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目录

1 基本概述 (1)

1.1 设计任务及要求 (1)

1.2 单片机的简介 (1)

1.3 LED简介 (2)

2 设计原理 (2)

2.1 MCS-51的引脚及相关功能 (2)

2.2 LED显示原理 (3)

3 硬件电路方案设计 (5)

3.1 单片机系统及外围电路 (5)

3.2 16×16LED点阵显示制作 (6)

3.2.1 16×16LED点阵的内部结构及工作原理 (6)

3.2.2 用8×8LED点阵构成16×16LED点阵 (7)

4 软件设计 (8)

4.1 程序设计总体思路 (8)

4.2 程序流程图 (8)

4.2.1 系统初始化 (8)

4.2.2 LED动态显示 (9)

5 系统功能测试 (10)

5.1 单元模块电路测试 (10)

5.2 系统整体功能测试 (11)

6 总结 (11)

附录:源程序代码 (12)

参考文献资料 (14)

1 基本概述

1.1 设计任务及要求

(1)掌握LED显示屏控制系统的显示原理,学习LED点阵显示数字和字符的编程方法。

(2)结合单片机技术知识,查阅有关资料,设计一个以单片机为核心的LED点阵显示器系统,采用点阵LED作为显示器显示汉字。

1.2 单片机的简介

(1)单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器,常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。Intel的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过10元即可。用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,这也是和离线式计算机的(比如家用PC)的主要区别。单片机是靠程序运行的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能。

(2)单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。1971年Intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器;Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004,标志着第一代微处理器问世,微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器,霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。1971年11月,Intel推出MCS-4微型计算机系统(包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器)其中4004包含2300个晶体管,尺寸规格为3mm×4mm,计算性能远远超过当年的ENIAC,最初售价为200美元。1972年4月,霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器,因此仍属第一代微处理器。1973年Intel公司研制出8位的微处理器8080;1973年8月,霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080,以N沟道MOS电路取代了P沟道,第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍,可存取64KB存储器,使用了基于6微米技术的6000个晶体管,处理速度为0.64MIPS(Million Instructions Per Second)。1975年4月,MITS发布第一个通用型Altair 8800,售价375美元,带有1KB存储器。这

是世界上第一台微型计算机。1976年Intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机,这也是单片机的问世。Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器,广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时,Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。20世纪80年代初,Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上,推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量,I/O口功能,系统扩展方面都有了很大的提高。

1.3 LED简介

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。四个8×8的点阵构成一个16×16的点阵,共由256个 LED 构成。如果 LED 的阴极与行相连,而阳极与列相连,那么只要给该LED对应的行以低电平,列以高电平,那么对应的 LED 就发光。

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、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。

2 设计原理

2.1 MCS-51的引脚及相关功能

40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类:电源、时钟、控制和I/O引脚,如图2-1。

P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复制用口,作为输入口时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写入“1可作为高阻抗输入端用。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,在访问期激活内部上拉电阻。在Flash编程时,PO 口接收指令节,而在程序校检时,输出指令字节,校检时,要求外接上拉电阻。

P1口:P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。Flash编程和程序校检期间,P1接收低8位地址。

P2口:P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端

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