基于51单片机的LED点阵显示屏系统设计方案第1章绪论
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LED的开发已经达到了实用阶段。LED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。
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，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。（2）机场航班动态信息显示。（3）港口、车站旅客引导信息显示。（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信息显示。（6）调度指挥中心信息显示。（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品等。
1.1.2 研究现状及发展趋势
（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、浦东机场等，均
由国内代表企业中标。技术水平相对领先,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多人，将近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屏更会成为主流产品。全彩色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，产品结构多样化的方向发展[2]。
（3）选题意义
该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法，对LED 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。因此此课题不论是
对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。
1.2 论文主要内容
针对设计题目的特点，作者对论文的内容和结构将做如下安排：
（1）初步方案的论证和选择
搜集题目的有关资料，并参照目前通用的设计思想和设计方法拟定几套设计方案进行分析比较。最终选定了以PC机为上位机，单片机为核心控制器件，外加译码电路和驱动电路的设计方案。
（2）方案实现
以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定AT89S51单片机为核心控制器件，由串并转换器74LS164和锁存器74LS373为译码电路器件，三极管8550和ULN2803为驱动电路器件。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。
（3）软件编写
根据硬件特点和设计要求，软件选用C语言编写。程序按功能分为静态显示、动态显示、通信等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来。
（4）验证与测试
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单片机端口驱动能力不足、驱动电路工作不稳定等问题。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。
（5）结论
设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。
第2章方案论证与选择
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所示,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 系统硬件组成框图
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发展，NMOS工艺单片机被CMOS代替，并开始向HMOS 过渡。供电电压由5V 降到3V，2V甚至到1V，工作电流由mA降至μA ，这在便携式产品中大有用武之地[4]。
（2）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 ，LMS，MACD指令等[5]。
（3）EDA
EDA(即Electronic Design Automation) 即电子设计自动化，它是以计算机为工具，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，直至对于特定目标芯片进行适配编译、逻辑影射和编程下载等。设计者只需用HDL 语言完成系统功能的描述，借助EDA工具就可得到设计结果,将编译后的代码下载到目标芯片就可在硬件上实现。由于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都是通过串行执行指令来实现特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD则可实现硬件上的并行工作，在实时测控和高速应用领域前景广阔；另一方面，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、AVR、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习的教材。且51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。所以在控制部分方案的选择中选定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UART（Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter）是完成这一功能的硬件电路。在单片机芯片中，UART已经集成在其中，作为其组成部分，构成一个串行口[6]。
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显示屏是由一个一个的发光二极管点阵构成的，要构成大屏幕的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8×8、16×16几种；这两种屏幕构成方法各有有缺点，单个发光二极管构成显示屏优点在于当单个的发光二极管出现问题时只需更换一个二极管即可，检修的成本较低，缺点在于连接线路复杂；而点阵模块构成的方法却正好与之相反，模块构成省约了大量的连线，不过当一个LED出现问题时同在一个模块的所有LED都必须被更换。这就加大了维修的成本。
两种方法相比较，决定采取模块构成的方法来制作一个LED点阵显示屏。为了避免模块的缺点，选择点阵数较小的模块来减小出现这一问题的风险。所以构建一个16×16的LED点阵屏选用四块8×8点阵模块。
图 2-2 LED点阵图
一个16×16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串并转换芯片进行译码。常用的串并转换芯片有74LS154（4线-16线译码器）、74LS164（8位串并转换器）、74HC595等。51系列单片机端口低电平时，吸入电流可达２０ｍＡ，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十μＡ甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力，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[7]。
2.1.4 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8×8LED点阵模块构成的16×16的LED点阵显示屏。题目将以此方案为指导思想展开具体的硬件电路设计。
图2-3硬件设计方案
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，通信程序三个主要部分组成。具体结构如图2-4所示。
图2-4 软件功能结构框图
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 Language)是面向机器的程序设计语言，是一种功能很强的程序设计语言，也是利用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[8]。
C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩代码。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语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机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器语言。因此在系统软件设计中，编译器必不可少。支持MCS－51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为编译工具按照控制、通信、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机作为上位机，这样对该显示系统的硬件要求便降低了，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显示屏上，上位机上内容变化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，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。
第3章系统硬件设计
3.1 硬件整体设计概述及功能分析
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16×16的点阵屏六部分组成。具体工作流程为：上位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口串行输出并且控制译码电路完成串并转换并行输出，最后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。
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3-1所示。
图3-1 硬件原理图
该系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下载线下载程序和供电，可不设立专用供电电源。
（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。
3.2 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序下载对程序的验证和编写非常有用。还有就是为了提高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，选择美国ATMEL公司生产的AT89S51为控制单元的主控芯片。
3.2.1 AT89S51简介
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可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。
AT989S51具有以下特点：
·与MCS-51产品指令系统完全兼容
·4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器
·1000次擦写周期
·4.0－5.5V的工作电压范围
·全静态工作模式：0Hz－33MHz
·三级程序加密锁
·128×8字节内部RAM
·32个可编程I/O口线
·2个16位定时/计数器
·6个中断源
·全双工串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
·中断可从空闲模唤醒系统
·看门狗（WDT）及双数据指针
·掉电标识和快速编程特性
·灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）
AT89S51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，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16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，AT89S51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它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.2.2 控制系统设计
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（指单片机的可以的最小配置系统）。AT89S51的最小系统包括了外界时钟电路和复位电路，选定一定数量的IO口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。根据功能选择一定的单片机端口添加外围的器件，具体电路如图3-2所示。
在该系统中，P1各口主要用作LED显示数据的控制输出。由于端口的驱动能力有限所以该端口外接了5K的上拉电阻来提高驱动能力。其中P1.5P1.6P1.7还复用为ISP下载功能口。具体接法为：P1.0，P1.1，P1.4，P1.5分别接四块74LS164的A端，向74LS164送入串行数据经过其转换后并行输出；P1.2和P1.6分别接列和行的74LS164的CLOCK端，产生移位脉冲是串行数据并行输出；P1.3和P1.7接列和行的CLEAR端，在一组数据完成串并转换后清除164芯片中的内容转换新的数据；其中P1.5P1.6P1.7还复用为ISP下载功能口。P2.0接164芯片的使能控制端，当为高电平使允许输出；P2.2和P2.3接锁存器74LS373的OE和LE端控制锁存器的工作状态。
端口30，EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。因为没有扩展外部程序存储器所以将EA置为高电平。
图3-2 控制部分电路图
由于P3口是特殊功能口，在该系统中基本是采用其第二功能。其第二功能和实际运用如表3-1所示：
表3-1 AT89S51P3口第二功能的应用
端口第二功能实际作用
P3.0 RXD（串行输入口）与上位机通信的数据输入口
P3.1 TXD(串行输出口) 与上位机通信的数据输出口
P3.2 外部中断0 做按键中断，控制显示状态
P3.3 外部中断1 做按键中断，控制运行模式AT89S51单片机的P1在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时
转换地址（低8位）和数据总线复用，P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。所以P1和P2口留为外部数据存储器和程序存储器的扩展用，以备内部存储器和程序存储器不够用的情况时使用[12]。
3.3 译码电路设计
译码电路的功能是为了解决单片机I/O端口不足。行译码所用器件为串并转换器74LS164和锁存器74LS373。具体电路如图3-3所示
图3-3 行译码电路图
3.3.1 串并转换器74LS164
列译码采用的是芯片74LS164。如果不采用译码电路完全依靠单片机的端口输出来控制16×16的LED点阵屏显示，需要32个端口。而采用了译码电路后仅仅需要7～9个端口便可实现控制显示。大大减少了I/O口的占用数目，为单片机扩展其他功能预留下来了空间。
74LS164为一个8位数据的串并转换器。当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。当A、B有一个为高电平，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。
表3-1 74LS164工作参数
这就要求单片机的引脚输出的高低电平要在芯片的识别范围内，由于采用了列选通行传送显示代码的方法所以行译码电路上也加上了74L373锁存芯片。这就要求74LS164芯片的输出要满足锁存芯片的高低电平区分范围和频率要求。
3.3.2 锁存器74L373
由于74LS164芯片不具有锁存功能，所以在74LS164进行八位数据的串并转换时，串行数据的第一位会从QA依次移位到QH,第二位数据会从QA依次移位到QG，依次类推在八位数据转换完成之前74LS164芯片的输出会出现一段时间的乱序输出，这一结果会通过驱动电路表现在显示屏上。结果就是显示屏无序导通闪烁，不能显示所需内容。因此在串并转换完成前就需要74LS164的输出口不与驱动电路导通。所以选择锁存器74LS373来完成这一功能。
74LS373为八D锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性)。373为三态输出的八D 透明锁存器,共有54/74S373和54/74LS373两种线路结构形式当三态允许控制端OE 为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。
表3-2 74LS373工作参数表
由表与表比较可以看出，74LS164的输出条件与74LS373的输入条件相匹配，
理论上可以实现锁存器对译码器的数据锁存。
3.4 驱动电路设计
3.4.1 行驱动电路设计
发光二极管，LED(Light Emitting Diodes)，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 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。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LED 。 行驱动采用PNP 三极管8550接法如图3-4示：
LED 点阵屏阳极
译码电路输
图3-4 行驱动器件8550的接法
8550为PNP 型三极管，内部结构如图3-5示。发射极e 接5V 电源，基极接译码信号输出端，集电极接输出驱动LED 点阵屏。当译码器端口输出为低电平时，发射极与基极电势差为5V －0v 基极中带负电的电子越过PN 结扩散到发射区。发射极
产生和电子扩散方向相反的电流，由于基极电子大量扩散到发射极集电极电子扩散到基极中形成了电流c I 。当译码器端口输出高电平时发射极与基极之间的电势差为5V －0V －B V ，由于发射极与基极之间电势差的减少基极电子向发射极扩散的电子数量减少故集电极电流也随之减少。故8550在驱动电路中起到提供驱动电流和选通开关的作用。
图3-5 8550内部结构图
3.4.2 列驱动电路设计
列驱动采用ULN2803。ULN2803是一种高电压大电流达林顿管阵列内部结构如图，该阵列中的八个NPN达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL,CMOS 或PMOS）和大电流高电压的灯，继电器，打印机锤和其他类似负载间的接口的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。集电极输出功率可达50V×600mA[13]。
ULN2803作为列驱动执行的是列选的工作，当选通的列输入高电平时其对应的输输出低电平。相对应的输出取反，并能提供较大的灌电流来吸收行驱动流出进过显示屏后的电流。具体电路如图3-7所示。
图3-7 列驱动原理图
3.5 通信系统硬件设计
AT89S51单片机具有全双工串行UART通道，支持单片机进行数据的串行传输。除了单片机要与PC机制定通信协议，确定发送速率外还需要解决的问题就是信号电平问题。RS-232C标准规定了PC机发送数据总线TXD和接收数据总线RXD采用EIA电平，即传送数字“1”时传输线上的电平在－3～－15V之间；传送数字“0”时，传输线上的电平在＋3～＋15之间。但单片机串行口采用正逻辑TTL电平，即数字“1”时为＋5V数字“0”时为-5V，所以单片机与计算机不能直接相连进行通信必须将RS-232C与TTL电平进行转换[14]。
在通用的电平转换芯片中MAX232系列的芯片以集成度高，单＋5V电源工作，只需外接5个小电容即可完成RS-232C与TTL电平之间的转换而成为单片机系统中
的常用芯片。在该显示系统中，MAX232为通信系统中最重要的硬件组成部分[15]。电路如图3-8所示： C1+
1VDD 2C1-3C2+4C2-5VEE 6
T2OUT 7R2IN 8R2OUT 9
T2IN 10
T1IN 11R1OUT 12
R1IN 13T1OUT 14GND 15VCC 165MAX232ACPE 12345678911101D Connector 9C1
104
C2
104
C3104C4104VCC
P3.1 TX P3.0 RX VCC
图3-8 串口通信系统电路图
3.6 电源设计
在系统中MAX232、74LS164、74LS373、AT89S51都需要5V 的供电电压，在系统开发过程中可以使用电脑USB 供电。在实际的大屏幕LED 显示屏设计中，用电脑USB 供电明显不切实际。此时需要对民用的220V 进行降压整流为5V 直流电压为显示系统供电。电路图如图3-9所示。
图3-9 电源原理图
如图所示，用220V转12V的变压器进行降压后再通过一个桥式整流电路将交流电整流为直流电。最后通过5V三端稳压模块LM7805得出稳定的5V输出。
3.7 级连大屏幕LED显示屏
要实现LED的大屏幕显示主要采用内部译码器级连和多个单片机系统级连的方法。译码器级连如图3-10所示
将第1个74LS164的Q7端接第2个74LS164的A端，将第2个74LS164的Q7端接第3个74LS164的A端，如此炮制当N块74LS164相级连时就变为一个串行输入7×N口输出的串并转换器。这种级连的优点在于一块单片机可以同时控制更多的LED点阵显示屏，且74LS164的价格低廉整体成本得到了降低。但是这种级连方法也存在一定的缺点，51系列的单片机的晶振频率不高74LS164级连过多会增加一次扫描的时间从而导致显示出现闪烁。从端口输出的显示数据的显示也要作出相应的改变。
图3-10 74LSL64级连
构建大屏幕LED显示屏的另一种方法是将以较小的LED显示系统做为模块进行级连。如图3-11所示，由独立的LED显示系统组成一个大的LED显示系统。其中各子显示系统之间在功能和控制上都是相互独立的，将一幅大屏幕画面拆分为几块小画面再分别送入到各子系统中，各子系统同步显示便可以得到一幅大的画面。使用这种级连的办法可以避免51单片机晶振频率低的弱点，更容易实现大屏幕的显示。但这种方法仍然存在难点，一是各独立的子系统的通信和协调性要求更高了，如果要实现显示内容的实时性必须需要上位机不断更新显示内容则增加了上位机的通信数据量，逐个的单片机传送数据也会影响整个画面的更新速度；二是成本提
设计 题目 姓名 焦作大学机电 工程学院 中图分类号： 基于单片机的LED点阵显示 专业名称： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 学号： 焦作大学机电工程学院 2012年12 月 毕业设计
中图分类号：密级： UDC：单位代码： 基于单片机的LED点阵显示 LED-based LCD display microcontroller design 姓名学制 专业研究方向 导师职称 提交日期答辩日期 焦作大学机电工程学院
焦作大学机电工程学院毕业设计摘要 摘要 单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善:单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也更加稳定，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。此外单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制的需要。 本文的主要内容是掌握各种单片机的结构、接口、片上外设的特点，并用STC12C5410AD单片机的片上资源设计出适当的最小系统；并利用自行制作的单片机最小系统，完成一个简单应用（量程自动转换的电压表）的设计与软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统的设计及单片机系统的应用方法。 关键字：单片机仿真器 LED点阵显示屏
Abstract MCU in modern life has been widely applied in the life of the very important position. It features becoming strong, involving various electronic applications. The work process for data collection, data processing and display, receiving terminals. Including specific control, display, A / D converter, level translation interface, such as personal computers. ADC0809 used to design 8-way data sampling, the use of MCS-51 microcontroller serial port to send and receive data. Show 8155, 75452, 7407 and in part by a LED digital display. Hardware design applications for electronic design automation tools, software design is modular programming method Key W ords: Single Chip Microcomputer Emulator LED dot matrix display
项目名称：基于51单片机的LED点阵显示器 目录 一、项目介绍 (2) 1.1 项目背景 1.2 功能介绍 二、电路结构 (3) 三、实现模块 (5) 四、运行程序 (7) 一、项目介绍 1.1项目背景 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，他体积小，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，他可以显示字符、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。 1.2功能介绍 2本次设计的用单片机控制的显示电路使用比较简单，操作方便。它主要是通过一个8×8点阵来显示图案，通过不同的按键来选择控制图案的种类及显示方式。在通电以后，显示屏全亮，随后进入逐字显示状态。按下复位键K1，系统自动复位，显示diligent，随后进入待命状态。按键1、2、3、4分别控制不同的图案。另外，我们可以通k5键来控制字符移动速度的快慢。 二、电路结构 单片机最小系统设计 2.2.1 各部分具体电路 1 单片机的时钟电路 AT89C52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。AT89C52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2-1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6MHz的石英晶体，电容器一般选择30PF左右。
基于51单片机的多路温度采集控制系统设计 言： 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。 我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。 关键词：温度多路温度采集驱动电路 正文： 1、温度控制器电路设计 本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164 窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。 2、温度控制器程序设计 本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON 及数码管显示子程序DISP。 （1）主程序 主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。 （2）定时/计数器0中断服务程序 应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。
单片机LED点阵显示方法与程序代码 点阵的接法有共阴和共阳两种（共阳指的是对每一行LED来讲是共阳）。 由于51单片机驱动能力有限，亮度不够，所以一般需要三极管驱动，下图为一个8X8点阵原理图，仅仅是仿真，如果需要接实物的话，加上三极管才足够亮。 显示的方法有两种： 1、逐列扫描方式。如下图所示，P1口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），P2口输出行码（列数据）决定列上哪些LED亮（相当于段码），能亮的列从左向右扫描完8列（相当于位码循环移位8次）即显示出一帧完整的图像。 2、逐行扫描方式，与逐列扫描调换，即P2口输出位码，P1口输出段码，扫描完8行显示出一帧图像。 以逐行扫描为例，从上图可以很明了的知道点阵的显示原理了（红色表示高电平，绿色表示低电平），当把扫描速度加快，人的视觉停留，看见的就是一幅图或一个字了，如下图所示。
一、行扫描静态显示， 用51单片机实现上图静态显示的程序如下： #include
湖南科技大学测控技术与仪器专业
单 片 机 课 程 设 计
题 姓 学 名 号
目
指导教师 成 绩 ____________________
湖南科技大学机电工程学院 二〇一五年十二月制
湖南科技大学课程设计
摘要
LED 显示屏在我们的周围随处可见，它的应用已经普及到社会中的方方面面。作为 一种新型的显示器件，在许多场合都可以见到它的身影，不仅是它的应用使呈现出来的 东西更加美观，更重要的是它的应用方便，成本很低，除了能给人视觉上的冲击外，更 能给人一种美的享受。LED 显示屏是由多个发光二极管按矩阵形式排列封装而成，通常 用来显示时间、图文等各种信息。本设计是基于 ATS52 单片机的 16*16 点阵式显示屏， 该 LED 显示屏能实现 16*16 个汉字，简单的显示图像, 然后一直循环着显示下去。该设 计包含了硬件、软件、调试等方案，只需简单的级联就能实现显示屏的拓展，但要注意 不要超过负载能力。本次设计的作品体积小、功能多、方便实用、花费小，电路具有结 构简单、操作方便、精度高、应用广泛的特点。 关键词： LED，ATS51 单片机，显示屏
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湖南科技大学课程设计
目录
摘要…………………………………………………………………………i 第一章 系统功能要求 ……………………………………………………1 1.1 系统设计要求 ……………………………………………………1 第二章 方案论证 …………………………………………………………1 2.1 方案论证 …………………………………………………………1 第三章 系统硬件电路设计 ………………………………………………1 3.1 AT89S51 芯片的介绍 ………………………………………………1 3.1.1 系统单片机选型…………………………………………………1 3.1.2 AT89S51 引脚功能介绍 …………………………………………2 3.2 LED 点阵介绍………………………………………………………2 3.2.1LED 点阵……………………………………………………………2 3.3 系统各硬件电路介绍 ………………………………………………3
3.3.1 系统电源电路设计介绍……………………………………………3 3.3.2 复位电路……………………………………………………………4 3.3.3 晶振电路……………………………………………………………4 3.4 系统的总的原理图……………………………………………………5 第四章 系统程序设计 ………………………………………………………5 4.1 基于 PROTEUS 的电路仿真……………………………………………5 4.2 用 PROTEUS 绘制原理 ………………………………………………6
4.3PROTEUS 对单片机内核的仿真 ………………………………………6
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基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。
3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路
单片机课程设计报告 —8×8 LED点阵屏显示“大”字 第一章设计内容及要求 (3) 第二章总体设计 (3) 2.1 系统框图.........................................................3、4 2.2 设计步骤 (4) 第三章各部分电路设计 (4) 3. 1 复位电路………………………………………………4 、5 3.2时钟电路……………………………………………5、 6 3.3显示电路.........................................................6、7 3. 4大字取模 (7) 3.5 LED 引脚连接方式..........................................8、9 3.6总体电路 (9) 第四章程序设计 (9) 4.1软件流图......................................................9、10 4.2大字的模 (10) 4.2主程序......................................................10、11 4.3 C51单片机开发工具：keil 4 Proteus使用方法...11、16 第五章仿真结果 (16)
第六章总结与体会................................................17、18 第七章参考文献 (18) 附录程序清单……………………………………………19、20 基于C51单片机的8×8 LED点阵屏汉字显示 一设计要求 1、设计一个8*8点阵LED电子显示屏 2、要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可静态显示一个大字。 二总体方案设计 2.1系统框图 根据设计要求与设计方案，硬件电路的设计框图如图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、点阵显示阳极电路、点阵显示阴极电路和8*8点阵显示电路。
51单片机点阵设计 在做点阵之前先来了解下点阵的原理和点阵显示的 过程。 点阵实际上就是64个单独的led灯排列为8行8列 ROW1-8、COL1-8分别控制行和列的1-8led。ROWx高电平、COLy低电平，对应的第x行、第y列led灯亮。 电路图
简化了实际应用电路硬件根据要求自己加 P3口驱动ROW P2口驱动COL 如何让点阵显示字符？点阵显示字符都是动态的，和多位的数码管一样，并不是一次就显示行或列，而是一次只显示1行，在很短的时间内将8行分别显示出来。由于时间很短，我们的眼睛是看不出来是分开显示的。以字符'1'为例。 分别显示8行 ROW-0x01 COL-0xef ROW-0x02 COL-0xe7 ROW-0x04 COL-0xef ROW-0x08 COL-0xef ROW-0x10 COL-0xef ROW-0x20 COL-0xef
ROW-0x40 COL-0xef ROW-0x80 COL-0xc7 源程序： #include ; unsigned char code NUM[8]={0xef,0xe7,0xef,0xef,0xef,0xef,0xef,0xc7}; #define ROW P3 #define COL P2 void main(void) { unsigned char i,j,k; while(1) { k=0x01; for(i=0;i 电路图
源程序 #include ; #include ; unsigned char code NUM[8]={0x00,0x00,0xe00,0x82,0xff,0x80,0x00,0x00}; #define ROW P3 sbit SI=P2^0; sbit RCK=P2^2; sbit SCK=P2^1; void HC595SendData(unsigned char SendVal) { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) { if((SendVal< 基础强化训练任务书 学生姓名：董勇涛专业班级：电子0902 指导教师：洪建勋工作单位：信息工程学院 题目：基于51单片机最小系统设计 一、训练目的 主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。 二、训练内容和要求 1、基础课程和基本技能强化训练 (1)设计一个基于51单片机最小系统电路； (2)对所设计电路的基本原理进行分析； 2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练 要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。 3、基本动手能力和知识应用能力强化训练 (1)学习PROTEL软件； (2)绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范； 4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。 三、初始条件 计算机；Microsoft Office Word 软件；PROTEL软件 四、时间安排 1、20011年7 月 11日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明； 学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。 2、2011年7 月 12日，电路设计与分析。 3、2011年7 月 13日至2010年7 月 14日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。 4、2011年7 月15日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要.................................................................................................................... 错误!未定义书签。 ＃i nclude for(j=0;j<3;j++)//from left to right 3 time { for(i=0;i<8;i++) { P3=taba[i]; P1=0xff; delay1(); } } for(j=0;j<3;j++)//from right to left 3 time { for(i=0;i<8;i++) { P3=taba[7-i]; P1=0xff; delay1(); } } for(j=0;j<3;j++)//from top to bottom 3 time { for(i=0;i<8;i++) { P3=0x00; P1=tabb[7-i]; delay1(); } } 毕业设计（论文）题目： 院 (系)： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 毕业设计（论文）任务书 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，作为微型机的一个主要分支，单片机在结构上的最大特点是把CPU、RAM和ROM 存储器、定时器和多种I/O接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。从它的组成和功能来看，一块单片机芯片其实就是一台计算机。 本次设计是采用MSC-51单片机来设计的四位数计算器, 采用C语言进行程序编写实现计算器功能。外接4X4的键盘，通过键盘扫描来完成输入数的控制，利用驱动电路使数值与结果在七段共阴极数码管上正常显示，并设有清零键可随时完成计算与显示的清零。计算器将完成的0至9999整数的一次加/减/乘/除运算。 执行过程如下： 开机即显示0，等待键入数值，当输入数字，将通过数码管显示出来，在输入＋、-、*、/运算符之后，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次输入数值，当在键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在数码管上显示运算结果。 关键字：单片机计算器键盘扫描程序 n recent years, as computer penetration in the social field and large-scale development of integrated circuits, microcontroller applications are continually deepening, because of its powerful function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use, etc. therefore particularly suitable for systems with control of more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, meters, data acquisition, military products and home appliances fields, As one of the main branch of microcomputer, microcontroller in the structure of the biggest feature is the CPU, RAM and ROM memory, timer and multiple I / O interface circuit integrated on a VLSI chip. The composition and function from its point of view, a single chip is actually a computer. This design is the use of MSC-51 microcontroller to design the four-digit calculator, using C programming language to achieve calculator functions. 4X4 external keyboard, the keyboard scan to finish by the number of control values and make the drive circuit to the cathode results in a total of seven-segment digital tube display properly, and has cleared at any time to complete key calculation and display clear. Calculator to complete an integer from 0 to 9999 plus / minus / multiply / divide. Implementation of the process is as follows: Power is displayed 0, waiting type value, when the input numbers, will come out through the digital display, the input +,-,*,/ operator, the calculator in the internal implementation of the numerical conversion and storage, and wait for the re-enter the value, when Type the value in the type of value will be displayed by an equal sign will be displayed in the digital control operation results. Key words: SCM calculator keyboard scan C language commonly used circuit, makes the whole design is more complete, more flexible. Keywords: DS18B20; STC89C51; MCU; control; simulation 1.绪论 1.1 温度控制系统设计的背景及意义 随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。 1.2 饮水机温度控制系统的目的 饮水机的温度控制系统，能有效的利用水资源和电源。过低的温度或者过高的温度都会使水资源造成浪费，在全球水资源缺乏的今日，我们更应该掌握好水温的控制。本设计为一个单片机的饮水机的温度控制系统，此系统可以实时检测饮水的水温，并且可以通过液晶管显示饮水机的温度，可以通过键盘对饮水机的水进行加热，当低于设定的温度下限时进行加热，本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的系统主要实现了以下功能： 1.在液晶显示当前温度的大小，精度为四分之一度，并显示温度控制的上限值和下限值。 2.单位转换，把显示温度的单位从摄氏温标与华氏温标进行互换。 3.温度控制，当温度超出上限值就关闭继电器，当温度低于下限值就启动继电器。 4.温度控制的上限和下限的设置，通过矩阵键盘的输入修改上限值和下限值。 5.蜂鸣器报警，当温度超出上限值蜂鸣器进行报警。 1.3 系统总体设计思想 方案一：使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电 基于51单片机的交通控制系统模拟设计 学院：电气与控制工程学院 专业：自动化 姓名： 目录 1. 设计思路 (2) 2.2显示界面方案 (2) 2.3输入方案： (2) 3 单片机交通控制系统总体设计 (2) 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 (2) 3.2单片机交通控制系统的功能要求 (3) 3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (3) 4智能交通灯控制系统的硬件设计 (4) 4.1系统硬件总电路构成及原理 (4) 4.2系统硬件电路构成 (4) 4.3系统工作原理 (4) 5 系统软件程序的设计 (6) 5.1程序主体设计流程 (6) 参考文献 (17) 设计心得体会 (18) 附录 (19) 基于单片机的交通控制系统模拟设计 1. 设计思路 （1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。 （2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特特殊功能。 （3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。 （4）进行软件系统的设计，对于本系统，采用单片机C语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。 2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证 2.1 电源提供方案 采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要， 节约成本；缺点是输出功率不高。 2.2 显示界面方案 采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。 2.3 输入方案： 由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。 3 单片机交通控制系统总体设计 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下所示。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始。 通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下： ◆南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时30秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。 ◆南北方向绿灯灭，东西方向红灯灭，同时黄灯亮，倒计时3秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。 盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。 基于单片机的LED广告牌设计 班级电子2班姓名秦地学号0902214075 成绩 一、设计背景 LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED 显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。 二、任务要求 设计一个简易的LED广告牌，用于显示自己的名字或其它个性信息。显示的字符用LED 发光二极管排列成固定形状，在控制电路驱动下各字符轮流循环点亮。或者用LED点阵显示，显示内容可更新。汉字一般是以点阵式方式存储的，如16×16,24×24点阵。汉字的字模其实是汉字字形的图形化。所谓16点阵字模，就是把汉字写在一个16×16的网格内，汉字的笔划通过某网格时该网格就对应1，否则该网格对应0，这样，每一网格均对应1或0，把对应1的网格连起来看，就是这个汉字。汉字就是这样通过字节表示其点阵存储在字形中的。为了方便查找所需要汉字的点阵，每个汉字都与一个双字节的内码相对应。通过汉字的内码可以计算出它的点阵起始字节。 三、整体设计方案 如图所示，本设计通过单片机来控制行列驱动器使LED显示屏显示出汉字，单片机选用AT89C52芯片，行驱动器采用74HC154的P0口，列驱动器选用74HC595芯片。该系统主要由AT89C52芯片、电源、行驱动器、列驱动器、16×64LED点阵5部分组成。 摘要 摘要 本课题针对教室灯光的控制，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施。 本系统程序部分采用C语言编写，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点，可以满足各类院校对教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词：智能控制器热释红外传感器单片机 1 引言 引言 当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，教室灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。 1 系统硬件组成 整个系统由中央控制电路、2×4按键电路、光敏传感电路、继电器驱动电路、时钟电路、液晶显示电路六个模块组成。其中，光敏传感电路模块主要完成对教室当前光线明暗程度的判定，时钟电路主要实现时基功能，两者分别提供光照和定时数据供以单片机为核心的中央控制模块进行逻辑判断，单片机最终将运算结果输出到液晶显示屏，同时对教室灯光进行控制。整个系统的硬件框图如图1所示。 1．1 中央控制模块 系统中，中央控制器主要用于接收两个外部数据，由此判断是否定时时间已到，教室光照是否充足。控制器根据这两个外部数据来进行逻辑运算，从而实现定时开关灯、刷新液晶显示屏，同时可以通过键盘设置时间日期、查看相关信息 根据系统设计要求，控制器选择了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD型单片机。该款是一种高速、高可靠性单片机，工作电压5．5～3．4V，Flash程序存储器4K字节，SRAM 为256字节，2个定时器，8路8位A／D转换器，可通过串口实现在线编程、A／D转换、看门狗等功能。 1．2 液晶显示电路 为了实现较好的人机交互界面，在本系统中采用1602液晶显示屏来显示用户的设定作息时间及用户所查询的信息。 点阵字符型液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的显示器。这类显示器把LCD控制器／点阵驱动器／字符存贮器全做在一块印刷板上。系统选用日立公司的HD44780液晶显示。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动／闪烁等功能。与MCU的传输可采用8位并行传输或4位并行传输2种方式。液晶显示电路如图2所示。 2 1 LED电子显示屏原理 1.1 L ED电子显示屏概述 LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体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LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、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。 1.2 LED显示屏动态显示原理 LED点阵显示系统中各模块的显示方式：有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。 点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将 GAGGAGAGGAFFFFAFAF基于51单片机最小系统设计
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