基于单片机的LED点阵汉字显示.docx

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基于单片机的LED点阵汉字显示

理工大学

《单片机应用与仿真训练》设计报告

题目：

LED点阵显示屏设计

姓名：

吴2

宋发旺8

专业班级：

电信08-3班

指导老师：

高如新、珊

所在学院：

电气工程与自动化学院

2011年11月26日

摘要

此次设计是基于AT89S52的16×16LED点阵显示，要求分时切换显示“理工学电气学院”。

此次设计应用Proteus设计硬件电路原理图并进行仿真调试，实现了在计算机中完成电路原理图设计、电路分析与仿真及系统测试。

由于Proteus元件库中没有AT89S52，本次仿真用AT89C51单片机作为主控制器，来实现对16×16LED点阵汉字的分时切换显示。

软件采用C51，由KeiluVision3来编写。

此次设计所需硬件有：

AT89S52单片机一个、3线-8线译码器74HC138芯片一片、数据传送器74HC574芯片四片、MATRIX-8X8-RED芯片四片、按键五个以及晶振等。

此次设计利用四片MATRIX-8X8-RED芯片构成16×16LED点阵，一片3线-8线译码器74HC138芯片同时作为四片MATRIX-8X8-RED芯片的行扫描，四片数据传送器74HC574芯片分别作为四片MATRIX-8X8-RED芯片的列扫描，来驱动四片MATRIX-8X8-RED芯片分时切换显示“理工学电气学院”。

此次设计有五个按键，一个复位按键，四个功能键，分别为暂停、下一个、上一个和黑屏。

1概述

1.1LED电子显示屏

近年来，LED显示屏由于具有亮度高，寿命长，功耗小，性能稳定，驱动简单以及可视距离远等优点，已经成为新一代的信息传播媒体工具。

目前，LED显示屏应用十分广泛，如证券交易显示、金融信息显示、体育场馆显示比赛信息、广告，城市广场群显示、道路交通信息显示等领域。

显示汉字信息时，一般需要多个LED点阵显示组合，最常见的组合方式有8x8，16×16，32×16等。

由于显示屏的显示信息有限，当显示信息较多时，一般需要进行分批显示或者滚动显示，显示方式有静态显示和动态显示两种。

点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。

将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。

以8×8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。

图1中,水平线Y0、Y1……Y7叫做行线，接部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。

相邻两行线间绝缘。

同样，竖直线X0、X1……X7叫做列线，接部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。

在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。

则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。

比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。

再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。

图表1.1LED点阵原理图

1.2Proteus

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译。

Proteus具有丰富的器件库：

超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：

通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：

自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：

使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：

通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

Protues提供了丰富的仿真资源。

仿真元器件资源：

仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

仿真仪表资源：

示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

除了现实存在的仪器外，Protues还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

Protues还提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

1.3AT89S52

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

其引脚图如下：

图表1.2AT89S52引脚图

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0不具有部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P2口：

P2口是一个具有部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVXRI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP：

外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

XTAL1：

振荡器反相放大器和部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

2系统总体方案及硬件设计

2.1系统总体方案及功能

此次设计利用四片MATRIX-8X8-RED芯片构成16×16LED点阵，一片3线-8线译码器74HC138芯片同时作为四片MATRIX-8X8-RED芯片的行扫描，四片数据传送器74HC574芯片分别作为四片MATRIX-8X8-RED芯片的列扫描，来驱动四片MATRIX-8X8-RED芯片分时切换显示“理工学电气学院”。

方框图如下：

图表2.1硬件工作框图

设置的按键功能：

按键1：

复位

按键2：

显示下一个汉字

按键3：

显示上一个汉字

按键4：

黑屏

按键5：

暂停

2.2硬件设计

时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率，如下图：

图表2.2振荡电路

AT89C52单片机芯片部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，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。

晶振频率选择12MHz，C1、成的电容值取22PF,电容的大小频率起微调的作用。

复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成，用来产生复位信号，使单片机上电的时候复位。

如下图：

图表2.3复位电路

单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位时单片机复位。

在有时碰到干扰时会造成错误复位，但是大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起部某些寄存器错误复位，在复位端加一个去耦电容，则会得到很好的效果。

显示电路由四片MATRIX-8X8-RED芯片构成的16×16LED点阵、四片数据传送器74HC574芯片和一片3线-8线译码器74HC138芯片组成。

用来分时切换显示汉字。

如下图：

图