基于AT89C5151的8×8点阵LED数码字符显示器的设计
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目 录 第一章 引 言 ........................................................ 1 第二章 方案选择及总体设计 ........................................... 3 2.1 方案确定 .................................................... 3 2.1.1 功能要求 ............................................... 3 2.1.2 方案确定 ............................................... 3 2.2 器件选择 .................................................... 3 第三章 控制系统硬件设计 ............................................. 4 3.1 整体模块设计 ................................................ 4 3.2 单片机最小系统设计 .......................................... 4 3.2.1 晶振电路设计 .......................................... 4 3.2.2 复位电路设计 ........................................... 5 3.3 驱动电路设计 ................................................ 6 3.4 LED点阵显示设计 ............................................. 7 第四章 控制系统软件设计 ............................................ 10 4.1 软件设计思想 ............................................... 10 4.2 主程序流程图 ............................................... 11 第五章 系统仿真及性能分析 .......................................... 12 5.1 软件系统仿真 ............................................... 12 5.2 硬件仿真结果分析 .......................................... 12 第六章 总结致谢 .................................................... 15 第七章 参考文献 .................................................... 17 附 录 ............................................................. 18 附录A 硬件结构图 .............................................. 18 附录B 主程序清单 .............................................. 18 附录C 元件清单 ................................................ 22
第一章 引言 LED是光二极管LIGHT EMINTTING DIODE的英文缩写，是一种直接能将电能转化为可见光的半导体。LED点阵是由发光二极管排列组成的显示器件，在日常生活中随处可见，其发光类型属于冷光源，效率及发热量是普通发光器件难以比拟的。它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活等特点。随着社会经济的不断进步，人们对LED显示器的认识不断加深，其应用领域越来越广。 本设计是基于AT89C5151的8×8点阵LED数码字符显示器的设计，LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的LED发光二极管封装而成. LED点阵显示屏可以显示数字或符号, 通常用来显示时间、速度、系统状态等。本文讲述了基于AT89C51单片机8×8 LED数码字符显示器的基本原理、硬件组成与设计，Proteus软件仿真，程序设计等基本环节与相关技术。 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。 本设计是8×8点阵LED数码字符显示器的设计。整机以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C51为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个驱动器来驱动显示屏显示，该电子屏可以各种文字或单色图像，采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。 第二章 方案选择及总体设计 2.1 方案确定 2.1.1 功能要求
1、采用MCS-51单片机作为微处理器。 2、设计一个8×8点阵LED数码字符显示器。 3、在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。 4、动态显示“8”“0”“5”“1”几个字符。
2.1.2 方案确定 采用AT89C51单片机作为微处理器，将共阳极二极管用共阴型接法连接成8×8点阵LED数码字符阵列，通过程序控制，采用动态显示，建立字符库“元”“旦”“快”“乐”。
2.2 器件选择 微处理器采用AT89C51系列单片机，AT89C51单片机是这几年在我国非常流行的单片机，是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）高性能单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除100次，具有低功耗、高性能的特点，并且可与工业标准的MCS—51指令集和输出管脚相兼容，对于本设计需要实现的功能，完全可胜任。 第三章 控制系统硬件设计 3.1 整体模块设计 本设计行、列驱动电路，显示器电路，运用单片机的智能化，系统的将每个功能电路模块连接在一起，总体结构设计如图1所示。
PC上位机单片机
点阵显示器行驱动电路
点阵显示器列驱动电路
8×8点阵LED显示器电路
图3.1硬件系统框图 此次需要实现的功能是利用一个AT89C51，一个8×8LED点阵，动态显示“元旦快乐”4个字，采用PC上位机驱动显示电路。
3.2 单片机最小系统设计 AT89C51单片机最小系统电路由复位电路、晶振电路两部分组成。 3.2.1 晶振电路设计 AT89C51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率fosc采用12MHZ，C1、C2的电容值取30pF，电容的大小起频率微调的作用。晶振电路图如图所示。 C130pFC230pF
X112MHZ
XTAL1
XTAL2 图3.2.1 晶振电路图
3.2.2 复位电路设计 AT89C51单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位，使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动复位方式。本设计采用最简单的上电复位方式，电路如图3所示。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，复位电路产生的复位信号（高电平有效）由RST引脚送入到内部的复位电路，对AT89C51单片机进行复位，复位信号要持续两个机器周期（24个时钟周期）以上，才能使AT89C51单片机可靠复位。当上电时，C1相当于短路，有时碰到干扰时会造成错误复位，可在复位端加个去耦电容，可以取得很好的效果。 AT89C51单片机复位电路如下图所示：
R94.7K
VCCVCC
RST
VSS
C510MF/25V
AT89C51
R24.7K
VCCVCC
RSTVSS
C10MF/25VAT89C51R1S5 RST
图3 上电复位电路图 图4 按键电平复位电路图 复位电路工作原理： 上电瞬间RST引脚的电位与VCC等电位，RST引脚为高电平，随着电容C5充电电流的减少，RST引脚的电位不断下降，可以保持RST引脚在为高电平的时间内完成复位操作。 当单片机已在运行当中时，按下复位键S5后再松开，也能使RST引脚为一段时间的高电平，从而实现AT89C51单片机复位。
3.3 驱动电路设计 正向点亮一颗LED，至少也要10～20mA，若电流不够大，则LED不够大。而不管是AT89C51的I/O口，还是TTL、CMOS的输出端，其高态输出电流都不是很高，不过1～2mA而已。因此很难直接高态驱动LED，这时候就需要额外的驱动电路，通常有共阳型与共阴型LED阵列驱动电路，本设计才用共阴型高态扫描信号驱动电路。 共阴型LED阵列驱动电路采用高态扫描，也就是任何时间只有一个高态信号，其它则为低态。一行扫描完成后，再把高态信号转化到近邻的其他行，扫描信号接用一个反向驱动器，AT89C51本身内置一个反向驱动器，本设计将AT89C51作为点矩阵显示控制系统的控制核心，通过点矩阵实时显示并移动字符。 单片机的串口与行驱动器相连，用来发送显示数据信息。P0口与LED阵列的行引脚相连，送出数据、地址以及系统控制信号。输出低态时，最大可吸取0.5A，即500mA，若每个LED取30mA，7个LED同时点亮，需要210mA，完全满足LED点亮的基本条件。
