点阵式LED09数字显示.docx
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点阵式LED09数字显示
点阵式LED“0~9”数字显示
摘要:
简要介绍51单片机的主要性能、内部结构及其各引脚功能,概述其应用原理。
MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品,与MCS-48单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条,MCS-51单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品。
简述点阵式LED工作原理、内部结构及其应用,并通过89C51单片机和点阵式LED进行显示“0~9”的设计。
关键字:
51单片机点阵式LED“0~9”数字显示
Abstract:
Brieflythemainpropertiesof51singlechip,theinternalstructureandfunctionofeachpin,anoverviewoftheapplicationprinciple.MCS-51microcontrollerisaU.S.INTELcompanylaunchedproductsin1980,comparedwiththeMCS-48microcontroller,anditsstructureismoreadvancedandmorepowerful,basedontheincreaseintheoriginalcircuitunitsandmoreinstructions,instructionsupto111,MCS-51microcontrollerproductscanbequitesuccessful,untilnow,MCS-51seriesorcompatiblemicrocomputerapplicationisstillthemainstreamproduct.DotMatrixLEDbrieflytheworkingprincipleoftheinternalstructureanditsapplications,andby89C51AndDotMatrixLEDtodisplay"09"design.
Keyword:
51MicrocontrollerDotMatrixLED"0~9"digitaldisplay
1.51单片机------------------------------------------------------------------------------------------4
1.151单片机简介-----------------------------------------------------------------------------4
1.289C51单片机的封装及引脚功能----------------------------------------------5
1.389C51单片机的内部结构----------------------------------------------------------7
2.LED点阵-------------------------------------------------------------------------------------------9
2.18X8LED点阵结构图-----------------------------------------------------------------9
2.2相关知识------------------------------------------------------------------------------------10
2.38X8LED工作原理--------------------------------------------------------------------11
3.电路设计------------------------------------------------------------------------------------------11
3.1电路原理图---------------------------------------------------------------------------------11
3.2点阵与单片机的连接----------------------------------------------------------------12
4.程序设计-----------------------------------------------------------------------------------------12
4.1数字“0~9”点阵显示代码的形成----------------------------------------------12
4.2程序代码------------------------------------------------------------------------------------16
5.电路PCB图及其3D图--------------------------------------------------------------18
6.总结--------------------------------------------------------------------------------------------------20
7.参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------20
一、51单片机
1.151单片机简介
MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品,MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品,其主要功能如下:
·8位CPU
·4kbytes程序存储器(ROM)
·128bytes的数据存储器(RAM)
·32条I/O口线
·111条指令,大部分为单字节指令
·21个专用寄存器
·2个可编程定时/计数器
·5个中断源,2个优先级
·一个全双工串行通信口
·外部数据存储器寻址空间为64kB
·外部程序存储器寻址空间为64kB
·逻辑操作位寻址功能
·双列直插40PinDIP封装
·单一+5V电源供电
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理,众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统,堪称为一代“名机”,为以后的其它单片机的发展奠定了基础。
正因为其优越的性能和完善的结构,导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构,有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机,象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品,就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明,二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。
近年来C51获得了飞速的发展,C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机,而由其它厂商将其发展,最典型的是PHILIPS和ATML公司,PHILIPS公司主要是改善其性能,在原来的基础上发展了高速I/O口,A/D转换器,PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能,并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。
1.289C51单片机的封装及引脚
各引脚功能分别如下:
1.VCC(40):
电源+5V。
正常操作、空闲、掉电状态的供电。
2.VSS(20):
接地,也就是GND。
3.XTL1(19)和XTL2(18):
振荡电路。
XTL1是谐振器端口1,时钟振荡器反相放大器输入端;XTL2是谐振端口2,时钟振荡器反相放大器输出端。
单片机是一种时序电路,必须有脉冲信号才能工作,在它的内部有一个时钟产生电路,有两种振荡方式,一种是内部振荡方式,只要接上两个电容和一个晶振即可;另一种是外部振荡方式,采用外部振荡方式时,需在XTL2上加外部时钟信号。
4.PSEN(29):
片外ROM选通信号,使用外部程序存储器时,作为外程序存储器的取指控制端面,低电平有效。
5.ALE/PROG(30):
地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。
访问外部存储器时,提供P0口作为低8位地址的锁存信号,编程写入时,作为编程脉冲输入端,正常操作时,输出时钟振荡器的6分频频率信号。
6.RST/VPD(9):
复位信号输入端/备用电源输入端。
高电平有效复位,在复位端上保持两个机器周期的高电平即可完成操作。
7.EA/VPP(31):
内/外部ROM选择端。
EA=0时选择访问外部程序存储器,编程写入时输入编程电压VPP。
8.P0口(39-32):
双向I/O口。
(I/O就是英文IN/OUT的缩写)
9.P1口(1-8):
准双向通用I/0口。
10.P2口(21-28):
准双向I/0口。
11.P3口(10-17):
多用途口。
其为带内部上拉电阻的准双向口,具有复用功能,除作普通I/0口外,还可作以下用途:
RXD:
UART的串行输入口,移位寄存器方式的数据端。
TXD:
UART的串行输出口,移位寄存器方式的时钟端面。
INTO:
外部中断0输入口。
INT1:
外部中断1输入口。
TO:
计时器/计数器0输入口。
T1:
计时器/计数器1输入口。
WR:
片外RAM“写”控制信号。
RD:
片外RAM“读”控制信号。
1.389C51单片机的内部结构。
其主要由以下部分组成:
CPU、RAM、ROM、四个并行I/O口、1个串行口、2个16位定时器/计数器、中断系统、特殊功能寄存器。
CPU的工作原理
构建CPU的基石是晶体管,可以看成是微型电子开关,代表两种状态:
ON(开)和OFF(关)。
这一开一关两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应。
CPU由控制单元、运算单元、寄存器单元和时钟等组成。
运算单元是计算机对数据进行加工处理的中心,它主要由算术逻辑部件(ALU:
ArithmeticandLogicUnit)、寄存器组和状态寄存器组成。
CPU工作流程
指令指示器指向内存中存放指令的地方。
取指器在那里取出指令,并把它交给解码器。
解码器解释指令。
然后,ALU执行指令所要求的操作,它对数据进行加、减运算,或者其它的一些处理。
在CPU解释并执行完一条指令后,控制器会告诉取指器在内存中取出下一条指令。
这个过程一直持续着,一条指令接一条指令,以令人眼花的速度运行。
为了使一切都按时发生,各组成部分还需要一个时钟发生器。
时钟发生器是用来调节CPU的每一个动作的。
像节拍器一样,它发出调整CPU步伐的脉冲。
图中一些重要的寄存器:
PSW是标志寄存器或程序状态字,其中存放着各种标志位,比如溢出标志、进位标志等。
PC是程序计数器,存放着下一条将要执行的指令的地址(16位),可寻址64KB地址空间。
复位后的值是0000H。
CPU每读取一个字节的指令内容,PC即自动加一,不能在程序中直接读或修改PC的内容。
IR是指令寄存器,ID是指令译码器。
DPTR是数据指针,16位地址寄存器,可以寻址64KB地址空间。
ACC是累加器,常用A表示,在运算器做运算时其中一个数一定是在ACC中,所有的运算类指令都离不开它。
B是乘除运算寄存器,在做乘、除法时放乘数或除数。
SP是堆栈指针。
单片机的RAM中有一个区域是堆栈区,存放数据的规则是“先进后出,后进先出”。
用堆栈来存放数据的原因是在运算时可以简化操作。
二、LED点阵
2.18X8LED点阵结构图
其焊接面引脚为:
2.2相关知识
(1)LED点阵
八十年代以来出现了组合型IED点阵显示器,以发光二极管为像素,它用高亮度发光二极管芯阵列组合后,环氧树脂和塑模封装而成。
具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。
点阵显示器有单色和双色两类,可显示红,黄,绿,橙等。
LED点阵有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、40×40等多种;根据像素的数目分为等,双基色、三基色等,根据像素颜色的不同所显示的文字、图象等内容的颜色也不同,单基色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色,双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定,如红绿都亮时可显示黄色,如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间,则可实现256或更高级灰度显示,即可实现真彩色显示。
(2)LED点阵扫描驱动方案:
由LED点阵显示器的内部结构可知,器件宜采用动态扫描驱动方式工作,由于LED管芯大多为高亮度型,因此某行或某列的单体LED驱动电流可选用窄脉冲,但其平均电流应限制在20mA内.多数点阵显示器的单体LED的正向压降约在2V左右.但大亮点∮10的点阵显示器单体LED的正向压降约为6V。
大屏幕显示系统一般是将由多个LED点阵组成的小模块以搭积木的方式组合而成的,每一个小模块都有自己的独立的控制系统,组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模块的命令和数据即可,这种方法既简单而且具有易展、易维修的特点。
(3)LED点阵显示系统中各模块的显示方式:
有静态和动态显示两种。
静态显示原理简单、控制方便,但硬件接线复杂,在实际应用中一般采用动态显示方式,动态显示采用扫描的方式工作,由峰值较大的窄脉冲驱动,从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通,同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号,反复循环以上操作,就可显示各种图形或文字信息。
LED点阵显示器单块使用时,既可代替数码管显示数字,也可显示各种中西文字及符号.如5x7点阵显示器用于显示西文字母.5×8点阵显示器用于显示中西文,8x8点阵用于显示中文文字,也可用于图形显示。
用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器,但这类实用装置常通过微机或单片机控制驱动。
2.38X8LED工作原理
从上图中可以看出,8X8点阵共需要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,当对应的某一列置1电平,某一行置0电平,则相应的二极管就亮;因此要实现一根柱形的亮法,对应的一列为一根竖柱,或者对应的一行为一根横柱,因此实现柱的亮的方法如下所述:
一根竖柱:
对应的列置1,而行则采用扫描的方法来实现。
一根横柱:
对应的行置0,而列则采用扫描的方法来实现。
三、电路设计
3.1电路原理图
3.2点阵与单片机的连接
(1).把“单片机系统”区域中的P1端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“DR1-DR8”端口上;
(2).把“单片机系统”区域中的P3端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“DC1-DC8”端口上;
四、程序设计
4.1数字“0-9”点阵显示代码的形成
如下图所示,假设显示数字“0”
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00003E4141413E00
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
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其显示代码为 00H,00H,00H,00H,21H,7FH,01H,00H
数字“2”代码建立如下图所示
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00H,00H,27H,45H,45H,45H,39H,00H
数字“3”代码建立如下图所示
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00H,00H,22H,49H,49H,49H,36H,00H
数字“4”代码建立如下图所示
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00H,00H,0CH,14H,24H,7FH,04H,00H
数字“5”代码建立如下图所示
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00H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H
数字“6”代码建立如下图所示
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00H,00H,3EH,49H,49H,49H,26H,00H
数字“7”代码建立如下图所示
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00H,00H,40H,40H,40H,4FH,70H,00H
数字“8”代码建立如下图所示
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00H,00H,36H,49H,49H,49H,36H,00H
数字“9”代码建立如下图所示
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00H,00H,32H,49H,49H,49H,3EH,00H
4.2程序代码
汇编源程序
TIMEQU30H
CNTAEQU31H
CNTBEQU32H
ORG00H
LJMPSTART
ORG0BH
LJMPT0X
ORG30H
START:
MOVTIM,#00H
MOVCNTA,#00H
MOVCNTB,#00H
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#(65536-4000)/256
MOVTL0,#(65536-4000)MOD256
SETBTR0
SETBET0
SETBEA
SJMP$
T0X:
MOVTH0,#(65536-4000)/256
MOVTL0,#(65536-4000)MOD256
MOVDPTR,#TAB
MOVA,CNTA
MOVCA,@A+DPTR
MOVP3,A
MOVDPTR,#DIGIT
MOVA,CNTB
MOVB,#8
MULAB
ADDA,CNTA
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
INCCNTA
MOVA,CNTA
CJNE
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