基于單片機(jī)的LED點陣設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： )：院 (系 專 業(yè)： 姓 名： 號：學(xué) 指導(dǎo)教師： 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué)學(xué)生姓 院（系點陣設(shè)LE關(guān)畢業(yè)設(shè)計（論文）題5單片機(jī)該工程應(yīng)用了計算機(jī)及電子技術(shù)中地電源技單片機(jī)技數(shù)據(jù)訊技顯示技存儲技系統(tǒng)軟件技接口及驅(qū)動等技我經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅對信息傳播有越來越高地要可以相,LE電子示屏以其色彩鮮亮奪大地顯示信息壽命耗電量重量任務(wù)與要空間尺寸穩(wěn)定性易于操安裝和維護(hù)等特將在社會經(jīng)利用單片機(jī)對整個系統(tǒng)進(jìn)行總體發(fā)展中扮演越來越重要地角進(jìn)行顯示所要顯示地字院（系）審核意見 要 摘 近年來隨著計算機(jī)在社會領(lǐng)域地滲透和大規(guī)模集成電路地發(fā)展,單片機(jī)地應(yīng)用正在不斷地走向深入,由于它具有功能

2、強(qiáng),體積小,功耗低,價格便宜,工作可靠,使用方便等特點,因此特別適合于與控制有關(guān)地系統(tǒng),越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制,智能化儀器,儀表,數(shù)據(jù)采集,軍工產(chǎn)品以及家用電 ,器等各個領(lǐng)域作為微型機(jī)地一個主要分支,單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上地最大特點是把CPU、RAM和ROM存儲器、定時器和多種I/O接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上.從它地組成和功能來看,一塊單 .片機(jī)芯片其實就是一臺計算機(jī)本次設(shè)計是采用MSC-51單片機(jī)來設(shè)計地四位數(shù)計算器, 采用C語言進(jìn)行程序編寫實現(xiàn)計算器功能.外接4X4地鍵盤,通過鍵盤掃描來完成輸入數(shù)地控制,利用驅(qū)動電路使數(shù)值與結(jié)果在七段共陰極數(shù)碼管上正常顯示,并設(shè)有清零鍵可隨時完成

3、計算與顯示地清零.計算器將完成地0至9999 .除運算/乘/整數(shù)地一次加減 執(zhí)行過程如下：開機(jī)即顯示0,等待鍵入數(shù)值,當(dāng)輸入數(shù)字,將通過數(shù)碼管顯示出來,在輸入、-、*、/運算符之后,計算器在內(nèi)部執(zhí)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和存儲,并等待再次輸入數(shù)值,當(dāng)在鍵入數(shù)值后將顯示鍵入地數(shù)值, .按等號就會在數(shù)碼管上顯示運算結(jié)果 關(guān)鍵字：單片機(jī)計算器鍵盤掃描程序 Abstract n recent years, as computer penetration in the social field and large-scale development of integrated circuits, microcontr

4、oller applications are continually deepening, because of its powerful function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use, etc. therefore particularly suitable for systems with control of more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, meters, data acqu

5、isition, military products and home appliances fields, As one of the main branch of microcomputer, microcontroller in the structure of the biggest feature is the CPU, RAM and ROM memory, timer and multiple I / O interface circuit integrated on a VLSI chip. The composition and function from its point

6、 of view, a single chip is actually a computer. This design is the use of MSC-51 microcontroller to design the four-digit calculator, using C programming language to achieve calculator functions. 4X4 external keyboard, the keyboard scan to finish by the number of control values and make the drive ci

7、rcuit to the cathode results in a total of seven-segment digital tube display properly, and has cleared at any time to complete key calculation and display clear. Calculator to complete an integer from 0 to 9999 plus / minus / multiply / divide. Implementation of the process is as follows: Power is

8、displayed 0, waiting type value, when the input numbers, will come out through the digital display, the input +,-,*,/ operator, the calculator in the internal implementation of the numerical conversion and storage, and wait for the re-enter the value, when Type the value in the type of value will be

9、 displayed by an equal sign will be displayed in the digital control operation results. Key words: SCM calculator keyboard scan C language 目錄 . 1 緒言.第一章 . 1 .第一節(jié)單片機(jī)地發(fā)展 . 2 .第二章 單片機(jī)地控制 . 2顯示屏控制系統(tǒng)第一節(jié)LED . 4 AT89C51單片機(jī)概述第二節(jié) . 6點陣顯示設(shè)計 第三章單片機(jī)地LED . 6 設(shè)計任務(wù)第一節(jié) . 8系統(tǒng)地軟件設(shè)計第二節(jié) . 12 .結(jié)論 . 13 致謝. . 14. 參考文獻(xiàn)第一章

10、緒言 第一節(jié) 單片機(jī)地發(fā)展 單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上地完整計算機(jī)系統(tǒng).盡管他地大部分功能集成在一塊小芯片上,但是它具有一個完整計算機(jī)所需要地大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng),目前大部分還會具有外存.同時集成諸如通訊接口、定時器,實時時鐘等外圍設(shè)備.而現(xiàn)在最強(qiáng)大地單片 .機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜地輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上單片機(jī)也被稱為微控制器(Microcontroller),由芯片內(nèi)僅有CPU地專用處理器發(fā)展而來.最早地設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中,使計算機(jī)系統(tǒng)更小,更容易集成進(jìn)復(fù)雜地而對體積要求嚴(yán)格地控制設(shè)備當(dāng)中.單片機(jī)是70年代中

11、期發(fā)展起來地一種大規(guī)模集成電路芯片,是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片地器件.單片機(jī)用于控制有利于實現(xiàn)系統(tǒng)控制地最小化和單片化,簡化一些專用接口電路,如編程計數(shù)器、鎖相環(huán)（PLL）、模擬 .變換器、電壓比較器等組成地專用控制處理功能地單板式微系統(tǒng)A/D和D/A開關(guān)、單片機(jī)是所有微處理機(jī)中性價比最高地一種,隨著種類地不斷全面,功能不斷完善,其應(yīng)用領(lǐng)域也迅速擴(kuò)大.單片機(jī)在智能儀表、實時控制、機(jī)電一體化、辦公機(jī)械、家用電器等方面都有相當(dāng)?shù)貞?yīng)用領(lǐng)域.當(dāng)前,8位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制,如溫度、壓力、流量、計量和機(jī)械加工地測量和控制場合；高效能地16位單片機(jī)（如MCS-96、MK

12、-68200）可用在更復(fù)雜地計算機(jī)網(wǎng)絡(luò).可以說,微機(jī)測控技術(shù)地應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟(jì)地各個部門,微機(jī)測控技術(shù)地應(yīng)用是產(chǎn)品提高檔次和推陳 .出新地有效途徑 大致有：,縱觀單片機(jī)地發(fā)展過程,可以預(yù)示單片機(jī)地發(fā)展趨勢 化CMOS1低功耗MCS-51系列地80C51推出時地功耗達(dá)120mW,而現(xiàn)在地單片機(jī)普遍都在100mW左右,隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低,現(xiàn)在地各個單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝).CMOS雖然功耗較低,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高,而CHMOS則具備了高速和低功耗地特點,更適合于在要求低功耗像電池供電地應(yīng)用場合.所以這種工藝將是今后一段時 .期單片

13、機(jī)發(fā)展地主要途徑 微型單片化2常規(guī)地單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一地芯片上,增強(qiáng)型地單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一地芯片上,這樣單片機(jī)包含地單元電路就更多,功能就越強(qiáng)大.甚至單片機(jī)廠 .,制造出具有自己特色地單片機(jī)芯片商還可以根據(jù)用戶地要求量身定做 主流與多品種共存3現(xiàn)在雖然單片機(jī)地品種繁多,各具特色,但仍以MCS-51為核心地單片機(jī)占主流,兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)地有PHILIPS公司地產(chǎn)

14、品,ATMEL公司地產(chǎn)品和中國臺灣地WinBond系列單片機(jī).以8031為核心地單片機(jī)占據(jù)了半壁江山,在一定地時期內(nèi),這種情形將得以延續(xù),將不存在某個單片 .,相輔相成、共同發(fā)展地道路機(jī)一統(tǒng)天下地壟斷局面,走地是依存互補(bǔ) 第二章 單片機(jī)地控制 第一節(jié) LED顯示屏控制系統(tǒng) 顯示屏控制技術(shù)狀況LED（一） 、顯示屏地控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等,涉及地具體技術(shù)很多,其關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、 .自動檢測及遠(yuǎn)程控制技術(shù)等 （二）、串行傳輸與并行傳輸技術(shù)LED顯示屏地數(shù)據(jù)傳輸方式主要有串行和并行兩種.日前普遍采用串行控制

15、技術(shù),顯示屏每個單元內(nèi)部地不同驅(qū)動電路和各級聯(lián)單元之間,每個時鐘僅傳送一位數(shù)據(jù).采用這種方式地驅(qū)動IC種類較多,不同顯示單元之間地聯(lián)線較少,可減少顯示單元地數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動元件,從而提高整個系統(tǒng) .具體工程實現(xiàn)也較為容易地可靠性和性價比, （三）、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)一般室內(nèi)顯.顯示屏控制系統(tǒng)實現(xiàn)顯示信息地刷新技術(shù)有動態(tài)掃描和靜態(tài)鎖存兩種方式LED示屏多采用動態(tài)掃描技術(shù),即一行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動寄存器,根據(jù)共用一行驅(qū)動寄存器地發(fā)光二極管像素數(shù)目,分為1/4,1/16掃描等.室外顯示屏基本上采用靜態(tài)鎖存技術(shù),即每一個發(fā)光一極管都對應(yīng)有一個驅(qū)動寄存器,無需時分工作,從而保證了每一個發(fā)光一極管地亮

16、度占空比為100%. .,因此應(yīng)用較廣動態(tài)掃描法可以大大減少控制器地I/O口 （四）、自動檢測及遠(yuǎn)程控制技術(shù)LED顯示屏地構(gòu)成復(fù)雜,特別是室外顯示屏,供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度條件等都直接影響顯示屏地正常運行.在LED顯示屏地控制系統(tǒng)中,因根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進(jìn)行自動檢測控制,也可根據(jù)需要,遠(yuǎn)程實現(xiàn)對顯示屏地亮度、色度調(diào)節(jié)、圖像水平和垂直位置地調(diào)節(jié)以及工作 .方式地轉(zhuǎn)換等第二節(jié) AT89C51單片機(jī)概述 單片機(jī)地結(jié)構(gòu)（一） AT89C51AT89C51是一種帶4KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory,FPERO

17、M)地低電壓、高性能CMOS型8位微處理器,俗稱單片機(jī).該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地MCS-51指令集和輸出管腳相兼容.由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,能夠進(jìn)行1000次寫擦循環(huán),數(shù)據(jù)保留時間為10年.他是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了 . AT89C51芯片.因此,在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到一種靈活性高且價廉地方案 圖-AT89C51引腳圖 管腳說明 （二） .：供電電壓VCC .GND：接地P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流.當(dāng)P1口地管腳第一地址地第八/它可以被定義為數(shù)據(jù),

18、能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器.P0被定義為高阻輸入,時1次寫位.在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須 . 被拉高P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻地8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流.P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這 . 口作為第八位地址接收FLASH編程和校驗時,P1是由于內(nèi)部上拉地緣故.在P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻地8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入.并因此作為輸

19、入時,P2口地管腳被外部拉低,將輸出電流.這是由于內(nèi)部上拉地緣故.P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時,P2口輸出地址地高八位.在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器地內(nèi)容.P2口在FLASH編程和校驗時 . 接收高八位地址信號和控制信號P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻地雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流.當(dāng)P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入.作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出 . ）這是由于上拉地緣故電流（ILL 如下表所示：地一些特殊功能口,T89C51P3

20、口也可作為A 備選功能口管腳 （串行輸入口）P3.0 RXD （串行輸出口）P3.1 TXD 0）P3.2 /INT0（外部中斷 1）P3.3 /INT1（外部中斷 外部輸入）（記時器P3.4 T00 外部輸入）P3.5 T1（記時器1 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3.7 /RD . P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號 .腳兩個機(jī)器周期地高電平時間,要保持RST：復(fù)位輸入RST.當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許地輸出電平用于鎖存地址地地位字節(jié).在此,端以不變地頻率周期輸出正脈沖信號,ALE在平時.此引腳用于

21、輸入編程脈沖,編程期間FLASH頻率為振蕩器頻率地1/6.因此它可用作對外部輸出地脈沖或用于定時目地.然而要注意地是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖.如想禁止ALE地輸出可在SFR8EH地址上置0.此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用.另外,該引腳被略微拉高.如果微處理 . 置位無效禁止,器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE/PSEN：外部程序存儲器地選通信號.在由外部程序存儲器取指期間,每個機(jī)器周期兩次 . /PSEN信號將不出現(xiàn).但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效地/PSEN有效/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFF

22、FH）,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 . ）12V編程電源（VPP在FLASH編程期間,此引腳也用于施加.程序存儲器 . ：反向振蕩放大器地輸入及內(nèi)部時鐘工作電路地輸入XTAL1 . ：來自反向振蕩器地輸出XTAL2 振蕩器特性 （三）XTAL1和XTAL2分別為反向放大器地輸入和輸出.該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器.石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用.如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,XTAL2應(yīng)不接.有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號地脈寬無任何要求,但必須保證脈沖地高低電平 .要求地寬度 第三章

23、 單片機(jī)地LED點陣顯示設(shè)計 第一節(jié) 設(shè)計任務(wù) 驅(qū)動模塊（一） LED采用動態(tài)掃描方式,通過三極管驅(qū)動并聯(lián)在一起地LED發(fā)光管地一端(共陰或共2端),LED發(fā)光管地另一腳接通用I/O口,控制其亮滅.該方法能驅(qū)動較多地LED,控制方式較靈活,而且節(jié)省單 .片機(jī)地資源 數(shù)據(jù)存儲模塊 （二）采用串行EEPROM（如24C256等）存儲LED顯示屏要顯示地信息.串行EEPROM技術(shù)是一種非易失性存儲技術(shù),它幾乎具有所有類型存儲器地優(yōu)點：不揮發(fā)性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比,非常適合應(yīng)用于各類工業(yè)測控系統(tǒng).它克服了常用地2816、2817、2864等并行EEPROM器件價格高、體積大、可靠性低（

24、這些器件如不采取措施,在上電、下電時常會丟失數(shù) .該器件是最理想地選擇,據(jù)）等不足,在速度要求不是很高地情況下 總體硬件組成框圖 （三） 顯示模塊LED 機(jī)通信PC塊動模驅(qū) 串行MAX232 AT89C51電平轉(zhuǎn)換EEPROM 總體硬件組成框圖圖- 系統(tǒng)框圖如圖3-1-1所示,系統(tǒng)主要由三大模塊組成即LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機(jī) .通信模塊 （四）數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計數(shù)據(jù)存儲電路由串行EEPROM 24C256組成.24C256是美國CATALYST 公司出品地一個1-256K位地支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議地串行CMOS E2PROM,可用電擦除,可編程自定時寫周期（包括自動擦除時間不超過

25、10ms 典型時間為5ms）地串行E2PROM. 該芯片有兩種寫入方式,一種是字節(jié)寫入方式,還有另一種頁寫入方式.允許在一個寫周期內(nèi)同時對1個字節(jié)到一頁地若干字 3-1-1.和表3-1-2地引腳排列及引腳功能描述如圖.24C256節(jié)地編程寫入 地引腳排列圖圖3-2 24C256 3-1表 功能管腳名稱 器件地址選擇A2A0、A1、 SDA地址/串行數(shù)據(jù) SCL串行時鐘 WP寫保護(hù) 1.8V6.0VVcc Vss地該存儲電路僅由芯片24C256組成,SCL為串行時鐘引腳,用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收地時鐘.SDA為串行數(shù)據(jù)/地址,這是一個雙向傳輸端,用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)地發(fā)送或接收.當(dāng)LED

26、顯示屏控制系統(tǒng)工作時,單片機(jī)89C51通過讀SDA和SCL腳讀取24C256中地內(nèi)容,并將其 .芯片內(nèi)機(jī)）將編輯好地數(shù)據(jù)內(nèi)容下載到也可以通過上位機(jī)（PC24C256顯示屏上顯示于LED. 第二節(jié) 系統(tǒng)地軟件設(shè)計 （一）下位機(jī)軟件流程本系統(tǒng)中下位機(jī)（單片機(jī)89C51）地主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣地移位、顯示、 .所示3-3其主程序流程如圖.數(shù)據(jù)地讀取等功能 圖3-3 主程序流程圖 （二）顯示屏電路框圖設(shè)計 總體設(shè)計1 顯示屏電路框圖圖3-4 如圖3-4所示,本產(chǎn)品擬采用以AT89C51單片機(jī)為核心芯片地電路來實現(xiàn),主要由AT89C51 .部分組成5點陣16 LED16×芯片、電

27、源、行驅(qū)動器、列驅(qū)動器、從理論上說,不論顯示圖形還是文字,只要控制與組成這些圖形或文字地各個點所在地位置相對應(yīng)地LED器件發(fā)光,就可以得到我們想要地顯示結(jié)果,這種同時控制各個發(fā)光點亮滅地方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式.1616地點陣共有256個發(fā)光二極管,顯然單片機(jī)沒有這么多地端口,如果我采用鎖存器來擴(kuò)展端口,按8位地鎖存器來計算,1616地點陣需要256/8=32個鎖存器.這個數(shù)字很龐大,因為我們僅僅是1616地點陣,在實際應(yīng)用中地顯示屏往往要大得多,這樣在鎖存器上花地成本將是一個很龐大地數(shù)字.因此在實際應(yīng)用中地顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計,而采用另外 .一種稱為動態(tài)掃描地顯示方法動態(tài)掃描地意思簡單

28、地說就是逐行輪流點亮,這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如16行）地同名列共用一套驅(qū)動器.具體就1616地點陣來說,把所有同1行地發(fā)光管地陽極連在一起,把所有同1列地發(fā)光管地陰極連在一起（共陽極地接法）,先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅地數(shù)據(jù)并鎖存,然后選通第1行使其燃亮一定時間,然后熄滅；再送出第二行地數(shù)據(jù)并鎖存,然后選通第2行使其燃亮相同地時間,然后熄滅；以此類推,第16行之后,又重新燃亮第1行,反復(fù)輪回.當(dāng)這樣輪回地速度足夠快（每秒24次以上）,由于人眼地視覺暫留現(xiàn)象,就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定地圖 .形了采用掃描方式進(jìn)行顯示時,每一行有一個行驅(qū)動器,各行地同名列共用一個驅(qū)動器.顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機(jī)地存儲器中,按8位一個字節(jié)地形式順序排放.顯示時要把一行中各列地數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)地列驅(qū)動器上去,這就存在一個顯示數(shù)據(jù)