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1、引言LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。在实际应用中的显示屏由于成本和可靠性的因素常采用一种称为动态扫描的显示方法。本文设计的是一个室
2、内用1616的点阵LED图文显示屏，图形或文字显示有逐字显示、向上滚动、向左滚动等显示方式。它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。第一章 设计要求与方案论证1.1 设计要求设计一个1616点阵LED字符显示器，要求如下：显示器采用AT89S52单片机作控制器，12MHz晶振，1616点阵共阳LED显示器。1616点阵LED字符显示器能显示“电气自动化”五个文字。显示方式可由S1、S2和S3选择，S1为逐字显示，S2为向上滚动显示，和S3为向左滚动显示。1.2 系统基本方案的选择和论证1.2.1 核心电路的选择方案一： 采用89C51
3、单片机采用89C51作为硬件核心，内部具有4KB Flash ROM存储空间，能运用于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具有ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的过错修正或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次插拔会对芯片造成必定的损坏。方案二： 采用8051单片机: 8051单片机最早由Intel公司推出， 内部具有4KB ROM存储空间。其后多家公司购买了8051的内核，使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大，应用也最广泛。有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片。LG公司生产的GMS90系列单
4、片机，与Intel MCS-51系列、Atmel 89C51/52，89C2051等单片机兼容，CMOS技术，高达40MHZ的时钟频率。应用于：多功能电话，智能传感器，电度表，工业控制，防盗报警装置，各种计费器，各种IC卡装置、DVD、VCD、CD-ROM。 方案三： 采用AT89S52单片机AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，
5、使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。该芯片且具备在线编程可擦除技术，当在对电路停止调试时，因为顺序的过错修正或对步伐的新删功能需要烧进程序时，没有需要对芯片屡次拔插，所以不会对芯片形成破坏。本次设计选择采用AT89S52单片机作为主控制系统。1.2.2 显示模块选择方案和论证方案一：使用液晶屏显示液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。但由于只需要显示时间和转向、相数这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字
6、符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶显示芯片，不易维护。 方案二： 使用传统的数码管显示数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。数码显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。但实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。方案三：LED显示LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像。它不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED本身优点有：亮度
7、高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。它的显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。单块模块控制驱动12块（最多可控制24块）8X8点阵，共16X48点阵（或32X48点阵），是单块MAX7219（或PS7219、HD7279、ZLG7289及8279等类似LED显示驱动模块）的12倍（或24倍）！可采用“级联”的方式组成任意点阵大显示屏。显示效果好，功耗小。根据以上的论述，本次设计采用方案三。1.2.3 LED驱动模块选择方案和论证由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。1、行驱动模块 行驱动模块采用译
8、码器，在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广的通常是74LS138，其是一个3输入8输出的译码器。但对于16*16点阵来说，它需要16个输出，所以如果用138译码器，必须要2个芯片。为了设计过程中制作方便，本次设计采用74LS154，其是一个4输入16输出的译码器，而且功能和138译码器一样。2、列驱动模块方案一：采用74HC59574HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。其特点具有8位串行输入、/8位串行或并行输出和存储状态寄存器三种状态，其输出寄存器（
9、三态输出：就是具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路。）可以直接清除 100MHz的移位频率。其输出能力为并行输出，总线驱动；串行输出；是一个标准中等规模集成电路。方案二：采用74AC57374AC573是八进制 3 态非反转透明锁存器，输入是和标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。方案三：采用74HC245为了保护脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口与外部受控设备的并行接口间添加缓冲器。74HC245是方向可
10、控的八路缓冲器，主要用于实现数据总线的双向异步通信。当主控芯片与受控设备之间需要实现双向异步通信时，自然就得选用双向的八路缓冲器了，245就是面向这种需求的。常见于同并口液晶屏、并口打印机、并口传感器或通讯模块等设备的接口上。根据以上的论述，本次设计行驱动采用78LS154译码器，列驱动采用方案一74HC595。第二章 系统的硬件设计2.1 硬件系统的总体设计 根据设计要求与设计方案，硬件电路的设计框图如图2-1所示。硬件电路结构由8个部分组成：时钟电路、复位电路、按键接口电路、电源电路、点阵显示行线驱动电路、点阵显示列线驱动电路和1616点阵显示器。图2-1 硬件电路的设计框图2.2 单片机
11、AT89S52的分析 由于AT89S52片内有8K的Flash程序存储器，并且IO口可直接驱动点阵显示器，所以由它组成小系统硬件非常简单。 2.2.1 性能说明与MCS-51 兼容8K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定256*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器一个数据指针DPTR 图2-2 AT89S52 引脚图8个中断源 可编程全双工串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.2.2管脚说明 AT89S52的管脚如图2-2所示，下列重点介绍其管脚功能。 Vcc：供电电压。 Vs
12、s：接地。 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FLASH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
13、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口当用于外部程序存储器或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
14、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 （外部中断0）P3.3 （外部中断1）P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （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。 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。在FLA
15、SH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 ：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，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。 /VPP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，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：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振
