《單片機技術》課程設計說明書廣告屏院、部：電氣與信息工程學院學生姓名：曹文龍指導教師：肖冬瑞職稱講師專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣本1305學號：1330120542完成時間：2016年6月概述本次課程設計通過使用AT89S52與LED8*8組成一個發(fā)光點陣屏來顯示圖形，是通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，其大概的樣子就是由很多個通常是紅色的發(fā)光二極管組成，靠燈的亮滅來顯示字符。通過編程對其實現(xiàn)一個亮滅變化，由于人眼分辨原因，我們就能看到LED是顯示的一個連續(xù)的亮燈，從而得到我們想要的圖形。該點陣屏上電或按鍵復位后能自動顯示P，進入準備工作狀態(tài)。該點陣屏可以通過鍵盤選擇顯示廣告花樣，切換廣告花樣。要求顯示四種及以上廣告花樣。當今世界，電子技術迅猛發(fā)展，點陣式顯示器件作為現(xiàn)代信息顯示的重要媒體也的到了迅速的發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)逐漸實現(xiàn)了自動化，其中，設備的工作狀態(tài)和生產(chǎn)過程狀態(tài)的顯示與監(jiān)控起到了非常重要的作用，對于那些需要顯示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相對比較低的場合，使用大、小屏幕LED點陣顯示器是比較經(jīng)濟適用的，他可以顯示字符、數(shù)字、漢字和簡單圖形，可以根據(jù)需要使用不同字號、字型，顯示亮度較高，并且對環(huán)境條件要求比較低。LED顯示可以按照需要的大小、形狀和顏色進行組合，并用單片機控制實現(xiàn)各種文字或圖形的變化，達到宣傳和提示的目的。LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應用。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,也是平板顯示領域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。LED其他應用領域一很廣泛。例如小尺寸背光源市場，汽車車燈市場，室內(nèi)裝飾燈市場，交通燈市場，景觀照明市場，特種照明燈市場，通用照明市場等等。

2硬件電路設計2.1系統(tǒng)框圖8x8點陣LED字符的顯示器的設計主要利用單片機作為本系統(tǒng)的中央控制器,

8x8點陣為主要顯示模塊，用74LS245芯片作為驅動電路，單片機傳來的數(shù)據(jù)在顯示器上顯示出來。在顯示電路中，主要靠按鈕來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇和切換。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖2.2單片機的簡介單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅動電路(LCD或LED驅動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉換器及A/D轉換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構成一個最小而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。2.3單片機的應用領域單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：

（1）在智能儀器儀表上的應用

單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用數(shù)字電路更加強大。（2）在工業(yè)控制中的應用

用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。

（3）在家用電器中的應用

可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。

（4）在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用

現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。2.4AT89S52單片機本次設計的8x8點陣LED字符顯示器是用利用AT89S51單片機對整個系統(tǒng)進行總體控制。2.4.1AT89S52的簡介AT89S51是美國Intel公司生產(chǎn)的低功耗,高性能的CMOS

8位單片機,片內(nèi)含8k

Bytes

ISP(In-system

programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,

與標準MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳兼容,芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器(CPU)

和ISP

Flash存儲單元。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造,并且具有邏輯加密的功能,AT89S52單片機適用于較為復雜的控制應用場合。AT89S52的管腳排列如圖2所示圖2AT89S52管腳排列2.4.2引腳功能說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，在使用的時候要外部接一個上拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。隨著單片機的功能增強，對芯片引腳的需求不斷增加，但由于簡化、工藝或標準化等原因，給一個引腳賦予兩種功能的。AT89C51單片機的引腳主要集中在P3口線上。P3口的第二功能如表1所示。表1P3口線的第二功能口線第二功能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD 串行數(shù)據(jù)接收P3.2INT0 外部中斷0申請P3.3INT1外部中斷1申請P3.4T0定時器/計數(shù)器0外部輸入P3.5T1定時器/計數(shù)器1外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)讀脈沖P3.7WD外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)讀脈沖XTAL1為振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。

XTAL2為振蕩器反相放大器的輸出端。RST是復位輸入，當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片復位ALE/PROG接口是當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。PSEN接口是程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次RSEN信號。2.4.3單片機的最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)指的是單片機能正常工作所必須的基本電路，主要由單片機、晶振電路、復位電路和電源電路組成。這次課題采用如圖3所示的最小系統(tǒng)（1）單片機的時鐘電路：時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本次課題設計用的是內(nèi)部時鐘方式。

電路利用其內(nèi)部的振蕩電路在XTAL1（18引腳）和XTAL2（19引腳）引線上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在XTAL1和XTAL2之間連接晶振器與電容構成穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振可在6-22MHz之間選擇。AT89S52單片機在通常應用情況下，使用振蕩頻率為12MHz的石英晶體。單片機的晶振電路如圖3所示。圖3單片機時鐘電路(2)復位電路：單片機通常采用上電自動復位和按鍵復位鍵兩種方式。上電瞬間，RC電路充電，RST引線端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效地復位。在應用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復位。如果這些芯片復位端的復位電平的要求一致，則可以將復位信號與之相連。單片機的復位電路如圖4所示。圖4單片機復位電路(3)電源電路主要是為系統(tǒng)提供電源，采用普通集成穩(wěn)壓電路。在這次設計中，考慮到成本，直接用USB接口提供5V直流電源為電路供電。電源電路如圖5所示。圖5單片機電源電路2.58*8LED點陣屏2.5.18*8LED點陣屏的內(nèi)部結構8×8點陣的共有64個LED發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。它們排成8橫8列組成一個正方形。8*8D點陣屏的封裝如圖6所示。圖68*8點陣屏封裝圖2.5.2點陣工作原理LED發(fā)光二極管分為正負二個腳當正負之間加入一定的電壓時LED

會點亮。例如如果想使左上角LED點亮，則Y0=1，X0=0即可。應用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。LED

發(fā)光時一般電流為3

至30mA

左右,LED

有一定的穩(wěn)壓作用，點亮時LED

的正負之間的電壓為1.8V至2.1V

左右,LED

加入電壓時必須限流否則會損壞LED。根據(jù)發(fā)光亮度的需要，LED

的限流電阻可為1K

至3K3

之間，這時流過幾毫安的電流，當需要較高亮度的顯示時可加入較大的電流，例如使用+5V

供電串接75R

的限流電阻則在75R

的電阻上有3V

的壓降，因為LED

壓降約為2V，則電流約為30至50毫安。點陣LED一般采用掃描式顯示，實際運用分為點掃描、行掃描和列掃描三種方式。

點掃描的掃描頻率必須大于16×64=1024Hz，周期小于1ms。行掃描和列掃描方式的掃描頻率必須大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms，才能符合視覺暫留要求。此外一次驅動一列或一行（8顆LED）時需外加驅動電路提高電流，否則LED亮度會不足。字符的點陣顯示原理獲取方法，這次課題用pctolcd2002軟件生成圖形的代碼。2.6驅動電路正向點亮一顆LED，LED需要10-20MA的電流。若電流不夠大，則LED燈的亮度不夠亮。AT89S52單片機的I/O口其高阻態(tài)輸出電流不是很高1-2MA左右。因此很難高態(tài)驅動LED，為了使LED點陣屏的亮度夠亮，在外部增加驅動電路提高電流。在這次課程設計中使用74LS245芯片來增加驅動電流。74LS245芯片的外部封裝如圖5所示。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅動器。當/CE為H時A和B為高組，/CE為L,AB/BA為L時B→A。/CE為L,AB/BA為H時A→B。7LS245管腳圖如圖7所示圖77LS245管腳2.7硬件接線圖由單片機進行處理，并將行列信號分別通過顯示驅動輸入點陣屏，控制點陣的顯示。

（1）單片機：采用AT89S52單片機芯片作為主控，控制LED點陣顯示。

（2）顯示：采用8x8

LED點陣屏顯示圖形。

（3）顯示驅動：考慮到驅動LED所需電流，采用74LS245芯片作行驅動芯片，AT89S52的I/O口作為列驅動。系統(tǒng)硬件接線圖見附錄D。3系統(tǒng)軟件設計3.1軟件流程圖程序主要由主程序、定時器0中斷、外部0中斷組成。主程序首先設置定時器中斷、外部中斷0的初始化，定時器的定時時間為2ms。后面程序為定時器T0和外部中斷1的服務程序。系統(tǒng)流程圖如圖8所示。啟動定時器0啟動定時器0顯示圖形結束開始初始化設置定時初值開定時器0中斷和外部0中斷等待中斷定時器T0中斷是否到來？外部中斷是否到來？NN結束重新設置初值輸出位碼和段碼調(diào)用表格程序圖8主程序流程圖3.2各模塊程序設計3.2.1主程序設計voidmain(){P0=0xff;P1=0xff;TMOD=0X01;//設置定時器0，選用工作方式1TH0=(65536-3000)/256;//定時2msTL0=(65536-3000)%256;IE=0X83;//允許定時器0、外部0中斷i=0xff;///i的初值設為0xff，加1

后將從0

開始while(1);}3.2.2定時器0程序設計voidShow_Dot_Matrix()interrupt1{TH0=(65536-3000)/256;//重新設置初值TL0=(65536-3000)%256;P0=0xff;//輸出位碼和段碼P0=~M[i][j];//調(diào)用表格P1=_crol_(P1,1);j=(j+1)%8;}3.2.3INT0

中斷程序設計voidKey_Down()interrupt0{P0=0xff;P1=0x80;j=0;i=(i+1)%4;//i在0，1，2，3中取值，因為只要4個圖形TR0=1;//開啟定時器}3.2.4字模程序設計{0xFF,0xF1,0xF5,0xF5,0x81,0xFF,0xFF,0xFF},//顯示“P”{0x00,0x7E,0x50,0x50,0x70,0x00,0x00,0x00},//顯示愛心桃{0x60,0x70,0x78,0x3C,0x78,0x70,0x60,0x00},//顯“O”{0x00,0x7e,0x7e,0x7e,0x7e,0x7e,0x7e,0x00},//顯示正方形4系統(tǒng)調(diào)試及結果4.1系統(tǒng)調(diào)試4.1.1軟件調(diào)試根據(jù)各單元電路模塊，利用Proteus軟件將總的硬件原理圖繪制好，設計好各模塊要使用的I/O口，本次實驗用到P0口和P1口。如：8×8點陣LED顯示屏時候插反，先檢測下，無硬件錯誤后，再進行程序編程。

利用C語言的編程方式，將系統(tǒng)要求的基本功能，以及創(chuàng)新功能根據(jù)程序流程圖編寫出來，用keil軟件調(diào)試無誤后，生成Hex文件。

雙擊Proteus中的AT89S52芯片，將Keil生成的Hex加載到芯片內(nèi)，進行仿真，經(jīng)調(diào)試后所編寫的程序能夠完美實現(xiàn)系統(tǒng)所需的各種功能。4.1.2硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測試結果如下：

(1)檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對照電路原理圖測試各導線是否完全連接，對未連接的進行修復。

(2)參照原理圖，檢查各個器件之間的連接是否連接正確，是否存在虛焊，經(jīng)測試，各連接不存在問題。

(3)以上兩項檢查并修復完后，給該硬件電路上電，電源指示燈點亮。

(4)將燒錄好程序的最小單片機系統(tǒng)接入各模塊后，各模塊能過正常工作。4.1.2仿真效果圖將編好的程序寫到Protues軟件中進行仿真，結果如圖9、10、11、12所示。圖9顯示“P”仿真效圖圖10顯示“O”仿真效圖圖11顯示“愛心桃”仿真效圖圖12顯示“正方形”仿真效圖結束語本課題設計一個8×8點陣LED圖文顯示屏。經(jīng)過測試，LED各點亮度均勻，可顯示圖形和文字，且穩(wěn)定清晰無串擾。本系統(tǒng)具有硬件少、結構簡單、容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠等特點。通過查閱資料，了解了LED發(fā)光原理和LED顯示技術的原理和現(xiàn)狀。在

LED點陣顯示屏的設計過程中，學到了很多東西，復習了Protel、Proteus、Keil等軟件的基礎應用。例如，在進行整個設計之前，應該先根據(jù)需求分析，對單片機進行選型，然后對各個硬件模塊進行搭試。在焊接電路板的時候，應該從最基本的最小系統(tǒng)開始，分模塊，逐個進行焊接測試。在實物接線的時候剛開始以為點陣屏的管腳是和proteus一樣有規(guī)矩的排布的，但實際并不是的。照成了在接線上用了很多的時間。在對各個硬件模塊進行測試時，要保證軟件正確的情況下去測試硬件，要不然發(fā)生錯誤時，不知道到底是哪一個方面出錯了。總之，這次設計開發(fā)，我受益非淺，在以后的開發(fā)過程中一定總結經(jīng)驗，吸取教訓，為以后的學習工作打好基礎。參考文獻[1]李廣弟.單片機基礎[M].第3版.北京：北京航空航天大學出版社，2003.650～60[2]李全利.單片機原理及應用（C51編程）[M].北京：高等教育出版社，2012.1280～90[3]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計[M].第4版.北京：北京航空航天大學出版社2003.615～18[4]李光飛.單片機C程序設計指導[M].北京:北京航空航天大學出版社，2003.0120～25[5]李光飛.單片機課程設計實例指導[M].北京:北京航空航天大學出版2004.940～60[6]張義,陳敵北編著.例說8051[M].北京:人民郵電出版社,2006年.18～19.[7]周越主編.單片機技術實驗實訓教程[M].北京:中國水利水電出版社,2007年.53～55.[8]周越主編.單片機應用技術[M].北京:中國水利水電出版社,2009年.132～133.[9]李全利編.單片機原理及應用技術[M].北京:高等教育出版社,2004年.55～57.

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,2008,365:35～36[22]GranthamK.H.Pang,Chi-HoChan,ThomasT.O.Kwan.Tricolorlight-emittingdiodedotmatrixdisplaysystemwithaudiooutput[J].IEEETransactionsonIndustryApplications,2001,37:1～5[23]KATSUSHIROIIO,SHINYAKONDOH.AMemorableandFlexibleDotMatrixTypeDisplayUsingFerroelectricLiquidCrystals[J].Ferroelectrics

,2008,365:17～20[24}王立華.大學生電子設計競賽電賽題分析[J].實際科學與技術,2013,11(1):53～54致謝本課題是在肖老師的悉心指導下完成的，從課題的選擇到說明書的最終完成，每一個環(huán)節(jié)自始至終得到肖老師的精心指導和幫助。老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、求實創(chuàng)新的工作作風、對事業(yè)和科學的執(zhí)著追求，以及對我們小組諄諄教誨給我留下了深刻的印象，使我受益終身。在課題設計過程中，我不僅從肖老師那里學到許多專業(yè)知識，更重要的是學會了學習新知識并將其鞏固的方法，這無疑是一把開啟未來生活的鑰匙，特此向肖老師表示衷心的感謝！

在此，還要感謝我們的同學，感謝你們的無私奉獻和熱情的幫助，使我們克服了很多困難，最終完成了課程設計。

附錄附錄A元器件清單表2廣告屏元件清單名稱型號數(shù)量單片機AT89C511個瓷片電容22PF2個電阻4701個晶振12MHZ1個排針2.54CM2根杜邦線20CM30根焊錫絲0.8MM1米USB下載線 20CM1根共陽點陣屏