16×16点阵LED电子显示屏的设计毕业论文.doc

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1、 毕业设计论文毕业设计论文 16161616 点阵点阵 LEDLED 电子显示屏的设计电子显示屏的设计 The 1616 lattice LED electron display monitor design 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别 加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过 的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的

2、个人 或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论 文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和 电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并 提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其 它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论 文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果。除了文中特别加

3、以标注引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导

4、师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价：指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文

5、（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 指导教师：指导教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 评阅教师评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价：评阅教师评价： 一、论文（设计）质量一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合

6、撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）水平二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 评阅教师：评阅教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 重庆信息技术职业学院 I 教研室（或答辩小组）及教学系意

7、见教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价：教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

8、 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩：评定成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 教研室主任（或答辩小组组长）：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年年 月月 日日 重庆信息技术职业学院 II 教学系意见：教学系意见： 系主任：系主任： （签名） 年年 月月 日日 重庆信息技术职业学院 III 毕业设计论文任务书毕业设计论文任务书 一一、课课题题名名称称 1616 点阵 LED 电子显示屏的设计 二二、课课题题内内容

9、容 设计一个室内用的 1616 点阵 LED 图文显示屏。 三三、课课题题任任务务要要求求 在目测条件下 1616 点阵 LED 显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文 字，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等 显示方式。 四四、同同组组设设计计者者 重庆信息技术职业学院 IV 五、主要参考文献五、主要参考文献 1 李全利 编著 ：单片机原理及接口技术 （第2 版） 北京：高等教育出版社， 2004 2 张志良 主编 ：单片机原理及控制技术 （第2 版） 北京：机械工业出版社， 2005 3 张毅刚 主编 ：单片机原理及应用 北京：高等教育出版社， 2006 4

10、 李光飞 编著 ：单片机课程设计实例指导 （第2 版） 北京：北京航空航天出版社， 2004 5 李 华 主编 ：MCS-51 单片机实用接口技术 北京：北京航空航天出版社， 1997 6 徐仁贵 主编 ：微型计算机接口技术及应用 北京：机械工业出版社， 1998 7 诸昌钤 编著 ：LED 显示屏系统原理及工程技术 成都：电子科技大学出版社， 2000 8 梅开乡 主编 ：数字逻辑电路 （第2 版） 北京：电子工业出版社， 2005 9 杨素行 主编 ：模拟电子技术基础简明教程 （第2 版） 北京：高等教育出版社， 2004 10 吉 雷 主编 ：Protel99 从入门到精通 西安：西安电

11、子科技大学出版社， 2004 指指导导教教师师签签字字 教研室主任签字教研室主任签字 年年 月月 日日 重庆信息技术职业学院 1 摘要摘要 本设计是一 1616 点阵 LED 电子显示屏的设计。 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行驱动器 74HC154 和两个列驱动器 74HC595 来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字 或单色图像，全屏能显示 1 个汉字，采用 4 块 88 点阵 LED 显示模块来组成 1616 点 阵显示模式。显示采用动态显示，使得

12、图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示 方式。文中详细介绍了 LED 点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、 相应软件的程序设计，以及使用说明等。 单片机控制系统程序采用单片机汇编语言进行编辑，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。 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。 经实践证

13、明，该系统显示误差小，性能稳定，结构合理，扩展能力强。 关键词：关键词：AT89C51AT89C51 单片机；单片机； LEDLED； 点阵显示；点阵显示； 动态显示；动态显示； 汇编语言。汇编语言。 重庆信息技术职业学院 1 AbstractAbstract This design is a 16 16 lattice LED electron display monitor design. The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American A

14、TMEL company at the core, introduced take it as the control system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74HC154 and two row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all

15、 kinds of written or monochrome images, one full screen display Chinese characters, four pieces of 88 dot-matrix LED display modules to form the 1616 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the

16、 hardware design of the LED dot matrix display, and the principle function of the various parts of the circuit, the corresponding software program design and the use of some such. SCM process control system used for editing MCU assembly language, Programming control points indicated by the correspon

17、ding LED anode and overcast extreme level. We can effectively control the defense showed bright spots. The lattice data shows characters can prepare themselves (that is, direct lattice Painting), which can also be extracted from the standard font. LED display with fabric means flexibility, stability

18、, low power consumption, long life, mature technology, low-cost features at the station, securities, sports venues, transportation corridors and various indoor / dissemination of information on foreign shows occasions, good publicity, real-time environmental parameters, etc. countdown major activiti

19、es are widely used. As the practice proves, the system possesses advantages in low shows errors, stable, rational structure and strong extensible abilities. KeyKey words:words: AT89C51AT89C51 MicroMicro ControllerController UnitUnit； LEDLED； LatticeLattice displaydisplay； DynamicDynamic displaydispl

20、ay； AssemblyAssembly language.language. 重庆信息技术职业学院 1 目录目录 摘要摘要 I ABSTRACTABSTRACT II 第一章第一章 前言前言 1 第二章第二章 系统整体设计方案系统整体设计方案 2 21 需要实现的功能2 22 LED 显示特点 2 23 设计方案论证3 231 显示模式方案3 232 数据传输方案4 第三章第三章 系统硬件部分设计系统硬件部分设计 5 31 电源设计5 32 单片机系统及外围电路6 321 单片机的选择6 322 AT89C51 芯片介绍 6 323 单片机系统外围电路9 33 列驱动电路.10 34 行驱动

21、电路.12 341 行驱动芯片 74HC154 介绍 12 342 行驱动电路.13 35 LED 显示屏电路 .15 重庆信息技术职业学院 1 第四章第四章 系统软件部分设计系统软件部分设计 17 41 系统主程序.17 42 显示驱动程序.18 第五章第五章 调试及性能分析调试及性能分析 20 51 软件调试.20 52 硬件调试.20 53 性能分析.21 结束语结束语 22 致谢致谢 23 附录一附录一 系统综合电路原理图系统综合电路原理图 24 附录二附录二 系统程序清单系统程序清单 25 主要参考文献主要参考文献 32 重庆信息技术职业学院 1 重庆信息技术职业学院 1 第一章第一

22、章 前言前言 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注， 所以应用很广，发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强， 对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。正因为单片机有如 此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。在我国，单片机已被广 泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和 和国防军事、尖端武器等各个方面。我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效 益。更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬 件电路实现的大部分控制功能，正

23、在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬 件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。例如，本文所要论述的通 过单片机来控制 LED 点阵显示。 LED 是发光二极管英文 Light Emitting Diode 的简称，是六十年代末发展起来的 一种半导体显示器件，七十年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和-结 形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化 和实用化。进入八十年代后，LED 在发光波长范围和性能方面大大提高，并开始形成平 板显示产品即 LED 显示屏。 LED 电子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

24、。它 是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的显示系统，是目前 国际上极为先进的显示媒体。由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰 富、工作性能稳定以及对室内室外环境适应能力强等优点而日渐成为显示媒体中的佼佼 者。在我国改革开放之后，特别是进入 90 年代国民经济高速增长，对公众场合发布信 息的需求日益强烈，LED 显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在 LED 显示屏的 设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形 成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。LED 显示屏经历了从单色、双色图文显示屏， 到图像显示屏的发展过程。 随

25、着信息产业的高速发展，LED 显示屏作为信息传播的一种重要手段成为现代信息 化社会的一个闪亮标志。近年 LED 显示屏已广泛应用于室内、外需要进行服务内容和服 务宗旨宣传的公众场所如银行、营业部、车站、机场、港口、体育场馆等信息的发布， 政府机关政策、政令，各类市场行情信息的发部和宣传等。目前，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，它可以用单片机控制实现显示字符、数字、汉字 和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型。 汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如 1616 点阵） ，将点阵

26、文件 存入 ROM，形成新的汉字编码。而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语言，再由 MCU 根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。具体显示技术和原理将会在正文中得到 详细论述。 杜春雷 2007 年 4 月 重庆信息技术职业学院 1 第二章第二章 系统整体设计方案系统整体设计方案 2 21 1 需要实现的功能需要实现的功能 设计一个室内用 1616 点阵 LED 图文显示屏，要求在目测条件下 LED 显示屏各点 亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文 字显示有静止、移入移出等显示方式。 2 22 2 LEDLED 显示特点显示特点 LED 发光灯可以分

27、为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光 灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发 光灯、超高亮度发光灯等。这种单个的发光灯适宜用做指示灯，如电源指示、电路状态 指示灯，进而对能够转变成电信号的各种物理量进行指示。也可以用多个 LED 发光灯组 成固定的字符或图形进行显示，如大型剧场会堂的出入口及洗手间的显示。和很多应用 术语一样，LED 图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，一般把显示图形和/或文字的 LED 显示屏称为图文屏。这里所说的图形，是指由单一亮度线条组成的任意图形，以便 于不同亮度（灰度）点阵组成的图像相区别。图文显示屏的主要特

28、征是只控制 LED 点阵 中各发光器件的通断（发光或熄灭） ，而不控制 LED 的发光强弱。LED 图文显示屏的外观 可以做成条形，叫做条形图文显示屏（简称条屏） ，也可以按一定高度比例做成矩形的 平面图文显示屏。其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏，在显示与控制的 原理上并无区别。 从理论上说，不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所 在位置相对应的 LED 器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按 照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每 个 LED 发光器件占据数据中的 1 位（1bit） ，在需要该 LE

29、D 器件发光的数据中相应的位 填 1，否则填 0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样是可行的。这样依照所 需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据 文件。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文 字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵，其 大小也可以有 1616、2424、3232、4848 等不同规格。汉字的点阵结构相应的 显示数据是用 16 进制格式以字节为单位表示的。 用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只 要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示

30、效果。因而采用点阵式图文显示屏显 示经常需要变化的信息，是非常有效的。 点阵显示方式适应信息变化的优点，是以点阵显示器的价格和其复杂的控制电路为 代价的。点阵显示器在整个显示单元的所有位置上都布置了 LED 器件，而像数码管一类 的显示器件只在需要发光的七段位置上布置 LED 器件，其它位置是空白的。因此，点阵 显示器在相同面积情况下，价格要贵些。但是，数码管可显示的信息有限，只有 09 或单个的英文字符，由于组合形成的字符不多，所以其显示数据和控制电路都比较简单。 重庆信息技术职业学院 1 点阵显示器则不然，它要对点阵上全部 LED 进行控制，并能生成所有可能显示的图形文 字，其显示数据和控

31、制电路自然要复杂得多。因此，根据不同的场合，不同的显示特点 和格式可以分别采用数码管器件或点阵显示方式，有的情况可以采用两者搭配的混合屏 显示方式。 图文显示屏的颜色，有单色、双色、和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色 屏多使用红色、橘红色或橙色 LED 点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在 LED 点阵的 每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的 LED 发光器件。换句话说，对应于每种颜 色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各 种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。每一种颜色 的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显

32、示屏的原理，双色屏和多色屏就 不难理解了。 2 23 3 设计方案论证设计方案论证 2 23 31 1 显示模式方案显示模式方案 为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式，最简单的显示模式是静态显示。 这里所说的“静态显示模式”不同于静态驱动方式。与静态显示模式相对应，就有各种 动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、 平移、旋转、缩放等多种显示模式。产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新 编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行 号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平 移

33、的目的；同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。其它模式的数据刷新，也 可找到相应的算法。不过当算法太复杂，太浪费时间的话，也可以考虑预先生成刷新数 据，存储备用。刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不 显著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。 同时控制 LED 显示屏的各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。1616 的点 阵共有 256 个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端 口，按 8 位的锁存器来计算，1616 的点阵需要 256/8=32 个锁存器。这个数字很庞大， 因为我们仅仅是 1616 的

34、点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器 上花的成本将是一个很庞大的数字。而且静态显示功耗大，显示一个 1616 的字的功 耗为：1616105=12800mW=12.8W！普通电池根本无法驱动，要是组成大显示屏那 功耗将更惊人。因此虽然静态显示效果好，但是在实际应用中的显示屏几乎都不采用这 种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。 动态扫描的意思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 16 行）的同名列共用一套列驱动器，每行有一个行驱动器，具体就 1616 的点 阵来说，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一 起（共阳的

35、接法） ，由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行 进行扫描(把该行与电源的一端接通)。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列 驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在该行该列燃亮相应的 LED；未 接通的列所对应的 LED 熄灭。当一行的扫描持续时间结束后，该行燃亮的 LED 也就熄灭； 重庆信息技术职业学院 1 单片机 列驱动器 行驱动器 LED 显示点阵 电源 图 2-1 显示屏电路框图 下一行又以同样的方法进行显示。全部各行都扫过一遍之后(一个扫描周期)，又从第一 行开始下一个周期的扫描。只要一个扫描轮回的速度足够快（每秒 24 次以上） ，由于人 眼的

36、视觉暂留现象，就不容易感觉出闪烁现象，就能看到显示屏上稳定的图形了。而且 动态扫描方式功耗低，硬件成本低，每个 LED 都不是连续工作，因而还有利于延长 LED 的使用寿命。 2 23 32 2 数据传输方案数据传输方案 采用扫描方式进行显示时，显示数据通常存储在单片机的存储器中，按 8 位一个字 节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就 存在一个显示数据传输方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方 式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的 硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。 采用串行传输

37、的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱 动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据要经过并行到串 行和串行到并行两次变换。首先，单片机从存储器中读出的 8 位并行数据要通过并串变 换，按顺序一位一位地输出给列驱动器。与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传 向后一列，并从前一列接收新数据，一直到全部列数据都传输完为止。只有当一行的各 列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示 过程就可以分解列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说， 列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时

38、间就太少了， 以至影响到 LED 的亮度。 解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方 法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的， 列数据的显示就需要具有锁存功能。 经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说， 它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样， 本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的 列数据，而不会影响本行的显示。图 2-1 为显示屏电路实现的结构框图。 重庆信息技术职业学院 1 第三章第三章 系统硬件部分设计系统硬件

39、部分设计 由于图文屏的控制电路采用单片机方案，控制功能的实现应在硬件和软件两方面进 行折中。单片机及相应软件，主要负责存储（或生成）显示数据、安排控制信号的定时 与顺序等。但是单片机的接口数量少，驱动能力不强，必须扩展一定的硬件电路，才能 满足显示屏的需要。系统硬件部分电路大致上可以分成稳压电源、单片机系统及外围电 路、列驱动器电路、行驱动器电路和 LED 显示屏电路五部分。 3 31 1 电源设计电源设计 稳压电源的功能是把来自电网的 220V 交流电压转变为所需的、稳定的直流电压。 它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图 3-1 所示： + 电 源 + 整 流 +

40、滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 根据要求所确定的稳压电源的电路形式如图 3-2 所示。图中变压器 T 将来自电网的 220V 交流电压变换为整流电路所需要的 7.5V 交流电压，再经整流电桥（4 个二极管） D1 将交流电压变换成脉动的直流电压，随后电解电容器 C1 将脉动直流电压中的大部分 纹波加以滤除，以得到较为平滑的直流电压。为了得到改善的纹波电压，再将直流电压 通过电容 C2，然后经集成稳压器 IC1 稳压，在输出端得到稳定的 5V 直流电压。

41、这时， 在输出端接上电容 C3，用以滤除输出端的高频信号，改善负载的瞬态响应，最后即可得 到所需的、稳定的直流电压。电路最后接入的发光二极管用做电源指示灯。 图 3-1 稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 （b）整流与稳压过程 （a）稳压电源的组成框图 重庆信息技术职业学院 1 T 220V个7.5V C3 104C2 104 Vin 1 GND 2 Vout 3 IC1 7805 R1 100 VCC 1 2 3 4 D1 BRIDGE C1 1000u S SW D2 LE D + _ 3 32 2 单片机系统及外围电路单片机系统及外围电路 3 32 21 1 单片机的选择单片机的选择 单

42、片机采用 89C51 或其兼容系列的芯片进行控制，它负责控制整个电路以及相应的 程序的运行、以及给屏体电路部分发送命令。这里我们选择了内含 4K 字节 Flash 的 AT89C51，因为我们只需要显示特定的图形和文字，无需庞大的字库，因此 4K Flash 已 经可以满足字库储存的需求，不需要扩展外存储器。 3 32 22 2 AT89C51AT89C51 芯片介绍芯片介绍 AT89C51AT89C51 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的 8 位 Flash ROM 单片机。其最突出的优点是片内 ROM 为 Flash ROM，可擦写 1000 次以上，应用并不复杂的通用 ROM

43、 写入器就能方便的擦 写，读取也很方便，价格低廉，具有在片程序 ROM 二级保密系统。因此可灵活应用于各 种控制领域。AT89C51 包含以下一些功能部件： （1）一个 8 位 CPU ； （2）一个片内振荡器和时钟电路； （3）4KB Flash ROM ； （4）128B 内 RAM； （5）可寻址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制电路； （6）两个 16 位定时/计数器； （7）21 个特殊功能寄存器 ； （8）4 个 8 位并行 I/O 口； （9）一个可编程全双工串行口 ； （10）5 个中断源，可设置成 2 个优先级。 AT89C51 单片机一般采用双列直插 DIP 封装

44、，共 40 个引脚，图 3-3 为其引脚排列图。 40 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、控制各 I/O 引脚。 图 3-2 电源电路图 重庆信息技术职业学院 1 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST /VPD 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL 2 18 XTAL 1 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3

45、 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE /PROG 30 EA/Vpp 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 AT89C51 一一 电源电源 Vcc芯片电源，接+5V；GND接地端。 二二 时钟时钟 XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。 三三 控制线控制线 控制线共有 4 根，其中 3 根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时 是一种功能，在某种条件下是另一种功能。 1ALE/地址锁存允许/片内

46、EPROM 编程脉冲。PROG （1）ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低八位地址。 AT89C51 在并行扩展外存储器时，P0 口用于分时传送低 8 位地址和数据信号，且均 为二进制数。当 ALE 信号有效时，P0 口传送的是低 8 位地址信号；ALE 信号无效时，P0 口传送的是低 8 位地址信号。在 ALE 信号的下降沿，锁定 P0 口传送的内容，即低 8 位 地址信号。 需要指出的是，当 CPU 不执行访问外 RAM 指令，ALE 以时钟振荡频率 1/6 的固定频 率输出，因此 ALE 信号也可作为外部芯片 CLK 时钟或其他需要。但是，当 CPU 执行 MOVX 指令时，ALE 将跳过一个 ALE 脉冲。 （2）功能：片内 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。PROG 2 外 ROM 读选通信号。PSEN 89C51 读外 ROM 时，每个机器周期内两次有效输出。可作为外 ROM 芯片PSENPSEN 图 3-3 AT89C51 引脚图 重庆信息技术职业学院 1 输出允许的选通信号。在读内 ROM 或读外 RAM 时，无效。OEPSEN 3RST/VPD复位/备用电源。 （1）正常工作时，RST 端为复位信号输入端，只要在该引