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1、 课程设计说明书 第II页16*16点阵设计摘 要单片机是为各类专用控制器而设计的通用或专用的微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理系统，一定容量的RAM和ROM以及输入/输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的。它的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形来显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车报站器，广告屏等。LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组成和变化，只要设计好合适的数据文件，就
2、可以得到满意的显示效果，因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息是非常有效的。本次课程设计实现LED点阵屏核心功能即汉字的多样化显示。加深对单片机课程的全面认识和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解。将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑，校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。关键词：单片机，LED显示屏，点阵目 录1 课题描述12 芯片介绍12.1 51系列单片机简介22.2 74LS154芯片介绍62.3 74LS373芯片介绍73 硬件设计84 软件设计104.1 单片机延时子程序104.2 程序流程图124.3 程序代码125 调试或性能分析15总 结16致 谢17参考文献18
3、课程设计说明书 第14页 1 课题描述单片微型计算机简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用的微型计算机系统。自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形来显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车报站器，广告屏等。所以研究LED显示有实用意义。现代LED的发展很快，很多研究领域已经非常深刻，实际情况是：很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围，所以在本设计中只是简单的研究一下用单片机驱动的LED显示移动的汉字。共有两个目的：一是制作一个简单实用的显示文字的LED点阵；二
4、是通过制作LED点阵增强对LED点阵的了解和应用，以及复习和巩固单片机知识。本次设计的16x16点阵需要32个驱动，分别为16个列驱动及16个行驱动。每个行与每个列可以选中一个发光管，共有256个发光管，采用动态驱动方式。每次显示一行后再显示下一行。2 芯片介绍 LED点阵总体框图如图1所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。控制电路部分包括一个51CUP和一些外围电路。在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。点阵显示屏体以及它的行和列的各个驱动电路。由于两部分的
5、电路在制板时可以放在一起，所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送。此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行扫描（把该行与电源的一端接通）。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列就在该行该列点燃相应的LEDl未接通的列所对应的LED熄灭。可通过扫描输出口的控制实现颜色的转换。图1 点阵的总体框图2.1 51系列单片机简介单片机（Microcontroller,又称微处理器）是在一块硅片上集成了各种部件的
6、微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。8051单片机的基本结构见图2。图2 8051单片机的基本结构8051系列的内部结构可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时器/计数器、中断逻辑几部分。（1）中央处理器8051的中央处理器由运算器和控制器构成，其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）。算术逻辑单元ALU能对数据进行加、减、乘、除等算术运算；“与”、“或”、“异或”等逻辑运算以及位操作运算。ALU只能进行运算，运算的操作数可以事先存放到累加器ACC或寄存器TMP中，运算结果可以送回ACC或通用寄存器或存储单元中，累加器
7、ACC也可以写成A。B寄存器在乘法指令中可以用来存放一个乘数，在除法指令中用来存放除数，运算后B中为部分运算结果。ALU主要用于完成二进制数据的算术和逻辑运算，并通过对运算结果的判断影响程序状态字寄存器PSW中有关位的状态。 程序状态字PSW是个8位寄存器，用来寄存本次运算的特征信息，用到其中七位。PSW的格式如下所示，其各位的含义如表1。表1程序状态字PSWCY：进位标志。在进行加法或减法运算时，若运算结果的最高位有进位或借位，CY=1，否则CY=0，在执行位操作指令时，CY作为位累加器。AC：辅助进位标志。在进行加法或减法运算时，若低半字节向高半字节有进位或借位， AC=1，否则AC=0，
8、AC还作为BCD码运算调整时的判别位。F0：用户可设定的标志位，可置位/复位，也可供测试。RS1和RS0：工作寄存器组选择，如表2所示。表2 RS1和RS0工作寄存器组选择RS1RS0工作寄存器组片内RAM地址00第0组 00H07H 01第1组08H0FH 10第2组10H17H 11第3组18H1FH OV：溢出标志。当两个带符号的单字节数进行运算，结果超出-128+127的范围时，OV=1，表示有溢出，否则OV=0表示无溢出。 P：奇偶校验标志。每条指令指行完毕后，都按照累加器A中“1”的个数来决定P值，当“1”的个数为奇数时，P=1，否则P=0。 PSW中的D1位为保留位，对于8051
9、来说没有意义，对于8052来说为用户标志，与F0相同。 控制器包括程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。程序计数器PC：当一条指令按PC所指向的地址从程序存储器中取出之后，PC的值会自动增量，即指向下一条指令。堆栈指针SP：用来指示堆栈的起始地址。80C51单片机的堆栈位于片内RAM中，而且属于“上长型”堆栈，复位后SP被初始化为07H，使得堆栈实际上由08H单元开始。指令译码器：当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进行译码，CPU根据译码器输出的电平信号使定时控制电路产生执行
10、该指令所需要的各种控制信号。数据指针寄存器DRTR：它是一个16位寄存器，由高位字节DPH和低位字节DPL组成，用来存放16位数据存储器的地址，以便对片外64kB的数据RAM区进行读写操作。片内RAM有256个字节，其中00H7FH地址空间是直接寻址区，该区域内从00H1FH地址为工作寄存器区，安排了4组工作寄存器，每组都为R0R7，在某一时刻，CPU只能使用其中任意一组工作寄存器，由程序状态字PSW中RS0和RS1的状态决定。（2）存储器组织8051单片机在物理上有三个存储空间：片内数据存储器RAM 、片外数据存储器RAM 、程序存储器ROM 。程序存储器ROM地址空间为64kB，片外数据存
11、储器RAM也有64kB的寻址区，在地址上是与ROM重迭的。8051单片机通过不同信号来选通ROM或RAM。当从外部ROM中取指令时，采用选通信号PSEN，而从外部RAM中读写数据时则采用读RD和写WR信号或来选通，因此不会因地址重迭而发生混乱。 片内RAM的20H2FH地址单元为位寻址区，其中每个字节的每一位都规定了位地址。每个地址单元除了可进行字节操作之外，还可进行位操作。片内RAM的80HFFH地址空间是特殊功能寄存器SFR区，对于51子系列在该区域内安排了21个特殊功能寄存器，对于52子系列则在该区域内安排了26个特殊功能寄器，同时扩展了128个字节的间接寻址片内RAM，地址也为80FF
12、H，与SFR区地址重迭。8051的存储器组成结构如图3所示。图3 8051的存储器组成结构（3）管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口（P0.0P0.7）：该端口为漏极开路的8位准双向口，它为外部低8位地址线和8位数据线复用端口驱动能力为8个LSTTL负载。P1口（P1.0P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。P2口（P2.0P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，作为高8位地址线。P3口（P3.0P3.7）：为内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P3
13、口除了作为一般的I/O口使用之外，每个引脚都具有第二功能。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：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（计时器0 外部输入）P3.5 T1（计时器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）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。时钟电路引脚XTAL1和XTAL2： XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。 XT
14、AL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。地址锁存允许ALE： 系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。外部程序存储器读选通信号PSEN：PSEN是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。程序存储器地址允许输入端EA /VPP： 当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。复位信号RST：该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就
15、可以完成复位操作。2.2 74LS154芯片介绍 1、74LS154功能简介54/74154 为 4 线16 线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。 如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，74LS154还可作1线-16线数据分配器。图4是芯片74LS154管脚。图4 芯片74LS154管脚图2、引脚功能介绍A、B、C、D 译码地址输入端(低电平有效)；G1、G2 选通端(低电平有效)；015 输出端(低电平有效)。3、真值表 表3 74LS154真值表2.3 74LS373芯片介绍 373为三态输出的八D透明锁存器，共有54/74S373和54/74LS373两种线路结
