基于单片机的STC89C52的LED点阵显示屏系统的设计

1、i摘 要本文介绍了一款以单片机 STC89C52 的 LED点阵显示屏系统的设计。该系统 PC 向单片机发送控制命令和上位机所存储的显示代码，STC89C52 单片机接收并处理PC 机的控制命令以及显示代码，由显示驱动模块驱动一个 1616 分辨率的 LED点阵显示屏的扫描显示。上位机软件部分主要通过软件编写一个字模转换发送的 STC89C52再利用 C 语言编程下载实现对单片机各引脚的控制；LED 点阵显示屏包括驱动电路和显示屏，74HC138 译码器输出控制显示屏的行扫描，74HC573（八位数据锁存器）控制显示屏的列，由于人眼视觉的滞留现象，行列驱动电路通过动态控制便实现了汉字的显示。关

2、键词：STC89C52 LED 点阵屏 单片机74HC138 74HC573ABSTRACTThis paper introduced a system design of LED dot matrix display which based on asingle-chip controller STC89C52 . The system can display Arial static and dynamiccharacter effects display. System uses a PC as a PC, the PC sends control commands tothe micr

3、ocontroller and PC display code stored, STC89C52 microcontroller receivesand processes the command and control of the PC display code, by the display drivermodule to drive a 16 16 resolution LED dot matrix display scan display. PC softwaresoftware development, mainly through VB interface to send a f

4、ont conversion; BetweenPC and the next crew of communication; controlling part of the main chip is STC89C52,is the core of the system, and then use the C programming language download each pinof the microcontroller to achieve control; LED dot matrix display includes a drivecircuit and display, 74HC1

5、38 decoder output control display line scan, 74HC573 (eightdata latches) control the display of the column, because the human visual retentionphenomenon, the ranks driving circuit through the dynamic control will achieve adisplay of Chinese characters.Keywords: STC89C52 LED dot matrix display microc

6、ontroller 74HC13874HC573第一章 绪 论. 11.1 课题背景.11.1.1 选题背景.11.1.2 研究现状和发展趋势.11.1.3课题意义.21.2 论文主要内容.3第二章 方案的选定. 12.1系统硬件方案.12.1.1 显示屏主控制器.12.1.2 通信系统.32.1.3 LED点阵显示屏.32.1.4 硬件设计方案.52.2 系统软件方案.52.2.1 单片机编程语言.52.2.2 系统软件编译器介绍.62.2.3 上位机控制传输软件.6第三章 点阵屏. 73.1 点阵屏原理.73.1.1点阵的显示原理.73.1.2 点阵屏的组合.83.1.3 点阵的驱动原理.

7、83.2 字模的提取.9第四章 系统硬件设计 .114.1系统硬件整体设计概述和功能分析.114.2控制单元设计.124.2.1 STC89C52简介.124.2.2 控制系统设计.144.3 译码电路.144.4 驱动电路.174.4.1 行驱动电路 4.4.2 列驱动电路 4.5电源电路 .19第五章 系统软件设计. 215.1 程序设计.215.1.1 静态显示程序 5.1.2 动态扫描程序 第六章 系统调试. 256.1 系统硬件部分调试方法.256.1.1 短路与虚焊检测 6.1.2 上电测试 6.2 系统软件调试方法.256.3 系统联合调试及结果.266.4 调试结果分析.26第

8、七章 结 论. 27致谢. 29参考文献. 31附录A电路图 . 33附录B程序 . 35附录C实物图 . 391 绪 论1.1 课题背景1.1.1 选题背景LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几万甚至几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色 LEDLED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点1。在短短的十来年中，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命

9、长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，123）港456）7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传8）广告媒体新产品等。1.1.2 研究现状和发展趋势1.我国 LED产业发展现状我国的 LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至 1998 年底，年度销售总额在 1000 万元以上的企业有20 多家，其销售总额达6 亿元左右，占行业市场总额

10、的85%以上。全国从事LED显示屏的各类企业有 100 余家，从业人员近6000 人，行业年度销售总额近8 亿元2人民币，1996 年、1997 年的增长速度均保持 40%左右，1998 年略有回落。在国内市场上，国产 LED 显示屏的市场占有率近 100%，国外同类产品基本没有市场，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东,我国 LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90 年代初即具备了成熟的 16 级灰度 256 色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年在全彩色 LED 显示屏、256 级灰度视频控制技术、集群无经

11、线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现，LED 显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED 显示屏产业培养形成了一批 LED显示屏科技队伍，在全国 LED显示屏行业的从业人数 6000 人中科技人员有 2800 50%LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。2.LED显示屏的发展趋势现代信息社会中，作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED 显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世

12、纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色 LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化。使 LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。LED 产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色 LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色 LED LED显示屏的广泛应用会是 LED显示屏产业发展的一个新的增长点。未来 LED显示屏会向着标准化、规范化，产品结构多样

13、化的方向发展2。1.1.3 课题意义该设计课题使我们能够掌握 LED LED3 显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了 51 单片机的的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的 LED显示屏的作用也越练越广泛，相关的从业人员也会越来越紧缺。但同时应该清楚的认识到我国的 LED 技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此该课题不仅对自己的专业知识进行了一个实践，也为以后自己有可能从事的工作打下了基础。1

14、.2 论文主要内容1.方案的选定通过对课题的分析，首先进行了对方案的选定，期间参考了很多的资料，最终选定 PC 阵显示。2.硬件的设计在方案选定之后，开始了具体的硬件电路的设计和分析，通过对点阵原理的 74HC573 和 74HC138 和了解，设计出可行的硬件电路。论文中都有详细的介绍。3.软件的设计言为 C 语言。程序按功能分为静态显示和动态显示两个模块组成，在调试过程分 Keil软硬件的调试调试分为硬件调试、软件调试和系统联合调试几步来进行。在硬件调试中发现有供电电源不足以及芯片的不能正常工作等问题。在软件调试中出现程序整合工作不协调等问题。通过分析，查找找出了问题原因并设法将其解决。4

15、5.结论对自己在完成该课题的过程中所收获到以及所犯下的错误的一个总结。1 2.1 系统硬件方案大多数的 LED显示屏都在户外，所以对硬件的质量要求非常的高。为方便检修和维护硬件电路设计时常常采用模块化的设计方法。硬件的设计采用模块化设计，既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。如图 2-1 ,根据显示系统的功能特点确定系统硬件由显示屏部分，控制部分，通信系统及上位机四部分组成。上位机通过通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码，控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。图 2.1.1 显示屏主控制器控制部分是整个系统的核心部分，其功能为与上位机通信接收上位

16、机发送的数据和控制指令处理过后控制显示部分显示内容。其常用的电子设计方法有单片机、DSP、及 EDA技术。几种设计方法比较各有其特点。1.单片机单片机是集成了 CPU，ROM，RAM 和 I/ O 口的微型计算机。它有很强的接口性能，非常适合于工业控制,因此又叫微控制器(MCU)。单片机品种齐全,型号多样 CPU 从 8，16，32 到 64 位，多采用 RISC 技术，片上 I/O 非常丰富，有的单片机集成有 A/ D，“ 看门狗，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。它们的价格也高低不等，这样极大地满足了开发者的选择自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。随着超大规模集成电路的

17、发展，NMOS 工艺单片机被 CMOS HMOS 5V 降到 3V2V 甚至到 1V，工作电流由 mA 降至 A ，这在便携式产品中大有用武之地 。322.DSP 芯片DSP 又叫数字信号处理器。顾名思义，DSP 主要用于数字信号处理领域，非常适合高密度，重复运算及大数据容量的信号处理。现在已经广泛应用于通信、便携式计算机和便携式仪表、雷达、图像、航空、家用电器、医疗设备等领域，DSP 具有修正的哈佛结构，多总线技术以及流水线结构。将程序与数据存储器分开，使用多总线，取指令和取数据同时进行，以及流水线技术，这使得速度有了较大的提高。DSP 区别于一般微处理器的另一重要标志是硬件乘法器以及特殊指

18、令，一般微处理器用软件实现乘法,逐条执行指令，速度慢。而DSP 依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算，而且还具有专门的信号处理指令，如 TM320 系列的FIRS ，MACD 指令等 。43.EDA即 Electronic Design Automation) 具，在EDA 软件平台上，对用硬件描述语言HDL 完成的设计文件自动地逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对 HDL 语言 EDA工具就可得到设计结果,将编译后的代码下载到目 FPGA/CPLD 可以通过软件编程对该硬件的结构和工作方式进行重构，修改软件程序就相当于改变了硬件，软件编写可以采用自顶向下的

19、设计方案，而且可以多个人分工并行工作这样便缩短了开发周期和上市时间，有利于在激烈的市场竞争中抢占先机。而且 MCU 和 DSP 都是通过串行执行 FPGA/CPLD 则可实现硬件上的并行工作，FPGA/CPLP器件在功能开发上是软件实现的，但物理机制却和纯硬件电路一样，十分可靠。三种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能，但单片机的技术门槛较低开发成本也较低非常适合初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上常用的单片机主要有 MCS-51、ARM、PIC 等。其中应用最广泛的单片机首推 Intel的 51 系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史悠久，有先入为主的优势常作为单片机学

20、习的教材。且 51 系列的 I/O 脚的设置和使用非常简I/O口均置高3 的选择中选定 51 系列单片机作为控制部分的核心器件。2.1.2 通信系统通信部分要满足的设计要求就是稳定、快速、简单易实现。因为通常情况下显示屏和上位机的距离不会很远，所以通信距离的要求不是很高。计算机数据通信主要采用并行通信和串行通信两种方式。1.并行通信并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。2.串行通信串行通信数据是一位一位顺序传送，只用很少几根通信线，串行传送的速度低，但传送的距离长，因此串行适用于长距离而速度要求不高的场合。在串

21、行发送时，数据是一位一位按顺序进行的，而计算机内部的数据是并行的。因此，当计算机向外发送数据时，必须将并行数据转换为串行数据再发送。反之，又必须将串行数据转换为并行数据输入计算机中。这种转换即可以用硬件实现也可以用软件实现。单由软件实现会增加 CPU 负担，降低其利用率，故目前常采用硬件实现。通用的通用异步接收/发送器，简称 （Universal AsynchromousUART已经集成在其中，作为其组成部分，构成一个串行口 。5综上所述，题目设计已经选定了单片机为开发方式而单片机的 UART已经集成在单片机内，所以通信系统选择串行通信为通信方式。2.1.3 LED点阵显示屏显示部分包括了一块

22、至少可以显示一个汉字的显示屏，以及驱动该显示屏的驱动电路。由于单片机的 I/O口有限要不能直接用 I/O口来驱动 LED 显示屏，所以需要对单片机 IO口进行扩展增加单片机并行输出的能力。LED LED显示屏就需要多个发光二极管。构成 LED屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极管逐点连接起来，如图 2.2 所示；二是选用一些由单个发光二极管构成的 LED点阵子模块构成大的 LED 点阵模块。目前市场上普遍采用的点阵模块有 88、1616 4一个 1616 的 LED 显示屏行和列各有 16 支引脚，不能单靠51 单片机的端口驱动所以必须要对单片机的端口个数进行扩展。经常采用的端口扩展方法是用

23、串并转换芯片进行译码。常用的串并转换芯片有 74LS154（4 线-16 （3 线-8（8 74HC595 51 系列单片机端口低电平时，吸入电流可达，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十 本上没有驱动能力，所以单片机不能直接驱动 LED显示屏显示。在单片机和显示屏之间还需要增加以功能放大位目的的驱动电路6。52.1.4 硬件设计方案最终方案如图2.3 所示，以PC 机作为上位机存储和处理显示内容用串行通信的方式将显示内容和控制指令传输到单片机系统，单片机根据上位机传输来的内容和指令通过端口译码扩展后驱动4块88LED点阵模块构成的1616的LED点阵显示屏。题目将以此方案为指导思

24、想展开具体的硬件电路设计。示驱动电路图 2.2 系统软件方案软件的设计除了满足设计功能外还必须要满足易读写，方便下载和编译。设计目标和硬件总体结构确定的情况下，软件可以分为主程序，显示子程序，各种特效显示子程序三个主要部分组成。软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件，编译完成后还需要下载到单片机中执行。编写软件之前得首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编译软件。最后还要选择一款与所选单片机的下载器或下载软件来把编写的程序下载到单片机中执行。2.2.1 单片机编程语言现在主要运用的单片机编程语言为汇编语言和C 语言。两种语言相比较各有优点。汇编语言(Assembly 的程序设计语言，也是利用

25、计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。其具有执行速度快，占内存空间少等优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇编语言依赖于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型之间移植 。7C 语言是一种源于编写UNIX压缩代码。C 语言结构是以括号 而不是子和特殊符号的语言。C 可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编相比，有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对51 的存储器结构有初步了解；寄存器分配、不同存储器6的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不同的函数。这种方式可使程序结构化；将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；编程及程序

26、调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。C 语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，C 的不同较快地移植过来。基于以上理由决定采用 C 语言为该显示系统的编程语言。2.2.2 系统软件编译器介绍C 语言编写的程序并不能被单片机直接执行还需要编译为单片机可执行的机MCS51 用 C 语言编程的编译器主要有两种：Franklin C51 编译器和 KEILC51 编译器。目前在单片机开发中普遍都是使用 KEIL C51来进行编译。因此软件设计最终方案为采用 C 语言为程序语言，KELC 为

27、编译工具按照控制、显示等几个功能模块来编写程序。2.2.3 上位机控制传输软件其中系统采用现在已经非常普遍的 PC 件要求便降低了，增加了系统的通用性。上位机的作用是存储并处理显示内容，然后通过通信系统传送到控制系统驱动显示。LED 显示上位机的内容一般有实时显示和存储显示两种方法。实时显示及上位机屏幕上的内容同时显示在 LED LED显示屏也跟着变化。存储显示是将显示内容处理过后存储在上位机中通过通信系统传输到显示屏显示 。两种显示方法相比较：实时显示屏幕能及时反应上位机内容的变化，8显示的效果和内容的实时性好多用于新闻播报、实况转播用，但实时显示硬件开销大，对通信系统要求高，工艺复杂，成本

28、高；存储显示虽实时性不高但硬件开销小，成本低廉。课题设计题目对显示的实时性要求较低且所设计的显示屏尺寸不大同时显示的内容不多，所以实时显示就没有必要。所以上位机选择存储显示的方法，控制 LED显示屏的显示内容 。97 LED点阵屏有单色和双色、全彩三类，可显示红，黄，绿，橙等。如图3.1所LED点阵有4*44*85*75*8、 8*816*1624*2440*40等多种；根据图素的数目分为等，双原色、三原色等，根据图素颜色的不同所显示的文字、图像等内容的颜色也不同，单原色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双原色和三原色点阵显示内容的颜色由图素内不同颜色发光二极体点亮组合方式决定，如红绿都

29、亮时可显示黄色，假如按照脉冲方式控制二极体的点亮时间，则可实现2563.2所示的点阵内部连接图，LED点阵根据每列 LED共阳型和共阴型两种，其中共阳型的阳极连接在一起，每行LED的阴极（即行引脚）连接在一起，共阴型8X864个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则 9脚接高电平13脚913、3、4、10、6、16）引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）引脚接高电平，那么第一列就会点亮。 从理论上说，不论显示图形还是

30、文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的 LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种8同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。另一种显示方法为动态扫描，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（比如说16行）的同名列共用一套驱动器。具体就是16*16的点阵来说 ，把所有同一行的先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行的使其点亮相同时间，然后熄灭；以此类推，第十六行之后，又重新点亮第一行，反复循环。当这样的24稳定的图形了。本方案中使用的点阵型号为 ARK SZ

31、411288K 8*8168*8点阵组合成一个16*16的点阵。首先得明确单个8*8点阵的引脚所对应的行列，然后再进行2个8*8横向级联，把8条行线一一对应连接，连接后，这个8*16的点阵就有8条行线，16条列线；暂且把这个8*16的点阵叫做 上8行”，之后重复以上，做成另一个8*16，叫做 下8行，把下8行放在上8行的下面，16条行线一一对应，就完成了。再以同样的方式对应连接完成16条列线，完成之后的16*16点阵有16条行线，16条列线。通过 Proteus 仿真组合的图3.3所示。 9 亮。而不管是8051的输入/输出口，亦或是 、CMOS 的输出端，其高电平输出电流都是不很高，大不了1

32、-2mA 而已。因此，也很难直接用高电平驱动 。这时候就需要额外的驱动电路，对于共阳型和共阴型的 LED点阵分别各自对应两种驱动电路。共阴型的两种驱动电路。1.共阴型高电平扫描、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个高电平信号，其他则为低电平。一列扫描完成后，再把高电平信号转到临近的其他列，扫描信号输出为低电平，外接一个反相驱动器，连接于 LED点阵的列引脚；2.共阴型低电平扫描、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个低电平信号，其他则为高电平。一列扫描完成后，再把低电平信号转到邻近的其他列，扫描信号经限流电阻连接于 PNP LED点阵的列引脚，实现低电平扫描，高电平显示。共阳型的两种驱动电路。1

33、.共阳型高电平扫描、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个高电平信号，其他则为低电平。一列扫描完成之后，再把高电平信号转到邻近的其他列。扫描信号连接到一个 NPN 晶体管的基极，这个晶体管必须提供7个 LED同时亮所需要的电流，大约210mA；2.共阳型低电平扫描、高电平显示信号驱动：任一时刻只有一个低电平信号，其他则为高电平。一列扫描完成后，再把低电平信号转到邻近的其他列。同样也需要扫描信号端能够提供7个 LED 同时点亮的所需的电流，大约210mA,可以通过接晶体管，也可以通过一些芯片驱动。在本课题中，所选用的点阵为共阳型的，所以采用了第四种低电平扫描、高电平显示的驱动方式。在计算机中，一个

34、字汉字常由 16行16列的像素点表示。即每一个汉字由 2561bit 16*16点阵的汉字需要32Byte的存储空间。一个16*16LED点阵在单片机的控制下，当像素点为1时，相应的 LED灯亮，当像素点为0时，相应的 LED灭，那么，点亮的 LED灯在点阵上就可以显示出一个字出来。实际上，这就是 LED或 LCD点阵显示汉字或图形的基本原理。本课题在取模过程中使用了 PCtolLCD 取模软件，该软件的界面简单，操作简便，对单字符进行取模时，通常会有两种方式，第一种是在图形模式下进行手动的绘制字符的形状然后取模。第二种方式是将字符以输入法的方式输入到软件的文本编辑区然后取模。同时该软件可以生

35、成自己想要的字库，丰富了点阵的显示内容，以及简化了设计过程。该软件的操作界面简单如图3.4所示。 4.1系统硬件整体设计概述和功能分析显示系统具体设计主要由上位机，通信系统，单片机系统，译码电路，显示驱动电路和 1616 PC 机通过通信系统向单片机发送控制指令和显示代码内容，单片机接收后执行控制指令处理显示代码将显示内容通过 I/O由显示驱动电路进行电压和电流的处理以达到 LED显示屏的显示电流，电压要求进而使显示屏显示内容10。根据硬件的功能结构图选取合适器件，器件不但要求能实现所要求的功能还要能兼容至整个系统之中。通过查阅资料和对比最终的硬件原理图如图 4.1 所示。单片机行驱动器图该系

36、统所要实现的功能和要求有以下几点。1. LED显示屏的面积必须满足至少显示一个汉字的标准。并且显示要清晰；2. 驱动电路要能提供 LED显示所需范围内的电压和电流要求；3. 译码电路的高低电平的区分能力以及译码的输入输出频率必须满足单片机以及驱动电路的要求；4. 单片机要能接收上位机的指令和显示内容且能够处理后控制 LED显示屏的显示，并且端口驱动能力要足以驱动译码电路。执行频率要能达到扫描显示的最低要求；5. 单片机由 ISP下载线下载程序；6. 由串口完成单片机与上位机的通信，通信速度和数据传输的可靠性要达到显示要求。4.2 控制单元设计控制单元是整个显示系统的核心，该系统中采用 51 系

37、列单片机为核心器件，用来和上位机通信处理上位机发送的控制指令和显示内容。并且直接输出数据通过译码电路控制 LED显示屏的显示内容和显示状态。在 51 系列单片机中选定一款合适的机型来作为控制单元的主控芯片。根据题目的要求该芯片必须要具有的就是方便的编程能力，因为在软件设计时方便的程 LED显示屏的扫描速度，单片机的执行速度要尽可能的快。根据这两点要求，选择 STC89C52 为控制单元的主控芯片。4.2.1 STC89C52 简介STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了

38、很多的改进使得芯片具有传统518 位CPU 和在系统可编程 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵 具有以下标准功能： 8k 字节 512 字节 RAM， 32位 I/O 4KB EEPROMMAX810复位电路，3 个 16 位定时器/4 个外部中断，一个7 向量 4 级中断结构（兼容传统51 的 5 向量2 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/RAM 内容被保存，振荡器被冻 35MHz，6T/12T 可选。其引脚图 4.2 所示。 STC89C52 单片机的参数特性如下。1. 增强型

39、 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统 8051；2. 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V 3.工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作 频率可达 48MHz；6. 通用 I/O 32 P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻；7. RxD/P3.0,TxD/P3.1 8. 具有 EEPROM 功能；9. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2；10

40、.外部中断 4 Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒；控制电路设计中采用的是单片机系统，该系统必须要是工作在一个最小系统STC89C52 的最小系统包括了外界时钟电路IO口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。 4.2 统中，P0 和 P2 口主要用作 LEDP1 口的动能是输出译码的原始数据，P0口作为I/O口输出的时候时 输出低电平为0 非 5VP0 口不能真正的输出高电平，给所接的负载提供电流，因此必须接上拉电阻（一电阻连接到VCC给负载提供电流。具体接法为：P1 口的前四位接到由两个 74HC138 组成的 4-16P0 和 P2 口直接连接点阵屏的引脚，

41、P3.0 和 P3.1 口分别接两个独立按键，具体的单片机部分的电路如图4.3 所示。图 74HC138。如图 4.4 所示 74HC138 的引脚图。74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。74HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从 8 个输出端中译出一个低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了

42、扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成 24 线译码器不需外接门;扩展成 32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用 G1/(G2A)和可级联扩展成 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。如表4.1 74HC138 的真值表所示。图 表 图 4 4.4.1 行驱动电路发光二极管，LED(Light Emitting ，即是在在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN

43、 这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 。单片机 P1 口低 4 位经 4-16译码电路后生成 16 行选通信号，直接与点阵的行 74HC138 的输出电流可达 25mA,所以足够驱动 LED路如图 4.6 所示。4.4.2 列驱动电路个 74HC573 使用锁存功能且高电平有效，由于 P0 口作输出，所以接了一个 10K P0 口，P2 口送入 74HC573 LED的电压，使一列 LED处于高或低电平。如图 4.7 所示。图 表 电源电压的设计主要是针对系统要求的不同工作电压进行电源分配，一般有两种方法，一种是多电源方案，一种是单电源方案。在设计一般单片机控制器时，主要

44、困难常常找不到工作于同一电压电源的整套期间。在许多低压供电系统既用 5V电压的器件又用到 3V的器件，这时需要多电源方案。而5V 与 3V3V电压可以从 5V电压得到，只需采用三端稳压芯片 7803 即可，同样 5V 的电压也可以通过三端稳压芯片7805 得到，我们可以通过变压器供电的方式得到系统电源，也可以通过简单蓄电池作为控制器的电源，由于本设计只用到 5V 电压，所以只用到了 7805，如图所示是该系统的电源电路的设计原理图。7805 三端稳压器，三端稳压集成电路是一图 5.1 程序设计对比 C C 是 C 语言有很多突出的特点：C 语言简洁、可以直接操作计算机硬件、可移植性好、表达能力

45、强、可以进行结构话程序设计等。所以系统软件采用 C 语言编写，按照模块化的设计思路设计。首先分析程序所要实现的功能，程序要实现串口通信，静态显示，动态显示三大功能。通信程序接收上位机数据，交给主程序处理再通过控制程序选择不同的显示程序进行显示。程序开始时首先必须对单片机进行初始化，其中初始化的内容包括：IO 口功能的设定等。初始化完成后程序进入待机状态等待中断的发生，该程序中主要用到了两个外部中断源，外部中断源由按键的电平变化触发，外部中断主要功能是选择 LED点阵显示屏的显示状态是静态显示还是动态显示。中断程序设定了 LED点阵显示屏所要显示的内容和显示的方式，最后执行的是各种显示程序。按照

46、设定的方式和内容显示出所需要的内容。主函数流程图如图 5.1 所示。图 5.1.1 静态显示程序鉴于整个课题都围绕于点阵的显示，所以程序按照显示方式的不同进行分块，对于静态显示模块，首先是设计好静态显示的字模字库，由于每32 个字节刚好显示一个汉字，所以程序中每32 个字节一组进行字模的读取，通过一些判断语句来具体判断显示哪个汉字。在静态显示的同时让字库中的字循环翻页显示，具体的流程图如图 5.2 所示。开 始NY图 5.1.2 动态扫描程序点阵的动态显示有多种，包括左移，右移，上移，下移，基本的实现原理是相似的，所以本课题中只选用了左移一种显示方式。动态显示与静态显示的区别前面已经讲过，具体

47、的编程之间的差别在于静态是固定的32 个字节为一个字，但是动态显示每次选用的字模为之前的 32 个字节一次向后移动一位，比如之前是 032，再次选用字模的数组为133，如此以此往后移。通过扫描信号的一次扫描，由于每次循环的时间很短，视觉停留就会让眼睛能够看到汉字从右到左的移动。具体的流程图如图 5.3 所示。开 始N为Y图 实物完成后必须对其进行调试，检查设计功能是否实现了。软件硬件完成后开始进行调试。调试可分为硬件调试，软件调试和系统联合调试。6.1 系统硬件部分调试方法硬件调试主要是调试各部分的焊接是否合格和各芯片的输出输入电压是否符合设计要求，最后测试各硬件部分能否完成设计功能。因此把硬

48、件调试按照以下两部分分步来进行。1.测试所有焊点是否有短路和虚焊的现象存在；2.通电测试所有硬件芯片的输入输出电压是否在设计要求的范围内。由于最重要的显示系统功能的测试需要软件配合所以在硬件调试部分只测试单片机复位电平，功能部分测试放在系统联合调试部分来完成。6.1.1 短路与虚焊检测检测工具为万用表，使用万用表的短路报警功能，逐个测试相临的两个焊点检测是否短路。按照电路图检测需要连接的两点是否短路来检测是否已经连接上，以此来检测虚焊的情况。检测和修改完成后为下一步通电检测排除了短路的危险和由于虚焊引起检测结果不真实的麻烦。6.1.2 上电测试本系统采用的蓄电池经过电源电路之后供电，所以电源输入为5V。显示系统5V 所以可同时直接接入。上电后首先观察电路是否