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1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目:基于單片機(jī)的LED電子顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名:XXX學(xué) 號(hào):XXX系(部):XXX專 業(yè):XXX班 級(jí):XXX指導(dǎo)教師:XXX完成時(shí)間:2013年 4 月邢臺(tái)學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái),以極其高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注,從此得到了廣泛的應(yīng)用,同時(shí)取得了飛速發(fā)展。隨著科技的飛速迅猛發(fā)展,也帶動(dòng)傳統(tǒng)控制及LED顯示技術(shù)日新月異的更新。大型LED點(diǎn)陣廣告牌與傳統(tǒng)的廣告宣傳緊密結(jié)合成為新的媒體宣傳工具,廣泛應(yīng)用于展覽中心、金融市場(chǎng)、醫(yī)院、體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站、街道、高速公路等諸多公共場(chǎng)所的信息顯示和廣告宣傳。本文提出了一種實(shí)
2、現(xiàn)單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示屏的簡(jiǎn)單方案,初步介紹了單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及LED的發(fā)光原理和特點(diǎn),著重闡述了單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)方法與LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的工作原理,主要運(yùn)用C語(yǔ)言編寫(xiě)源程序,并利用Proteus軟件進(jìn)行仿真,設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于80C51單片機(jī)的8×8 LED點(diǎn)陣的顯示屏,能夠?qū)崿F(xiàn)“XINGTAI UNIVERSITY”字樣的滾動(dòng)顯示。關(guān)鍵字:?jiǎn)纹瑱C(jī);LED;顯示系統(tǒng)AbstractMicrocontroller since its introduction in the 1970s, to the extremely high performance and low cost
3、to people's attention and concern, from a wide range of applications, and at the same time have made rapid development. With the rapid development of rapid technological, but also led to the traditional control and LED display and technology update. Large LED dot matrix billboards and traditiona
4、l advertising is closely integrated into the new media propaganda tool, widely used in the exhibition center, financial markets, hospitals, stadiums, airports, docks, stations, streets, highways, and many other public places display and advertising. This paper presents a simple LED dot matrix displa
5、y program to achieve a single-chip control, the initial introduction of the basic structure of the microcontroller and LED light-emitting principle and characteristics, focusing on the works of MCU programming method with LED dot matrix display system primarily use the C language source code, and Pr
6、oteus software simulation, design a 8 × 8 LED dot matrix display based on the 80C51 microcontroller can achieve the words " XINGTAI UNIVERSITY " rolling display.Keywords: SCM; LED; Display SystemAlpha目 錄前言11 單片機(jī)簡(jiǎn)要介紹11.1單片機(jī)的涵義及特點(diǎn)11.2 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程 11.3 80C51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)21.4 80C51系列單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)32
7、LED簡(jiǎn)要介紹52.1 LED的發(fā)光原理52.2 LED的特點(diǎn)52.3 LED點(diǎn)陣原理63 Proteus使用方法介紹73.1 Proteus的功能介紹73.2 Proteus的特點(diǎn)73.3 Proteus原理圖繪制73.4 Proteus VSM仿真與分析74 LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案84.1設(shè)計(jì)目標(biāo)84.2整體電路84.3 硬件部分84.4 軟件部分124.5 仿真效果154.6印刷電路板(PCB)18結(jié)論18致謝19參考文獻(xiàn)20前 言LED全稱為“Light emitting diode”,是一種信息發(fā)布的重要載體。因其具有亮度高、功耗小、易于集成、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單等很多顯著優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于醫(yī)
8、院、金融系統(tǒng)、運(yùn)輸部門(mén)等社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。LED顯示屏發(fā)展較快,其無(wú)論在成本和生產(chǎn)的社會(huì)效益等方面都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文初步介紹了有關(guān)單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及LED的發(fā)光原理和特點(diǎn),重點(diǎn)闡述了單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)方法與LED點(diǎn)陣原理,設(shè)計(jì)了一個(gè)由80C51單片機(jī)控制的8×8 LED點(diǎn)陣顯示,可滾動(dòng)顯示“XINGTAI UNIVERSITY”字樣,并利用Proteus軟件進(jìn)行仿真。1單片機(jī)簡(jiǎn)要介紹1.1 單片機(jī)的涵義及特點(diǎn)在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路,從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī),即單片機(jī)。單片機(jī)體積小、控制功能強(qiáng),其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具
9、有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前,單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)已成為電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為常用的技術(shù)手段。單片機(jī)的特點(diǎn):(1)集成度高,體積小,可靠性高單片機(jī)的功能集成在一個(gè)晶片上,高集成度,最小尺寸。該芯片本身是由工業(yè)測(cè)量和控制環(huán)境,內(nèi)部布線很短,其抗噪聲性能優(yōu)于一般的CPU。單片機(jī)程序指令,常數(shù)和表ROM固化不易破壞,在一個(gè)單芯片多信號(hào)通道,高可靠性。(2)控制功能為了滿足對(duì)象的控制要求,單片機(jī)的指令系統(tǒng),他們是極其豐富:分支轉(zhuǎn)移能力,I / O端口的邏輯運(yùn)算和位處理能力,適合特殊控制功能。(3)低電壓,低功耗,便攜式產(chǎn)品容易生產(chǎn)為了滿足廣泛應(yīng)用于便攜式系統(tǒng),單片機(jī)的工作電壓為1.8V至3.6V只,操作只有幾百微安電
10、流。(4)易于擴(kuò)展該表?yè)碛杏?jì)算機(jī)的正常運(yùn)行的必要組成部分。擴(kuò)展總線和并行芯片,易形成規(guī)模的串行輸入/輸出引腳的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用3。 1.2 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程單片機(jī)技術(shù)發(fā)展十分迅速,產(chǎn)品種類琳瑯滿目。我們縱觀整個(gè)單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程,可簡(jiǎn)述為: 1971英特爾公司開(kāi)發(fā)的世界上第一個(gè)4位微處理器;英特爾霍夫成功研制出世界上第一個(gè)4位微處理器芯片的英特爾4004,標(biāo)志著第一代微處理器和微機(jī)時(shí)代開(kāi)始。由于微處理器的發(fā)明,有英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家雜志的一個(gè)“最有影響力的第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)的七個(gè)科學(xué)家”。1971年11月,英特爾推出了監(jiān)控-4微機(jī)系統(tǒng)(包括4001的ROM芯片,4002的內(nèi)存芯片,4003個(gè)移位寄存
11、器芯片和單片機(jī)4004)4004含有2300個(gè)晶體管,尺寸3×4mm的計(jì)算性能遠(yuǎn)超過(guò)一年的,最初售價(jià)為200美元。1972年4月,Hough等人開(kāi)發(fā)的第一個(gè)8位微處理器英特爾8008。由于8008是一個(gè)P溝道MOS微處理器,因此仍屬于第一代微處理器。1973英特爾公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)8位微處理器8080;1973年8月,Hough等人,開(kāi)發(fā)了一個(gè)8位微處理器英特爾8080,取代P溝道MOS電路,第二代微處理器就此誕生了。8080芯片的時(shí)鐘速度比8008在2MHz運(yùn)行速度的10倍,使用64KB內(nèi)存,使用6000個(gè)晶體管的基礎(chǔ)上,6微米技術(shù),處理速度0.64mips(百萬(wàn)條指令每秒)。1975
12、年4月,MITS Altair 8800發(fā)布了第一個(gè)通用,售價(jià)為375美元,與1KB的記憶。這是世界上第一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。1976年Intel公司研制出了MCS-48系列8位的單片機(jī),這也是單片機(jī)的問(wèn)世。Zilog公司于1976年開(kāi)發(fā)的Z80微處理器,廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí),Zilog、Motorola和Intel三家公司在微處理器的領(lǐng)域三足鼎立。20世紀(jì)80年代初,英特爾公司在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上,推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列的單片機(jī)無(wú)論是片內(nèi)的RAM容量,I/O口功能,系統(tǒng)擴(kuò)展的方面都有了大的提高4。1.3 80C51系列單片機(jī)的基本
13、結(jié)構(gòu)80C51基本型單片機(jī)的組成如圖1-1所示。圖中,與并行口P3復(fù)用的引腳有:串行口輸入和輸出引腳RXD和TXD;外部中斷輸入引腳和;外部計(jì)數(shù)輸入引腳T0和T1;外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)和讀控制信號(hào)和。由圖1-1可見(jiàn),80C51單片機(jī)基本型包含:(1)CPU系統(tǒng):8位CPU,含布爾處理器; 時(shí)鐘電路; 總線控制。(2)存儲(chǔ)器系統(tǒng):4K字節(jié)程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM/Flash,可再外擴(kuò)64K); 128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM,可再外擴(kuò)64K); 特殊功能寄存器SFR。圖1-1 80C51基本型單片機(jī)的組成(3)I/O口和其他功能單元:4個(gè)并行I/O口;2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器;1個(gè)全雙工異步串行口
14、(UART);中斷系統(tǒng)(5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí))1。1.4 80C51系列單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì),不僅可以采用匯編語(yǔ)言完成,也可以采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。匯編語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)內(nèi)部資源操作直接、簡(jiǎn)潔,代碼緊湊。但是當(dāng)系統(tǒng)的規(guī)模較大時(shí),設(shè)計(jì)人員更傾向于采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。這是因?yàn)镃語(yǔ)言具有良好的可讀性、可移植性和基本的硬件操作能力?,F(xiàn)在有多種可以對(duì)80C51單片機(jī)進(jìn)行操作的C語(yǔ)言,它們通常統(tǒng)稱為C51。采用C51進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì),編譯器能自動(dòng)完成變量存儲(chǔ)單元的分配,編程者可以專注于應(yīng)用系統(tǒng)的邏輯思想;對(duì)常用功能模塊和算法編制相應(yīng)的函數(shù),也可以方便地進(jìn)行算法和應(yīng)用程序的移植。C51程
15、序由一個(gè)或多個(gè)函數(shù)構(gòu)成,其中至少應(yīng)包含一個(gè)主函數(shù)main。程序從主函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行,調(diào)用其他函數(shù)后又返回主函數(shù),被調(diào)用函數(shù)如果位于主調(diào)函數(shù)前面,可以直接調(diào)用,否則應(yīng)該先說(shuō)明后調(diào)用。被調(diào)用的函數(shù)可以是用戶自編的函數(shù),或者是C51編譯器提供的庫(kù)函數(shù)。典型示例如下:#include<reg52.h>#include<stdio.h>void delayms(unsigned);void main(void) unsigned char i; P1=0x01; do for(i=0;i<=7;i+) delayms(5000); P1=P1<<1; if(P1=0
16、x0) P1=0x01; while(1); unsigned char j; while (x-) for(j=0;j<123;j+) ; C51的程序結(jié)構(gòu)可分為順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。因?yàn)轫樞蚪Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,這里只對(duì)選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。(1)選擇結(jié)構(gòu)在C51中,選擇語(yǔ)句有條件語(yǔ)句和開(kāi)關(guān)語(yǔ)句兩種,這里只介紹條件語(yǔ)句。條件語(yǔ)句,由關(guān)鍵詞字if構(gòu)成。有3種條件語(yǔ)句,這里只講述其中一種:if (條件表達(dá)式) 語(yǔ)句若條件表達(dá)式的結(jié)果為真(非0值),則執(zhí)行后面的語(yǔ)句;反之若條件表達(dá)式的結(jié)果為假(0值),則不執(zhí)行后面的語(yǔ)句。(2)循環(huán)結(jié)構(gòu)在C51程序中,實(shí)現(xiàn)循環(huán)的方法有4種,這里主
17、要講述其中兩種:1)do-while語(yǔ)句 一般形式為:do 語(yǔ)句 while (條件表達(dá)式); 該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是先執(zhí)行給定的循環(huán)語(yǔ)句,然后在檢查條件表達(dá)式的結(jié)果。當(dāng)條件表達(dá)式的值為真(非0值),則重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)句,直到條件表達(dá)式的值變?yōu)榧伲?值)時(shí)為止。對(duì)于此種結(jié)構(gòu),在任何條件下,循環(huán)體語(yǔ)句至少會(huì)被執(zhí)行一次。2)for語(yǔ)句一般形式為:for(初值表達(dá)式;條件表達(dá)式;更新表達(dá)式) 語(yǔ)句該語(yǔ)句執(zhí)行時(shí),先計(jì)算初值表達(dá)式,作為循環(huán)控制變量的初值,再檢查條件表達(dá)式的結(jié)果,當(dāng)滿足條件時(shí)就執(zhí)行循環(huán)語(yǔ)句并計(jì)算更新表達(dá)式,然后再根據(jù)更新表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果來(lái)判斷循環(huán)條件是否滿足,一直進(jìn)行到循環(huán)條件表達(dá)式的結(jié)果為假(
18、0值)時(shí)退出循環(huán)體1,5-10。2 LED簡(jiǎn)要介紹2.1 LED的發(fā)光原理LED(Light Emitting Diode),也叫發(fā)光二級(jí)管,是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它能夠直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。LED的核心部分由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體而組成的晶片。在P型半導(dǎo)體,空穴的數(shù)量比自由電子的數(shù)量大得多,多數(shù)載流子為空穴,少數(shù)載流子是自由電子;在N型半導(dǎo)體,自由電子的數(shù)量比孔學(xué)的數(shù)量大的多,載體中大多數(shù)為自由電子,少數(shù)載流子為空穴。半導(dǎo)體的它們之間的連接將是一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)它兩端加上正向電壓時(shí),電子就會(huì)被推向P區(qū),在P區(qū)的電子空穴復(fù)合,然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量,半導(dǎo)體晶體會(huì)發(fā)出不同顏色的光,光電
19、流的強(qiáng)度與電流息息相關(guān),這是LED發(fā)光原理。光的波長(zhǎng)(顏色),是由物質(zhì)形成P-N結(jié)的材料來(lái)確定的11。2.2 LED的特點(diǎn) LED的內(nèi)在諸多特征決定了其具有的很多優(yōu)點(diǎn),例如: (1)體積較小:LED大體上是一塊被封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面的非常小的晶片,所以它特別小,而且重量非常 輕。 (2)耗電量較低:LED的耗電很低,直流驅(qū)動(dòng),超低功耗,它轉(zhuǎn)換的電光功率大約為30%。通常LED的工作電壓為23.6V,工作電流為0.020.03A,也就是說(shuō),同等的照明效果比傳統(tǒng)的光源節(jié)能約80%,它所消耗掉的電能不能超過(guò)0.1W。 (3)壽命長(zhǎng):許多人稱LED燈光源是長(zhǎng)壽燈。LED是固體冷光源,不存在燈絲,環(huán)氧樹(shù)脂
20、,燈體內(nèi)沒(méi)有松動(dòng)的部分,一般不燃燒,熱沉積,光線漸暗等缺陷,在適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏飨?,壽命可達(dá)60000-100000小時(shí),比傳統(tǒng)光源的壽命大10倍之上。(4)高亮度,低熱量:使用LED冷光源技術(shù),比普通燈泡具有更少的熱量。(5)環(huán)保:LED是由無(wú)毒材料制成的,不像熒光燈含有水銀會(huì)造成污染,并可以循環(huán)利用。在它的光普中沒(méi)有紅外和紫外光譜,這意味著不產(chǎn)生熱量,也不會(huì)產(chǎn)生輻射,冷光源,可以安全的觸摸,是典型的綠色照明的光源。(6)耐用堅(jiān)固:作為L(zhǎng)ED完全封裝在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi),所以比燈泡和熒光燈管應(yīng)是堅(jiān)固的。因?yàn)闊趔w內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分,所以LED不容易損壞。(7)多變化:LED光源可利用紅,綠,藍(lán)顏色三基色
21、理論,在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制,使三種顏色具有256級(jí)灰度和混合用任何方法可以產(chǎn)生256×256×256 = 16777216種顏色,形成不同的光的顏色組合有很多,可以實(shí)現(xiàn)各種圖像顯示以及各種影響的動(dòng)態(tài)變化。(8)最先進(jìn)的技術(shù):與傳統(tǒng)光源單調(diào)的輝光相比,LED照明光源是電壓較低的微電子產(chǎn)品,融合了計(jì)算機(jī)技術(shù),圖像處理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),嵌入式控制技術(shù)等,它也是數(shù)字信息產(chǎn)品的在線編程的、靈活的、無(wú)限的可擴(kuò)展性的特點(diǎn)12。 2.3 LED點(diǎn)陣原理8×8點(diǎn)陣LED外觀及引腳如圖2-1所示:圖2-1 8×8點(diǎn)陣LED外觀及引腳圖從圖2-2中可以看出,8×8點(diǎn)
22、陣總共由64個(gè)發(fā)光二極管組成,而且它的每個(gè)發(fā)光二極管置于行線和列線的交叉點(diǎn)上,對(duì)應(yīng)于所設(shè)置的水平線,一列設(shè)置為0電平,則相應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光光;要顯示圖形或字體時(shí),只要考慮它的顯示方式??删幊炭刂聘黠@示點(diǎn)對(duì)應(yīng)的LED的陽(yáng)極和陰極端的電平,可以有效地控制顯示燈。因此,要實(shí)現(xiàn)一根柱形的亮法,對(duì)應(yīng)的一列為一根豎柱,或?qū)?yīng)的一行為一根橫柱,因此實(shí)現(xiàn)柱的亮的方法如下所述:一根豎柱:對(duì)應(yīng)的列置0,而行則采用掃描的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。一根橫柱:對(duì)應(yīng)的行置1,而列則采用掃描的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此,以8×8 LED點(diǎn)陣對(duì)LED點(diǎn)陣顯示模塊進(jìn)行掃描的方法進(jìn)行一下詳細(xì)的介紹:(1)水平方向掃描,即逐列掃描的方式(簡(jiǎn)稱
23、列掃描方式):此時(shí)用一個(gè)P口輸出列碼,決定哪一列能亮(相當(dāng)于位碼),再用另一個(gè)P口輸出行碼(列數(shù)據(jù)),決定該列上哪個(gè)LED亮(相當(dāng)于段碼)。能亮的列從左到右掃描完8列(相當(dāng)于位碼循環(huán)移動(dòng)8次)即能顯示出一個(gè)完整的圖像。(2)豎直方向掃描,即逐行掃描的方式(簡(jiǎn)稱行掃描方式):此時(shí)用一個(gè)P口輸出行圖2-2 8×8點(diǎn)陣LED等效電路碼,決定哪一行能亮(相當(dāng)于位碼),再另一個(gè)P口輸出列碼(行數(shù)據(jù),行數(shù)據(jù)為將列數(shù)據(jù)的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn)90度的數(shù)據(jù)),決定該行上哪些LED燈亮(相當(dāng)于段碼)。能亮的行從上向下掃描完8行(相當(dāng)于位碼循環(huán)移動(dòng)8次)即能顯示一個(gè)完整的圖像11-13。3 Proteus使用方法介紹
24、Proteus嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)是由Labcenter electronics公司進(jìn)行的,它包括ISIS/ARES等的軟件模塊,ARES模塊主要用于完成PCB(印刷電路板)的設(shè)計(jì),ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的布局和仿真?;赩SM技術(shù)Proteus軟件仿真,它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)是,它可以模擬大量的單芯片,如MCS-51系列,PIC系列等,以及單片機(jī)外圍電路,如鍵盤(pán),LED,LCD等。它可以是各種處理器的實(shí)時(shí)仿真,調(diào)試和EDA工具測(cè)試,真的可以在沒(méi)有目標(biāo)樣機(jī)時(shí)調(diào)試系統(tǒng)、測(cè)試和驗(yàn)證,具有較強(qiáng)的科學(xué)和技術(shù)代表性。本設(shè)計(jì)采用的是Proteus 7.4版本。3.1 Proteus
25、的功能介紹Proteus具有智能原理布圖、混合電路仿真與精確分析、單片機(jī)軟件調(diào)試、單片機(jī)與外圍電路的協(xié)同仿真、PCB自動(dòng)布局與布線等全部的功能。3.2 Proteus的特點(diǎn)(1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真與SPICE電路仿真相結(jié)合(2)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真(3)提供軟件調(diào)試的功能(4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能(5)PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線14-163.3 Proteus原理圖繪制電路原理圖的設(shè)計(jì)方法和步驟:創(chuàng)建一個(gè)新的設(shè)計(jì)文件設(shè)置工作環(huán)境提取元器件在原理圖中放置元器件編輯元器件繪制原理圖建立網(wǎng)絡(luò)表對(duì)原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則檢測(cè)存盤(pán)及輸出報(bào)表。3.4 Proteus VSM仿真與分析原理圖輸入建立源代碼文件(
26、選擇代碼生成工具,建立新的源代碼文件,源文件命名)源代碼文件與單片機(jī)連接(源代碼編輯,源代碼匯編編譯,程序加載到CPU)交互式仿真(可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果,元器件引腳電平)。4 LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案4.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)基于80C51單片機(jī)的8×8 LED點(diǎn)陣顯示屏,實(shí)現(xiàn)“XINGTAI UNIVERSITY”字樣的滾動(dòng)顯示。4.2 整體電路對(duì)于整體電路,因?yàn)?0C51單片機(jī)P0口設(shè)計(jì)成了開(kāi)漏極的結(jié)構(gòu),所以需要在P0口加上拉電阻。4.3 硬件部分4.3.1 80C51單片機(jī)引腳功能80C51系列中,用CHMOS工藝制造的單片機(jī)都采用雙列直插式DIP40腳封裝引腳信號(hào)完全相同,其
27、引腳圖如圖4-2所示。各引腳功能簡(jiǎn)述如下:(1)電源及時(shí)鐘引腳(4個(gè)) ·VCC,電源引腳;·VSS,接地引腳。·XTAL1,內(nèi)部振蕩電路反相放大器輸入端,是外接晶振的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí),此引腳接地。圖4-1 整體電路圖4-2 80C51單片機(jī)引腳圖·XTAL2,內(nèi)部振蕩器的反相放大器輸出端,是外接晶振的另一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí),此引腳接外部振蕩源。(2)控制線引腳(4個(gè))·/VPP,內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇引腳/片內(nèi)EPROM(或FlashROM)編程電壓輸入引腳。當(dāng) 為低電平時(shí),訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ);當(dāng) 為高電平時(shí),訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器
28、(PC值小于4K)。·RST/VPD,復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳。振蕩器工作時(shí),該引腳上持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期的高電平可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。此引腳還可接上備用電源。在VCC掉電期間,由VPD向內(nèi)部RAM提供電源,以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ·ALE/,地址鎖存允許的信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳。正常運(yùn)行時(shí),允許地址鎖存地址的低字節(jié)到外部鎖存器鎖存。ALE引腳定期在恒定頻率(振蕩器頻率的1 / 6)周期性的發(fā)出了一個(gè)正脈沖信號(hào)。因此,它可用于對(duì)外輸出的時(shí)鐘信號(hào)或者是用作定時(shí)。但是請(qǐng)注意,一個(gè)ALE脈沖每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)。(3)并行I/O引腳(32個(gè),分成4個(gè)8位口)
29、 ·,外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出引腳。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)期間,在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。·P0.0P0.7,一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)或低位的地址總線復(fù)用引腳。在外部存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作,先用作地址總線,在ALE的信號(hào)處于下降沿,地址被鎖存;即用作為數(shù)據(jù)總線。它也可以用于雙向輸入/輸出口。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。·P1.0P1.7,一般I/O口引腳。·P2.0P2.7,一般I/O口引腳或高位的地址總線引腳。·P3.0P3.7,一般I/O口引腳或第二功能引腳:P3.0RXD,串行口的輸入端;P3.1TXD,串行口的輸出端;P
30、3.2,外部中斷0中斷請(qǐng)求輸入端;P3.3,外部中斷1中斷請(qǐng)求輸入端;P3.4T0,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端;P3.5T1,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端;P3.6,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào);P3.7,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)1。4.3.2 復(fù)位電路圖4-3 復(fù)位電路當(dāng)80C51的RST引腳加高電平復(fù)位信號(hào)(保持2個(gè)以上機(jī)器周期)時(shí),單片機(jī)內(nèi)部就會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。當(dāng)復(fù)位信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí),單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行程序。在實(shí)際應(yīng)用中,復(fù)位操作有兩種基本形式,一種是上電復(fù)位,另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。如圖4-3所示為上電與復(fù)位均有效的復(fù)位。復(fù)位電路基本功能:系統(tǒng)上電的時(shí)候提供復(fù)位信號(hào),到系統(tǒng)的功率穩(wěn)定性時(shí),
31、復(fù)位信號(hào)即撤銷。為了穩(wěn)定可靠,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過(guò)一定延時(shí)復(fù)位信號(hào)才會(huì)撤銷,也為了防止功率開(kāi)關(guān)或電源插頭分-有限引起的抖動(dòng)過(guò)程影響復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位在可靠的復(fù)位后,從地址0000H開(kāi)始執(zhí)行的應(yīng)用程序1,14。4.3.3 晶體振蕩電路圖4-4 晶體振蕩電路80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常由兩種方式產(chǎn)生。一是外部時(shí)鐘方式,二是內(nèi)部時(shí)鐘方式。圖4-4所示的為內(nèi)部時(shí)鐘方式。只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振即可。圖中,晶振X1與內(nèi)部電路相連就可以正常工作,電容器C1和C2的作用分別是穩(wěn)定頻率和快速起振,產(chǎn)生外接晶振標(biāo)定頻率的震蕩頻率,提供給單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序若用示波器測(cè)量晶振的兩腳,均可以看到正弦
32、波形。而在實(shí)際應(yīng)用中通常采用外接晶振的內(nèi)部時(shí)鐘方式,晶振頻率高一些可以提高指令的執(zhí)行速度,但相應(yīng)的功耗和噪聲也會(huì)隨之增加,在滿足系統(tǒng)功能的前提下,應(yīng)選擇低一些的晶振頻率。當(dāng)系統(tǒng)要與PC機(jī)通信時(shí),應(yīng)選擇11.0592MHz的晶振,這樣便于將比特率設(shè)定為標(biāo)稱值。4.3.4最小系統(tǒng)電路圖4-5 最小系統(tǒng)電路時(shí)鐘電路與復(fù)位電路一起便組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng),圖4-5即為80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖。4.4 軟件部分設(shè)計(jì)目標(biāo):“XINGTAI UNIVERSITY”的滾動(dòng)顯示。設(shè)計(jì)分析:重點(diǎn)是英文字母的點(diǎn)陣顯示代碼的形成。如圖4-6所示,假設(shè)顯示為英文字母“X”。 1 2 3 4 5 6 7 8 00
33、84 CC 30 30 CC 84 00圖4-6 “X”代碼形成原理圖因此,形成“X”的列代碼為00H,84H,CCH,30H,30H,CCH,84H,00H只要把這些代碼分別送到相應(yīng)的列線上面,即可實(shí)現(xiàn)“X”的顯示。同理,其他英文字母的顯示代碼可以由上可得。對(duì)于80C51單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣的滾動(dòng)顯示,其原理就是不斷地刷新一幅圖像,加上人眼的視覺(jué)暫留的現(xiàn)象,形成一個(gè)動(dòng)態(tài)滾動(dòng)的圖像。所以,其關(guān)鍵在于控制輸出每一幅LED點(diǎn)陣使之連貫而且無(wú)斷續(xù)。以上圖的網(wǎng)格圖像為例,有: 圖4-7 第一幅 圖4-8 第二幅 圖4-9 第三幅 圖4-10 第四幅依次類推。依據(jù)以上原理對(duì)每幅圖像進(jìn)行輸出控制。C語(yǔ)言源
34、程序如下:#include<reg52.h>unsigned char code word= 0x00,0x84,0xCC,0x30,0x30,0xCC,0x84,0x00,/X 0x00,0x00,0x84,0xFC,0x84,0x00,0x00,0x00,/I 0x00,0xFC,0x08,0x10,0x20,0xFC,0x00,0x00,/N 0x00,0x78,0xA4,0x64,0x24,0xE4,0x00,0x00,/G 0x00,0x04,0x04,0xFC,0x04,0x04,0x00,0x00,/T 0x00,0xF8,0x24,0x24,0x24,0xF8,0x
35、00,0x00,/A 0x00,0x00,0x84,0xFC,0x84,0x00,0x00,0x00,/I 0x00,0x7C,0x80,0x80,0x80,0x7C,0x00,0x00,/U 0x00,0xFC,0x08,0x10,0x20,0xFC,0x00,0x00,/N 0x00,0x00,0x84,0xFC,0x84,0x00,0x00,0x00,/I 0x00,0x3C,0x40,0x80,0x40,0x3C,0x00,0x00,/V 0x00,0xFC,0xA4,0xA4,0xA4,0x84,0x00,0x00,/E 0x00,0xFC,0x24,0x24,0xE4,0x98,0
36、x00,0x00,/R 0x00,0xB8,0xA4,0xA4,0xA4,0x48,0x00,0x00,/S 0x00,0x00,0x84,0xFC,0x84,0x00,0x00,0x00,/I 0x00,0x04,0x04,0xFC,0x04,0x04,0x00,0x00,/T 0x00,0x04,0x08,0xF0,0x08,0x04,0x00,0x00,/Y ; /=延時(shí)函數(shù)= /函數(shù)名稱:delay /功 能:延時(shí)m毫秒 /參 數(shù):m-延時(shí)時(shí)間 /返回值 :無(wú) /=void delay(unsigned int m) unsigned int i; while(m-) for(i=0;
37、i<120;i+); /=main 主函數(shù)= /函數(shù)名稱:main /功 能:主函數(shù) /參 數(shù):無(wú) /返回值 :無(wú) /=void main() unsigned i,j,k,m;while(1) for(i=0;i<80;i+) /循環(huán)幾次用于控制速度 for(m=0;m<136;m+) /需要掃描的字碼總數(shù)有一個(gè)開(kāi)始逐漸向后推 for(i=0;i<10;i+) /循環(huán)幾次用于控制速度 j=0; /由0排開(kāi)始掃描,即掃描排數(shù)初始化 for(k=m;k<8+m;k+)/8排點(diǎn)陣每排掃描的字碼07,18,29,310,411,512.由此形成滾動(dòng)效果 P2=1<<j;/需要掃描的排數(shù)07排 P0=wordk; /需要掃描的字碼,即為 word里的字碼 delay(3); /延時(shí)控制速度 j+; if(j>=8) /當(dāng)需要掃描的排數(shù)j排超過(guò)7,使j為0,從0排重新掃描 j=0; 4.5仿真效果仿真部分效果如下圖所示:圖4-11 仿真效果圖(1)圖4-12 仿真效果圖(2) 圖4-13 仿真效果圖(3)4.6 印刷電路板運(yùn)用Altium Designer軟件,根據(jù)圖4-1整體電路圖,將仿真電路原理圖制作成印刷電路板(PCB),并對(duì)電路板的元器件進(jìn)行布局、連線。如圖4-14所示。
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