 3 软件设计 14 3 1 软件编写分析 14 3 2 点阵滚动显示流程图 15 调试 16 总结 17 参考文献 18 致 谢 19 毕业设计 论文 知识产权声明 20 毕业设计 论文 独创性声明 21 附录一 程序清单 22 附录二 设计原理图 27 附录三 仿真图 28 教学管理制度汇编 3 1 1 绪论绪论 1 11 1 单片机的应用单
4、片机的应用 单片微型计算机 single chip microcomputer 简称单片机 1 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 单片 机的优点是体积小 重量轻 抗干扰能力强 对环境要求不高 价格低廉 可靠性 高 灵活性好 开发较为容易 单片机是生活必不可缺的 顾名思义单片机的应用 是很广泛的 导弹的导航装置 飞机上各种仪表的控制 计算机的网络通讯和数据 传输 工业自动化过程和实时控制数据处理 广泛使用的智能 IC 卡 民用豪华轿 车的安全保障系统 录像机和摄像
5、机 全自动洗衣机的控制 以及程控玩具 电子 宠物等等 单片机广泛应用于仪器仪表 家用电器 医用设备 航空航天 专用设 备的智能化管理及过程控制等领域 在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中 越 来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字 汉字显示屏也广泛应用到汽车报站 器 广告屏等 1 21 2 LEDLED 显示屏的介绍显示屏的介绍 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏 均由 LED 矩阵块组成 图文显示屏 可与计算机同步显示汉字 英文文本和图形 视频显示屏采用微型计算机进行控制 图文 图像并茂 以实时 同步 清晰的信息传播方式播放各种信息 还可显示二 维 三维动画 录像 电视 VCD 节目
6、以及现场实况 LED 显示屏显示画面色彩鲜 艳 立体感强 静如油画 动如电影 广泛应用于交通运输 车站 商场 医院 宾馆 证券市场 工业企业管理等公共场所 LED 也广泛应用于室内的显示设备 LED 电视机 LED 时钟显示仪等电子设备 LED 之所以受到广泛重视而得到迅速发展 是与它本身所具有的优点分不开的 这 些优点概括起来是 亮度高 工作电压低 功耗小 小型化 寿命长 耐冲击和性 能稳定 LED 的发展前景极为广阔 目前正朝着更高亮度 更高耐气候性 更高的 发光密度 更高的发光均匀性 可靠性 全色化方向发展 1 31 3 设计的意义及目的设计的意义及目的 由于点阵屏的出现推动了广告界的热
7、潮 引领广告界利用 LED 技术做广告 在 各大动车站 火车站的站台都出现了很多的 LED 提示牌 这些无疑不显示出现在这 个 LED 显示屏在当今社会的热潮 LED 的传送信息的技术越来越先进 我们利用我 们所学知识完成我们简单的单片机点阵屏的设计 这个与我们的专业息息相关 有 助于我们了解 LED 更有机会利用我们的专业知识 教学管理制度汇编 4 2 2 硬件设计 硬件设计 2 12 1 设计框图及介绍设计框图及介绍 LED 点阵总体框图如图 2 1 所示 点阵电路主要是由单片机为主体在周边 添加必要的电路 时钟震荡电路 电源电路 复位电路 需要我们行驱动芯片和列 驱动芯片来进行对点阵的行
8、扫描和列扫面 这样有效地减少了单片机的 I O 口的占 有率 有利于单片机在实现其他功能的时候有足够的 I O 口 时钟震荡电 路为 CPU 提 供工作频率 按键用于切换 点阵屏滚动显 示文字 列扫描电路 行 扫 描 电 路 16X16 点阵屏 电源电路整流后供整 个电路工作 单片机 STC 89C52RC 复位电路供单 片机复位 图 2 1 基本工作原理框图 2 22 2 5252 系列单片机简介系列单片机简介 单片机 Microcontroller 又称微处理器 是在一块硅片上集成了各种部件 的微型机 这些部件包括中央处理器 CPU 数据存储器 RAM 程序存储器 ROM 定时 器 计数器
9、和多种 I O 接口电路 AT89C52 单片机的基本结构见图 2 2 图 2 2 52 单片机的基本结构 教学管理制度汇编 5 52 是 MCS 52 系列单片机的一个产品 MCS 52 系列单片机是 Intel 公司推出的 通用型单片机 52 单片机系列指的是 MCS 52 系列和其他公司的 52 衍生产品 这 些衍生品是在基本型基础上增强了各种功能的产品 这些产品给 8 位单片机注入了 新的活力 给它的开发应用开拓了更广泛的前景 52 系列的内部结构可以划分为 CPU 存储器 并行口 串行口 定时器 计数 器 中断逻辑几部分 1 中央处理器 52 的中央处理器由运算器和控制逻辑构成 其中
10、包括若干特殊功能寄存器 SFR 算术逻辑单元 ALU 能对数据进行加 减 乘 除等算术运算 与 或 异或 等逻辑运算以及位操作运算 PSW 的格式如下所示 其各位的含义是 CY 进位标志 有进位 错位时 CY 1 否则 CY 0 AC 半进位标志 当 D3 位向 D4 位产生进位 错位时 AC 1 否则 AC 0 常用 于十进制调整运算中 F0 用户可设定的标志位 可置位 复位 也可供测试 RS1 RS0 四个通用寄存器组选择位 该两位的四种组合状态用来选择 0 3 寄 存器组 OV 溢出标志 当带符号数运算结果超出 128 127 范围时 OV 1 否则 OV 0 当无符号数乘法结果超过 2
11、55 时 或当无符号数除法的除数为 0 时 OV 1 否则 OV 0 P 奇偶校验标志 每条指令执行完 若 A 中 1 的个数为奇数时 P 1 否则 P 0 即偶校验方式 控制逻辑主要包括定时和控制逻辑 指令寄存器 译码器以 及地址指针 DPTR 和程序寄存器 PC 等 2 存储器组织 52 单片机在物理上有四个存储空间 片内程序存储器和片外程序存储器 片内数据 存储器和片外数据存储器 52 的存储器组织结构如图 2 3 所示 教学管理制度汇编 6 图 2 3 52 存储器组织结构 程序存储器的某些单元是保留给系统使用的 0000H 0002H 单元是所有执行程 序的入口地址 复位以后 CPU
12、 总是丛 0000H 单元开始执行程序 0003H 002AH 单 元均匀地分为五段 用做五个中断服务程序的入口 用户程序不应进入上述区域 52 的 RAM 虽然字节数不很多 但却起着十分重要的作用 256 个字节被分为两 个区域 00H 7FH 时真正的 RAM 区 可以读写各种数据 而 80H FFH 是专门用于特 殊功能寄存器 SFR 的区域 对于 8052 安排了 21 个特殊功能寄存器 每个寄存 器为 8 位 所以实际上 128 个字节并没有全部利用 内部 RAM 的各个单元 都可以通过直接地址来寻找 对于工作寄存器 则一般 都直接用 R0 R7 对特殊功能寄存器 也是直接使用其名字
13、较为方便 8052 内部特 殊功能寄存器都是可以位寻址的 并可用 寄存器名 位 来表示 如 ACC 0 B 7 等 8052 系列的单片机 2 32 3 89C5289C52 芯片芯片 89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k bytes 的反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 MCS 52 指令系统 片内置通用 8 位中央处理器 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C52 单片机可为您提供许多高性价比的应
14、用场合 可灵活应用于各种控制领域 AT89C52 引脚如图 2 4 所示 89C52 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 教学管理制度汇编 7 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 T 1 P11 T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 2
15、6 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U389S52 Y1 12MH z C6 33p C7 33p VCC S4 SW PB R4 10k VCC P30 P31 P32 P33 C5 10UF R5 10K 主控89C52芯片模块 S1 SW PB S2 SW PB P20 P21 P22 图 2 4 单片机复位和时钟电路图 1 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口 的管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序
16、数据存储器 它可 以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外部下 拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时
17、 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘 故 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输 出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址 数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程 和校验时接收高八位地址信号和控制信号 教学管理制度汇编 8 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电 流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入
18、 由 于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C52 的一些特殊功能口 如下表所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 当访问外部存储
19、器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字 节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率 周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部 执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周 期两次 PSEN
20、 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出 现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管 是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保 持高电平时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编 程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 复位的实现通常用 2 种方式 开机上电复位和外部手动复位 本设计用的是外部 手动复位 电路图 2 4 复位电路部分 教学管理制度汇编 9 AT8
21、9C52 工作电压 VCC 5V 其 EA 引脚需接高电平 5V 电源电路如图 2 5 所示 D1 IN4007 C1 1000U C3 470U R1 330 D2 LE D C2 104 VCC Vin 1 GND 2 Vout 3 U1 7805 C4 104 1 2 3 4 L1 PQ 2A S3 SW 1 2 J1 220入入 电源模块 图 2 5 单片机电源原理图 2 42 4 74LS13874LS138 芯片介绍芯片介绍 74HC138 基本功能 74LS138 为 3 线 8 线译码器如图 2 6 共有 54 74S138 和 54 74LS138 两种 线路结构型式 其 7
22、4LS138 工作原理如下 当一个选通端 G1 为高电平 另两个选通端 G2A 和 G2B 为 低电平时 可将地址端 A B C 的二进制编码在一个对应的输出端以低 电平译出 74LS138 的作用 利用 G1 G2A 和 G2B 可级联扩展成 24 线译码器 若外接一个反相器还可 级联扩展成 32 线译码器 若将选通端中的一个作为数据输入端时 74LS138 还可作数据分配器 图 2 6 71LS138 有三个附加的控制端 和 当 时 输出为高电平 S 1 译码器 处于工作状态 否则 译码器被禁止 所有的输出端被封锁在高电平 如表 3 3 5 所示 这三个控制端也叫做 片选 输入端 利用片选
23、的作用可以将多篇连接起来 扩展译码器的功能 教学管理制度汇编 10 带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器 在图 3 3 8 电路中如果把 作为 数据 输入端 在同一个时间 而将作为 地址 输入端 那么从送来的 数据只能通过所指定的一根输出线送出去 这就不难理解为什么把叫做地址输入了 例如当 101 时 门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平 因此的数据 以反码的形式从输出 而不会被送到其他任何一个输出端上 下图 2 7 为两片 138 构成的 4 线 16 出的译码器 本文所用设计就是此方案 图 2 7 2 52 5 74HC59574HC595 芯片介绍芯片介绍 74HC595
24、 是 8 位串行输入 输出或者并行输出移位寄存器 具有高阻 关 断三 态 特点 8 位串行输入 8 位串行或并行输出 存储状态寄存器 三种状态 输出寄 存器可以直接清除 100MHz 的移位频率 输出能力 并行输出 总线驱动 串行输出 595 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
25、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 CPD 决定动态的能耗 PD CPD VCC f1 CL VCC2 f0 F1 输入频率 CL 输出电容 f0 输出频率 MHz Vcc 电源电压 引脚说明符号引脚描述内部结 构 结合引脚说明就能很快理解 595 的工作情况 74HC595 引脚图 管脚图 如下图 教学管理制度汇编 11 QB 1 16 Vcc QC 2 15 QA QD 3 14 SI QE 4 13 G QF 5 12 RCK QG 6 11 SRCK QH 7 10 SRCLR GND 8 9 QH 74595 的数据端 QA QH 八位并行输出端 可以直接
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- 基于 STC 51 单片机 16 X16 点阵 显示 设计 论文