点阵电子显示屏设计摘要：本设计要求以单片机为核心主体，设计一个8*8点阵电子屏，要求可通过切换按键对单片机进行控制，从而可以使电子点阵屏显示不同的数字、字母、汉字、符号。本设计采用ATMEL公司提供的一款价格低廉的单片机AT89S52芯片控制，这种单片机芯片共有40个管脚，有四个输入输出的端口，在本设计中均有用到。利用4个按键对单片机相应管脚进行控制，将需要显示的数字、字母、汉字、符号通过8*8点阵显示出来。软件部分主要用C语言编写。本次设计主要用到单片机，按键，8*8点阵等器件。关键词：8*8点阵、单片机、AT89S521引言1.1 8*8LED的应用社会的信息化，促进了显示技术的发展，LED大屏幕点阵显示系统作为一项高科技产品已经渐渐融入了人们的生活。与传统的显示媒体相比，由于其亮度高、动态影像显示效果好、耗能少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式灵活、性价比高等优势，已经开始广泛应用于各行各业。采用单片机控制的LED点阵显示屏显示形式美观大方，显示内容灵活可变，具有低功耗，结构简单，操作方便等优点，已广泛应用于银行，证券，影视，体育和公路交通等各个方面，显示了其良好的市场前景。1.2 单片机的应用 单片机以其卓越的性能，在下述的各个领域得到了广泛的应用。1. 工业自动化在自动化技术中，无论是过程控制技术、数据采集还是测控技术，都离不开单片机。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥越来越重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术中，单片机讲发挥非常重要的作用。2. 智能仪器仪表目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。在智能仪器仪表中，单片机应用十分普及。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减少体积而便于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化反向发展。3. 消费类电子产品。该应用主要反映在家电领域。目前家电产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度，例如，洗衣机、电冰箱、空调器、电视机、微波炉等，在这些设备中使用单片机后，其功能和性能大大提高了，并实现了智能化、最优化控制。4. 通信方面在调制解调器、程控交换技术以及各种通信设备中，单片机得到了广泛的应用。5. 武器装备在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。6. 终端及外部设备控制计算机网络终端设备，如银行终端，以及计算机外部设备，如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，其中都是用了单片机。7. 多机分布式系统可用多片单片机构成分布式测控系统，它使单片机应用提高到了一个新的水平。综上所述，在工业自动化、智能仪器仪表、家用电器以及国防尖端等领域，单片机都发挥着十分重要的作用。2设计要求2.1 设计1.本设计要求以单片机为核心主体，设计实现8*8点阵显示的LED电子显示屏及其控制器。要求显示屏能显示特定数字或英文字母或汉字，并可通过按键切换显示内容。显示屏显示数字和字母亮度适中，应无闪烁。2.提出系统的设计方案，给出其总体构成框图。3.设计系统的相关电路并选择合适的单片机芯片，以实现整个系统的功能。4.完成系统的软件开发及功能。5.设计整个系统的印制电路板。2.2 发挥部分1.自制一台简易8*8点阵显示的LED电子显示屏；2.LED显示屏亮度适中。3.切换按键的同时，蜂蜜器发出响声，并且按键对应的LED亮。3 方案论证与比较3.1 扫描方式的选择方案一：静态显示，所谓的静态显示就是对LED电子显示屏中的每一像素点都通过硬件单独控制，整个LED显示屏所有的LED的同时显示。此方式最大优点是程序设计简单，且画面无闪烁。但这种设计存在致命的缺点：电路复杂，硬件利用率低，成本巨大。所以此方式一般不被采用。方案二：采用动态扫描法并行输出数据，所谓的动态扫描法是利用人眼的视觉暂留特点而实现的一种显示方法，即当刷新速率足够高时，人眼就察觉不出显示屏画面更迭的闪烁。若要显示一帧画面，先送出第一行的数据，然后选通并点亮第一行，延时；此后送出第二行的数据，同样选通、点亮并延时；依次将所有行扫描完，即给出了一帧的画面。3.2 行列控制方式的方案论证与选择方案一：应用行扫描和列送数据的方式，横向取模，从AT89C52串口发送出来的数据通过一个锁存器进行串-并行数据转换输出给LED MATRIX UINT的各个列，从AT89C52出来的输出口的数据通过74HC138三线八线译码器,译码以后通过限流电阻进入驱动管阵列放大，直接驱动LED点阵的各行。优点：占用I/O资源少。缺点：硬件电路复杂。方案二：把8*8的点阵直接接在单片机的I/O口上，结构比较简单，需要的芯片少。基于上述分析，本设计采用方案二完成点阵显示的功能。因为本设计只涉及到8*8点阵的显示，需要的I/O资源较少，无需担心I/O不够用，所以采用方案二的设计。4系统的硬件设计4.1 单片机控制系统4.1.1 AT89S52单片机的介绍 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。4.1.2 AT89S52各管脚的功能介绍P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。RST: 复位输入。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。4.1.3 中央处理部分电路的分析AT89S52单片机共有四个P口，分别是P0口、P1口、P2口、P3口，P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平，而其他P口作为输出端口只能驱动4个TTL逻辑电平，所以只能用P0口作为数码显示管的驱动接口，其他的P口可接数据温度传感器、开关等，在本次设计中我选择P1口作为传感器传输信号的输入口，P3口做位开关的控制接口，P2口用以控制四个数码管哪一个显示数字。4.1.4系统总体框图 MAX23232PC机80C52键盘LED8*8点阵蜂鸣器图4.1 系统总体框图整个显示系统可以分为CPU主控电路部分串行数据的传送和时序控制部分 与PC机串口通讯部分按键控制电路部分上拉电阻部分，用于驱动点阵电路部分阵显示部分。4.1.5 中央处理器电路原理图中央处理器电路如下图4.2所示 图4.2 中央处理器电路图4.2 8*8点阵电路4.2.1各单元电路设计LED基本阵列选用6寸的88点阵, 1片88点阵组成整个显示屏。该种点阵的规格为双列直插，标准引脚距（2.54mm）,LED规格为5，单色红色。88点阵LED结构如图4.3所示：图4.3 88点阵LED外观图4.4 LED等效电路4.2.2 点阵的驱动电路此设计用到一个8*8点阵，在P0口接八个电阻，作为上拉电阻；阻值为1K，电流I=5V/1K=5MA,可以不用三极管做电流放大作用，如果采用16*16或者更多的点阵屏，则要用三极管做电流放大作用，才能电子屏显示稳定。如图4.5 图4.5 驱动电路4.2.3 蜂鸣器电路用三极管驱动蜂鸣器，如图4.6图4.6 蜂鸣器电路4.2.4 二极管（LED）电路如何选择限流电阻，因为二极管压降为1.7V，而二极管点亮需要3mA左右，R=(5V-1.7V)/3mA=1K。如图4.7图4.7 二极管电路4.2.5 键盘电路本系统设置五个按键（s1、s2、s3，s4，s5）来控制点阵显示和复位，首先s1用做单片机的复位电路，如图4.8。s2、s3，s4，s5，通过切换按键，从而使点阵屏显示不同的字母，如图4.9。 图4.8复位电路 图4.9独立按键电路5 软件设计5.1 主程序设计软件设计采用了模块化设计，全部用C51编程。整个软件系统简洁明了，而且具有良好的扩展性。主程序负责键盘处理与传输控制。主程序流程如图5.1所示。LED闪，点阵显示程序初始化开始按键扫描程序按键处理子程序 按键按下否是图5.1 主程序设计6 系统测试经过系统的测试与分析，得到以下结果：1、按键切换显示上电时，系统不显示显示，按一下s2键，点阵第一行亮，蜂鸣器响一声，LED1二极管亮。按一下s3键，点阵第2行亮，蜂鸣器响一声，LED1二极管亮。按一下s4键，点阵第3行亮，蜂鸣器响一声。按一下s5键，点阵第4行亮，蜂鸣器响一声。2、掉电保护功能测试为使单片机内部RAM中的数据在电源掉电时不丢失，单片机外部中断0平时是高电平，当掉电时，外部中断口0变为低电平，产生中断，单片机检测到这个中断信号时，转入中断处理程序，及时把有用信息保存起来，因为系统接入470uF的电容，电容的放电时间完全能够保证单片机执行完保护数据的程序，这样就可以避免断电时预存信息的丢失，实现掉电保护功能。经测试，我们设计的系统做到了信息的掉电保护。结 论经过我的努力，完成了本次课题的任务，达到了预期的目的。设计制作的具有多种功能的8*8的点阵LED显示屏，显示画面清晰，无闪烁，很好的完成了基本要求部分和发挥部分的功能。致 谢 经过几个月的查资料、整理材料、写作论文，最终顺利的完成了论文的制作，在此期间，感谢龙老师的悉心指导，指引我论文的写作方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中不当之处，使我有了思考的方向，她的循循善诱的教导和不拘一格的教学品格以及严谨细致、一丝不苟的作风，将是我未来工作、学习中的榜样。龙老师除了指导其他六名同学的论文