基于PROTEUS的单片机LED点阵显示屏的仿真设计

本 科 毕 业 设 计基于 PROTEUS 的单片机 LED 点阵显示屏的仿真设计Simulation design of the LED dot matrix display screen Based on the PROTUES学 院 ：电子工程学院 专 业 班 级 ：电子信息工程 电子 092 班 学 生 姓 名 ：刘燚 学 号：030911213 指 导 教 师 ：韩晓春（高级实验师） 2013 年 6 月毕业设计中文摘要摘 要: 本设计为基于 PROTEUS 的单片机 LED 点阵显示屏的仿真设计。由于它方便，醒目，可靠传播信息的手段，在现实生活和生产中有着广泛的应用，对社会经济的发展有着很大的贡献，从而来开发 LED 点阵显示屏。而且 proteus 和 keil 软件在设计，测试和仿真的方面对于单片机的开发是有着很强大的功能的。我们可以在软件中对我们的设计进行仿真，这样做的话既能够节省宝贵的资源而且还可以大大提升我们的工作效率。本设计是由时钟电路，复位电路，电源电路，单片机，显示电路，行驱动电路，列驱动电路等模块组成的。AT89C51 单片机作为整个系统的核心控制着各个模块然后再结合程序让点阵显示屏动态地显示出了汉字。关键词:AT89C51，LED 点阵显示屏，单片机，模块毕业设计外文摘要Abstract: This design is based on the PROTEUS simulation design of the LED dot matrix display screen. Because it is convenient, smart, reliable means of dissemination of information, has been widely used in the real life and production, has great contribution to the development of social economy, and thus to develop the LED dot matrix display screen. And proteus and keil software for single-chip microcomputer has a strong design, test and simulation function. We can for our design in the software simulation, do so to save valuable resources and can also improve our work efficiency greatly. This design is by the clock circuit, reset circuit, power circuit, microcontroller, display circuit, line driver circuit and column driver circuit module composition and so on. AT89C51 single-chip microcomputer as the core of the whole system controls the various modules and then combined with dynamic program to dot matrix display screen to show the Chinese characters.Keywords: LED dot matrix display screen ， AT89C51 , SCM , Module目 录1 绪论 11.1 引言 11.2 可行性分析 22 系统总体方案 22.1 系统设计要求 22.2 总体设计方案 23 系统硬件设计 33.1 单片机概述 33.2 AT89C51 单片机简介 73.3 复位电路 103.4 时钟电路 103.5 行驱动电路模块 113.6 列驱动电路模块 133.7 显示电路模块 154 系统软件设计 234.1 系统结构设计 234.2 系统程序 245 系统仿真 275.1 Proteus ISIS 简介 275.2 keil 简介 285.3 keil 与 proteus 系统仿真 29结 论 31致 谢 32参 考 文 献 33淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 1 页 共 34 页1 绪论本章着重讨论 LED 显示屏的研究背景，研究意义，国内研究现状和研究的主要内容和目标。1.1 引言由于现在科学技术的发展和社会的进步，对于信息的传播有了更细，更高的要求。LED 汉字点阵显示屏作为一种方便的，醒目的，可靠地信息传播手段，在一些需要显示的内容比较少的公共场所得到了广泛的应用。由于单片机的LED 汉字的点阵显示屏的投入比较少，得到的结果反而比较好，而且它的显示方式是图文并茂的，能够满足很大一部分的用户的需求，因此它被广泛的应用在很多的方面。在最近几年力 LED 汉字点阵显示屏广泛的应用在证券、军事、车站、金融、邮局、宾馆、机场、广告以及医院、海关、体育场所和交通运输等许多行业。当今社会 LED 点阵显示屏已经成了一种举足轻重的传递消息的方法，将 会 在 社 会 的 经 济 发 展 中 扮 演 着 越 来 越 重 要 的 角 色 ， 已 经 成 为 了 一 个 城市 现 代 化 的 标 志 之 一 。我国的 LED 显示屏的这个行业走过了一些年的探索和前进，已经有了一定的基础和规模了。并且培养了一大批的骨干企业和优秀的技术人才。这些企业很多都已经有了很大的规模，国内的市场占有率已经达到了一个很高的水平。我 国 LED 显示屏的相关技 能 在 某 一 些 方 面 来 说 相 比 较 而 言 已 经 比 别 的 国 家好 了 一 些 ， 就 在 大 力 发 展 我 国 的 LED 显 示 屏 这 个 行 业 的 同 时 ， 也 在 不 断 地推 陈 出 新 着 产 品 和 相 关 的 技 能 ， 虽 然 有 些 方 面 还 有 一 定 的 不 足 ， 但 是 在 有 些方 面 已 经 达 到 了 国 际 领 先 的 水 平 。 在 当 今 信 息 化 社 会 中 ， 未 来 将 会 是 LED显 示 屏 的 时 代 。 因 为 对 于 LED 这 个 东 西 的 性 能 已 经 得 到 了 方 方 面 面 的 提 升 ，对 于 色 彩 、 亮 度 、 白 平 衡 等 方 面 的 指 标 ， 全 彩 色 显 示 屏 全 部 到 达 了 比 较 不错 的 结 果 ， 对 于 户 外 各 种 环 境 的 要 求 都 可 以 完 全 的 适 应 。 因 此 全 彩 色 LED显 示 屏 将 会 得 到 非 常 广 阔 的 使 用 。LED 点阵显示屏是大型的显示屏系统，它把微电子技术、信息处理技术和计算机技术全部都融合在一块了。由于计算机和与它有联系的一些技能的快速成长从而形成了 LED 点阵显示屏这样一种新型的信息显示媒介。它具有鲜艳的色彩，耗电少，可以动态显示，有很高的亮度亮，可以用很长时间，很大范围内都可以看到它，能够让人放心的使用等优点。LED 点阵显示屏已经是我们优先选择的产品了。在很短的时间内迅速的成长为了平板显示的主流产品。LED 点阵显示屏是由发光二极管排列组成的一种显示器件，它通过掌控发光二极管的显示方式可以显示固定的字符或这是图形。仅仅掌控 LED 点阵中每个发光器件的连接或断开（点亮或者关闭）是 LED 点阵显示的主要特征。首先淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 2 页 共 34 页根据我们需要的汉字来提取汉字点阵，然后将点阵的文件存入内存中，这样就变为了新的汉字编码；在使用汉字编码的时候则应该首先按照新的汉字编码来生成需要的词语和句子，再通过 MCU 按照新的编码来提取相对应的点阵从而进行汉字的显示，这就是 LED 点阵的汉字显示方式。1.2 可行性分析理论可行性：本系统主要由单片机系统、行驱动电路、列驱动电路、LED点阵显示显示屏来组成的。软件是由端口的定义和程序的初始化，主程序，显示子程序组成。他们中的每一部分都可以找到相关的器件和技术来实现，而且单片机 LED 点阵显示屏的技术也很成熟了，现在在很多的地方都有着有很多的应用。现实可行性：目前市场上对于基于单片机的 LED 点阵显示屏的应用有很多，例如在邮电电信，指挥调度，金融证券，交通运输，商业经营，广告宣传，国防军事等很多方面得到了非常广阔的使用。它的市场前景是非常开阔的，所以我们说它有着很有现实的可行性。经济可行性：开发系统所需的元器件是很便宜的，我们是完全有条件开发该系统的。综上所述，基于 PROTEUS 的单片机的 LED 点阵显示屏的开发是可行的2 系统总体方案2.1 系统设计要求LED 点阵显示系统设计要求：（1）设计一个 1664 的 LED 点阵显示系统。（2）要求该系统可以动态显示汉字“淮海工学院电子班刘燚做”的字样。（3）编写相应的程序，用 Proteus 软件做出仿真并且在论文中给出具体是怎么设计的，它们产生的原理和仿真图。2.2 总体设计方案该系统由时钟电路，复位电路，电源电路，单片机，显示电路，行驱动电路，列驱动电路组成。该系统的中枢部分是单片机，由 16 个 88 的 LED 点阵显示屏组成的一个 1664 的的 LED 点阵显示屏作为显示部分，由 74HC154 译码器作为控制位选的行驱动部分,由 74LS164 移位寄存器作为控制段选的列驱动部分。因为有许多的 I/O 口在这个系统中被使用到，所以采用 MCS-51 指令系列的 AT89C51 单片机，因为它内部的存储资源和输入、输出口有许多，16 个 88的 LED 点阵显示屏，需要 10 根数据线，采用 P3 口作为段选数据线和控制段选淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 3 页 共 34 页数据的输入，P1 口作为位选数据线， P2 口作为译码器的使能输入端控制位选的数据输入。按照我们的设计会有 16 个 88 的 LED 点阵显示屏被采用，把这些显示屏连接成一个 1664 的一整块大的 LED 点阵显示屏。采用 74HC154 译码器作为选通端。为了满足对系统的全部要求，我们采用了 74LS164 寄存器作为显示驱动端。采用 AT89C51 单片机作为运算和控制单元。构成系统的各个模块和总体的设计框图如下图 2.2 所示。AT89C51时钟电路复位电路电源电路显示电路译码器行驱动寄存器列驱动图 2.2 系统总体设计框图3 系统硬件设计3.1 单片机概述单片机的全称叫做单片微型计算机，我们又把它叫做微型控制器。它是一种微型的计算机，它把中央处理器、定时/计数器、存储器和各种 I/O 口等全部都在一块集成电路芯片上被融合构成在一起了。在与应用于个人电脑中的通用型微型的处理器相比，虽然缺少了外围设备但它强调的是成本的节约和能够进行自我供应。单片机的应用是非常的广泛的，几乎我们使用的每一件电子产品都会用到单片机，像电话，手机，平板电脑，家用电器，计算器，鼠标等等都能看到单片机的身影。有的一件产品和系统包含几十甚至数百片的单片机，比如说汽车，工业控制系统方面等等。单片机最早是被使用在工业的控制方面的，伴随着技能的发展，现在几乎已经使用在我们生活和生产的的各个方面了。设计它的时候最开始是为了把很多的外围设备和 CPU 都融合在一个芯片中去，使得计算机的系统变得更加的小，在对大小有很严格要求的仪器中把它放进去。 单片机出现的时间并不是很长。我们如果将 4 位的单片机的产生当做是开始的话，我们就可以把单片机的成长粗略的分为下面的四个时间段：第一阶段（20 世纪 70 年代初）：也就是说是单片机的开始时期。最开始淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 4 页 共 34 页开发单片机时的最主要的目的是为了找寻到将一种单片形态嵌入到系统中的最好的体系结构。我们将 Inter 公司的 4 位的 Inter4004 这样一个产品的作为起点到 8 位的 Inter8080 这样一个产品作为结束。这个系列的单片机虽然非常地简单但是他揭开了单片机发展的序幕很有意义。第二阶段（20 世纪 70 年代后期）：也叫做初级的单片机时期。它的代表产品是 Inter 公司的 MCS-48。这样一个系列的单片机的片内融合在一块的有 8位 CPU、8 位的定时/计数器、并行的输入 /输出口，寻找地址的范围小于等于于 4K，而且还没有串行口。第三阶段（20 世纪 70 年代末期到 20 世纪 80 年代初期）：也叫做非常高的性能的单片机的时期。在这一使其开发并投入市场的单片机一般都带有串行的输入/输出口，有着好几级的中断处理的系统、16 位的定时/ 计数器。片内运存、内存容量得到了很好的加大，并且寻找地址的范围能够达到 64K 的字节，有些的片内中还带有着数模转换的接口，这样在系统的扩展方面就有了很大很大的提高。这样一类的单片机有因特尔公司的 MCS-51 这样一类产品、摩托罗拉公司的 6801 这样一类产品和桑那公司的 Z8 这样一类产品等等。第四阶段（20 世纪 80 年代初期至今）：这个时期也称之为 8 位的单片机防守和更新和 16 位的单片机展现出来的时期。在这一时期的主要的特性是在一方面大力的开发 16 位的单片机和针对专业所用的单片机；而在另外一个方面，它还同时的在不停的是高端的 8 位的单片机更加全面和完美，这要体现在对它结构的改善，这样做是用来满足不同的用户的需求。单片机也叫做单片微控制器，它就是相当于一台非常小的计算机，但是它和我们常用的计算机相比较起来，单片机仅仅就是没有输入/输出设备而已。简单一点来说：一块芯片就相当于一台很微小的计算机。它的大小非常的小、重量也很轻、价格也非常的便宜，为我们的学习单片机和使用单片机和开发单片机和相关的系统提供了更加方便的条件。而且，我们学习和使用单片机也是我们更加深入的了解计算机的构造和原理的很好的方法。 1 在很多方面单片机构造和电脑能力是很相像的，比如所像 CPU，内存，并行总线，硬盘（在单片机中叫存储器件） 。它们之间所不同的就是相对于我们平常的家用电脑它的这些部件的性能都要弱小了很多很多，不过价钱也更加的便宜了。我们用它来完成一些并不是很难的工作，像一些控制电器一类的工作就已经是足够用的了。像我们现在所使用的全自动滚筒式洗衣机、平板电脑、手机，计算器等等的家用电器里面都使用了单片机，它的作用是一个中枢。与离线式计算机（像家用 PC）相对应的它还是一种在线式实时控制计算机。在线式顾名思义就是在现场进行掌控的意思，因此它需要的是有较强的屏蔽外界打扰扰的能力，需要的花费也很少，这也是之间的的主要区别。 2淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 5 页 共 34 页单片机的之所以能够运行，是因为它能和程序连一块用，而且它还可以进行改动。想要实现不同的功能就需要有不同的程序来实现它，尤其是一些它所特有的功能，这些功能是其他的器件需要花费很大的力气才能够做得到的，而且有很多就算是是花再大的力气也基本上是很难很难才勉强可以做得到的。单片机通过操作人员编写的程序具备了更高的智能化，效率也高，可靠性也高。 2现如今，有很多人并不十分