单片机原理与应用课程设计.doc

单片机原理与应用课程设计题目： 16X16点阵显示 专业班级： 电气化0901 学号： 20092081 姓名： 曲日勇 2011年3月18日1.摘要：本设计使用简单单片机AY89S52作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16X16的点阵LED显示屏。在本设计中主要用两个74LS273来驱动16X16点阵现实的列，用两个74LS273来驱动显示屏的行，然后通过一个74LS138来进行片选。最终可以实现“青岛农业大学机电工程学院”12个字的现实和移动。硬件电路大致上可以分为单片机系统和外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。从而实现一个16X16点阵显示屏，在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀，可现实图像和文字。最后用烧写软件可以方便的实现单片机和PC机的数据传输。关键字：AT89S52; 8X8点阵；74LS273; 74LS138 ;2.简介：文章分别阐述了显示屏显示的基本原理，硬件设计，控制方法及其程序的实现。利用单片机I/O口火扩展锁存器的方式控制点阵显示。经过调试和分析，设计的结果能够实现对温习的静态和动态现实，动态现实的内容有多种方式。同时又可以通过上位机更新显示的内容。3系统设计：3.1原理图设计：3.2设计论证：图文显示一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简单，但其使用的管脚太多，如本设计中1616的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，1616的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是1616的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套驱动器。具体就1616的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第16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，就能够看到显示屏上稳定的图形了。采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示3.3 涉及芯片： AT89C51芯片 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、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单片机可为您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引脚图如图2.1所示。 AT89C51引脚图单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。8051单片机的基本结构见图2.2。 8951单片机的基本结构AT89C51的功能特性AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。单片机的最小系统单片机最小应用系统原理图注: 该最小系统由按键复位RESET电路、晶体振荡电路以及I/O接口电路组成。复位的实现通常用2种方式: 开机上电复位和外部手动复位，本设计用的是外部手动复位。电路图2.5如下：单片机复位图74ls273芯片：74ls273中文资料:是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。 CPU 的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK 端相连。74LS273是8位数据/地址锁存器，他是一种带清除功能的8D触发器1).1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出0,即全部复位;(2).当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上.第一脚WR：主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；CP（CLK）：触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0D7的数据不变 1D8D为数据输入端，1Q8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。74LS138芯片74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式。其工作原理如下：当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。4.可用在8086的译码电路中，扩展内存。LED点阵介绍及取模88单色点阵共需要64个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉点上。本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是双色点阵。考虑到元器件的易购性，没有使用88的点阵发光二极管模块，而是直接使用了256个高亮度发光管，组成了16行16列的发光点阵。实际使用时可以根据这个原理自行扩充显示的字数。8*8点阵内部结构如图2.7 点阵内部构造4个8*8点阵级联构成16*16点阵如下图2.816*16点阵的构成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1616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16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。显示数据传输采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。 LED点阵显示模块进行的方法有两种：（1）水平方向（X方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：此时用一个P口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），用另一个P口输出行码（列数据），决定该行上那哪个LED亮（相当于段码）。能亮的列从左到右扫描完16列（相当于位码循环移动16次）即显示出一个完整的图像。（2）竖直方向（Y方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行扫描方式）：此时用一个P口输出决定哪一行能亮（相当于位码），另一个P口输出列码决定该行上哪些LED灯亮（相当于段码）。能亮的行从上向下扫描完16行即显示一帧完整的图像。本设计应用的是第一种的扫描方法，即水平方向（X方向）扫描。我们以水平方向（x方向）扫描显示汉字的“宋”为例来说明其扫描原理，每一个字由16行16列的点阵组成显示，如图下的，如果用8位的AT89S51的单片机来控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分成两个部分。一般我们把它分解成上部分和下部分，上部分由8*16的点阵组成，下部分也由8*16的点阵组成，如图2.9所示。 “宋”的led显示按照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“宋”的扫描代码为 ：10H 20H 8CH 20H 84H 10H 84H 08H 84H 04H 84H 02H 85H 01H F6H FFH 84H 01H 84H 02H 84H 04H 84H 08H 84H 10H 94H 20H 0CH 20H 00H 00H;宋,03.4 程序设计流程图 3.5 设计程序 LED16CS EQU 8A00HHROW EQU LED16CS+3 ;列代码高段(字形)高八位接口地址 273(4)LROW EQU LED16CS+0 ;列代码低段(字形)低八位接口地址 273(1)HLINE EQU LED16CS+2 ;行扫描高段(字位)高八位接口地址 273(3)LLINE EQU LED16CS+1 ;行扫描低段(字位)低八位接口地址 273(2) ORG 0 LJMP XB13;点阵扫描子程序X01A: CLR A ;清列值 MOV 0EH,A ;指向零列X023: MOV A,0EH ;取列值 CLR C SUBB A,#16 ;减16(十进制数) JC X0D2 ;末满16列继续扫描下一列 RET ;本次扫描完毕返回主程序X0D2: MOV 0F0H,#2 MOV A,0EH MUL AB ;当前列值与“2”进行十进制调正 MOV 82H,A ;调正结果送数据指针DPTR MOV 83H,0F0H LCALL XB1F ;取与当前列对应的扫描代码 MOV 20H,A LCALL XB4E ;扫描代码送高八位锁存器 MOV A,0EH ;取列值 MOV 0F0H,#2 ;当前列值与“2”进行十进制调正 MUL AB ADD A,#1 ;调正结果加1送数据指针DPTR MOV R7,A CLR A ADDC A,0F0H MOV 82H,R7 MOV 83H,A LCALL XB1F ;取与当前列对应的扫描代码 PUSH DPH ;扫描代码送低八位锁存器 PUSH DPL MOV DPTR,#LROW MOVX DPTR,A MOV A,#1 ;代码扫描从第一行开始 MOV R6,#0 MOV R0,0EH ;取与当前代码扫描对应的列值 INC R0 ;列指针加1 SJMP X083X07E: CLR C ;当前代码扫描对应行的查找 RLC A ;行高八位左移一位 XCH A,R6 RLC A ;行低八位带进位左移一位 XCH A,R6X083: DJNZ R0,X07E ;不为当前代码扫描对应行返上继续调正 MOV DPTR,#HLINE ;当前行码送高八位锁存器 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#LLINE ;当前行码送低八位锁存器 MOV A,R6 MOVX DPTR,A MOV R6,#80H ;当前行锁定显示250u秒 DJNZ R6,$ CLR A ;关闭显示 MOV DPTR,#LLINE MOVX DPTR,A ;行高八位锁存器清零 INC DPTR MOVX DPTR,A ;行低八位锁存器清零 POP DPL POP DPH INC 0EH ;列指针加1 AJMP X023 ;继续下1行X097: CLR A MOV DPTR,#LLINE MOVX DPTR,A INC DPTR MOVX DPTR,AX0A0: CLR A ;清扫描个数寄存器 MOV R5,A ;从第一个开始扫描X0A2: MOV A,R5 ;取当前扫描个数 CLR C;确定要显示的汉字个数 SUBB A,#25 ;共扫描25个汉字 JNC X0A0 ;扫描个数满83个返回从第一个开始 MOV A,R5;确定显示为循环方式（用户可自定义为移位循环方式） MOV DPTR,#STLS ;指向汉字表首址 MOV 0F0H,#20H ;设定以完整的一个汉字为最小循环单位 MUL AB ADD A,dpl MOV 0ah,A MOV A,dph ADDC A,0F0H MOV 09H,A CLR A MOV R4,AX0BD: MOV A,R4 CLR C SUBB A,#64H ;每个汉字扫描64次 JNC X0CF ;当前汉字扫描次数满64次转 MOV R2,09H MOV R1,0AH ACALL X01A INC R4 ;扫描次数加1 SJMP X0BDX0CF: INC R5 ;扫描个数加1指向下一个汉字 SJMP X0A2;汉字代码表STLS: DB 40H 00H 44H 00H 54H 00H 54H FFH 54H 15H 54H 15H 54H 15H 7FH 15H; DB 54H 15H 54H 55H 54H 95H 54H 7FH 54H 00H 44H 00H 40H 00H 00H 00H;青,0 DB 00H 00H 00H 00H 00H 1CH FCH 11H 04H 11H 04H 11H 16H 1FH 25H 11H; DB 04H 11H 24H 11H 44H 5DH 3CH 81H 00H 41H 00H 3FH 00H 00H 00H 00H;岛,1 DB 20H 10H 18H 08H 08H 04H 08H 02H 08H FFH C8H 40H 38H 20H CFH 00H; DB 08H 03H 08H 04H 08H 0AH 08H 11H A8H 20H 18H 40H 00H 40H 00H 00H;农,2 DB 00H 40H 10H 40H 60H 40H 80H 43H 00H 40H FFH 7FH 00H 40H 00H 40H; DB 00H 40H FFH 7FH 00H 42H 00H 41H C0H 40H 30H 40H 00H 40H 00H 00H;业,3 DB 20H 80H 20H 80H 20H 40H 20H 20H 20H 10H 20H 0CH 20H 03H FFH 00H; DB 20H 03H 20H 0CH 20H 10H 20H 20H 20H 40H 20H 80H 20H 80H 00H 00H;大,4 DB 40H 04H 30H 04H 11H 04H 96H 04H 90H 04H 90H 44H 91H 84H 96H 7EH; DB 90H 06H 90H 05H 98H 04H 14H 04H 13H 04H 50H 04H 30H 04H 00H 00H;学,5 DB 10H 04H 10H 03H D0H 00H FFH FFH 90H 00H 10H 83H 00H 60H FEH 1FH; DB 02H 00H 02H 00H 02H 00H FEH 3FH 00H 40H 00H 40H 00H 78H 00H 00H;机,6 DB 00H 00H 00H 00H F8H 1FH 88H 08H 88H 08H 88H 08H 88H 08H FFH 7FH; DB 88H 88H 88H 88H 88H 88H 88H 88H F8H 9FH 00H 80H 00H F0H 00H 00H;电,7 DB 00H 20H 04H 20H 04H 20H 04H 20H 04H 20H 04H 20H 04H 20H FCH 3FH; DB 04H 20H 04H 20H 04H 20H 04H 20H 04H 20H 04H 20H 00H 20H 00H 00H;工,8 DB 24H 08H 24H 06H A4H 01H FEH FFH 23H 01H 22H 06H 00H 40H 3EH 49H; DB 22H 49H 22H 49H 22H 7FH 22H 49H 22H 49H 3EH 49H 00H 41H 00H 00H;程,9 DB 40H 04H 30H 04H 11H 04H 96H 04H 90H 04H 90H 44H 91H 84H 96H 7EH; DB 90H 06H 90H 05H 98H 04H 14H 04H 13H 04H 50H 04H 30H 04H 00H 00H;学,10 DB 00H 00H FEH FFH 22H 04H 5AH 08H 86H 07H 10H 80H 0CH 41H 24H 31H; DB 24H 0FH 25H 01H 26H 01H 24H 3FH 24H 41H 14H 41H 0CH 71H 00H 00H;院,11X