1、1目 录1.1 设计背景 .22.1 方案确定 .32.1.1 功能确定 .32.2.2 方案确定 .32.2 器件选择 33.1 整体模块设计 .43.2 单片机最小系统设计 .43.2.1 晶振电路设计 .43.2.2 复位电路设计 .53.3 驱动电路设计 .53.4LED 点阵显示设计 .74.1 软件设计思想 .94.2 主程序流程图 .125.1 系统仿真 .135.2 性能分析 .136.1 结束语 .13附 录 15附录 A 电路仿真图 .15附录 B 源程序 .1521.1 设计背景LED 是发光二极管 LIGHT EMINTTING DIODE 的英文缩写，是一种直接能将电
2、能转化为可见光的半导体。LED 点阵是由发光二极管排列组成的显示器件，在日常生活中随处可见，其发光类型属于冷光源，效率及发热量是普通发光器件难以比拟的。它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活等特点。随着社会经济的不断进步，人们对 LED 显示器的认识不断加深，其应用领域越来越广。本设计是基于 AT89C5151 的 88 点阵 LED 数码字符显示器的设计，LED 点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的 LED 发光二极管封装而成. LED 点阵显示屏可以显示数字或符号, 通常
3、用来显示时间、速度、系统状态等。本文讲述了基于 AT89C51 单片机88 LED 数码字符显示器的基本原理、硬件组成与设计，Proteus 软件仿真，程序设计等基本环节与相关技术。LED 电子显示屏具有所显内容信息量大，外形美观大方，操作使用方便灵活。适用于火车，汽车站，码头，金融证券市场，文化中心，信息中心体育设施等公共场所。该项目广泛涉及了计算机及电子技术中的电源技术，单片机技术，数据通讯技术，显示技术，存储技术，系统软件技术，接口及驱动等技术。本设计是 88 点阵 LED 数码字符显示器的设计。整机以美国 ATMEL 公司生产的 40 脚单片机 AT89C51 为核心，介绍了以它为控制
4、系统的 LED 点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个驱动器来驱动显示屏显示，该电子屏可以各种文字或单色图像，采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。32.1 方案确定2.1.1 功能确定1、采用 MCS-51 单片机作为微处理器。2、设计一个 88 点阵 LED 数码字符显示器。3、在目测条件下 LED 显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。4、动态显示“0-9”几个字符。2.2.2 方案确定采用 AT89C51 单片机作为微处理器，将共阳极二极管用共阴型接法连接成 88 点阵LED 数码字符阵列，通过程序控制，采用动态显示，建立字符库“0-9
5、” 。2.2 器件选择微处理器采用 AT89C51 系列单片机，AT89C51 单片机是这几年在我国非常流行的单片机，是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）高性能单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次，具有低功耗、高性能的特点，并且可与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容，对于本设计需要实现的功能，完全可胜任。3.1 整体模块设计本设计行、列驱动电路，显示器电路，运用单片机的智能化，系统的将每个功能电路模块连接在一起，总体结构设计如图 1 所示。图 1 硬
6、件系统框图4此次需要实现的功能是利用一个 AT89C51，一个 88LED 点阵，动态显示“0-9”10 个字，采用 PC 上位机驱动显示电路。3.2 单片机最小系统设计AT89C51 单片机最小系统电路由复位电路、晶振电路两部分组成。3.2.1 晶振电路设计AT89C51 单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率 fosc 采用 12MHZ，C1、C2 的电
7、容值取 30pF，电容的大小起频率微调的作用。晶振电路图如图所示。C 13 0 p FC 23 0 p FX 11 2 M H ZX T A L 1X T A L 2图 2 晶振电路图3.2.2 复位电路设计AT89C51 单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位，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。单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动复位方式。本设计采用最简单的上电复位方式，电路如图 3 所示。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，复位电路产生的复位信号（高电平有效）由 RST 引脚送入到内部的复位电路，对 AT89C51 单片机
8、进行复位，复位信号要持续两个机器周期（24 个时钟周期）以上，才能使 AT89C51 单片机可靠复位。当上电时，C1 相当于短路，有时碰到干扰时会造成错误复位，可在复位端加个去耦电容，可以取得很好的效果。 5AT89C51 单片机复位电路如下图所示：R 94 . 7 KV C CV C CR S TV S SC 51 0 M F / 2 5 VA T 8 9 C 5 1R 24 . 7 KV C CV C CR S TV S SC1 0 M F / 2 5 VA T 8 9 C 5 1R 1S 5 R S T图 3 上电复位电路图 图 4 按键电平复位电路图复位电路工作原理： 上电瞬间 RST
9、 引脚的电位与 VCC 等电位，RST 引脚为高电平，随着电容 C5 充电电流的减少，RST 引脚的电位不断下降，可以保持 RST 引脚在为高电平的时间内完成复位操作。当单片机已在运行当中时，按下复位键 S5 后再松开，也能使 RST 引脚为一段时间的高电平，从而实现 AT89C51 单片机复位。3.3 驱动电路设计正向点亮一颗 LED，至少也要 1020mA，若电流不够大，则 LED 不够大。而不管是AT89C51 的 I/O 口，还是 TTL、CMOS 的输出端，其高态输出电流都不是很高，不过 12mA而已。因此很难直接高态驱动 LED，这时候就需要额外的驱动电路，通常有共阳型与共阴型 L
10、ED 阵列驱动电路，本设计才用共阴型高态扫描信号驱动电路。共阴型 LED 阵列驱动电路采用高态扫描，也就是任何时间只有一个高态信号，其它则为低态。一行扫描完成后，再把高态信号转化到近邻的其他行，扫描信号接用一个反向驱动器，AT89C51 本身内置一个反向驱动器，本设计将 AT89C51 作为点矩阵显示控制系统的控制核心，通过点矩阵实时显示并移动字符。单片机的串口与行驱动器相连，用来发送显示数据信息。P0 口与 LED 阵列的行引脚相连，送出数据、地址以及系统控制信号。输出低态时，最大可吸取 0.5A，即 500mA，若每个 LED 取 30mA，7 个 LED 同时点亮，需要 210mA，完全
11、满足 LED 点亮的基本条件。6R0R1R2R3R4R5R6R7R7R6R5R4R3R2R1R0P7P6P5P4P3P2P1P0P0P1P2P3P4P5P6P7XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16
12、P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2.2/A1023P2.3/A1 24P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C130uF X1CRYSTALC230uFC310uFVCR110k234567891RP1RESPACK-8左到右下到上图 5 驱动电路图所要显示的信号各个经过一个限流电阻送入晶体管的基极，而每个 NPN 晶体管的的集极连接 VCC、射极输出经一个 100 的限流电阻连接到 LED 阵列的列阵脚。对于高态的显示信号，将可提供其所连接 LED 的驱动电流，而这个驱动电流经过 LED 到输出端，形成正向回路
13、，即可点亮该 LED。其中每个晶体管任何时间只需负责驱动一个 LED，所以选择30mA 射极电流的晶体管。驱动电路如图 5 所示。3.4LED 点阵显示设计本设计采用 ATMEL 公司的 AT89C51 作矩阵显示控制系统控制核心，12MHZ 晶振,8 8 点阵共阳 LED 显示器。其中，P0 口作为字符数据输出口,P3 口为字符显示扫描输出口,第 31脚(EA)接电源。本设计 LED 矩阵显示器电路选用 88 点阵模块，系统由单片机控制。 LED 显示屏是将发光二极管按行按列布置的，在扫描驱动方式下可以按行扫描按列控制，也可以按列扫描按行控制。本文就是使用 1 块 88 点阵，采用按列扫描按
14、行控制控制方式，扫描顺序自左向右，以满足汉字显示的要求。88 点阵 LED 结构如图 6 所示。7abcdefgh81 234 5 6 78 8 点阵 L E D图 6 LED 数码显示管88 点阵 LED 的工作原理。图 7 为 88 点阵 LED 外观及引脚图，其等效电路如图 8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 7 88 点阵 LED 外观及引脚图8图 8 88 点阵 LED 等效电路88 点阵为单色共阳模块，单点的正向工作电压为（Vf）=1.8V，正向
15、电流是（If）=810mA。静态点亮器件时（64 点全亮）的总电流是 640mA，总电压是 1.8V，总功率为1152mW。动态时取决于扫描频率（1/8 或 1/16s） ，单点瞬间电流可达 80160mA。点阵内部结构及外形如下，8X8 点阵共由 64 个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置 1 电平，某一列置 0 电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则 9 脚接高电平 13 脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第 9 脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第
16、一列点亮，则第 13 脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮。1 控制第五行显示 接高 9 控制第一行显示 接高2 控制第七行显示 接高 10 控制第四行显示 接低3 控制第二行显示 接低 11 控制第六行显示 接低4 控制第三行显示 接低 12 控制第四行显示 接高5 控制第八行显示 接高 13 控制第一行显示 接低6 控制第五行显示 接低 14 控制第二行显示 接高7 控制第六行显示 接高 15 控制第七行显示 接低8 控制第三行显示 接高 16 控制第八行显示 接低表 1 88 点 阵 控 制 表94.1 软件设计思想利用数组将各数字字符的编码存
17、放在寄存器中，在执行显示过程中从寄存器中将对应数字或字符编码的数组一一轮流调出即可实现动态。数字 09 点阵显示代码的形成如下图所示，假设显示数字“0”1 2 3 4 5 6 7 8 00 00 3E 41 41 41 3E 00因此，形成的列代码为 00H，00H，3EH，41H，41H，3EH，00H，00H；只要把这些代码分别送到相应的列线上面，即可实现“0”的数字显示。送显示代码过程如下所示送第一列线代码到 P3 端口，同时置第一行线为“0”，其它行线为“1”，延时 2ms 左右，送第二列线代码到 P3 端口，同时置第二行线为“0”，其它行线为“1”，延时 2ms 左右，如此下去，直到
18、送完最后一列代码，又从头开始送。数字“1”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 其显示代码为 00H，00H，00H，00H，21H，7FH，01H，00H 10数字“2”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 00H，00H，27H，45H，45H，45H，39H，00H数字“3”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 00H，00H，22H，49H，49H，49H，36H，00H 数字“4”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 00H，00H，0CH，14H，24H，7FH，04H，00H数字“5”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8
19、 00H，00H，72H，51H，51H，51H，4EH，00H11数字“6”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 00H，00H，3EH，49H，49H，49H，26H，00H数字“7”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 00H，00H，40H，40H，40H，4FH，70H，00H数字“8”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 00H，00H，36H，49H，49H，49H，36H，00H 数字“9”代码建立如下图所示1 2 3 4 5 6 7 8 00H，00H，32H，49H，49H，49H，3EH，00H124.2 主程序流程图开始初始化调出显示
20、程序调整数据指针Y是否显示完毕N图 10 主程序流程图5.1 系统仿真135.2 性能分析此次系统设计结果较好，LED 显示屏能很好的显示信息。LED 显示屏由 4 块 88 的LED 小模块组成，整个显示屏可以显示“0-9”字型。这个方案设计的 88 的点阵 LED 图文显示屏，电路简单，成本较低，且较易扩展；显示屏各点亮度均匀、充足；显示图形或文字稳定、清晰无串扰。6.1 结束语本次课程设计到现在有一个多星期，回顾这些天我感到学到了很多东西，在写这个心得的时候，我想就这些天的收获，说一说自己内心的想法。本设计是一个 8x8 的点阵 LED 数码显示器，能够在目测条件下 LED 显示屏各点亮
21、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。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。通过这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工
22、作中会更加的注重实际。参考文献1 张靖武,周灵彬.单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真 J.电子工业出版社2 吴金戌,沈庆阳.郭庭吉 8051 单片机实践与应用 J.清华大学出版社14附 录附录 A 电路仿真图附录 B 源程序#include unsigned char code tab=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char code digittab108=0x00,0x00,0x3e,0x41,0x41,0x41,0x3e,0x00, /0 0x00,0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x
23、00, /1 0x00,0x00,0x27,0x45,0x45,0x45,0x39,0x00, /2 0x00,0x00,0x22,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00, /3 0x00,0x00,0x0c,0x14,0x24,0x7f,0x04,0x00, /4 0x00,0x00,0x72,0x51,0x51,0x51,0x4e,0x00, /5 0x00,0x00,0x3e,0x49,0x49,0x49,0x26,0x00, /6 0x00,0x00,0x40,0x40,0x40,0x4f,0x70,0x00, /7 0x00,0x00,0x36,0x49,0x49,0x49
24、,0x36,0x00, /8 0x00,0x00,0x32,0x49,0x49,0x49,0x3e,0x00 /9 15; unsigned int timecount; unsigned char cnta; unsigned char cntb; void main(void) TMOD=0x01; TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1; while(1) ; void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256; P3=tabcnta; P1=digittabcntbcnta; cnta+; if(cnta=8) cnta=0; timecount+; if(timecount=333) timecount=0; cntb+; if(cntb=10) cntb=0; 16课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日注：此表必须在同一页面。
