单片机原理led点阵课设

单片机原理应用 课设报告 设计题目：点阵 LED 实验 专业：自动化 班级：KT1023-4 学号： 姓名： 前言 当今世界，电子技术迅猛发展，点阵式显示器件作为现代信息显示的重要 媒体，在金融证券、体育、机场、交通、商业、广告宣传、邮电电信、指挥调 度、国防军事等许多领域中得到了广泛应用。因此点阵式显示器件的研制、生 产也的到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。 由于 LED 电子显示屏具有所显内容信息量大,外形美观大方,操作使用方便灵 活.适用于火车,汽车站,码头,金融证券市场,文化中心,信息中心体育设施等公 共场所.该项目广泛涉及了计算机及电子技术中的电源技术,单片机技术,数据通 讯技术,显示技术,存储技术,系统软件技术,接口及驱动等技术.我国经济发展迅 猛,对信息传播有越来越高的要求.可以相信,LED 电子显示屏以其色彩鲜亮夺目,大 的显示信息量,寿命长,耗电量小,重量轻,空间尺寸小,稳定性高,易于操作,安装 和维护等特点,将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。 利用单片机对整个系统进行总体控制，进行显示所要显示的字符。显示方式 分为三种：逐字显示、上滚显示、左滚显示，其中显示字模数据由单片机输入 显存，点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成，点阵采用单色显示，该 显示器电路的特点是：点阵的动态显示过程占用时间比较短，亮度比较高，而 且亮度可以改变电阻进行调节。 LED 点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的 广告信息烧写固化到 EPROM 芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单 显示型；另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容 可变的多幅汉字显示，称可编程序型。 目前，国内的 LED 点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少， 显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的 EPROM 芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使 用范围受到了限制。国内的另一种 LED 显示屏可编程序型 LED 显示屏，虽 然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在 着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在 着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的 LED 显示屏 控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用 PC 机通信技术控 制 LED 显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点 3 目录 一 课设目的 .4 二 课设内容 .4 三 实验器材 .4 四 硬件描述 .4 五 实验步骤 .7 六 实验电路图 .8 七 程序框图 .8 八 设计调试 .9 九 程序清单 .10 十 课设总结 .13 一 课设目的 掌握点阵 LED 的原理和程序设计方法；掌握 74LS164 扩展并口的方法。 二 课设内容 在点阵 LED 上显示自己的学号：“20109230438” 三 实验器材 1、超想-3000TB 综合实验仪 1 台 2、连线 若干根 3、超想 3000 仿真器 1 台 四 硬件描述 1.8051 芯片 单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器。在 8051 单片机内部有一个 4KB 或 8KB 的程序存储器（ROM） ，ROM 的作用就是用来存放用户需要执行的程序 的。MCS-51 是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分地布请参照- -单片机引脚图： l P0.0P0.7 P0 口 8 位双向口线（在引脚 的 3932 号端子） 。 l P1.0P1.7 P1 口 8 位双向口线（在引脚 的 18 号端子） 。 l P2.0P2.7 P2 口 8 位双向口线（在引脚 的 2128 号端子） 。 l P3.0P3.7 P3 口 8 位双向口线（在引脚 的 1017 号端子） 。 这 4 个 I/O 口具有不完全相同的功能，具体 如下： P0 口有三个功能，外部扩展存储器时，当 做数据总线（如图 1 中的 D0D7 为数据总线 接口） 。外部扩展存储器时，当作地址总线 （如图 1 中的 A0A7 为地址总线接口） 。不 扩展时，可做一般的 I/O 使用，但内部无上 拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1 口只做 I/O 口使用：其内部有上拉电阻。P2 口不仅可以在扩展外部存储器时， 当作地址总线使用，在做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。 5 P3 口除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻） ，还有一些特殊功能，由特殊 寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。内部 EPROM 的单片机芯 片（例如 8751） ，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也 是由信号引脚的形式提供的。 在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口的输出低 8 位地址送锁存器锁存起来， 以实现低位地址和数据的隔离。 （在后面关于扩展的课程中我们就会看到 8051 扩展 EEPROM 电路，在图中 ALE 与 74LS373 锁存器 的 G 相连接，当 CPU 对外部 进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即 P0 口输出。ALE 有可能是高电平也 有可能是低电平，当 ALE 是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器 时，ALE 信号负跳变（即由正变负）将 P0 口上低 8 位地址信号送入锁存器。当 ALE 是低电平时，P0 口上的内容和锁存器输出一致。关于锁存器的内容，我们 稍后也会介绍。 在没有访问外部存储器期间，ALE 以 1/6 振荡周期频率输出（即 6 分频） ， 当访问外部存储器以 1/12 振荡周期输出（12 分频） 。从这里我们可以看到，当 系统没有进行扩展时 ALE 会以 1/6 振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外 部时钟，或者外部定时脉冲使用。 通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是 PROG。 PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部 ROM 时 PSEN 低电平有效，以实 现外部 ROM 单元的读操作。 1、内部 ROM 读取时，PSEN 不动作； 2、外部 ROM 读取时，在每个机器周期会动作两次； 3、外部 RAM 读取时，两个 PSEN 脉冲被跳过不会输出； 4、外接 ROM 时，与 ROM 的 OE 脚相接。 接高电平时：CPU 读取内部程序存储器（ROM） ，扩展外部 ROM：当读取内部 程序存储器超过 0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部 ROM。接低电平 时：CPU 读取外部程序存储器（ROM） 。 在前面的学习中我们已知道，8031 单片 机内部是没有 ROM 的，那么在应用 8031 单片机时，这个脚是一直接低电平的。 RST 复位信号：当输入的信号连续 2 个机器周期以上高电平时即为有效，用以 完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器 PC=0000H，即复位后将从 程序存储器的 0000H 单元读取第一条指令码。VCC：电源+5V 输入。VSS：GND 接 地。 2.74LS138 译码器 译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码 的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。有一些译码器设有一个和多 个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。 74138 是一种 3 线8 线译码器 ，三个输入端 CBA 共有 8 种状态组合 （000111） ，可译出 8 个输出信号 Y0Y7。这种译码器设有三个使能输入端， 当 G2A 与 G2B 均为 0，且 G1 为 1 时，译码器处于工作状态，输出低电平。当译 码器被禁止时，输出高电平。检测 74ls138 译码器时间波形的电路，使用的虚 拟仪器为数字信号发生器和逻辑分析仪。数字信号发生器在一个周期内按顺序 送出两组 000111 的方波信号。其中第二片 74138 的使能端 G1 和第一片的使 能端 G2A 接成 D 输入端。当 D=0 时，第一片 74138 工作，对 00000111 的输入 信号进行译码输出。当 D=1 时，第二片 74138 工作，对 10001111 的输入信号 进行译码输出。BCD七段显示译码器电路，LED 数码管将显示与 BCD 码对应的 十进制数 09。因为显示译码器电路输出高电平，所以应该采用共阴极 LED 数 码管。一个检测优先编码/译码功能的逻辑电路，对每一个接地的逻辑开关，数 码管都会显示一个相应的十进制数。在输入端的 8 个逻辑开关中，代号为7的 优先级别最高，代号为0的优先级别最低。 74138，是一个 3 到 8 的译码器，下图是其逻辑符号及管脚排布，下表中列 出了该器件的逻辑功能，从表中可以看出其输出为低电平有效，使能端 G1 为高 电平有效，/G2,/G3 为低电平有效，当其中一个为高电平，输出端全部为 1！在 中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广泛！ 3.74LS164 芯片 74LS164 是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的 引脚兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据， 然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入 端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接 在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。 时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据 输入端（DSA 和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长 度。 主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步 地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。 引脚配置及相关说明，如下图所示： Q0Q7 （3，4，5，6，10，11，12，13）并行输出端 ； A,B（1，2）串行输入端； CLR（9 ） 清除端 ,为 0 时，输出清零； CLK（8） 时钟输入端； 串行输入带锁存,串行输入带缓冲；最高时钟频率可高达 36Mhz 当清除（CLEAR）为低电平时，输出端（QA-Q 均为 7 低电平。输入端 A,B 为可控数据端，当 A、B 任意一个为低电平则禁止新数据的输入，在 时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用 Q0 为低电平。当 A、B 一个为高电平，则另一个就允 许输入数据， 并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。真值表如下： 74LS164 是串入并出的 8 位移位寄存器，可以用来扩展并口。有 2 种方法， 一个是利用单片机的串行口，另一个是用一般的 IO 口。 第一种方法是串行口方式 0 为移位寄存器输入输出方式以扩展 IO 口。这里 只作为输出使用。数据从 RTX 串行输出，TXD 输出移位脉冲（注意这 2 个引脚 的使用，和其它工作方式不同） 。当一个数据写入串行口发送缓冲器时（SBUF） ， 串行口即将 8 位数据以 fosc/12 的固定波特率从 RXD 引脚输出，低位在先。发 完 8 位数据置“1”中断标志位 TI。第二种方法是利用一般的 IO 口中的一个， 用 8 位移位方式输出到 164 的输入口，同时用另一个 IO 口产生一个正脉冲控制 移位。 4. 88LED 点阵 88LED 点阵可作为信息输出器件。它是由发光二极管阵列按 8 排 8 列的方 式排列起来，由 x 和 y 引脚输入的电信号对其进行选通，使不同位置的二极管 被点亮，相应地显示出文字或图案等信息来。LED 点阵的元件符号及内部结构 图： 单片机利用外部晶振作为时钟信号输入，RST 端口接入上电复位信号使它加电后自动进行复位 操作。将要显示的字符码表编入单片机的程序中， 由单片机控制时序输出相应的扫描数据和字符数 据。行码数据由单片机 P0 口输出，经一个双向 总线收发器控制传输方向后进入 LED 点阵，点亮 相应的发光二极管。列码扫描信号由 P3 口输出 后，直接输入 LED 点阵控制 8 列的扫描，每列选 通时间为 5ms，看上去就像 8 列同时显示的效果 一样。加上行中相应的 LED 灯被点亮，就能看到 显示的字符了。 五 实验步骤 1、设定仿真模式为程序空间在仿真器上，数据空间在用户板上。 2、 “译码器”YC2（0A000H）孔连“点阵 LED”左侧 CS0 孔,“总线插孔” 中 P1.1 孔连 SIN 孔,P1.0 孔连 CIN 孔. 3、设计程序,调试并通过。 六 实验电路图 7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 3 7 7 8 0 5 1 P 2 . 4 P 2 . 5 P 2 . 6 P 2 . 7 A B C G 1 G 2 A G 2 B Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 V s s P 0 7 P 0 . 6 P 0 . 5 P 0 . 4 P 0 . 3 P 0 . 2 P 0 . 1 P 0 . 0 W R 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 8 D C L K 1 3 8 译 码 器 Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 Q 7 G C S 0 5 K V c c 7 4 L S 2 4 0 1 A 1 I N 1 A 2 I N 1 A 3 I N 1 A 4 I N 2 A 1 I N 2 A 2 I N 2 A 3 I N 2 A 4 I N E N 1 E N 2 2 Y 4 O U T 2 Y 3 O U T 2 Y 2 O U T 2 Y 1 O U T 1 Y 4 O U T 1 Y 3 O U T 1 Y 2 O U T 1 Y 1 O U T C L K A B C L E A R P 1 . 0 P 1 . 1 R S T 七 程序框图 单片机在上电后能自动执行一次复位操作，同时开始接收外部晶振的信 号输入。从程序中的列扫描序列中读取列码的地址，并从码字表中反复读取 行码的地址，由 I/O 口输出信号对 LED 点阵进行选通点亮，然后判断拉幕次 数，显示出相应的字符来。显示一幕后拉幕次数加 1，再送新的幕次和行码 地址。程序流程图如下所示： 9 开始 显示行指针加 1 = 0 ？ 设数据工作方式 设置显示行指针 设置代码指针 取代码 从 P 1 . 0 口发送 代码指针加 1 N Y 八、设计调试过程 将电路按原理图连接好之后，把汇编程序编译产生的十六进制文件下载到 单片机内。第一次做时是在实验箱上直接连接硬件电路，可是由于没有 74LS245 双向总线收发器，所以在 LED 点阵和单片机 I/O 口之间就直接跳线连 接了，因此没有将电平上拉，结果在实验箱上的 LED 显示屏无法显示单片机输 出的结果，所有的 LED 灯都不亮。看来直接跳线时单片机 I/O 口输出的信号不 足以驱动 8 乘 8 点阵工作。由于硬件条件的各种限制，因此本小组考虑改用软 件仿真的方法来实现电路的设计与调试。 在 PC 机上运行 Proteus 软件，将电路原理图中的元件找出并相应地连接好 线；在 Keil 汇编软件中输入设计的程序，编译通过后生成十六进制文件，并再 把该文件下载到虚拟的单片机内。因为单片机的 RST 引脚经电容接到了 Vcc 电 源上，同时并联接地，所以系统可以上电后自动执行一次复位操作。仿真开始。 此时可能会看到 LED 点阵中有字显示的地方（前景）灯是灭的，无字显示的地 方（背景）灯是亮的，这种状态叫做“阴文”显示状态。产生这种显示的原因 是因为实验没有正确的复位，在经过正确的复位之后再次运行程序，即可看到 正确的“阳文”方式显示出的数字。此显示系统最终实现了将学号依次显示出 来。 九 程序清单 CLK EQUP1.0 DINA EQUP1.1 MIAN: MOV SP,#60H CLR C MOV R2 , #00H SEND1: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd2 ;显示“2 “ LOOP1: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP1 DJNZ R2 , SEND1 SEND2: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd0 ;显示“0 “ LOOP2: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP2 DJNZ R2 , SEND2 SEND3: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd1 ;显示“1 “ LOOP3: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP3 DJNZ R2 , SEND3 SEND4: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd0 ;显示“0 “ LOOP4: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP4 DJNZ R2 , SEND4 SEND5: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd9 ;显示“9 “ LOOP5: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP5 DJNZ R2 , SEND5 SEND6: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd2 ;显示“2 “ LOOP6: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP6 11 DJNZ R2 , SEND6 SEND7: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd3 ;显示“3 “ LOOP7: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP7 DJNZ R2 , SEND7 SEND8: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd0 ;显示“0 “ LOOP8: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP8 DJNZ R2 , SEND8 SEND9: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd4 ;显示“4 “ LOOP9: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP9 DJNZ R2 , SEND9 SEND10: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd3 ;显示“3 “ LOOP10: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP10 DJNZ R2 , SEND10 SEND11: MOV R0,#080H MOV DPTR,#CODEd8 ;显示“8“ LOOP11: ACALL SEND JNB ACC.0, LOOP11 DJNZ R2 , SEND11 LJMP SEND1 SEND: CLR A MOVC A,A+DPTR ; 取出当前行的显示码 push dph push dpl mov dptr,#0a000h ;送入当前行的显示码 MOVX dptr,a MOV A,R0 ; ACALL sendto ;调用 sendto，显示当前行 pop dpl pop dph INC DPTR ;指向下一行的显示码 MOV A,R0 RRC A MOV R0,A LCALL DELAY ;延时子程序 RET DELAY: MOV R7,#01 DELAY0: MOV R4,#20 DELAY1: MOV R3,#28 DJNZ R3,$ DJNZ R4,DELAY1 DJNZ R7,DELAY0 RET CODEd0: DB 000H,03CH,024H,024H,024H,024H,03CH,000H; “0“ CODEd1: DB 000h,038h,010h,010h,010h,010h,030h,010H ;“1“ CODEd2: DB 07eh,040h,040h,07Eh,002h,002h,07eh,000H ;“2“ CODEd3: DB 07eh,002h,002h,07Eh,002h,002h,07eh,000H ;“3“ CODEd4: DB 000h,008h,008h,07Eh,048h,048h,048h,000H ;“4“ CODEd5: DB 03eh,063h,003h,07Eh,060h,060h,07fh,000H ;“5“ CODEd6: DB 07eh,042h,042h,07Eh,040h,040h,07eh,000H ;“6“ CODEd7: DB 002h,002h,002h,002h,002h,002h,07eh,000h ;“7