1、浙江广厦建设职业技术学院1LED 汉字显示牌目录1.1 摘要11.2 引言.11.3 特点.11.4 AT89C51 芯片介绍. 21.4.1 主要特性.31.4.2 振荡器特性.41.4.3 管脚说明.51.4.4 芯片擦除.61.5 软件组成及设计.71.5.1 8*8 点阵 LED 显示屏程序91.6 硬件组成及设计.101.6.1 硬件设计图.151.7 总结.171.8 参考文献.17浙江广厦建设职业技术学院21.1 摘要介绍一种实用的 LED 点阵式显示牌的设计，利用 MCS-51 单片机对 LED 汉字显示牌进行控制，并且讲述了 LED 点阵式汉字显示牌的设计原理、电路制作方法，
2、有利于通过实践，掌握单片机的一般设计应用及电路板的制作方法。系统具有设计简单、成本低廉、可靠性高的特点。1.2 引言LED 点阵是一种简单的汉字显示器件，具有廉价、易于控制实现、寿命长等特点，广泛应用于各种公共场合，如车站、机场公告、公共汽车显示牌等。对于 LED 的控制，可以采用数字电路实现，其缺点是显示的字符不容易更改，如果采用单片机控制，就可以在硬件电路不更改的情况下，通过修改单片机存储器中的字符单元内容来修正显示字符，更具有广泛性。LED 显示牌发展较快，其无论在成本和生产的社会效益等方面都有起独特的优势。1.3 特 点全 面 了 解 LED显 示 屏 特 点 ， 是 为 了 选 择
3、高 性 价 比 LED显 示 屏 ,与 其 它 大 屏 幕 终 端 显 示 器 相 比 ,LED显 示 屏主 要 有 以 下 特 点 。 a、 亮 度 高 ： 户 外 LED显 示 屏 的 亮 度 大 于 8000mcd/m2， 是 目 前 唯 一 能 够 在 户 外 全 天 候 使 用 的 大 型 显 示 终端 ； 户 内 LED显 示 屏 的 亮 度 大 于 2000md/m2。 b、 寿 命 长 ： LED寿 命 长 达 100,000小 时 （ 十 年 ） 以 上 ， 该 参 数 一 般 都 指 设 计 寿 命 ， 亮 度 暗 了 也 算 ； C、 视 角 大 ： 室 内 视 角 可
4、大 于 160度 ， 户 外 视 角 可 大 于 120度 。 视 角 的 大 小 取 决 于 LED发 光 二 极 管 的 形状 。 d、 屏 幕 面 积 可 大 可 小 ， 小 至 不 到 一 平 米 ， 大 则 可 达 几 百 、 上 千 平 米 ； e、 易 与 计 算 机 接 口 ， 支 持 软 件 丰 富 。 f、 常 见 大 型 显 示 终 端 对 比 屏幕类型 优点 缺点电视墙 全彩色、面积大 画面有分隔感 亮度低不能在户外用、色差大、造价高PDP 全彩色、画面细腻 面积不大、亮度低、寿命短投影机 全彩色、画面细腻 亮度低不能在户外用、画面受光不均浙江广厦建设职业技术学院31.
5、4 AT89C51 芯片介绍AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1.4.1 主要特性：与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储
6、器 浙江广厦建设职业技术学院4寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 1.4.2 管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH
7、 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部
8、上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。浙江广厦建设职业技术学院5P3 口也可作为 AT89C51 的一些
9、特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时
10、，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则
11、在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP ）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。1.4.3 振荡器特性：浙江广厦建设职业技术学院6XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频
12、触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。1.4.4 芯片擦除:整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。这里，初学者
13、要澄清单片机实际使用方面的一个产品概念，MCS-51 单片机是美国 INTE 公司于 1980 年推出的产品，典型产品有 8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用 HMOS，功耗是 630mW，是 89C51 的 5 倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和 8751 等通用产品，一直到现在， MCS-51 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的 89S51、已经停产的 89C51 等），各高校及专业学校的培训教材仍与 MCS-51 单片机作为代表进行理论基础学习。有些文献甚至也将 8051 泛指 MCS-51 系列单片机，8051 是早期的最典
14、型的代表作，由于 MCS-51 单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说 MCS-51 内核实际上已经成为一个 8 位单片机的标准。其他的公司的 51 单片机产品都是和 MCS-51 内核兼容的产品而以。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如 ATMEL 的 89C51（已经停产）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（华邦）等，我们常说的已经停产的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由 Flash（程序存储器的内容至少可以改写 1000 次）存储器取
15、带了原来的 ROM（一次性写入），AT89C51 的性能相对于 8051 已经算是非常优越的了。不过在市场化方面，89C51 受到了 PIC 单片机阵营的挑战， 89C51 最致命的缺陷在于不支持 ISP（在线更新程序）功能，必须加上 ISP 功能等新功能才能更好延续 MCS-51 的传奇。89S51 就是在这样的背景下取代 89C51 的，现在，89S51 目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的 Atmel 目前公司已经停产 AT89浙江广厦建设职业技术学院7C51，将用 AT89S51 代替。89S51 在工艺上进行了改进， 89S51 采用 0.35 新工艺，成本降低
16、,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。同时，Atmel 不再接受 89CXX 的定单，大家在市场上见到的 89C51 实际都是 Atmel 前期生产的巨量库存而以。 89S51 相对于 89C51 增加的新功能包括：- 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格却基本不变，甚至比 89C51 更低！- ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。- 工作频率为 33MHz，大家都知道 89C51 的极限工作频率只有 24M，就是说 S51 具有更高工作频率，从而具有了更快的计
17、算速度。- 具有双工 UART 串行通道。- 内部集成看门狗计时器，不再需要像 89C51 那样外接看门狗计时器单元电路。- 双数据指示器。- 电源关闭标识。- 全新的加密算法，这使得对于 89S51 的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。- 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列产品。比如 8051、89C51 等等早期 MCS-51 兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是 8051 还是 89C51 还是 MCS-51 等等），在 89S51 上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。1.5 软件组成及设计本文
18、设计的 LED 点阵属于动态显示，显示方式的设计由单片机内的程序控制，单片机内的程序在传输汉字点阵字模或字符 ACSII 码时，先传送显示方式控制字，单片机根据接受到的显示方式控制字，确定显示方式。显示过程由单片机中断程序控制，每次定时亮一行。浙江广厦建设职业技术学院8在动态显示方式下，显示每隔一定时间循环左移一列，动态显示方式的是由行和列上的移动而形成的，因此在软件设计上，只要按照一定时间间隔改变显示缓冲区的内容，是显示缓冲区所有数据左移一列，即可实现动态显示效果，由于显示缓冲区所有的数据左移一列需要一定时间，不可能在两次定时中断间隔内实现这一处理过程，为此需要设计两个显示缓冲区，一个用于保
19、存当前显示的数据，另一个用于对当前的数据进行左移一列，到达左移时间间隔后，切换当前显示缓冲区左移一列的缓冲区，然后对另一缓冲区左移一列的处理,在左移之前,把当前的显示缓冲区的内容复制到要进行左移的缓冲区,保证两个缓冲区内容的一致性.为了保证动态移位显示正常,最重要的问题是如何分配刷新显示牌的定时中断时间和缓冲区移位处理时间,保证两者时间不冲突,本文采用的方法是使显示缓冲区的移位处理多次定时中断程序执行之间的时间间隔内完成.即:移位处理时间=移位间隔时间-移位间隔时间内执行定时中断程序累计所需时间.这样就保证了定时中断程序有足够的时间刷新显示牌的显示,而只要在两次定时中断程序执行间隔内留出少许时
20、间给显示缓冲区的移位处理.浙江广厦建设职业技术学院9程序功能框图的设计采用模块化，包含部分扫描程序设计。核心的地方是显示程序算法的实现。单片机通过串行口接受程序（包括显示内容、显示方式、和显示状态） ，经单片机处理分析，根据显示方式依次从数据存储器中取出数据用于显示，显示采用逐行扫描的方式，多种显示方式（左移、上移等）的实现取决于存储器读取数据的顺序和移动速度。程序设计中要注意波特率的设置，中断使用，扫描时间和频率的计算调试。1.5.1 8*8 点阵 LED 显示牌程序ORG 00HJMP STARTORG 0080HSTART:MOV DPTR, #TABMOV 10H, #00H ；取码指
21、针初值LP3:MOV P1,#00H ；清屏MOV R4,#20LP4:MOV R6,#20 ；字停留时间LP: MOV R3,#8 ；一个字 8 个码MOV R1,#0feH ；列扫描处值浙江广厦建设职业技术学院10MOV R0,10H ；存入取码指针LP1:MOV A,R1 ；载入列扫描值MOV P2,A ；输出至 P2，开始列扫描rl a ；左移至下一列MOV R1,A ；存入列扫描值MOV A,R0 ；载入取码指针MOVC A,A+DPTR ；至 TAB 取码MOV P1,A ；送 P1 口，显示字CALL DELAY ；呼叫延时MOV A,R0 ；载入取码指针ADD A,#01H ；
22、取码指针加 1MOV R0,A ；存回取码指针DJNZ R3,LP1 ；是否显示完一个字DJNZ R6,LPDJNZ R4,LP4 ；是否达到停留时间MOV 10h,r0 ；下一个字的取码指针附值CJNE R0,#32,LP3 ；是否显示完 4 个字JMP START ；重新开始DELAY:MOV R5,#248DJNZ R5,$ ；0.5ms 延时RETTAB:DB 0FFH,4DH,97H,00H,0FFH,9DH,9DH,00HDB 0A6H,59H,9FEH,9F3H,0FEH,0EDH,5AH,7BHDB 0AFH,0FEH,0BEH,0FFH,31H,0FEH,36H,06HDB 0FBH,0EH,0FBH,0FBH,0EH,8BH,72H,85HDB 0FEH,0BDH,0FBH,0BDH,0BEH,0FFH,3AH,3DHEND1.6 硬件的组成及设计
