单片机课程设计

课 程 设 计

设计题目： 基于单片机的8*8点阵显示数字设计

学生姓名： 指导教师： 二级学院： 专

业： 班

级： 学

号：

目 录

摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅱ 1 方案选择及总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1方案确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1.1功能要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1.2方案确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2器件选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2 控制系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1 控制系统硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.1整体模块设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.2单片机AT89C51„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.3单片机最小系统设计„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.3.1晶振电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.3.2复位电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.4驱动电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.1.5LED点阵显示设计„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.2控制系统软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.2.1软件设计思想„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.2.2主程序流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.2.3子程序流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3 系统仿真及调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.1系统调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.2系统仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.2.1protrus软件仿真„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.2.2程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„^„17 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

I

摘 要

现在市场上各类基于LED的显示屏较多，但大部分产品为单一模式的LED显示屏，其在显示内容的更换及显示屏的重组等方面都存在不便之处。但随着信息化社会的迅速发展，LED显示屏正在向显示内容丰富、信息更改方便等方面发展。因此制作一款多功能的LED广告显示屏是非常有意义地。

LED驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。以8×8点阵为例，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；第8行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显示屏上稳定的图形。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。

本次课程设计的题目为8×8点阵数字显示，设计的任务为使用单片机控制8×8的点阵显示0到9的数字，不仅显示清晰，并且每经过一定时间，显示的数字加一，从0 到 9 循环。 以AT89C51单片机为核心，采用串行传输、动态扫描技术，制作一款模块化LED多功能显示屏。

在资料收集方面，主要是参考了《51单片机原理及应用—基于Keil C与Proteus》一书，结合了一些网络资料，以及一些集成块的使用说明书。

在整个工作过程中，根据收集来的资料绘制出大概的原理图，然后通过Proteus仿真，与此同时运用Keil 编程，用Keil 与Proteus进行联调，调试成功后确定了原理图和控制程序。

II

第一章 方案选择及总体设计

1.1 方案确定

1.1.1 功能要求

1、采用STC-51单片机作为微处理器。

2、设计一个8×8点阵LED数码字符显示器。

3、在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。

4、动态显示“0——9”几个字符。

1.1.2 方案确定

采用ST89C51单片机作为微处理器，将共阳极二极管用共阴型接法连接成8×8点阵LED数码字符阵列，通过程序控制，采用动态显示，建立字符库“0——9”。

1.2 器件选择

微处理器采用ST89C51系列单片机，ST89C51单片机是这几年在我国非常流行的单片机，是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）高性能单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除100次，具有低功耗、高性能的特点。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1

第二章 控制系统设计

2.1控制系统硬件设计

2.1.1整体模块设计

本设计行、列驱动电路，显示器电路，运用单片机的智能化，系统的将每个功能电路模块连接在一起，总体结构设计如图2-1所示。

点阵显示器行驱动电路PC上位机单片机8×8点阵LED显示器电路点阵显示器列驱动电路

图2-1 硬件系统框图

此次需要实现的功能是利用一个ST89C51，一个8×8LED点阵，动态显示“0——9”10个字，采用PC上位机驱动显示电路。

2.1.2 单片机AT89C51 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM) ,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产, 兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C51单片机能提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。

AT89C51单片机引脚图如图2-2所示。

2

图2-2 AT89C51引脚图

AT89C51管脚说明： VCC：供电电压。 GND：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P0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

3

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）

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FLASH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。

/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。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则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：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：

4

来自反向振荡器的输出。

2.1.3 单片机最小系统设计

单片机的最小系统是能够让单片机工作的最小硬件电路。除了单片机外，最小系统还包括复位电路和时钟电路。

复位电路：单片机的复位电路接在复位信号RST上，复位电路用于将单片机内部电路的状态恢复到初始值。需要复位时按下按钮即可。

时钟电路：时钟电路为单片机工作提供基本时钟。时钟电路中包含一个晶体振荡器，简称晶振，频率范围是1.2~12MHz。晶体振荡频率越高，系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快

ST89C51单片机最小系统电路由复位电路、晶振电路两部分组成。 2.1.3.1 晶振电路设计

ST89C52单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率采用12MHZ，C

1、C2的电容值取30pF，电容的大小起频率微调的作用。晶振电路图如图2-3所示。

C1XTAL130pFC2XTAL230pF图2-3 晶振电路图

X112MHZ

2.1.3.2 复位电路设计

ST89C51单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位，使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动复位方式。本设计采用最简单的上电复位方式，电路如图2-4所示。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，

5

复位电路产生的复位信号（高电平有效）由RST引脚送入到内部的复位电路，对ST89C51单片机进行复位，复位信号要持续两个机器周期（24个时钟周期）以上，才能使ST89C51单片机可靠复位。当上电时，C1相当于短路，有时碰到干扰时会造成错误复位，可在复位端加个去耦电容，可以取得很好的效果。

ST89C51单片机复位电路如下图所示：

VCCAT89C51VCCC510MF/25VRSTR94.7KVSSR24.7KVSSRSTR1C10MF/25VS5 RSTVCCAT89C51VCC

图2-4 上电复位电路图

图2-5 按键电平复位电路图

复位电路工作原理：

上电瞬间RST引脚的电位与VCC等电位，RST引脚为高电平，随着电容C5充电电流的减少，RST引脚的电位不断下降，可以保持RST引脚在为高电平的时间内完成复位操作。

当单片机已在运行当中时，按下复位键S5后再松开，也能使RST引脚为一段时间的高电平，从而实现ST89C51单片机复位。

2.1.4 驱动电路设计

驱动电路图如图2-6所示。

6

图2-6 驱动电路图

74LS245引脚图如图2-7所示。

图2-7 74LS245引脚图

引出端符号： A A总线端

7

B B总线端

/G 三态允许端(低电平有效) DIR 方向控制端

74LS245是用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。

如果用89C51的P0口输出到数码管，那就要考虑到数码管的亮度以及P0口带负载的能力，当89C51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。选用74LS245提高驱动能力。P0口的输出经过74LS245提高驱动后，输出到数码管显示电路。

工作原理：

当片选端/CE低电平有效时，

DIR=“0”，信号由B向A传输;（接收） DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送） 当CE为高电平时，A、B均为高阻态。

正向点亮一颗LED，至少也要10～20mA，若电流不够大，则LED不够大。而不管是ST89C51的I/O口，还是TTL、CMOS的输出端，其高态输出电流都不是很高，不过1～2mA而已。因此很难直接高态驱动LED，这时候就需要额外的驱动电路，通常有共阳型与共阴型LED阵列驱动电路，本设计才用共阴型高态扫描信号驱动电路。

共阴型LED阵列驱动电路采用高态扫描，也就是任何时间只有一个高态信号，其它则为低态。一行扫描完成后，再把高态信号转化到近邻的其他行，扫描信号接用一个反向驱动器，ST89C51本身内置一个反向驱动器，本设计将ST89C51作为点矩阵显示控制系统的控制核心，通过点矩阵实时显示并移动字符。

单片机的串口与行驱动器相连，用来发送显示数据信息。P3口与LED阵列的行引脚相连，送出数据、地址以及系统控制信号。输出低态时，最大可吸取0.5A，即500mA，若每个LED取30mA，7个LED同时点亮，需要210mA，完全满足LED点亮的基本条件。

所要显示的信号送入74LS245芯片，然后连接到LED阵列的列阵脚。对于高态的显示信号，将可提供其所连接LED的驱动电流，而这个驱动电流经过LED到输出端，形成正向回路，即可点亮该LED。其中每个晶体管任何时间只需负

8

责驱动一个LED，所以选择30mA射极电流的晶体管。驱动电路如图2-6所示。

2.1.5 LED点阵显示设计

本设计采用ATMEL公司的AT89C51作矩阵显示控制系统控制核心，12MHZ晶振,88点阵共阳LED显示器。其中，P0口作为字符数据输出口,P3口为字符显示扫描输出口,第31脚(EA)接电源，改变电阻（270×8）的大小可改变显示字符的亮度，驱动用74LS245芯片。

本设计LED矩阵显示器电路选用8×8点阵模块，系统由单片机控制。 LED显示屏是将发光二极管按行按列布置的，在扫描驱动方式下可以按行扫描按列控制，也可以按列扫描按行控制。本文就是使用1块8×8点阵，采用按列扫描按行控制控制方式，扫描顺序自左向右，以满足数字显示的要求。8×8点阵LED结构如图2-8所示。

8×8点阵LEDabcdefgh12345678

图2-8 LED数码显示管

8×8 点阵LED的工作原理：LED点阵的显示方式是按显示编码的顺序，一行一行地显示。对于共阳型的点阵来说，当某一点所在的行对应高电平“1”并且其所在的列对应低电平“0”的时候，这一点就会被点亮。将每一行的显示时间进行一定的延时,由于人的视觉暂留现象，就会感觉到8行LED是在同时显示的。若显示的时间太短，则亮度不够，若显示的时间太长，将会感觉到闪烁。图2-9为8×8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图2-10所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。一个8×8点阵是由64个发光二极管按规律组成的，如图2-10所示。图中，行接高电平，列接低电平，发光二极管导通发光。

9

图2-9 8×8点阵LED外观及引脚图

图2-10 8×8点阵LED等效电路

8×8点阵数字显示的编码原理: 8×8点阵数字显示主要应用行扫描动态显示的方法实现，如图2-11所示，将行线依次置零，一次对列线编码，有红色填充部分为1，无填充部分为0。

10

图2-11 8×8点阵数字显示的编码原理

如此可得到“0”的编码为{0x00,0x3e,0x41,0x41,0x41,0x3e,0x00,0x00},同理可得到：

{0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00,0x00}

//1 {0x00,0x27,0x45,0x45,0x45,0x39,0x00,0x00}

//2 {0x00,0x22,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00}

//3 {0x00,0x0c,0x14,0x24,0x7f,0x04,0x00,0x00}

//4 {0x00,0x72,0x51,0x51,0x51,0x4e,0x00,0x00}

//5 {0x00,0x3e,0x49,0x49,0x49,0x26,0x00,0x00}

//6 {0x00,0x40,0x40,0x40,0x4f,0x70,0x00,0x00}

//7 {0x00,0x36,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00}

//8 {0x00,0x32,0x49,0x49,0x49,0x3e,0x00,0x00}

//9 2.2控制系统软件设计

2.2.1 软件设计思想

主程序先进行设置中断，并启动，再进行键盘扫描载入“0——9”字型，然后判断一组字型是否扫描完，按不同情况进行循环调用子程序。进入子程序后，首先设置相应的程序，反复调用显示子程序，并在显示过程中反复调用键盘扫描子程序进行延时，判断是否退出相应的方式显示子程序。设计过程中，能很好得提高按键响应速度。

2.2.2 主程序流程图

主程序首先设置并启动T0中断，然后调用初始化程序，为后面程序要用到的数据调入，并清零一些用到的数据单元，然后载入“0——9”字型，进行扫描。图2-12为主程序流程图。

11

图2-12 主程序流程图

12

2.2.3 子程序流程图（定时中断服务程序）

图11 子程序流程图（定时中断服务程序）

13

第三章 系统仿真及调试

3.1系统调试

根据硬件电路图核对了元器件的型号、极性，安装是否正确，检查硬件电路连线是否与电路原理图一致，检查电路元器件是否都已经连接好。

通电后，用示波器检测单片机的复位和晶振电路是否有复位信号和振荡信号。

3.2 系统仿真

3.2.1 proteus软件仿真

使用proteus原理及仿真如图3-1所示。

如图3-1 proteus原理及仿真图

3.2.2 程序

#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code Table_of_Digits[]=

14

{ 0x00,0x3e,0x41,0x41,0x41,0x3e,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x21,0x7f,0x01,0x00,0x00,

//0 //1 0x00,0x27,0x45,0x45,0x45,0x39,0x00,0x00,

//2 0x00,0x22,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00,

//3 0x00,0x0c,0x14,0x24,0x7f,0x04,0x00,0x00,

//4 0x00,0x72,0x51,0x51,0x51,0x4e,0x00,0x00, 0x00,0x3e,0x49,0x49,0x49,0x26,0x00,0x00, 0x00,0x40,0x40,0x40,0x4f,0x70,0x00,0x00,

0x00,0x36,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00,

0x00,0x32,0x49,0x49,0x49,0x3e,0x00,0x00

}; uchar i=0,t=0,Num_Index; //主程序 void main() { P3=0x80;

Num_Index=0;

//从0开始显示

TMOD=0x00;

//T0方式0 TH0=(8192-2000)/32; //2ms定时

TL0=(8192-2000)%32; IE=0x82;

//允许T0中断

TR0=1;

//启动T0 while(1); }

//T0中断函数

void LED_Screen_Display() interrupt 1 { TH0=(8192-2000)/32;

//恢复初值

TL0=(8192-2000)%32; P0=0xff;

//输出位码和段码

P0=~Table_of_Digits[Num_Index*8+i]; P3=_crol_(P3,1);

//P3循环向左一位

5 //5 //6 //7

//8 //9

}

if(++i==8) i=0; if(++t==250) {

} t=0;

//每屏一个数字由8个字节构成 //每个数字刷新显示一段时间

if(++Num_Index==10) Num_Index=0; //显示下一个数字

16

总结

经过单片机的课程设计，我有了很大的收获。

首先，就是让我加深了对单片机的掌握和理解与应用，知道单片机到底是怎样控制点阵，怎样应用在生活中的。并且让我懂得了要善于思考，追求严谨，认真解决问题，才会有更多的收获。

然后，提高了通过查阅资料解决问题的能力。通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。并且通过对单片机资料的查阅和应用，更进一步增加了对单片机知识的理解和运用能力。并证实了自己的思路：“查资料→思考总结→运用→找出差错，再查资料和向别人询问→再次运用”的正确性。

最后，本系统能够完成设计任务，能够显示数字0-9，并且显示也较为稳定清晰。 本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。在本次课程设计中，主要使用了Proteus和Keil等软件进行硬件电路和控制程序的设计，加深了对这些软件的了解。感到Proteus对电子专业的同学来说是一个很有用的软件。总体来说这次的课程设计很成功，达到了预想的目的：学到了知识，提高了能力，完成了任务。

17

参考文献

[1] 张靖武,周灵彬 《单片机系统的PROTEUS设计与仿真》北京 电子工业出版社 [2] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉 《8051单片机实践与应用》北京 清华大学出版社 [3] 李群芳，肖看 《单片机原理、接口及应用》北京 清华大学出版社

[4] 张毅刚，彭喜元等 《新编MCS-51单片机应用设计 》黑龙江 哈尔滨工业大学出版社 [5] 李朝青，刘艳玲编著 《单片机原理及接口技术》北京 航空航天大学出版社

18

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

单片机课程设计

《单片机课程设计.doc》

将本文的Word文档下载到电脑，方便收藏和打印

推荐度：

点击下载文档