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1、 湖南科技大学测控技术与仪器专业湖南科技大学测控技术与仪器专业 单单 片片 机机 课课 程程 设设 计计 题题 目目 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 成成 绩绩 _ 湖南科技大学机电工程学院 二一五年十二月制 湖南科技大学课程设计 - 2 - 摘要摘要 LED 显示屏在我们的周围随处可见，它的应用已经普及到社会中的方方面面。作为 一种新型的显示器件，在许多场合都可以见到它的身影，不仅是它的应用使呈现出来 的东西更加美观，更重要的是它的应用方便，成本很低，除了能给人视觉上的冲击外， 更能给人一种美的享受。LED 显示屏是由多个发光二极管按矩阵形式排列封装而成，通 常用来显示时间、图文等
2、各种信息。本设计是基于 ATS52 单片机的 16*16 点阵式显示 屏，该 LED 显示屏能实现 16*16 个汉字，简单的显示图像, 然后一直循环着显示下去。 该设计包含了硬件、软件、调试等方案，只需简单的级联就能实现显示屏的拓展，但 要注意不要超过负载能力。本次设计的作品体积小、功能多、方便实用、花费小，电 路具有结构简单、操作方便、精度高、应用广泛的特点。 关键词： LED，ATS51 单片机，显示屏 湖南科技大学课程设计 - 3 - 目录目录 摘要摘要i 第一章第一章 系统功能要求系统功能要求 1 1.1 系统设计要求 1 第二章第二章 方案论证方案论证 1 2.1 方案论证 1 第
3、三章第三章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 1 3.1 AT89S51 芯片的介绍 1 3.1.1 系统单片机选型1 3.1.2 AT89S51 引脚功能介绍 2 3.2 LED 点阵介绍2 3.2.1LED 点阵2 3.3 系统各硬件电路介绍 3 3.3.1 系统电源电路设计介绍3 3.3.2 复位电路4 3.3.3 晶振电路4 3.4 系统的总的原理图5 第四章第四章 系统程序设计系统程序设计 5 4.1 基于 PROTEUS 的电路仿真5 4.2 用 PROTEUS 绘制原理 6 4.3PROTEUS 对单片机内核的仿真 6 4.4 系统主要模块的软件流程7 湖南科技大学课程设计 -
4、4 - 第五章第五章 调试及性能分析调试及性能分析 7 5.1 系统的调试7 参考文献参考文献8 第一章第一章 设计要求设计要求 湖南科技大学课程设计 - 5 - 1.11.1 系统设计要求系统设计要求 1. 以 MCS-51 系列的单片机为核心器件；组成一个点阵式汉字显示屏。 2. 显示屏由一块 16x16 LED 点阵显示器组成；可以依次显示 13 个汉字。 3.3. 通过编程能够随时对汉字进行修改、调整。 第二章第二章 方案论证方案论证 2.12.1 方案论证方案论证 以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和 电气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定 A
5、T89S51 单片机为核心控制器件， 由 74LS154 作为字位电路器件，三极管 2N5551 和 2N5401 为驱动电路器件。论文列出 了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。 第三章第三章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 3.13.1 AT89S51AT89S51 芯片的介绍芯片的介绍 （1 1）系统单片机选型）系统单片机选型 单片机选择在整个系统中有着至关重要的作用，这里要选择一款低成本、高运算 速度、内存大等特点的单片机，经过不断的查找资料，最后我们选择了 AT89S52 作为 主控芯片。AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes I
6、SP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次以上的 Flash 只读程序存储器， 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大 的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51 芯片具有以下特性： 指令与 8051 完全兼容； 8KB 片内 Flash 程序存储器； 时钟频率为 033MHz； 128 字节片内随机读写存储器（RAM） ； 32 个可编程输入/输出引
7、脚； 2 个 16 位定时/计数器； 2 个外部中断，1 个串口中断，3 个定时器中断 湖南科技大学课程设计 - 6 - AT89S51 有 32 个可编程 IO，1 个 VCC 接口，1 个 GND 接口，1 个复位引脚接口，还有 2 个晶振接口。 （2）AT89S51 引脚功能介绍 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，每引脚可吸收 8 个 TTL 门电流。 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 4 个 TTL 门电流。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O
8、 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流。 P3 口：P3 口管脚是 8 个内部带上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 P3 口也可作为 AT89S51 的一些特殊功能口，即第二功能引脚功能说明如下： 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（定时/计数器 0 外部输入） P3.5 T1（定时/计数器 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） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一
9、些控制信号 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两 次/PSEN 有效。 EA/VPP：当 EA 保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有 内部程序存储器。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时， 此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL1：反向振荡
10、放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.23.2 LEDLED 点阵介绍点阵介绍 （1 1）LEDLED 点阵点阵 88 单色点阵共需要 64 个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的 湖南科技大学课程设计 - 7 - 叉点上。本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是双色点阵。考虑到元器件 的易购性，没有使用 88 的点阵发光二极管模块，而是直接使用了 256 个高亮度发光 管，组成了 16 行 16 列的发光点阵。实际使用时可以根据这个原理自行扩充显示的字 数。对比下面的 88 单色点阵和 88 双色点阵可以看出，其实 88 双色点阵就是
11、两 块 88 单色点阵组合在一起的。要实现用两种颜色显示，只要在电路的设计中适当的 连线就可以了。88 单色和双色点阵 LED 结构分别如下图 3.1 和 3.2 所示。 图 3.1 88 单色点阵 LED 结构 图 3.2 88 双色点阵 LED 结构 3.33.3 系统各硬件电路介绍系统各硬件电路介绍 （1 1）系统电源电路设计介绍）系统电源电路设计介绍 用的是六脚开关控制电源通断，同时控制了电源的正负极，并且在电源两端加了 一个滤波电容，可以防止电源突变，很好的保护了系统安全，同时有一个电源指示灯， 上面加有一个 1K 的限流电阻。该电路实现了对系统的电源控制，同时显示了电路的状 态，方
12、便大家操作。 图 3.3 电源电路 （2 2）复位电路）复位电路 湖南科技大学课程设计 - 8 - 图 3.4 复位电路 图 3.4 为系统复位电路，为确保系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少 的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机电路正常工作需要供电电源 为 5V5%，即 4.755.25V。由于单片机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信 号，因此在电源上电时，只有当 VCC 超过 4.75V 低于 5.25V 以及晶体振荡器稳定工作 时，复位信号才被撤除，单片机电路开始正常工作。这种复位电路的工作原理是：VCC 上电时，C1 充电，在 10K 电阻上出现电压，使得单片机
13、复位；几个毫秒后，C1 充满， 10K 电阻上电流降为 0，电压也为 0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下 S1，C1 放电。S1 松手，C1 又充电，在 10K 电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫 秒后，单片机进入工作状态。 （3 3）晶振电路）晶振电路 图 3.5 晶振电路 湖南科技大学课程设计 - 9 - 每个单片机系统里都有晶振，全称叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非 常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令 的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度 也就越快，如图，在晶振两边添加两个 30pF（27-
14、33pF）电容，使震荡更加稳定。震 荡电路接在 AT89S52 单片机的 18、19 两个引脚上，给单片机提供震荡信号。 3.43.4 系统的总的原理图系统的总的原理图 该系统主要由单片机，电源，下载接口，晶振，三极管驱动，按键等组成。 图 3.5 系统总原理图 第四章第四章 系统程序设计系统程序设计 4.14.1 基于基于 PROTEUSPROTEUS 的电路仿真的电路仿真 Proteus 是英国 Labcenter electronics 公司开发的 EDA 工具软件。 主要由原理布图的方法绘制电路并进行仿真的 ISIS 和 PCB 自动布线或 人工布线电路仿真的 ARES 两个程序组成。Proteus 运行于 Windows 操 作系统上， 可以动态实时仿真、分析 ( SPICE) 各种模拟器件和集成器 件。针对微处理器及其外围电路，可以直接在基于原理图的虚拟原型上编 湖南科技大学课程设计 - 10 - 程， 并实现软件代码级的调试， 配合其提供的仿真图表或虚拟仪器如示 波器、逻辑分析仪等可进行相应的测量与分析。 借助 Proteus 的对 CPU 和外围电路强大的仿真能力以及丰富的资源库， 可以有效地替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试，等到仿真结果基本理 想时再进行实际的硬件调试，这样的开发过程不仅高
