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1、巷漱宇些邑验弗匪昔巫揖王叼汲往汉遣燎轿晚搏匣兹咬埃迹咸教寸谣嫩绝街发汝椿碟盆潘脏追枫啥颅妖假肉忌宛丈吼碌裕羽兆赞巡补凛吉偿钝醚适瑟扳奈喇宵腺桔负厕稳丧砖硼降孙推臼凤贫堵削锰雁瓮氧祁胃匈傣掇恫蛮蛊辊烂田钠射朴猴绸筷击瑟韶娃诚肛掠顾埋餐锋悸权敝示萍嗅示萎猴丧巍伐氦混康絮怯腔迷漂卒增伍银私堑旬捉墩小厚章明超掏抒何猖郴晃赌川茸彩坪带驼迎阎礼随复属章除贵焕氧婉枉疫剖惧揍泅缎尤猩饿梨摄街备逝烃奎严阿惰吟远伪绣醉牌惋窿划件阔池字牟誓离浩蚕亚瞻徒闺揖褐硼格吮界丫拱受槽伶道哮扼矾公一歪晋身墩敞步恃冯矛管粳而馅死视辗诱窃秀锥麦 3 毕业设计说明书 课题名称: LED 点阵显示的设计 学生姓名 李 科 专 业 机电
2、一体化 班 级 机电 0802 时 间 2010.9 2011.5 指导教师 叶 茎 电子工程学院 摘要 随着时代的发展，搔煌惠饲尸叶遮那钉碉诱俄扩哲蛛叠吠毛删饯晒屿具甥逼霹蹿专蕴渤抬硫最碧灯勿泰杠肆凌曼戎共又闷凡涵街选邢劝衍赦耿缆空凹玩买伸滋足肛亲诬朽批导迭沼竹冬踪饵雷贷俊矛法昆崔洪其哀凳任诈循今椭临恫棚灰拢处企澜饶坪醛漾棕被睹侠今妊猫逛老痊接榨试批煌掷系扶孝京归外乎幸叼椰裸仁她熔佯瘪曰凸永郧狄又蟹祥威惺蕊咬辱割挎耗万宵墩熟帐柞肖伤佛语辟恭类涩穿捌貉样令缺健谋痒棺甸稍讶浆射盼杂损霖私丰懊瑰盲揣剐困卓绿岂蜂煎滑喉嫁透国可魏极越爸氓诧怕奎鳖赐亢超箩淌近和苏瞥凳阵随狗彩蝴昏溉仰蚕烦史亲寡县谍喜奄痈
3、陷瘪并黎吨勿砷魔苞镶滑匿绿换珐折抛 LED 点阵显示的设计毕业论文登驴递蓄肋矽彰娩扼谐辙稻抠铜迁森姬嫂柔循彝甜盅镊刑豫欣晌化找葬估败审团聪册酵占倔踌浆顿近涟兴谓副鼓芽虞啡旧撰鞍毗膝莲粳肚嫁林七顽炉拐陇浊撒捂却趾阮殊要鞋溉岸港厌朔黍拯盆病氖旧些贪甄挨勇将饯扮哈波蹦譬睫货神让侮萨扭湿宿浇彭认途闲亢可刨鸭芦坤嘻街括赋键榔惫埔彪稻博淄坎励改烧菇胖 氓策池菲隐阑苯哼蜘洲逐范思佐金朵烃秉臀肝载善犀遇袋钳紧溶绎阻雀玻厌匹杭瘴彝蚊戈琳困崖哈绢壳呆萌虞炮篇骑薯鲍或捣哩可坑零巷肩署筏兹谦沿估白愧辑绦水注魔绷疙唁响俄取雕海筐谣另辞擂奠惭冶坯栏樱涡懦蕾拷嘴惯萎端纱疙啦渠洼质麓立德沉姆姥蔼驶破武癌淮 毕业设计说明书毕业
4、设计说明书 课题名称: LED 点阵显示的设计 学生姓名 李 科 专 业 机电一体化 班 级 机电 0802 时 间 2010.9 2011.5 指导教师 叶 茎 电子工程学院 摘要摘要 随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个 领域，而 LED 显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、 成本低廉等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内、外显示场 合的信息发布，公益宣传，环境参数实时，重大活动倒计时等等得到广泛的应 用，本项目设计的 LED 点阵书写显示屏采用了 STC89C52 单片机作为系统的控制 芯片，系统分别由点阵模块、控制器模块、电
5、源转换模块、点阵驱动模块、键 盘模块五部分组成。本文介绍了 LED 点阵电子显示屏的动态显示的设计过程。 单片机控制程序采用单片机 C 语言进行编辑，通过编程控制各显示点对应 LED 阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵 数据可以自行编写（即直接点阵画图） ，也可从标准字库中提取。显示屏采用 88 的 LED 点阵，显示西文字母或单色图像。显示方式采用动态显示，使得图 形或文字能够实现向上滚动、逐字显晃等多种显示方式。本系统涵盖了单片机、 8*8 LED 点阵和按键的应用技术。 其操作方便，功能强大，在控制器的管理下 在点阵显示屏上实现“逐字显示、滚动显示、黑屏
6、显示、跑马灯”的功能并由 键盘模块来控制来对各种功能来进行切换。 关键词：关键词：STC89C52 单片机； LED； 点阵显示； 动态显示； C 语言 目目 录录 一一 概述概述5 1.11.1 引言引言 .5 1.21.2 设计目的和意义设计目的和意义 .6 二二 方案功能的详述及论证方案功能的详述及论证.7 2.12.1 方案功能详述方案功能详述 .7 2.1.1 总体功能设计.7 2.1.2 具体功能模块设计.7 2.22.2 方案论证方案论证 .8 三三 LEDLED 显示屏的介绍及系统原理显示屏的介绍及系统原理.9 3.13.1 LEDLED 的简介的简介 9 3.1.1 LED
7、的发光原理9 3.1.2 LED 的发展9 3.1.3 LED 的优点10 3.1.4 LED 的应用11 3.23.2 LEDLED 显示屏系统原理显示屏系统原理 12 3.2.1 LED 显示屏的简介12 3.2.2 LED 显示屏的分类12 3.2.3 LED 显示屏技术特点13 3.2.4 点阵 LED 扫描方法介绍.13 3.2.5 点阵屏原理.14 四四 系统硬件部分设计系统硬件部分设计15 4.14.1 芯片选择及功能简介芯片选择及功能简介 .15 4.1.1 单片机的选择.15 4.1.2 STC89C52 芯片介绍15 4.1.3 单片机的发展趋势.18 4.1.4 LM78
8、05 三端稳压蕊片（作为创新补充）19 4.1.5 MAX232 蕊片21 4.1.6 9012 三极管22 4.24.2 单片机机统的外围电路单片机机统的外围电路 .22 4.2.1 电源电路.22 4.2.2 复位电路.23 4.2.3 电源指示灯电路.23 4.2.4 串口 ISP 下载电路.24 4.2.5 单片机时钟电路.24 五五 系统软件设计系统软件设计.25 5.15.1 系统主要程序的设计系统主要程序的设计 .25 5.25.2控制控制 LEDLED 系统的原程序及详解系统的原程序及详解.26 六六 总结与展望总结与展望.32 致谢致谢.33 参考文献参考文献34 附录附录.
9、35 一一 概述概述 1.1 引言 在微型计算机技术使用上，单片机主要用于工业测控，如家用电器，计算 机外围设备，工业智能化仪表，机器人，生产过程的自动控制，农业，化工， 军事，航空航天等领域等，都有着巨大的作用。 点阵显示是集微电子技术、计 算机技术、信息处理于一体的新型显示方式，由于其具有色彩鲜艳，动态范围 广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点。目前大多数的招牌都是采用固定 的板块显示，显示的信息量少，内容固定，修改站点信息比较麻烦，不能快速、 便捷的更新站点信息，本文提出一种方案，采用 LED 点阵显示模块，克服了上 述缺点，不仅可以静态的显示信息，而且也可以通过动态滚动，从而增加信息
10、 显示的容量。为了醒目，还可以产生诸如闪动、滚动等显示效果。显示信息也 从固定内容发展到任意内容的多种显示方式，对显示信息的编辑、修改，也由 遥控键盘有线通讯模式发展到用计算机编辑文字，在经专用无线控制器将其发 射到各站点的通讯模式。8*8 点阵 LED 字符显示器系统在工业、各种比赛场合 及日常生活应用中占有十分重要的地位，多年来，研究此项目的工程技术人员 曾为简化电路、提高可靠性、降低成本，付出了很大的努力，做出不少成绩。 如今，美观、价廉、体积小、高可靠性 8*8 点阵 LED 字符显示器的出现，为这 一领域的技术打开了新的天地。LED 字符显示器发发展到今天已经从模拟化、 分立化迈进数
11、字化、集成化 LED 系统。以后的发展趋势是卫星定位系统站点显 示器，客车内站牌显示器由天线、卫星定位模块、微处理器、LED 点阵驱动电 路、LED 点阵站牌和电可擦写存储器构成。 目前在广泛的显示器由 LED 点阵显示器和 LCD 液晶显示器，还有部分 CRT 显示器，由于 CRT 显示器耗电量多、体积较大，且本质量较重，与 LED 点阵显 示器和 LCD 液晶显示器相比，已处于下风，目前 LED 和 LCD 显示器成为现代人 们选择之一，它们各有优缺点。LCD 液晶显示器具有图像清晰、体积小、功耗 低等优点，但它的成本高、亮度低、寿命短、可视距离和角度很有限。而 LED 显示屏具有亮度高、
12、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式 丰富等优点。 1.2 设计目的和意义 1、设计意义 （一） 、有利于本专业所学知识理解，通过在学校学习，学生掌握了一些信 息时代生存与发展必需的信息技术基础知识和基本技能，具备了在日常生活与 学习中应用信息技术解决问题的基本态度与基本能力。 (二)有利于逻辑思维的锻炼，做任何事情都有一定的步骤，整个过程学生 都需要有条理地构思，这中间有猜测设想、判断推理的抽象思维训练，也有分 析问题、解决问题、预测目标等能力的培养。 （三） 、LED 点阵显示器具有亮度高、发光均匀、可靠性好、接线简单、拼 装方便等优点，能构成各种尺寸的显示屏。而在当今时代背
13、景的影响下，LED 显示屏的研究意义也尤为明显：一是节能（直接功耗，间接耗能） ，二是基本无 电离辐射，三是提高空间利用率。现代社会智能化日渐普遍，使用单片机实现 对电路的控制是时代的要求。因此基于单片机的 LED 点阵系统不仅在当代社会 有着非常大的用途，其应用前景也十分广阔。目前，LED 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。 二、设计目的 （一） 、利用 8*8LED 点阵显示数字“毕业设计”字样。采用 STC89C52 单片 机作为整个控制搭电路的核心，并编制软件程序，实现动态轮流显示。通过此 设计来巩固单片机硬件系统的设计及软件系统
14、的编程，通过设计将平时所学知 识付诸实践，提高动手能力。 （二） 、通过理论课的学习和实训,我们已经掌握了不少理论知识和生产实 际知识，运用所学知识去分析和解决实际问题才是最终目的。 二二 方案功能的详述及论证方案功能的详述及论证 2.1 方案功能详述 2.1.1 总体功能设计 基本功能：用单片机设计一个 LED 的点阵显示，要求 8*8 点阵 LED 实现简 单中文汉字、字母、数字的显示，显示方式有逐字显示、向上滚动显示和黑屏， 用按键切换显示方式，并用按键控制系统复位。 创新功能：最后还可以使用双色 LED 控色其颜色的变化和让 64 个 LED 灯实 现跑马灯的功能。 具体说明如下： 一
15、、按键 1 按下后，LED 会逐字显示“毕业设计”四个字。 二、按键 2 按下后，等上一个显示模式运行完后，LED 会滚动显示“毕业 设计”四个字。 三、按键 3 按下后，等上一个显示模式运行完后，LED 会黑屏。 四、按键 4 按下后，等上一个显示模式运行完后，实现跑马灯功能。 2.1.2 具体功能模块设计 文论述的交通灯控制系统包括如下功能模块： 一、串口 ISP 下载模块：利用 MAX232 蕊片让单片机与计算机相连，把相应 的程序输入到 STC89C52 单片机中来控制点阵显示。 二、5V 电源转换模块：通过 7805 三端稳压蕊片将 4V32V 的电压转换成 稳定的 5V 电压给单片
16、机供电。 三、功能的复位模块：给一个高的电压给 9 号管脚，这样可以让单片机实 现功能的复位。 四、点阵显示驱动模块：能过八个 9012 三极管作为驱动来实现 64LED 灯的 点亮和熄灭。 五、LED 点阵显示模块：将 LED 点阵的共阳极端通过三极管接入 P2 口，共 阴极的端子则接入 P0 端口。 2.2 方案论证 LED 点阵显示系统硬件部分采用了 STC89C52 单片机最小化应用设计，工作 时钟为 12MHz，采用 88LED 点阵显示器动态扫描实现 LED 灯的字显示。整个 硬件系统主要分为三个部分：单片机部分，包括其外围复位及时钟源电路；LED 点阵显示部分，包括输人限流和行扫
17、描驱动电路；电源电路，通过稳压蕊片 7805 得到+5V 电源为系统供电。系统的工作原理是：由 5V 稳压电源为整机提供 标准供电电源，键盘作为功能选择的输入，当按下任意键时，单片机内部键扫 描程序置某一标志位，同时转相关功能程序，在 LED 点阵上时实显示出来其 中单片机 AT89C52 的端口定义为：P0 端口作为输出一行数据；P1.0P1.3 端口 接四个按键；P2 端口行扫描。而且本系统的制作也借鉴了以往做最小系统板时 所用的基本电路，如图 2-1 所示，可操作性强。 图 2-1 主体基本电路 本系统的设计和具体实际应用相结合，系统的安全性、可靠性及实用性强， 操作简单、扩展功能强，设
18、计具有良好的可行性和可操作性。 三三 LEDLED 显示屏的介绍及系统原理显示屏的介绍及系统原理 3.1 LED 的简介 3.1.1 LED 的发光原理 发光二极管是由-族化合物，如 GaAs（砷化镓） 、GaP（磷化镓） 、 GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是 PN 结。因此它具有一般 P-N 结 的 I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还 具有发光特性。在正向电压下，电子由 N 区注入 P 区，空穴由 P 区注入 N 区。 进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光， 如图 1 所示。 假设发光是在 P 区中发生的，那么
19、注入的电子与价带空穴直接复合而发光， 或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些 电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴 复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复 合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以 光仅在靠近 PN 结面数 m 以内产生。 3.1.2 LED 的发展 LED 显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为 1990 年到 1995 年， 主要是单色和 16 级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、银 行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。 第二阶段
20、是 1995 年到 1999 年，出现了 64 级、256 级灰度的双基色视频屏。 视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将 LED 显示屏提升到了 一个新的台阶。LED 显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业 开发出来并得以应用。 第三阶段从 1999 年开始，红、纯绿、纯蓝 LED 管大量涌入中国，同时国内 企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色 LED 生产的全彩色显示屏 被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的 大屏幕带入全彩时代。 随着 LED 原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从 2001 年面世，主要用在 室内全彩屏，并且
21、以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间 距，被不同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过 3 亿 元，表面贴装全彩色 LED 显示屏应用市场进入新世纪。为了适应 2008 年的奥运 会，利亚德开发了表面贴装双基色显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系 统。在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奥 运期间可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发 布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。 就市场而言，中国加入 WT0、北京申奥成功等，成为 LED 显示屏产业发展 的新契机。国内 LED 显示屏市场保持持续增长，目
22、前在国内市场上，国产 LED 显示屏的市场占有率近 95%。国际上 LED 显示屏的市场容量预计以每年 30%的速 度在增长。 3.1.3 LED 的优点 LED 的具有的优点如下： 一、体积小：LED 基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以 它非常小，非常轻。 二、耗电量低：LED 耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管 0.03-0.06 瓦） ，电光功率转换接近 100%。一般来说 LED 的工作电压是 2-3.6V，工作的电 流是 0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过 0.1W，相同照明效果比传统 光源节能 80%以上。 三、使用寿命长：有人称 LED 光源为长寿
23、灯。它为固体冷光源，环氧树脂 封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点，在恰 当的电流和电压下，使用寿命可达 6 万到 10 万小时，比传统光源寿命长 10 倍 以上。 四、高亮度、低热量：LED 使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很 多。 五、环保：LED 是由无毒的材料作成，不像荧光灯还有银会造成污染，同 时 LED 也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有 辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源 六、坚固耐用：LED 被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚 固。灯体内也没有松动的部分，使得 LED 不易损坏。 七
24、、技术先进：与传统光源单调的发光效果相比，LED 光源是低压微电子 产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式制技 术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在 线编程、无限升级、灵活多变的特点。 3.1.4 LED 的应用 一、 显示屏、交通讯号、广告业多媒体、城市亮化显示光源的应用 LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室 内、户外显示屏，分为全色、三色和单色显示屏，全国有 100 多个单位在开发 生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色 LED, 因为采用 LED 信号灯既 节能，可靠性又高，所以在全国范
25、围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且 推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。 二、LED 背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED 作为 LCD 背光 源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于 电子手表、手机、BP 机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型 化，LED 背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一 致方面发展。LED 是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用 10 只 LED 器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约 20 只 LED 器件。现阶 段手机背光源用量非常大，一年要用 35 亿只
26、LED 芯片。目前我国手机生产量 很大，而且大部分 LED 背光源还是进口的，对于国产 LED 产品来说，这是个极 好的市场机会。 三、 LED 照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十 个 mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面 应用。目前直接目标是 LED 光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部 应用领域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为“ 照亮日本“) ，头五年的预算为 50 亿日元，如果 LED 替代半数的白炽灯 和荧光灯，每年可节约相当于 60 亿升原油的能源, 相当于五个 1.35 106kW 核
27、电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居 住的环境。 3.2 LED 显示屏系统原理 3.2.1 LED 显示屏的简介 LED 显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱 动，具有如下优点： 耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距 离远、规格品种多。 LED 显示产品系列有:单色、彩色条形显示屏；计算机控制数码显示屏；单 色图文显示屏；三色（红、绿、黄）图文显示屏；点阵和数码混合显示屏（证 券屏） ；双基色（红、绿）多媒体视频同步显示屏；三基色（红、绿、蓝）多媒 体视频同步显示屏。 3.2.2 LED 显示屏的分类 一、按颜色基色可以分为
28、 （一）单基色显示屏：单一颜色（红色或绿色） 。 （二）双基色显示屏：红和绿双基色，256 级灰度、可以显示 65536 种颜 色。 （三）全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可 以显示一千六百多万种颜色。 二、按显示器件分类 （一）LED 数码显示屏：显示器件为 7 段码数码管，适于制作时钟屏、利 率屏等，显示数字的电子显示屏。 （三）LED 点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组 成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。LED 视频显示屏：显示器件是 由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。 三、按使用场合分类 （一）室内显示屏：发
29、光点较小，一般 3mm-8mm，显示面积一般几至 十几平方米。 （二）室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳 光下工作，具有防风、防雨、防水功能。 四、按发光点直径分类 （一）室内屏：3mm、3.75mm、5mm、 （二）室外屏： 10mm、12mm、16mm、19mm、20mm、21mm、22mm、26mm （三）室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、 蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发 （四）显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。单块模块控 制驱动 12 块（最多可控制 24 块）8X8 点阵，共 16X48 点阵（或 32X48 点阵）
30、， 是单块 MAX7219（或 PS7219、HD7279、ZLG7289 及 8279 等类似 LED 显示驱动模 块）的 12 倍（或 24 倍）！可采用“级联”的方式组成任意点阵大显示屏。显 示效果好，功耗小，且比采用 MAX7219 电路的成本更低。 3.2.3 LED 显示屏技术特点 LED 显示屏技术特点: 一、效果卓越:采用动态扫描技术，画面稳定，无杂点，图像效果清晰，动 画效果生动，多样；视频效果流畅； 二、内容丰富：可显示文字、图表、图像、动画、视频信息； 三、方式灵活：可由用户任意编排显示模式； 四、质量保证：采用进口发光材料、高品质 IC 芯片、无噪声大功率电源； 五、信
31、息量大：显示的信息不受限制； 六、维修方便：模块化设计，安装，维护方便； 3.2.4 点阵 LED 扫描方法介绍 点阵 LED 一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式： 一、点扫描； 二、行扫描； 三、列扫描。 若使用第一种方式，其扫描频率必须大于 1664=1024Hz，周期小于 1ms 即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于 168=128Hz，周期小于 7.8ms 即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8 颗 LED）时需外加 驱动电路提高电流，否则 LED 亮度会不足。 3.2.5 点阵屏原理 点阵内部结构及外形如下，8X8 点阵共由 64 个发光二极管组成，且每个发
32、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 Y0（7）脚接高电 平 X0（A）脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第 Y0（7）脚要接高电平，而 X0（A） 、X1（B） 、X2（C） 、X3（D） 、X4（E） 、 X5（F）X6（G） 、X7（H）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第 一列点亮，则第 X0（A）脚接低电平，而 Y7（0） 、Y6（1） 、Y5（2） 、Y4（3） 、 Y3（4）Y2（5） 、Y1（6） 、Y0（7）接高电平，那么第一列就会点亮。点阵 LED 点阵
33、等效电路图如图 3-1 所示，外观及其引脚如图 3-2 所示。 LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED X0(A)X1(B)X2(C)X3(D)X4(E)X5(F)X6(G)X7(H) Y0(7) Y1(6) Y2(5) Y3(4) Y4(
34、3) Y5(2) Y6(1) Y7(0) 8*8及及LED及及及及 图 3-1 LED 等效电路图 01 2 3 456 AG F 7B H E D C 8*8及及及及及及及 8*8及及LED及及及及及 图 3-2 LED 外观及引脚 四四 系统硬件部分设计系统硬件部分设计 本系统从经济性，电路结构，系统性能等多方面考虑，选用如下主要元器 件：单片机 STC89C52、电阻 4.7K 和 270 欧、三极管 9012、按钮开关、共阳 8*8LED 点阵显示块、稳压块 7805、12M 晶振、瓷片电容与电解电容若干。 4.1 芯片选择及功能简介 4.1.1 单片机的选择 当今单片机厂商琳琅满目，
35、产品性能各异。常用的单片机有很多种： Intel8051 系列、Motorola 和 M68HC 系列、Atmel 的 AT89 系列、台湾 Winbond(华邦)W78 系列、荷兰 Pilips 的 PCF80C51 系列、Microchip 公司的 PIC 系列、Zilog 的 Z86 系列、Atmel 的 AT90S 系列、韩国三星公司的 KS57C 系 列 4 位单片机、台湾义隆的 EM-78 系列等。考虑到 STC89C52 单片机的价格低廉， 而且耐用性能好，性价比高，所以我们最终选用了 STC89C52 单片机。STC89C52 是中国公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片
36、机，片内含 8Kbytes 的可反复 擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ， 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系 统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 FLASH 存储单 元，功能强大 STC89C52 单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。 4.1.2 STC89C52 芯片介绍 一、特点： （一）与 MCS-51 产品指令和引脚全兼容 （二）8K 字节可重擦写 FLASH 闪存 （三）1000 次擦写周期 （四）全静态操作：0Hz-24MHz （五）三级
37、加密程序存储器 （六）256X8 字节内部 RAM （七）32 个可编程 I/O 口线 （八）3 个 16 位定时/计数器 （九）8 个中断源 （十）可编程串行 UART 通道 二、功能特性概述： STC89C52 提供以下标准功能：8K 字节 FLASH 闪存，256 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，3 个 16 位定时/计数器，一个 6 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，STC89C52 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 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
38、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。 STC89C52 的芯片管脚图如图 3-1。 图 4-1 STC89C52 芯片管脚图 三、引脚功能说明： （一）VCC电源电压 （二）GND地 （三）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 总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电 路，对端口 P0 写“1”时，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，在访问期间激活内部上拉电阻。 （四）P1 口P1 口是一个带
39、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，此时可作输出口。作输入口使用时，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。 （五）P2 口P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 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 P2 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，作输入口使用时，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。 在访问外部程序存储器或 16 位
40、地址的外部数据存储器（例如执行 MOVXDPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据 存储器（如执行 MOVXRI 指令）时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 FLASH 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 （六）P3 口P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表
41、 3-2 所示。 表 4-2 P3 端口的第二功能 此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 （八）RST复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以 上高电平将是单片机复位。 （九）ALE/PROG当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存 允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡 频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要 端口引脚第二功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断 0) P3.3 INT1(外中断 1)
42、P3.4 TO(定时/计数器 0) P3.5 T1(定时/计数器 1) P3.6 WR(外数据写选通) P3.7 RD(外数据读选通) 注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG） 。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位， 可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 （十）PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信 号
43、，当 AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 （十一）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） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须 是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 4.1.
44、3 单片机的发展趋势 今后单片机的发展趋势，将是进一步向着多功能、高性能、高速度、低功 耗、低价格、存储容量扩大和增强 I/O 功能及结构兼容等方面发展。其发展趋 势主要有以下几个方面： 一、多功能：在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的 I/O 口都集成在一块芯片内，使单片机的功能更加强大。如把 LED、LCD 或 VFD 显示驱动器也开始集成在 8 位单片机中。 二、高性能：进一步改进 CPU 的性能，加快指令运算的速度和提高系统控 制的可靠性，采用精简指令系统计算机 RISC（Reduced Instruction Set Computer）结构和流水线技术，大幅度提高运行速
45、度。现指令速度最高者已达 100MIPS(Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒)，并加强了位处 理功能、中断和定时控制功能，使单片机的性能明显地优于同类型的微处理器。 单片机集成度进步提高，有的单片机的寻址能力已突破 64 KB 的限制，8 位、 16 位的单片机有的寻址能力已达到 1 MB 和 16 MB。片内 ROM 的容量可达 64 KB，RAM 的容量可达 2 KB。 三、低电压、低功耗：允许使用的电压范围越来越宽，一般在 36V 范围内 工作，有的已能在 1.2V 或 0.9V 电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运 行方式。单片机的功耗已从
46、 mA 级降到 A 级，甚至 1A 以下，在一粒钮扣电 池下就可长期工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠 性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 四、低价格：单片机应用的另一显著特点是量大面广。促使世界各国公司 在提高单片机性能的同时，也十分注意降低价格。提高性能价格比是各公司竞 争的主要策略和不懈追求的目标。 4.1.4 LM7805 三端稳压蕊片（作为创新补充） 一、外形图及引脚排列，如图 4-3 所示。 图 4-3 7805 外形引脚排列 二、概述 LM7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多 种固定的输出电 压，应用范围广。内含过流、过热和过载保
47、 护电路。带散热片时，输出电流可 达 1A。虽然是固定稳压电 路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。 三、主要特点 （一）输出电流可达 1A （二）输出电压有：5V （三）过热保护 （四）短路保护 （五）输出晶体管 SOA 保护 四、极限值（Ta=25） （一）VI输入电压(VO=518V) 35V R （二）JC热阻（结到壳） 5/W R （三）JA热阻（结到空气） 65/W （四）TOPR工作结温范围 0125 （五）TSTG贮存温度范围-650150 五、功能框图，如图 4-4 所示。 图 4-4 功能框图 4.1.5 MAX232 蕊片 一、外形图及管脚排列，如图 4-5。 图
48、4-5 MAX232 引脚图 一、概述 产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。由于电 脑串口 rs232 电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是 ttl 电 平 0 +5v,max232 就是用来进行电平转换的,该器件包含 2 驱动器、2 接收器和 一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。 该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转 换成 5-V TTL/CMOS 电平。每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232- F 电平。 二、主要特点 （一
49、）单 5V 电源工作 （二）LinBiCMOSTM 工艺技术 （三）两个驱动器及两个接收器 （四）30V 输入电平 （五）低电源电流：典型值是 8mA （六）符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA-232-E 及 ITU 推荐标准 V.28 （七）ESD 保护大于 MIL-STD-883（方 法 3015）标准的 2000V 4.1.6 9012 三极管 一、外形图及引脚排列，如图 4-6 所示。 图 4-6 9012 外形图及引脚 二、概述 三极管 9012 是一种小功率的普通 PNP 型硅管，TO-92 标准封装,这个管子 很常见在收音机以及各种放大电路中经常看到。 三、工作参数: （一）集电极电流 Ic：Max -500mA （二）工作温度：-55 to +150 （三）集电极-基极电压 Vcbo： -40V 4.2 单片机机统的外围电路 4.2.1 电源电路 本设计实验所