单片机课程设计LED汉字点阵设计.docx

单片机课程设计LED汉字点阵设计.docx

《单片机课程设计LED汉字点阵设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计LED汉字点阵设计.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

单片机课程设计LED汉字点阵设计

永城职业学院

单片机课程设计

LED点阵显示设计

班级：

机电095班

专业：

机电一体化

姓名：

方新

指导老师：

卜珊珊

日期：

2011年5月15日

目录

摘要2

第一章绪论3

1.1单片机的发展3

1.2MCS-51系列单片机介绍4

第二章工作原理5

2.1阵屏原理5

2.2MCS--51的引脚及相关功能7

第三章总体设计电路图9

3.1外部电路连接图9

3.2流程图10

3.3程序源10

第四章系统硬件设计12

4.1系统的扩展和配置应遵循原则12

第五章设计与仿真13

5.1硬件设计13

5.2计算机仿真13

课程设计心得17

参考文献18

摘要

单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善:

单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也更加稳定，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。

此外单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。

单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制的需要。

本文的主要内容是掌握各种单片机的结构、接口、片上外设的特点，并用STC12C5410AD单片机的片上资源设计出适当的最小系统；并利用自行制作的单片机最小系统，完成一个简单应用（量程自动转换的电压表）的设计与软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统的设计及单片机系统的应用方法。

在20世纪60年代开始，在纸板生产行业还处于手工作业的阶段，单面机就已经开始使用，当时的单面机的设计特点在于倾斜的辊排列方式，压力辊位于顶部。

这种排列方式源于“导爪”的使用。

在上胶过程中，导爪帮助已成型的瓦楞芯纸靠近中间辊（上瓦楞辊），倾斜的辊排列设计便于操作人员接近位于糊胶托盘上方的导爪和辊，使整个架桥的高度保持在相对低的水平，便于湿部的手动送纸。

到了20世纪80年代，大部分的企业开始采用垂直式排列辊设计的单面机，其中绝大部分将压力辊置于顶部。

现如今，单面机的使用非常普及，不论是拥有五层线、七层线等大线的厂家，还是使用简易设备的小厂，加工纸板都离不开单面机这一瓦线核心设备

关键字：

单片机、最小系统、量程自动转换、仿真器、LED点阵显示屏

第一章绪论

当前社会信息化建设在各地蓬勃发展，作为信息发布的终端显示设备，LED显示屏己经广泛应用于工作和生活的各个方面，主要用于显示文字、图像、动画等。

LED显示屏的应用涉及社会的许多领域，主要包括：

金融证券、体育场馆、道路交通、邮政电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。

LED是发光二极管的简称（LightEmittingDiode）。

由于它具有亮度高、响应速度快、低电压、功耗小、耐震动、寿命长等优点，使其成为室内外信息显示终端的主要发光器件。

LED显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。

LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：

第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。

用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。

第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。

视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。

LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。

第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。

1.1单片机的发展

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。

单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。

最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

　单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。

概括的讲：

一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。

我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！

......它主要是作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）

的主要区别。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！

但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！

只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

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。

1.2MCS-51系列单片机介绍

单片机的全称是单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）。

为了使用方便，它把组成计算机的主要功能部件：

中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定时/计数器和各种输入/输出接口电路等都集成在一块半导体芯片上，构成了一个完整的计算机系统。

与通用的计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器（Microcontroller）。

MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。

该系列的基本型产品是8051、8031和8751。

这3种产品之间的区别只是在片内程序存储器方面。

8051的片内程序存储器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片内没有程序存储器；8751内部包含有用作程序存储器的4KB的EPROM。

由于8051的编程需要制造商的支持，8751的价格昂贵，因此8031获得了更为广泛的使用。

第二章工作原理

2.1阵屏原理

点阵LED显示器是将许多LED类似矩阵一样排列在一起组成的显示器件。

当单片机输出的控制信号，使得点阵中的LED有些发光，有些不发光，即可显示出特定的信息，包括汉字、图形等。

由微机控制点阵LED大屏幕广告宣传牌随处可见。

实验仪上设有一个共阳极8×8的点阵LED显示器，其点阵结构如图所示。

该点阵对外引出8条行线，8条列线。

若使某一个LED发光，只要将与其LED连接的行线加高电平，列线加低电平；若使某一列LED发光，只要将8根行线全加高电平，此列线加低电平；若使某一列LED部分发光，只要将需发光的行线加高电平，此列线加低电平。

实验仪上的点阵LED及驱动电路如下一页图所示（与单片机之间由实验者自连）。

单片机P2口（实验时可自定）输出的数据通过行驱动器（7407）加至点阵的8条行线上，单片机P1口（实验时可自定）输出的数据通过列驱动器（ULN2003A）反相后加至点阵的8条列线上。

若要使该点阵显示某一信息，只要通过P2口、P1口输出特定的数据，控制点阵LED逐行或逐列循环发光即可。

例如欲显示汉字“方”，采用逐列循环发光。

首先由“方”点阵轮廓。

确定点阵代码。

根据“方”的点阵代码，确定逐列循环发光的时序如下：

①P2口输出04H；P1口输出80H；第7列的2个LED发光。

②P2口输出28H；P1口输出40H；第6列的3个LED发光。

③P2口输出30H；P1口输出20H；第5列的3个LED发光。

④P2口输出0E8H；P1口输出10H；第4列的7个LED发光。

⑤P2口输出30H；P1口输出08H；第3列的3个LED发光。

⑥P2口输出28H；P1口输出04H；第2列的3个LED发光。

⑦P2口输出04H；P1口输出02H；第1列的2个LED发光。

步骤①~⑧之间可插入1ms左右的延时。

重复进行①~⑧，即可

在LED上稳定地显示出“太”。

①P2口输出0FFH；P1口输出80H；第7列的2个LED发光。

②P2口输出0A2H；P1口输出40H；第6列的2个LED发光。

③P2口输出0D4H；P1口输出20H；第5列的8个LED发光。

④P2口输出88H；P1口输出10H；第4列的2个LED发光。

⑤P2口输出0FFH；P1口输出08H；第3列的4个LED发光。

⑥P2口输出91H；P1口输出04H；第2列的3个LED发光。

⑦P2口输出91H；P1口输出02H；第1列的5个LED发光。

⑧P2口输出0FFH；P1口输出01H；第0列的7个LED发光。

步骤①~⑧之间可插入1ms左右的延时。

重复进行①~⑧，即可

在LED上稳定地显示出“新”。

这里P2口先后输出的8字节数据：

DB42H,44H,0C8H,70H,52H,5FH,40H.40H;为“方”的点代码。

DB52H,76H,0DFH,74H,52H,3EH,5FH,50H;为“新”的点代码。

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

2.2MCS--51的引脚及相关功能

40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

如右图

1）电源:

⑴VCC-芯片电源，接+5V；

⑵VSS-接地端；

注：

用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。

2）时钟：

XTAL1、XTAL2-晶体振荡

电路反相输入端和输出端。

3）控制线：

控制线共有4根，

⑴ALE/PROG：

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵PSEN：

外ROM读选通信号。

⑶RST/VPD：

复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

②VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷EA/Vpp：

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：

内外ROM选择端。

②Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

4）I/O线

80S51共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）

第三章总体设计电路图

3.1外部电路连接图

3.2流程图

3.3程序源

ORG0H

START0:

MOVR3,#78H

START1:

MOVDPTR,#DATA1;指向点阵代码首址

MOVR2,#80H;80H使第7列（最左一列）阴极为低电平

CLRC

DISP:

MOVA,#0

MOVCA,@A+DPTR;取一列点阵代码

MOVP2,A;加至阳极

MOVP1,R2;使一列阴极为低电平

CALLDELAY;延时

INCDPTR;指向下一列代码

MOVA,R2;R2右移一位，为下一列阴极输出低电平作准备

RRCA

MOVR2,A

JNCDISP;8列未完,转

DJNZR3,START1

AJMPSTART2

DATA1:

DB22H,24H,28H,0F2H,29H,24H,22H,20H;“太”的点阵代码

START2:

MOVR4,#78H

START3:

MOVDPTR,#DATA2;指向点阵代码首址

MOVR5,#80H;80H使第7列（最左一列）阴极为低电平

CLRC

DISP1:

MOVA,#0

MOVCA,@A+DPTR;取一列点阵代码

MOVP2,A;加至阳极

MOVP1,R5;使一列阴极为低电平

CALLDELAY;延时

INCDPTR;指向下一列代码

MOVA,R5;R5右移一位，为下一列阴极输出低电平作准备

RRCA

MOVR5,A

JNCDISP1;8列未完,转

DJNZR4,START3

AJMPSTART0

DATA2:

DB0FFH,0A4H,0FCH,00H,0FFH,89H,88H,0FFH;“阳”的点阵代码

DELAY:

MOVR1,#0;延时子程序

DELY0:

DJNZR1,DELY0

RET

END

第四章系统硬件设计

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：

一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。

二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。

4.1系统的扩展和配置应遵循原则

（1）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。

为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。

（2）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。

（3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。

硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑原则是：

软件能实现的功能尽可能由软件实殃，以简化硬件结构。

但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。

（4）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。

如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。

（5）可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。

（6）单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。

驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。

（7）尽量朝“单片”方向设计硬件系统。

系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。

随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司新μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。

第五章设计与仿真

5.1硬件设计

（1）主控制单片机

本次设计使用的是AT89S51的最小系统电路，包括：

电源、时钟脉冲、复位电路和程序存储器设定电路，只是接受少量的数字和字符，不用外接存储扩展。

时钟脉冲：

AT89S51单片机的最高时钟脉冲频率已经达到了24MHz，它内部已经具备了振荡电路，只要在AT89S51的两个引脚（即19、18脚）连接到简单的石英振荡晶体的2个管脚即可，同时晶体的2个管脚也要用30pF的电容耦合到地。

复位电路：

89S51的复位引脚（RESET）是第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期，即可产生复位的动作。

以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲为0.5μS，两个机器周期为1µS，因此，在第9脚上连接一个2μS的高电平脉冲，即可产生复位动作。

最简单的就是只有一个电阻跟一个电容就可可靠复位的电路，电阻一般选择10K，电容一般选择10µF。

程序存储器设定电路：

31脚接VCC，默认采用内部程序存储器。

（2）LED显示模块

本次设计中8*8的LED电子显示屏的制作。

相对而言是比较简单的。

5.2计算机仿真

仿真软件检测程序：

（1）建立新的工程并命名为123，如下图所示：

（2）选择所用单片机的型号，选择SST中的SST89E564RD选项。

如下图所示：

（3）建立新的文档并把编好的程序粘贴进去并保存为TXT1.asm格式。

（4）右击Target1出来的文件并右击添加刚才保存的文件TxT1.asm。

（5）右击Target1把里面的设置改一下输出改成6.0再出错中画好对号如下图所示。

（6）进行编译程序，如下图。

（7）编译完毕进行除错。

（8）除错后进行仿真运行。

课程设计心得

单片机是当前流行的控制技术，使用简单、功能强大、成本也很低，对于我们以后的工作有很大用处，这次课设我们用单片机来完成不仅提高了我们对单片机的兴趣，而且使我们所学知识在实际中得到应用，提高了我们的应用能力。

课设使用了点阵，我们上课并没有学习这方面的内容，通过我们查资料，很快领会了点阵的使用方法，课设使用了多种软件帮助设计，让我们对设计方法有了进一步了解，而且我们设计了不同的显示内容，让我们对点阵的显示有了基本的掌握，我们感觉很有成就感。

我在这个学期做了一个单片机的小项目，对单片机已经比较熟悉，这次课设并没用感觉到很难，我们小组分工明确，各负其责，我主要负责软件的设计与调试。

经过我们三个的共同努力，很快便将仿真结果做了出来。

作出的结果可能不能让老师十分满意，但我们已经为我们的成果欢呼雀跃了。

这只是一次简单的课设，在实际中的应用还会更难，这都需要我们不断的学习新的技术，不断提高自己的应用能力。

二十一世纪，一个信息的时代。

至改革开放以来全国经历了几次全国性计算机普及高等学校的计算机教育发展十分迅速，所以学习单片机应用技术是一种必然的要求。

许多高校不仅在计算机专业开设了这门课，还在非计算机转业开设了这门课。

以前，我们只能在班级听老师讲，实践的机会很少，所以我们只能学到一些理论上的东西。

为了适应社会经济和科学技术迅速发展及教育教学改革的需要，根据“以市场需求为导向，以职业技能为本位，以培养应用型高技能人才为中心”的原则，注重增强认知结构与能力的有机结合。

学校在这周为我们安排了为期一周半的单片机应用技术的实训。

这次的实训虽然只有短短的一周半时间,可我们学到的却远超过我们平时一周半所学到的知识。

这次的实训以制做一个8×8点阵式汉字LED显示器作为主线，融入各种基础知识和实践经验。

再拓展到各种计算机知识。

与焊接相比较，连接编程的工作是更大量、更费时间和精力的，也是更重要的。

在这次的实训过程中单片机的编程给我留下了深刻的印象。

记得刚开始时大家听老师讲好像很简单，可当老师让我们每个人自己都动手编时，大家才发现这也是问题，那也是问题。

不过经过老师的多次讲解、示范我们很难完成。

现在我们每个人都能编写程序了。

通过这一周半的实训，我深刻体会到了单片机应用技术是一门实践性很强的课程。

既要掌握概念，又要动手实践。

通过短短一周半时间，我对单片机应用技术有了更为详细的了解。

解决了我以前的许多疑惑。

通过这一周半的实训，我以我最大的能力和端正的态度完成了这门课的实训。

因此我将会尽我最大的努力将所学到的知识运用到其它更多的地方进行实践和更好的掌握。

参考文献

1.周越.《单片机技术实验实训教程》.江海职业技术学院,2007

2.李广弟.《单片机基础》.北京航空航天大学出版社,1992

3.张大明.刘振鹏.《单片微机控制应用技术—实操指导书》.机械工业出版社

4.钟富昭.张晨.《8051单片机典型模块设计与应用》.人民邮电出版社

5.李全钊.《单片机原理技术与应用技术》.机械工业出版社

6.李全利.《单片机原理及应用技术》.高等教育出版社,2004年7月