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1、淮北师范大学 硬件课程设计 单片机控制LED的闪烁学 院 计算机科学与技术系 专 业 计算机科学与技术系(非师范) 学 生 姓 名 - 学 号 - 指导教师姓名 - 2010 年 12 月 15 日第 2 页 共 10 页目录绪论2第一章 概述3第二章 总体方案论证与设计32.1.LED驱动方式32.2.总体硬件组成框图3第三章 LED系统硬件设计43.1.8*8共阴LED介绍43.2.列驱动电路设计43.3.行驱动电路设计43.4.扫描频率的控制53.5.单片机最小系统5第四章 系统软件设计7第五章 系统调试与测试结果分析95.1.使用的仪器仪表95.2.系统调试95.3.硬件调试95.4.
2、软件调试95.5.测试结果9参考文献：9附录10附1 电路总设计原理图10附2 PCB图10绪论大学不知中已经过去了两年多的时间，大学生活已经过了一大半，最早在大一下学期学习了一门编程语言（C语言）,也是自己学的第一门编程语言，在大一下学期也学习了模拟电路，随后在大二的上学期学习了数字电路，但是由于学校自身的条件限制所做的实验非常有限，硬件课程只是在理论上有所了解，而对于实际操作却近乎一片空白，加之今年又学习了计算机系统结构，进一步加深了对计算机硬件相关理论的学习，而在此时学校有一个硬件课程设计，这次硬件课程设计应该是对前面所学课程的总结与实践，是一次锻炼自己动手能力的一个很好的机会，不仅能让
3、自己学到硬件设计的一般步骤，另外也加强了对理论到实践的应用能力，对今后的学习和工作都有着很好的借鉴意义与学习意义，或许从这一个小小的硬件课程设计中不一定能得到多少，至于能不能从一粒沙子看到世界这也是我们的能力的体现，同时也是我们锻炼能力的时候，又增强自己解决问题的能力。关键词：能力、意识、过程、步骤 第一章 概述本文介绍了以AT-89S51单片机为控制核心，采用静态锁存方式，制作一款左移动态显示0到9 ，每秒增加1，拥有亮度高、动态影像显示效果好、耗能少、使用寿命长、显示方式灵活、性价比高等优势的简单8*8LED阵列静态显示屏。第二章 总体方案论证与设计2.1. LED驱动方式a) 方案一：采
4、用静态锁存方式采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。b) 方案二：采用动态扫描方式采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴或共2端)，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。比较以上两种方案，系统设计中采用方案一。2.2. 总体硬件组成框图系统框图如右图2-1所示，系统主要由三大模块组成即LED显
5、示模块、驱动模块、单片机最小系统。 8*8LED显示屏 单片机最小系统列扫描驱动模块行扫驱动模块 图2-1系统框图第三章 LED系统硬件设计3.1. 8*8共阴LED介绍88LED点阵的外观及引脚图如图3.2所示，其等效电路图如图3.2所示。图8.3中只要各LED处于正偏（Y方向为1，X方向为0），则对应的LED发光。如Y7（0）=1，X7（H）=0时，则其对应的右下角的LED会发光。各LED还需接上限流电阻，实际应用时，限流电阻即可接在X轴，也可接在Y轴。图3.2 88点阵的外观及引脚图图3.3 88点阵的等效电路3.2. 列驱动电路设计本设计采用ULN2803芯片, ULN2803是高电压
6、大电流八达林顿晶体管阵列。该这列系统中的八个NPN达林顿连接晶体管事低逻辑电平数字电路（如TTL，CMOS或NMOS）和大电流高电压要求的灯、继电器和其他类似 负载间的接口的理想器件。ULN2803的管脚如右图3.4。 3.3. 行驱动电路设计该系统显示部分的点阵采用单色LED共阴点阵模块，由一块88点阵模块连接成，每个发光二极管流过的电流约为10mA计算，为保证点阵的亮度，采用普通的三极管驱动已经可以满足。行驱动电路如图右3.6。3.4. 扫描频率的控制由于人眼的视觉暂留现象，一个LED发光管如果在一秒钟内亮24次以上的话，人眼就感觉不到闪烁。由此，一屏画面连续以每秒25次的频率循环显示时，
7、给人的感觉是稳定的。为此只要利用CPU控制行扫描速度，保证每秒400次，就可以保证画面的稳定性。设计时，我们使AT89C51的定时计数器T0工作于方式2（自动重载方式AUTO-RELOAD MODEL）。此时设定M1M0为10，在方式2中16位计数器被拆为两部分，其中TL0用作8bit Counter；TH0用于存放和保持计数初值。当TL0计数溢出时，在溢出标志TF0置1的同时，自动的将TH0的初值重载到TL0中，因此在初始化的过程中，用软件只需一次赋初值。其周期为：T（28-TH0初值）时钟周期12采用11.0592MHZ的晶振时，计数速率约为1MHz，输入脉冲的周期间隔为1uS，通过计算，
8、TH0的初值为243，即为0XF3(OF3H)。采用中断的方式控制行译码扫描频率，就可以保证画面的无闪烁显示。3.5. 单片机最小系统MCS-51系列单片机芯片均为40条引脚，HMOS工艺制造的芯片用双列直插（DIP）方式封装，其引脚示意及功能分类如图1.2所示。各引脚功能说明如下：1.主电源引脚Vcc（40脚）：接+5V电源正端。Vss（20脚）：接+5V电源地端。2.外接晶体引脚XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入
9、端。XTAL2（18脚）：接外部石英晶体的另一端。在单片机内部，它是片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；对于CHMOS单片机，该引脚悬空不接。3.输入/输出引脚 （1）P0口（3932脚）：P0.0P0.7统称为P0口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。 （2）P1口（18脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输
10、入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。（3）P2口（2128脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。 表3.7 P3口第二功能引 脚 第二功能P3.0 RXD 串行口输入P3.1 TXD 串行口输出端P3.2 INT0 外部中断0请求输入端，低电平有效P3.3 INT1外部中断1请求输入端，低电平有效P3.4 T0 定时器/计数器0计数脉冲输入端P3.5 T1 定时器/计数器1计数脉冲输入端P3.6 WR 外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效P3.7 RD
11、 外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效 （4）P3口（1017脚）：P3.0P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。P3口的第二功能如表2.1所示。4. 控制线 （1）ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输入端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出的低8位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意，在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个，此时作为时钟输出就不妥了。对于片内含有E
12、PROM的机型，在编程期间，该引脚用作编程脉冲PROG的输入端。 （2）PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不再出现。 （3）RST/VPD引脚（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。当Vc
13、c发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。 （4）EA/Vpp（31脚）：EA为片外程序存储器选用端。该引脚有效（低电平）时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，此引脚用作21V编程电源Vpp的输入端。综上所述，MCS-51系列单片机的引脚可归纳为以下两点：（1单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都有第二功能。（2）单片机对外呈现3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用为数据总线；由ALE、PSEN、RST、EA与P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共10个引脚组成控制总线。由于是16位地址线，因此，可使片外存储器的寻址范围达到64KB。图3.9 单片机最小系统第四章 系统软件设计软件是该LED显示屏控制系统的重要组成部分，在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。下图4.8为系统流程图，表4.7为0到9的LED编码。位12345678000H1CH22H41H
