基于单片机的led点阵显示课程设计31p

基于单片机的led点阵显示课程设计31p内容摘要：

设计 9 芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。 这也是今后以 80C51取代 8051为标准 MCU芯片的原因。 因为单片机芯片多数是采用 CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。 CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。 采用双极型半导体工艺的 TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大。 随着技术和工艺水平的提高， 又出现了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS工艺。 CHMOS和 HMOS工艺的结合。 目前生产的 CHMOS电路已达到 LSTTL的速度，传输延迟时间小于 2ns，它的综合优势已在于 TTL电路。 因而，在单片机领域 CMOS正在逐渐取代 TTL电路。 低功耗化 单片机的功耗已从 Ma级，甚至 1uA以下；使用电压在 3~6V之间，完全适应电池工作。 低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 低电压化 几乎所有的单片机都有 WAIT、 STOP等省电运行方式。 允许使用的电压范围越来越宽，一般在 3~6V范围内工作。 低电压供电的单片机电源下限已可达 1~2V。 目前 电的单片机已经问世。 低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。 大容量化 以往单片机内的 ROM为 1KB~4KB， RAM为 64~128B。 但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。 为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。 目前，单片机内 ROM最大可达 64KB， RAM最大为 2KB。 高性能化主要是指进一步改进 CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。 采用精简指令集（ RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。 现指令速度最高者已达 100MIPS（ Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。 这类单片机的运算速度比标准的单片机高出 10 倍以上。 由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其 I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。 小容量、低价格化 与上述相反，以 4位、 8位 机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。 这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。 外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。 随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。 除了一般必须具有的 CPU、 ROM、 RAM、定时器 /计数器等以外，片内集成的部件还有模 /数转换器、 DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。 单片机课程设计 10 串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用 的主流结构。 随着低价位 OTP（ One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机 “ 单片 ” 应用结构的发展。 特别是 I C、SPI等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。 在单片机家族中， 80C51系列是其中的佼佼者，加之 Intel公司将其 MCS – 51系列中的 80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名 IC制造厂商，如 Philips、 NEC、Atmel、 AMD、华邦等，这些公司都在保持与 80C51单片机兼容的基础上改善了 80C51的许多特性。 这样， 80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为 80C51系列。 80C51单片机已成为单片机发展的主流。 专家认为，虽然世界上的 MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明， 80C51 可能最终形成事实上的标准 MCU芯片。 单片机课程设计 11 4 硬件设计 总体设计 图 31 显示屏电路框图 如图 31 所示，本产品拟采用以 AT89C51 单片机为 核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、电源、 74HC15 16 16 LED点阵 5部分组成。 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的 LED器件发 光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。 16ｘ 16 的点阵共有 256 个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，这个数字很庞大，因为我们仅仅是 16ｘ 16 的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。 因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。 动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套驱动器。 具体就 16ｘ 16的点阵来说，把所有同 1行的发光管的阳极连在一起，把所有同 1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第 2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第 16 行之后，又重新燃亮第 1行，反复轮回。 当这样轮回的速度足够快（每秒 24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。 采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。 显示数据通常存储在单片机的存储器中，按 8位一个字节的形 式顺序排放。 显示时要把一行中单片机课程设计 12 各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。 从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。 显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。 当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。 . 系统硬件选择 AT89C51 芯片、 LED、 74HC13阻排 、三极管 等 一些单片机外围应用电路 组成。 LED 驱动模块 采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的 LED 发光管的一端 (共阴或共 2 端 )， LED 发光管的另一脚 接通用 I/O 口，控制其亮灭。 该方法能驱动较多的 LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。 数据存储模块 采用串行 EEPROM（如 24C256等）存储 LED 显示屏要显示的信息。 串行 EEPROM技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统。 它克服了常用的 281 281 2864等并行 EEPROM 器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取措施，在上电、下电时常会丢失数据） 等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想的选择。 各部分电路 单片机课程设计 13 时钟电路 复位电路 数据存储电路设计 数据存储电路由串行 EEPROM 24C256组成。 24C256是 美国 CATALYST 公司出品的一个 1256K位的支持 I2C总线数据传送协议的串行 CMOS E2PROM， 可用电擦除 ， 可编程自定时写周期 （ 包括自动擦除时间不超过 10ms 典型时间为 5ms） 的串行 E2PROM。 该芯片有 两种写入方式 ， 一种是字 节写入方式 ， 还有另一种页写入方式。 允许在一个写周期内同时对 1个字节到一页的若干字节的编程写入。 24C256的引脚排列及引脚功能描述如图 321和表321 图 321 24C256 的引脚排列图 表 321引脚功能描述 该存储电路仅由芯片 24C256组成， SCL为 串行时钟引脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。 SDA为 串行数据 /地址，这是一个双向传输端，用于传送地址和所有数据的发送单片机课程设计 14 或接收。 当 LED显示屏控制系统工作时，单片机 89C51通过读 SDA和 SCL脚读取 24C256中的内容，并 将其显示于 LED显示屏上。 也可以通过上位机（ PC机）将编辑好的数据内容下载到 24C256芯片内 74LS138简介 系统总体电路图 单片机课程设计 15 5 常用软件基础知识 KEIL软件使用方法 如何安装与启动 KEIL软件我就不说了，这个软件的功能有三个：编辑程序源代码，编译源程序为目标文件（目标文件就是翻译过来的机器码），软件仿真运行结果。 使用 Keil 软件建立一个工程 Keil 是目前进行 51 单片机开发最常用的编译软件。 关于 Keil 的使用，有很多的资料介绍，这里只介绍其整个编译过程，在最短时间内开始使用 Easy 51DP2开发板。 对于 Keil更详细的介绍，可以参考一些专门书籍资料。 在 Keil里，每一个完整的程序，都是以一个工程的形式建立的。 一个工程里可以有一个或多个 *.c 文件和 *.h 文件，但只可以有一个main()函数。 一般的做法是将包含 main()函数的 C文件加入到工程中，其他文件以 include头文件的形式加到这个 C文件里。 这样，在编译的时候，其他的文件会被自动的导入到工程里来。 打开 Keil软件后，出现（图 ）所示界面。 当然，如果 Keil在上次关闭时有打开的工程，再一次打开时它会自动加载上一次的工程文件。 图 Keil软件主界面 首先点击 ProjectNew Project„ （ ProjectOpen Project„ 为打开一个已经存在的工程），如图。 单片机课程设计 16 图 Keil 软件打开新工程界面 点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击“保存”后，出现（如图 ）界面。 在此界面上选择电路板上所用的单片机型号： Atmel AT89S51（或者是 AT89S52，视开发板上具体型号而定） ，单击“确定”。 图 选择电路板上所用的单片机型号 设置完成后，软件会提示“是否将 8051上电初始化程序添加入工程。 ”如图 ，这个一般选择“否”。 （关于 ） 图 是否将 8051 上电初始化程序添加入工程 这样，就建立了一个空的 51工程。 单片机课程设计 17 接下来的事，就是在这个工程里面加入自己的程序代码。 点击 ，或者 FileNew，便建立了一个空的文本框。 现在，就可以开始在里面输入你的代码了。 保存时注意：如果是用 C语言写的。