基于usb转串口通信的51单片机点阵显示系统

基于usb转串口通信的51单片机点阵显示系统内容摘要：

当数 Intel公司的 MCS— 51系列。 MCS— 51 系列是在 MCS— 48 系列的基础上于 80 年代发展起来的，虽然它仍然是 8 位单片机，但其功能较 MCS— 48 有很大的增强。 此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资源丰富的特点，因此应用较为广泛，成为继 MCS— 48 之后最重要的单片机品种。 直到现在， MCS— 51仍不失为一种单片机是主流芯片。 在 8位单片机之后， 16 位的单片机也有很大 的发展。 例如， 1983 年 Intel 公司的MCS— 96 系列单片机就是其中的典型代表。 与 MCS— 51 相比， MCS— 96 不但字长增加了一倍，而且还具有 4路或 8路的 10 位的 A/D 转换功能。 此外，在其他性能方面也有一定的提高。 在单片机的基础上发展起来的嵌入式系统已成功进入商业市场。 嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软，硬件可裁减，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗等严格要求的专用计算机系统。 1981 年， Ready Systen 开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核，这个实时内核包含了许多传 统操作系统的特征，包括任务间通信，同步与相互排斥，中断支持，内存管理等功能。 此后一些公司也纷纷推出了自己的嵌入式操作系统，这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应时间短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁减性。 可扩充性和可移植性，可移植到各种处理器上，较强的实时性和可靠性。 适合嵌入式应用。 如今，实时内核逐渐发展为多任务操作系统，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。 2 嵌入式系统由软件和硬件两大部分组成。 从硬件方面来讲。 嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。 据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过 1000 多种，其中 8051 体系占大多数。 嵌入式系统的软件一般由嵌入式操作系统和应用软件组成。 操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序。 操作系统有两个基本功能：使计算机硬件便于使用，高效组织和正确使用计算机系统。 如今，嵌入式系统主要应用于工业控制，交通管理，信息家电，家庭智能管理系统，POS 网络及电子商务，环境监测，机器人等领域。 单片机具有以下特点： 1）小巧灵活，成本低，易于产品化。 它能方便的组合成各种智能化的控制设备及各种智能仪器与仪表。 2） 面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的价格性能比。 3）抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠性工作，这是其它机种无法比拟的。 4）可以很方便的实现多机和分布控制。 使整个控制系统的效率和可靠性大幅度提高。 单片机具有体积小、功耗低，价格便宜等优点，近年来还还开发了一些以单片机母片为核（如 80C51），在 片中嵌入更多功能的专用型单片机（或者叫专用微控制器），因此单片机在计算机控制领域中应用越来越广泛。 STC89C51 是 STC51 系列单片机的一个产品。 STC51 系列单片机是 深圳宏晶 公司推出的通用型 51 单片机，在本设计中我选用的是 STC89C52。 单片机编程概述 本设计采用的是 C语言编程，所以下面我对 C 语言及其特点做一些简介。 C语言是由 B语言基础上发展起来的高级语言 ，属于一种面向过程的编程语言。 在单片机的编程发展史上看，由最初的可读性差、编程难度大的机器语言发展到 ，相对可读性较强、编程难度稍小的汇编语言，再由汇编语言发展到可读性及可移植性皆强的 C 语言。 与机器语言、汇编语言比起来， C 语言有这么几个特点： （ 1）、语言简介、紧凑，使用方便、灵活。 C 语言一共只有 32个关键字， 9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示，压缩了一切不必要的成分。 （ 2）、运算符丰富。 C 的运算符包含的范围很广泛，共有 34 种运算符。 C 把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理，从而使 C的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。 （ 3）、数据结构丰富，具有现代化语言的各种数据结构。 C 的数据类型有整型、实型、字符型、数组类型、指针类型等。 能用来实现各种复杂的数据结构的运算。 （ 4）、具有结构化的控制 语句，用函数作为程序的模块单位，便于实现程序的模块化。 （ 5）、语法限制不太 严格，程序设计自由度大。 3 LED 点阵数据显示屏概述 LED的简介及点阵的概述 LED 是英文 light emitting diode（发光二极管）的缩写，发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片，在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个过度层 pn结，注入的少数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。 LED 在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。 LED 具有效率高、光线质量高、能耗小、寿命长等特点，主要可用于平面显示领域 、便携设备显示屏、照明以及红外线 LED领域等下游应用产品市场。 与传统的照明工具相比， LED 照明产品，尤其是氮化镓基（ GaN）白光 LED 照明光源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越 性。 LED 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 44 、 48 、 57 、 58 、 8 1616 、 2424 、 4040 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。 图 15 示出几种 LED 点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。 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 5 x 7 点阵显示器用于显示西文字母． 58 点阵显示器用于显示中西文， 8 x 8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。 LED点阵数据显示屏的前景和发展 LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子﹑光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。 它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、 使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 LED 点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示屏系统。 它以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点而成 为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择。 同时也可广泛应用到军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业。 目前大多数的 LED 点阵显示系统自带字库。 其显示和动态效果（主要是显示内容的滚动）的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方 便，但显示只能按照预先 的设计进行。 而实际上经常会遇到一些特殊要求的动态显示，比如电梯运行中指示箭头的上下移动、某些智能仪表幅值的条形显示、广告中厂家的商标显示等。 这时 一般的显示系统就很难达到要求。 另外，由于受到存储器本身的局限，其特殊字符或图案也往往 4 难以显示，同时显示内容也不能随意更改。 本文提出一种利用 PC 机 和单片机控制的LED 显示系统通讯方法。 该方法可以对显示内容（包括汉字和特殊图符）进行实时控制，从而实现诸如闪动、滚动、打字等多种动态显示效果。 该 方法同时还可以调节动态显示的速度，同时用户也可以在 PC 机上进行显示效果的预览，显示内容亦可以即时修改。 另外，通过标准的 RS232／ 485 转换模块还可以实现对显示系统的远程控制。 在我国改革开放之后，特别是进入 90 年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈， LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在 LED 显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。 二 、 硬件介绍 LED 点阵数码显示屏是由 4 个 8X8 的 LED1588 点阵块组成，以 STC89C52 单片机为控制 核心。 显示屏的其他主要硬件有：（ 1） 4 线 16 线译码器 74LS154，作为 LED 的列线扫描输入；（ 2） 晶振一个，作为单片机的时钟信号；（ 3） USB 转串口 转换器 PL2303；（ 4） I2C协议储存模块 AT24C512 作为字模数据储存。 STC89C52 单片机 STC89C52 是深圳宏晶公司 51 系列单片机中最基本的产品， 它采用可靠的 CHMOS 工艺技术制造的高性能 8位单片机，属于标准的 MCU 的 HCMOS 产品。 它结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，它继承和扩展了 MCS48 单片机的体系结构和指令系统。 STC89C52 内置中央处理单元、 128 字节内部数据存储器 RAM、 32 个双向输入 /输出 (I/O)口、 2 个 16 位定时 /计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。 此外， STC89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。 在空闲模式下冻结 CPU 而 RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。 掉电模式下，保存 RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。 STC89C52 有 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种 封装形式。  主 要功能特性 标准 MCS51 内核和指令系统 4kB 内部 ROM（外部可扩展至 64kB） 32 个可编程双向 I/O 口 128x8bit 内部 RAM(可扩充 64kB 外部存储器 ) 2 个 16 位可编程定时 /计数器 时钟频率 016MHz 5 个中断源 工作电压 可编程全双工串行通信口 布尔处理器 2 层优先级中断结构 电源空闲和掉电模式 快速脉冲编程 2 层程序加密位 PDIP 和 PLCC 封装形式 兼容 TTL 和 CMOS 逻辑电平 5 STC89C52 单片机的内部结构 STC89C52单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、定时 /计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器： 中央处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器 (RAM)： STC89C52 内部有 128个 8位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 程序存储器 (ROM)： STC89C52共有 8192 个 8位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时 /计数器 (ROM)： STC89C52 有 三 个 16 位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出 (I/O)口： STC89C52共有 4 组 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口： STC89C52 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统： STC89C52具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。 时钟电路： STC89C52 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton)结构。 INTEL 的 MCS51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS96系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是 MCU51 系列单片机的内部结构示意图。 6 引脚说明 MCU51系列单片机中的 803 805 8751 及 89S51 均采用 40Pin 封装的双列直接DIP 结构，右图是它们的引脚配置， 40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32个 I/O 口，中断口线与 P3口线复用。 现在我们对这些引脚的功能加以说明： Pin20: 接地脚。 Pin40: 正电源脚，正常工作或对片内 EPROM 烧写程序时，接 +5V 电源。 Pin19: 时钟 XTAL1 脚，片内振荡电路的输入端。 Pin18: 时钟 XTAL2 脚，片内振荡电路的输出端。 STC89C52的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在 18 和 19 脚外接石英晶体 (212MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取 10p30p。 另外一种是外部时钟方式，即将 XTAL1 接地，外部时钟信号从 XTAL2 脚输入。 输入输出 (I/O)引脚： Pin39Pin32 为 输入输出脚， Pin1Pin8为 输入输出脚，Pin21Pin28 为 输入输出脚， Pin10Pin17 为 输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。 Pin9: RESET/V pd 复位信号复用脚，当 STC89C51通电，时钟电路开始工作，在 RESET引脚上出现 24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。 初始化后，程序计数器 PC指向 0000H， P0P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入 07H，其它专用寄存器被清 “0”。 RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。 Pin30: ALE/ 当访问外部程序器时， ALE(地址锁存 )的输出用于锁存地址的低位字节。 而访问内部程序存储器时， ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以 7 P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P35/WR16P36/RD17XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PROG30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。 更有一个特点，当访问外部程序存储器， ALE 会跳过一个脉冲。 如果单片机是 EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。 P。