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毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）报告 题 目 点阵字符显示器的设计与制作点阵字符显示器的设计与制作 系 别 尚德光伏学院 专 业应用电子技术（光电子技术方向） 班 级 0903 学生姓名 高广勇 学 号 090164 指导教师 朱 芳 无锡科技职业学院毕业设计(论文) 点阵字符显示器的设计与制作 ii 2012 年 4 月 无锡科技职业学院毕业设计(论文) 点阵字符显示器的设计与制作 点阵字符显示器的设计与制作点阵字符显示器的设计与制作 摘要：摘要：本系统设计思路是：利用单片机对整个系统进行总体控制，使 8*8 点阵 led 字符显示器能显示“志存高远”4 个文字。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，而且亮度可以通过改变电 阻进行调节。本方案最大的特点在于核心控制芯片的选择，采用 at89c51 单片 机，利用 at89c51 的掉电工作方式，构成高可靠、低功耗系统方法。at89c51 的采用有很多方面的优势。应用 at89c51 作为控制核心的设计大多在性能上要 求很高。 at89c51 单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线 xtal1 和 xtal2 分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路， 但要形成时钟，外部还需附加电路。at89c51 的时钟产生方式有两种：内部时 钟电方式和外部时钟方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中， 所以此处选用内部时钟方式。本设计中 at89c51 是采用上电自动复位和按键复 位两种方式。上电瞬间，rc 电路充电，rst 引线端出现正脉冲，只要 rst 端保 持 10ms 以上的高电平，就能使单片机有效地复位。其中 r1 和 r2 分别选择 200 和 1k 的电阻，电容器一般选择 22f。采用 88 点阵 led 显示器，简 称 led 点阵板或 led 矩阵板。它是以发光二极管为像素，按照行与列的顺序排 列起来，用集成工艺制成的显示器件。有单色和双色之分，这种显示器有共阳 极接法和共阴极接法两种，设计中用到的是共阳极的显示器。 关键词：关键词：led 点阵、单片机、显存、低功耗、发光二极管 无锡科技职业学院毕业设计(论文) 点阵字符显示器的设计与制作 ii dot matrix characters display the design and manufacture abstract：this design intent to take 80521single chip to control entire system generally. the display word-module data is input by single chip to display memory. the lightening process is accomplished by other circuit ( programme and drive) automatically. dynamic display process engross a little of the time . the lighting is able to be adjusted by changing the resistance . the lighting ways: single , rolling from down , rolling from right. the biggest feature of this program lies in the choice of the core control chip at89c51 microcontroller at89c51 power-down work, constitute a highly reliable, low-power consumption systems approach. of at89c51 use a lot of advantages. application at89c51 as the design of the control core, most demanding performance. at89c51 microcontroller internal oscillator circuit is a high-gain inverting amplifier lead xtal1 and xtal2 are input and output of the amplifier. single-chip internal oscillator circuit, but the formation of the clock, the external need additional circuit. the at89c51 clock method of electric way of two kinds: internal clock and external clock modes. this design, the at89c51 is automatically reset button power on reset in two ways. the most simple reset circuit shown in figure 1-2. on the electric moment, the rc circuit charging end of the rst leads to positive pulse, as long as the rst side more than 10ms high, you can make the mcu reset. where r1 and r2 were selected 200 and to 1k the resistor, capacitor generally choose recommended to be 22f. 8 8 dot matrix led display, referred to as the led dot matrix board or led matrix board. it is based on light- emitting diode pixels in accordance with the order of rows and columns line up, made with the integration process display. monochrome and color, this display has a common anode connection and common cathode connected in two, used in the design is a common anode display. key words：led lattice、single chip、low-power 、display memory 、light- emitting diodes 无锡科技职业学院毕业设计(论文) 点阵字符显示器的设计与制作 目录目录 前言1 第一章 系统总体方案的设计2 1.1 方案选择2 1.1.1 需要实现的功能.2 1.1.2 设计思路.2 1.1.3 单片机的选择.2 1.2 单片机最小系统设计2 1.2.1 单片机的时钟电路.2 1.2.2 单片机的复位电路.3 1.2.3 at89c51 的最小应用系统4 1.3 按键及接口设计4 1.3.1 独立式按键接口设计.4 1.4 显示器及接口设计5 1.4.1 88 点阵 led 显示器的组成原理及控制方式5 1.4.2 88 点阵 led 显示器与单片机的接口6 1.5 驱动电路的设计7 1.6 电源电路的设计8 第二章 系统的硬件设计9 2.1 硬件系统的总体设计9 2.2 单片机 at89c51 的分析9 2.2.1 at89c51 单片机芯片的性能及功能9 2.2.2 性能说明.10 2.2.3 管脚说明.10 2.3 具体电路及功能分析12 2.3.1 按键接口控制电路12 2.3.2 显示电路12 2.3.3 电源电路12 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 i 2.4 电路原理图12 第三章 系统的软件设计15 3.1 单片机指令集及寄存器介绍.15 3.1.1 ms-51 单片机指令集.15 3.1.2 psw,ram 和 rom19 3.1.3 8051 单片机管脚20 3.1.4 定时器 t0/t120 3.2 软件总体设计及功能描述20 3.2.1 系统主要程序的设计.20 3.2.2 主程序及流程图20 3.2.3 初始化程序21 3.2.4 显示程序及流程图.21 3.3 单片机系统资源的分配22 3.4 源程序23 3.4.1 主程序.23 3.4.2 初始化程序23 3.4.3 显示程序.23 第四章 实物制作与调试24 4.1 原材料的选择与采购24 4.2 实物的设计与制作24 4.3 单片机的测试24 4.4 硬件及软件的调试24 4.5 整机的调试与测试25 致谢26 参考文献27 附录28 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 ii 无锡科技职业学院毕业设计(论文) 点阵字符显示器的设计与制作 0 前言前言 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。 目前，点阵式显示器件具体包括 led 显示模块和 lcd 显示模块等。现在发展 的 lcd 比较先进，lcd 的优点较为明显，它体积小，容易控制，功能强，价 格适宜，能够适应显示器的发展方向，因而在通信、家电、大屏幕投影等领域 得到了越来越广泛的应用；随着社会经济的迅猛发展，工业生产逐渐实现了自 动化，其中，设备的工作状态和生产过程状态的显示与监控起到了非常重要的 作用，对于那些需要显示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成 本相对比较低的场合，使用大、小屏幕 led 点阵显示器是比较经济适用的，它 可以显示字符、数字、汉字和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型， 显示亮度较高，并且对环境条件要求比较低。led 显示又可以分为单色显示和 双色显示，可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，并用单片机控制实现 各种文字或图形的变化，达到宣传和提示的目的。据不完全统计，1991 年，全 国 led 显示屏的产值还不到亿元人民币，而在 1993 年，仅蓝通公司一家企业 的显示屏产值即达 1 亿多人民币。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 1 第一章：系统总体方案的设计第一章：系统总体方案的设计 1.1 方案选择方案选择 1.1.1 需要实现的功能需要实现的功能 显示预先想要显示的内容，在本设计中要求显示“志存高远”四个文字， 显示方式分三种：逐字显示，向上滚动显示，向左滚动显示。 1.1.2 设计思路设计思路 根据需要实现的功能，初步确定设计方案如下： 通过单片机编程依次显示汉字“志存高远” 。 p0 口作为 io 口，作为字符数据输出口。 p2 口作为 io 口，作为字符显示扫描输出口。 p1.0、p1.1 和 p1.2 口分别接 k1、k2 和 k3，作为控制信号的输入。 通过改变电阻的大小来改变显示字符的亮度。 1.1.3 单片机的选择单片机的选择 本方案最大的特点在于核心控制芯片的选择，采用 at89c51 单片机，利用 at89c51 的掉电工作方式，构成高可靠、低功耗系统方法。at89c51 的采用有 很多方面的优势。应用 at89c51 作为控制核心的设计大多在性能上要求很高。 原因在于，在一些应用场合，单片机并不是每时每刻都在工作，而是多数时间 处于守候状态 。为使单片机系统工作更省电、更可靠，我们可以使单片机在不 工作时处于掉电工作方式，其工作状态被冻结，如 at89c51 处于掉电工作方式 时耗电仅十几微安。此外，at89c51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件 下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu 停止工作。 但 ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 ram 的内容并且冻结振荡器，禁止所有其他芯片功能，直到下一个硬件复位为 止。 1.2 单片机最小系统设计单片机最小系统设计 1.2.1 单片机的时钟电路单片机的时钟电路 at89c51 单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线 xtal1 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 2 和 xtal2 分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但 要形成时钟，外部还需附加电路。at89c51 的时钟产生方式有两种：内部时钟 电方式和外部时钟方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所 以此处选用内部时钟方式。 内部时钟方式：利用其内部的振荡电路在 xtal1 和 xtal2 引线上外接定 时元件，内部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在 xtal1 和 xtal2 之间接 晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图 1-1 电路所示为单片机最常用 的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为 12mhz 的石英晶体，电容 器一般选择 30pf 左右。 图 1-1 使用片内振荡电路的时钟电路 1.2.2 单片机的复位电路单片机的复位电路 本设计中 at89c51 是采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复 位电路如图 1-2 所示。上电瞬间，rc 电路充电，rst 引线端出现正脉冲，只要 rst 端保持 10ms 以上的高电平，就能使单片机有效地复位。其中 r1 和 r2 分 别选择 200 和 1k 的电阻，电容器一般选择 22f。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 3 图 1-2 at89c51 的复位电路 1.2.3 at89c51 的最小应用系统的最小应用系统 at89c51 是片内有程序存储器的单片机，要构成最小应用系统时只要将单 片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可，如图 1-3 所示。这样构成的 最小系统简单可靠，其特点是没有外部扩展，有可供用户使用的大量的 io 线。 图 1-3 at89c51 单片机构成的最小系统 1.3 按键及接口设计按键及接口设计 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 4 1.3.1 独立式按键接口设计独立式按键接口设计 本设计按键较少，采用独立式按键简单而方便。独立式按键就是各键相互 独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它 输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态很容易判断哪个按键 被按下了。 设计采用的是中断方式的独立式按键工作电路，按键直接与 at89c51 的 i/o 口线相接，通过读 i/o 口，判定各 i/o 口线的电平状态，即可识别出按下的 键。 独立式按键电路中，一般采用上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各 i/o 口线有确定的高电平。而 at89c51 芯片内已有上拉电阻，则外部的上拉电 阻可以省去。 1.4 显示器及接口设计显示器及接口设计 1.4.1 88 点阵点阵 led 显示器的组成原理及控制方式显示器的组成原理及控制方式 本次设计中采用 88 点阵 led 显示器，简称 led 点阵板或 led 矩阵板。 它是以发光二极管为像素，按照行与列的顺序排列起来，用集成工艺制成的显 示器件。有单色和双色之分，这种显示器有共阳极接法和共阴极接法两种，设 计中用到的是共阳极的显示器。共阳极接法的原理图如图 1-4 所示，图中画出 了 88 点阵的二极管。每一行发光二极管的阳极接在一起，有一个引出端 r， 每一列发光二极管的阴极接在一起，有一个引出端 c。当给发光二极管阳极引 出端 r1 加高电平，阴极引出端 c1 加低电平时，左上角的二极管被点亮因此， 对于行和列的电平进行扫描控制时，可以达到显示不同汉字的目的。例如“毕 业设计”的显示可以按照从左到右，先下后上的顺序写出编码。然后写入单片 机的数据存储单元中。 “毕业设计”4 个字的编码表如下： tab: db 0bbh,99h,88h,0f7h,80h,0f7h,0f7h,0f7h ； 毕 db 0dbh,0dbh,5ah,99h,0dbh,0dbh,0dbh,00h ；业 db 0b1h,0b5h,04h,0bfh,0b1h,0b5h,9bh,0a4h ； 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 5 设 db 0bbh,0bbh,1bh,0a0h,0bbh,0bbh,9bh,0bbh ； 计 db 00h,00h,00h,00h 图 1-4 1.4.2 88 点阵点阵 led 显示器与单片机的接口显示器与单片机的接口 88 点阵 led 显示器组成原理图 88 点阵 led 的引脚图如图 1-5 所示， 当采用单片机进行控制时，连接点阵显示器的共阳极 r 端需经驱动三极管 9012 与单片机的 p2 口相连，而共阴极 c 端需经限流电阻与单片机的 p0 口相连。在 编程控制时，将 88 点阵 led 显示分成行和列两部分，字符数据从 p0 口输出， 扫描控制字从 p2 口输出，每一列由一个字节的数据组成，数据可一次送入，然 后扫描一行，显示一个字需要扫描 8 次。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 6 图 1-5 88 点阵 led 引脚的排列图 1.5 驱动电路的设计驱动电路的设计 显示器驱动是一个非常重要的问题，如果驱动能力差，显示器亮度就低； 而驱动器长期在超负荷下运行则很容易损坏。 如果是静态显示，则 led 驱动器的选择较为简单，只要驱动器的驱动能力 与显示器工作电流相匹配即可。而且只须考虑段的驱动，因为，共阳极接 +5v，而共阴极接地，所以位的驱动无须考虑。 动态显示则不然，由于一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成的， 因此，必须同时考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。 理论分析表明，同样的驱动器，当其驱动静态显示器时，其亮度为驱动动 态显示器的 n 倍，n 近似为显示位数。所以要使动态显示器达到静态显示器的 亮度，必须将驱动器能力提高 n 倍。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 7 本设计中，因为采用了 88 点阵 led 显示器，用 at89c51 单片机进行控 制，因此它很适宜于按扫描方式动态显示多个字符数据，所以我们只选用了 8 个 pnp 型三极管作为驱动显示器的电路。如图 1-6 所示，因 at89c51 单片机 的 io 口有 20ma 的吸入电流，正因为这一特点，使的本设计中的驱动电路部 分大大简化，不用附加专门的驱动电路即可正常工作。 图 1-6 显示驱动电路 1.6 电源电路的设计电源电路的设计 电源电路采用普通集成稳压电路，如图 1-7 所示，在本设计中，由于考虑 到成本问题，这部分电路就以输出+5v 的稳压电源代替。 图 1-7 电源电路 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 8 第二章第二章 系统的硬件设计系统的硬件设计 2.1 硬件系统的总体设计硬件系统的总体设计 本设计采用 at89c51 作控制器，用 9012 三极管驱动，点阵显示器用 8*8 共阳 led，改变电阻（270 欧）的大小可改变显示字符的亮度。po 作为字符数 据输出口，p2 为字符显示扫描输出口。12mhz 晶振，第 31 脚（ea）接电源， p1.0-p1.2 口分别接开关 k1、k2、k3。 根据设计要求与设计方案，硬件电路的 设计框图如图 2-1 所示。硬件电路结构由 8 个部分组成：时钟电路、复位电路、 按键接口电路、电源电路、点阵显示阳极驱动电路、点阵显示阴极驱动电路和 88 点阵显示电路。 按键电路 复位电路 电源电路 时钟电路 单 片 机 p0 口作字符 数据输出口 p2 口作字符 显示扫描输 出口 88 点阵 led 显示器 图 2-1 88 点阵显示器组成原理框图 2.2 单片机单片机 at89c51 的分析的分析 由于 at89c51 片内有 8k 的 flash 程序存储器，并且 io 口可直接驱动点 阵显示器，所以由它组成小系统硬件非常简单。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 9 2.2.1 at89c51 单片机芯片的性能及功能单片机芯片的性能及功能 at89c51 单片机芯片如图 2-2 所示。 图 2-2 at89c51 引脚图 2.2.2 性能说明性能说明 与 mcs-51 兼容 8k 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0hz-24hz 三级程序存储器锁定 256*8 位内部 ram 32 可编程 i/o 线 两个 16 位定时器/计数器 一个数据指针 dptr 8 个中断源 可编程全双工串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 10 片内振荡器和时钟电路 2.2.3 管脚说明管脚说明 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 p1 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： p3.0 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） 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 11 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，则在此期间只能访问外部程序存储器 （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，此时首先访问内部程序存储器。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：来自反向振荡器的输出。 2.3 具体电路及功能分析具体电路及功能分析 2.3.1 按键接口控制电路按键接口控制电路 本设计采用轻触开关 k1、k2 和 k3 分别控制字符的显示方式。 k1：控制字符逐字显示，k2：控制字符向上显示，k3：控制字符向左显 示。 2.3.2 显示电路显示电路 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 12 本设计采用双色 88 点阵模块显示，但是在设计中我们只用单色显示，我 们通过改变限流电阻的阻值的大小来改变显示字符的亮度。 2.3.3 电源电路电源电路 电源电路采用普通的三端集成稳压电源。为整个系统提供+5v 的电压。 2.4 电路原理图电路原理图 电路原理图如图 2-3 所示。 k1 k2 k3 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.7 8 p1.6 7 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/in t0 12 p3.3/in t1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xt al2 18 xt al1 19 vss 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 al e 30 ea 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vcc 40 q at 89c51 y 12mhz c1 30pf c2 c3 0.01uf +5v +5v k4 +5v r1 270 r2 270 r3 270 r4 270 r5 270 r6 270 r7 270 r8 270 r9 1k r10 1k r11 1k r12 1k r13 1k r14 1k r15 1k r16 1k r17 1k a a b b c c d d e e f f g g h h 点 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 点点 k le dl ed q1 9012 q2 9012 q3 9012 q4 9012 q5 9012 q6 9012 q7 9012 q8 9012 +5v c5 10uf c4 10uf 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 13 图 2-3 显示器电路原理图 元件列表 器件名称代号型号规格数量 电阻器r1-r82708 电阻器r9-r164.7k8 电阻器r171k1 电解电容c130pf1 电解电容c2-c330pf、0.01uf2 电解电容c410uf1 电解电容c510uf1 二极管vd1-4in40014 三极管q1-q8pn36408 变压器t220v/7.51 可调三端稳压器u278l051 单片机u1at89c511 led 点阵屏8*8 点阵1 晶振y12mhz1 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 14 高广勇.ddb 电路原理图 实物图 第三章第三章 系统的软件设计系统的软件设计 3.1 单片机指令集及寄存器介绍单片机指令集及寄存器介绍 3.1.1ms-51 单片机指令集单片机指令集 51 单片机的寻址方式：立即寻址，直接寻址，寄存器寻址，寄存器简址， 相对寻址，基址+变址间接寻址。 立即寻址： mov a, #data 直接寻址： mov a, direct 寄存器寻址： mov a, rn 寄存器间址： mov a, rn 相对寻址： sjmp rel 基址+变址寻址：mov a, a+dptr 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 15 位寻址： jc rel 数据传送指令 汇编指令助记符指令功能指令长 度 指令周期 单片机与 ram 之间的数据传送 mov a ,#data adata 21 mov a,direct a(direct) 21 mov a,rn arn 11 mov a,rn a(rn) 11 mov rn,#data rndata 21 mov rn,a rna 11 mov rn,direct rn(direct) 22 mov direct,#data (direct) data 32 mov direct,direct1 (direct) (direct1) 32 mov direct,a (direct) a 22 mov direct,rn (direct) rn 22 mov direct,rn (direct) (rn) 22 mov rn,#data (rn) data 21 mov rn,direct (rn) (direct) 22 mov rn,a (rn) a 11 mov dptr,#data16 dptrdata16 32 片内 ram 数据交换指令 xch a,#data adata 21 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 16 xch a,direct a(direct) 21 xch a,rn arn 11 xch a,rn a(rn) 11 swap a a0-3a4-7 11 单片机与 rom 之间的数据传送 movc a,a+dptr a(a+dptr) 12 movc a,a+pc a(a+pc) 12 单片机与片外 ram 或 i/o 接口间的数据传送 movx a,ri a(ri) i=0,1 11 movx a,dptr a(dptr) 12 movx ri,a (ri)a i=0,1 12 movx dptr,a (dptr)a 12 汇编指令助记符指令功能指令长 度 指令周期 加一指令 inc direct (direct)(direct)+1 21 inc a aa+1 影响 p 11 inc rn rnrn+1 11 inc rn (rn)(rn)+1 11 inc dptr dptrdptr+1 12 减一指令 dec ,direct (direct)(direct)-1 21 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 17 逻辑运算类指令 汇编助记符指令功能指令长度指令周期 移位 rl aa 循环左移一位11 rlc aa 循环左移一位，带进位11 rr aa 循环右一位11 rrc aa 循环右一位，带进位11 位操作指令 汇编助记符指令功能指令长度指令周期 位传送指令 mov c,bit cbit 21 mov bit,c bitc 21 置位，清零 clr c c0 11 clrbit清直接寻址位21 setbc置位进位位11 setbbit置位直接寻址位21 cplc取反进位位11 cplbit取反直接寻址位21 anlc,bit直接寻址位“与”到进位位22 anlc，/bit直接寻址位的反码“与”到进位位22 orlc,bit直接寻址位“或”到进位位22 orlc，/bit直接寻址位的反码“或”到进位位22 movc,bit直接寻址位传送到进位位21 movbit, c进位位位传送到直接寻址22 jcrel如果进位位为 1 则转移22 jncrel如果进位位为 0 则转移22 (控制转移类指令) jmpa+dptr相对 dptr 的无条件间接转移12 jzrel累加器为 0 则转移22 jnzrel累加器为 1 则转移22 dec a aa-1 影响 p 11 dec rn rnrn-1 11 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 18 cjnea,direct,rel比较直接地址和累加器,不相等转移32 cjnea,#data,rel比较立即数和累加器,不相等转移32 cjnern,#data,rel比较寄存器和立即数,不相等转移22 cjneri,#data,rel比较立即数和间接 ram,不相等转移32 djnzrn,rel寄存器减 1,不为 0 则转移32 djnzdirect,rel直接地址减 1,不为 0 则转移32 nop 空操作,用于短暂延时11 acalladd11绝对调用子程序22 lcalladd16长调用子程序32 ret 从子程序返回12 reti 从中断服务子程序返回12 ajmpadd11无条件绝对转移22 ljmpadd16无条件长转移32 sjmprel无条件相对转移22 cpl c c!c 11 cpl bit bit!bit 21 setb c c1 11 setb bit bit1 21 判位条件转移 jc c,relc=1,跳转22 jnc c,relc=0 跳转22 jb bit,relbit=1 跳转32 jnb bit,relbit=0 跳转32 jbc bit ,relbit=1 跳转且 bit=032 3.1.2 psw,ram 和和 rom 1. psw(状态寄存器) cyacrs1rs0ovp(psw.0 ) 进位 标志 半进位 标志 设置工作寄存器组溢出标 志 奇偶标 志 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 19 2ram 8051 片内有 256 字节的 ram（低 128 字节用户可用） ，64kb 寻址空间 ffh 80h 7fh 40h 3fh 20h 1fh 00h 3.rom 8051 片内有 4kb rom，64kb 寻址空间。ea=0 使用片外 rom，ea=1 使 用片内 rom，超出片内存储空间时，使用片外程序储存器。 3.1.3 8051 单片机管脚单片机管脚 1.通用 i/o 口 p0p3:p0 常用作低八位地址总线和数据总线复用口，p2 常用 作高八位地址总线。p3 常用作第二功能管脚。 管脚第二功能管脚第二功能 p3.0rxd(串行输入)p3.4t0（定时器/计数器 0） p3.1txd（串行输出）p3.5t1（定时器/计数器 1） p3.2int0（外部中断 0）p3.6wr（外部数据写选通） p3.3int1（外部中断 1）p3.7rd（外部数据读选通） 2.rst:复位ale/prog: ：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存 储器，ale 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外 通用 ram 可位寻址区 工作寄存器组,四组，由 rs1,rs0 设置 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 20 输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一 个ale脉冲。 3.psen：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信。 4.xtall：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 5.xtal2：振荡器反相放大器的输出端。 3.1.4 定时器定时器t0/t1 定时器有关的寄存器 tmod gatec/tm1m0gatec/tm1m0 tcon tf1tr1tf0tr0 t1数据寄存器th1,tl1.t0数据寄存器th0,tl0 3.2 软件总体设计及功能描述软件总体设计及功能描述 3.2.1 系统主要程序的设计系统主要程序的设计 本设计系统采用了结构化、模块化，并且利用键扫描程序代替程序中的 1ms 延时程序，既为了按键的快速响应，又可以提高动态显示的扫描频率，从 而减少了文字显示时的闪烁现象。 3.2.2 主程序及流程图主程序及流程图 主程序在刚上电时对系统进行初始化，然后读一次键开关状态，由键标志 位( 00h、01h、02h )决定显示方式。主程序流程图如 3-1 所示。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 21 开始 调用键扫描子程序 (keywork) 20h.0=1? 20h.1=1? 20h.2=1? 转逐字显示程序 (fun0) 转向上滚动显示 程序(fun1) 转向左滚动显示 程序(fun2) 图 3-1 主程序流程图 3.2.3 初始化程序初始化程序 在系统初始化时，对四个端口进行复位，将显示用的字符数据从 rom 表 中装入内存单元 50h6fh 中。 “志存高远”中的每个文字占有 8 个地址单元。 3.2.4 显示程序及流程图显示程序及流程图 显示程序是由显示主程序和显示子程序组成。显示主程序负责每次显示时 的显示地址首址(在 b 寄存器中)、每个字的显示时间(由 30h 中的数据决定)和 下一个显示地址的间隔(31h 中的数据决定)的处理。显示子程序则负责对指定 8 个地址单元的数据进行输出显示，显示一个完整文字的时间约为 8ms。在显 示子程序中，1ms 延时程序是用调用键扫描子程序的方法实现的。图 3-2 为逐 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 22 字显示及向上滚动显示方式的控制程序流程图。 逐字或上移显示开始 设 1 帧显示时间及换 帧步距 寄存器 b、r4、r5 赋初值 调显示子程序(display) (r4)1=0？ (b)=#68h? 显示首址修改：(b)+r5(b) 转 start1 图 3-2 逐字显示及向上滚动显示时的流程图 3.3 单片机系统资源的分配单片机系统资源的分配 at89c51 单片机系统的资源分配表 资 源功能与作用 00h02h用于存放键标志位 21h24h为数据显示缓冲区 50h6fh用于存放显示字符数据表 t0t2为定时中断入口标志 30h用于控制显示静止字的时间 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 23 31h用于静止字显示跳转地址步距 3.4 源程序源程序 3.4.1 主程序主程序 主程序在上电时进行初始化，再根据键标志位的值决定显示方式 键标志位的值=00h, 转逐字显示 键标志位的值=01h, 转向上滚动显示 键标志位的值=02h, 转向左滚动显示 3.4.2 初始化程序初始化程序 初始化程序在系统初始化时，对四个端口复位，并将字符数据从 rom 装 入内存单元 50h60h 中。 3.4.3 显示程序显示程序 显示程序由主程序和子程序组成。主程序决定显示字符地址和下个地址应 跳过的间隔大小，以及每字显示时间。子程序负责对 8 个地址单元数据进行输 出，具体见程序。四个显示字符数据表放在 50h-6fh 单元内，字符用 8*8 点阵， r4（30h）用于 控制显示静止字的时间，r5（31h）静止字显示跳转地址步 距，b 内放显示首址 。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 24 第第 4 章章 实物制作与调试实物制作与调试 4.1 原材料的选择与采购原材料的选择与采购 本次设计在原材料的选择与采购上做到了设计最优化，即用最小的开支， 获得性价比较高的元器件和材料。 设计中，印刷电路板采用单面板，给人看起来没有太复杂的感觉。选元器 件时，尽量选择能使电路简化的器件。例如，为了不增大电路板的体积及减小 功耗，本设计采用 atmel 公司的 at89c51 单片机，可编程 io 口多，工作 电压范围宽，利用 at89c51 掉电工作方式，还可以构成高可靠、低功耗系统方 法。 4.2 实物的设计与制作实物的设计与制作 首先进行电路原理图的绘制，在用 protel 进行原理图绘制的过程集中比较 麻烦问题就是元件的布局，由于元件间的连线较多，在进行元件防止是要按照 由大到小、从走到有的顺序依次摆放整齐，接下来就是连线，连线后在有节点 的地方放置节点，电路原理图就设计好了。 电路图做好以后，就是制板了。这里，我们用的是多功能版，下面就是在 多功能板上安装和焊接元件了。安装和焊接其实是并行的，即边安装边焊接。 在这个过程中，各类元件一定要按顺序进行，即按由低到高的顺序。例如，先 安装较低的电阻和跳线等器件并焊好，最后安装较高的元件，这样会使所制的 板更完善。 4.3 单片机的测试单片机的测试 判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法，就是用万用 表测量单片机晶振引脚（18、19 脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字 万用表测量为例：18 脚对地约 2.24v，19 脚对地约 2.09v。对于怀疑是复位电 路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正 常工作时第 9 脚对地电压为零，可以用导线短时间和5v 连接一下，模拟一下 上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路没有问题。 4.4 硬件及软件的调试硬件及软件的调试 1.硬件调试 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 点阵字符显示器的设计与制作 25 硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器，通过执行开发系统有关命令或 行适当的测试程序来检查用户系统硬件中是否存在故障。其具体操作步骤如下： 第一步是目测，先检查是否有断线、是否有毛刺、是否与其它线或焊盘