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1、单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计1第 1 章 概述DDB 图纸及其他资料，加1.1 设计背景由点阵 LED 组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛。例如，车站的发出时间提示，股票大厅中的股票价格显示板、商场的活动广告栏、候车厅的发车时间表等等。越来越多的人开始关注这种节省空间、金钱的新型广告模式。1.2 设计目的为迎合市场要求，更好的适应社会的发展，使所学的东西和现实接轨，体现个人价值。同时，对学生独立设计调试线路的能力进行培养，为以后的工作打下坚实的基础。培养学生亲自动手能力，独立分析问题的能力，加深对知识的理解。1.3 项目概述1、设计 1632 块 88 发光二极管点阵模块组成
2、的小规模广告牌单片机控制电路，可采用锁存器控制或 8255A 接口控制；2、设计 89C51 单片机控制广告牌程序，要求有动画图形、移动文字、循环显示，可通过远程通讯控制，选择不同的显示画面；3、按照设计电路用万能板搭接电路，进行实物制作；4、对设计软件上仿真器调试，烧制、脱机运行；演示实际效果。单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计2第 2 章 控制方案2.1 设计思路根据设计要求，硬件电路设计框图如下图所示，硬件电路结构初步设想由以下6 部分组成：时钟电路、复位电路、单片机、行驱动电路、列驱动电路和点阵显示模块电路。其中，各个部分不是独立分开的，复位电路和时钟电路是跟单片机一体的。复位
3、电路时钟电路点阵显示列驱动电路点阵显示行驱动电路点 阵 L E D显示器单片机根据硬件系统电路设计框图，对各部分模块的原理进行分析，编写个子模块程序，最终将其组合。其中包括显示子程序，控制子程序，延时子程序。2.2 控制方案硬件系统电路设计框图单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计3（1）方案一：由单片机的 P1 口选择所要显示的行，即选择开通相应的 74LS273，由 P0 口将数据传送至 74LS273 进行锁存，然后传送到点阵块行。由单片机的 P2 口选择所要显示的列，即选择开通相应的 74LS273，再 P0 口将数据传送至 74LS273 进行锁存，然后传送到点阵块列。就能点亮相
4、应的点。具体原理见下文。（2）方案二：由单片机的 P2 口选择所要传输数据的行或列，由单片机出来的信号将通过74LS138 进行译码后传送至 74LS04 反向转换成高电平，再去控制 74LS273 的 CLK引脚，由于 74LS273 在 CLK 引脚是脉冲上升沿选通，在低电平时锁存，所以当选择其他 74LS273 时，原来的 74LS273 的 CLK 引脚为低电平，就能将 P0 口传送过来的数据保存在 74LS273 的输出端。最后经过 74LS04 将数据信号反向，最终将信号放大，传送至点阵块，点亮相应的点。原理图见图 1综合分析两个方案可知，方案一所用的元器件少，原理图简单，减少了传
5、输的时间，但占据了单片机的空间大了。方案二所用的元器件相对较多，传输时间相应的增加了，容易造成显示的频闪，另外，元器件的增加容易出现电路的错误传输。综上考虑，本设计采用方案一。单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计41 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 6-Mar-201 Shet of File: H:入BACKUP1.DB Drawn By:EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P12P123 P134P145 P156P167 P17
6、8P0 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 3P07 32P20 21P21 2P2 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 1RXD 10U?89c5110uF10kGND+5VA?SW-PB+5V12M30uF30uFGND10K10K10K10K10K10K10K10K+5V+5VA1 B2C3E14 E25E36Y0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 1Y5 10Y6 9Y7 7U174LS138A1 B2C3E14 E25E36Y0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 1Y5
7、10Y6 9Y7 7U274LS138入74LS273入入入入1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A74LS04入1入1 2A74LS04入2入A0A1A2A3A4A5A6A7D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D1入74LS273入入入入74LS273入入入图 1 方案二原理图单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计51 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 6-Mar-201 Shet of File: H:入Backup of 入入2.DB Drawn B
8、y:D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK1 CLR1 74LS273D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK1 CLR1 74LS273D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK1 CLR1 74LS273D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4
9、9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK1 CLR1 74LS2731 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A74LS04入1入1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A74LS04入2入1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A74LS04入3入1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A74LS04入1入1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A74LS04入2入1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A1 2A74LS04入3入入P0入A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7+5V+5VD5
10、D4入入入入A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7入P0入+5V+5VD1D0入入入入+图 2 方案二原理图续单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计6第 3 章 控制原理3.1 复位电路复位是单片机的初始化操作，秩序给 MCS-51 的复位引脚 RST 加大于 2 个机器周期（即 24 个时钟振荡周期）的高电平就可使 MCS-51 复位。AT89C51 的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 RET 通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2，施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需的
11、信号。 振 荡 器 图 1 的 机 器 周 期图 2 -51的 片 内 复 位 结 构片 内复 位电 阻 施 密 特触 发 器 复 位电 路复位电路通常采用上电复位和按钮手动复位两种方式，按钮手动复位有电平方式和脉冲方式两种。我们采用了按键手动复位为电平方式的复位。如图 5 所示，我们通过 RST 端经由电阻与电源 VCC 接通而实现的。当时钟频率选用 12MHz 时，C图 3 MCS-51 的机器周期 图 4 MCS-51 的片内复位结构RST单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计7取 100uF，R 取 10K 时，电容 C1 充放电时间 =RC=1s2us（2 个机器周期） 。1 2
12、 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19-Jun-2007 Sheet of File: F:入入入入入.ddb Drawn By:S1C1100uFR110KRESET+5V图 5 按键手动复位电路3.2 时钟电路MCS-51 单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作，因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。MCS-51 单片机电路中的电容 C1 和 C2 典型值通常选择为30pF 左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器的频率高
13、低，振荡器的稳定性和起振的快速性，晶振的频率越高则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也越快。但反过来运行速度越快对内存的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高，即要求鲜见的寄生电容要小，晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定，可靠得工作。基于以上我们考虑选择频率为 12MHz 的晶振。图 6 时钟电路单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计83.3 单片机MCS-51 单片机共有 4 个双向的 8 位并行 I/O 口，分别记作 P0P3，共有 32 根口线，口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。P0P3 的口寄存器属于特殊功能寄存器
14、之列。P0P3 口的功能如下P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 F
15、LASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序内存或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3
16、口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 MCS-51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）单片机点阵发光二极管广告牌远程控制硬件设计9AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失内存制造技术制造，与
