1、淮北師范大學 硬件課程設計 單片機控制LED的閃爍學 院 計算機科學與技術系 專 業(yè) 計算機科學與技術系(非師范) 學 生 姓 名 - 學 號 - 指導教師姓名 - 2010 年 12 月 15 日目錄緒論2第一章 概述3第二章 總體方案論證與設計32.1.LED驅動方式32.2.總體硬件組成框圖3第三章 LED系統(tǒng)硬件設計43.1.8*8共陰LED介紹43.2.列驅動電路設計43.3.行驅動電路設計43.4.掃描頻率的控制53.5.單片機最小系統(tǒng)5第四章 系統(tǒng)軟件設計7第五章 系統(tǒng)調試與測試結果分析95.1.使用的儀器儀表95.2.系統(tǒng)調試95.3.硬件調試95.4.軟件調試95.5.測試結

2、果9參考文獻：9附錄10附1 電路總設計原理圖10附2 PCB圖10緒論大學不知中已經(jīng)過去了兩年多的時間，大學生活已經(jīng)過了一大半，最早在大一下學期學習了一門編程語言（C語言）,也是自己學的第一門編程語言，在大一下學期也學習了模擬電路，隨后在大二的上學期學習了數(shù)字電路，但是由于學校自身的條件限制所做的實驗非常有限，硬件課程只是在理論上有所了解，而對于實際操作卻近乎一片空白，加之今年又學習了計算機系統(tǒng)結構，進一步加深了對計算機硬件相關理論的學習，而在此時學校有一個硬件課程設計，這次硬件課程設計應該是對前面所學課程的總結與實踐，是一次鍛煉自己動手能力的一個很好的機會，不僅能讓自己學到硬件設計的一般步

3、驟，另外也加強了對理論到實踐的應用能力，對今后的學習和工作都有著很好的借鑒意義與學習意義，或許從這一個小小的硬件課程設計中不一定能得到多少，至于能不能從一粒沙子看到世界這也是我們的能力的體現(xiàn)，同時也是我們鍛煉能力的時候，又增強自己解決問題的能力。關鍵詞：能力、意識、過程、步驟 第一章 概述本文介紹了以AT-89S51單片機為控制核心，采用靜態(tài)鎖存方式，制作一款左移動態(tài)顯示0到9 ，每秒增加1，擁有亮度高、動態(tài)影像顯示效果好、耗能少、使用壽命長、顯示方式靈活、性價比高等優(yōu)勢的簡單8*8LED陣列靜態(tài)顯示屏。第二章 總體方案論證與設計2.1. LED驅動方式a) 方案一：采用靜態(tài)鎖存方式采用靜態(tài)鎖

4、存方式，將每一個LED發(fā)光管的一端接至單片機的一個I/O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅動LED，原理簡單，驅動能力強，LED的亮度也可以通過限流電阻調節(jié)，非常方便，但此種方法浪費單片機的I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。b) 方案二：采用動態(tài)掃描方式采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅動并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的一端(共陰或共2端)，LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。比較以上兩種方案，系統(tǒng)設計中采用方案一。2.2. 總體硬件組成框圖系統(tǒng)框圖如右圖2-1所示，系統(tǒng)主要由三大模塊組成即LED顯示模塊、驅動模塊、單片機

5、最小系統(tǒng)。 8*8LED顯示屏 單片機最小系統(tǒng)列掃描驅動模塊行掃驅動模塊 圖2-1系統(tǒng)框圖第三章 LED系統(tǒng)硬件設計3.1. 8*8共陰LED介紹88LED點陣的外觀及引腳圖如圖3.2所示，其等效電路圖如圖3.2所示。圖8.3中只要各LED處于正偏（Y方向為1，X方向為0），則對應的LED發(fā)光。如Y7（0）=1，X7（H）=0時，則其對應的右下角的LED會發(fā)光。各LED還需接上限流電阻，實際應用時，限流電阻即可接在X軸，也可接在Y軸。圖3.2 88點陣的外觀及引腳圖圖3.3 88點陣的等效電路3.2. 列驅動電路設計本設計采用ULN2803芯片, ULN2803是高電壓大電流八達林頓晶體管陣列

6、。該這列系統(tǒng)中的八個NPN達林頓連接晶體管事低邏輯電平數(shù)字電路（如TTL，CMOS或NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器和其他類似 負載間的接口的理想器件。ULN2803的管腳如右圖3.4。 3.3. 行驅動電路設計該系統(tǒng)顯示部分的點陣采用單色LED共陰點陣模塊，由一塊88點陣模塊連接成，每個發(fā)光二極管流過的電流約為10mA計算，為保證點陣的亮度，采用普通的三極管驅動已經(jīng)可以滿足。行驅動電路如圖右3.6。3.4. 掃描頻率的控制由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，一個LED發(fā)光管如果在一秒鐘內亮24次以上的話，人眼就感覺不到閃爍。由此，一屏畫面連續(xù)以每秒25次的頻率循環(huán)顯示時，給人的感覺是穩(wěn)定的。為此

7、只要利用CPU控制行掃描速度，保證每秒400次，就可以保證畫面的穩(wěn)定性。設計時，我們使AT89C51的定時計數(shù)器T0工作于方式2（自動重載方式AUTO-RELOAD MODEL）。此時設定M1M0為10，在方式2中16位計數(shù)器被拆為兩部分，其中TL0用作8bit Counter；TH0用于存放和保持計數(shù)初值。當TL0計數(shù)溢出時，在溢出標志TF0置1的同時，自動的將TH0的初值重載到TL0中，因此在初始化的過程中，用軟件只需一次賦初值。其周期為：T（28-TH0初值）時鐘周期12采用11.0592MHZ的晶振時，計數(shù)速率約為1MHz，輸入脈沖的周期間隔為1uS，通過計算，TH0的初值為243，即

8、為0XF3(OF3H)。采用中斷的方式控制行譯碼掃描頻率，就可以保證畫面的無閃爍顯示。3.5. 單片機最小系統(tǒng)MCS-51系列單片機芯片均為40條引腳，HMOS工藝制造的芯片用雙列直插（DIP）方式封裝，其引腳示意及功能分類如圖1.2所示。各引腳功能說明如下：1.主電源引腳Vcc（40腳）：接+5V電源正端。Vss（20腳）：接+5V電源地端。2.外接晶體引腳XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）

9、：接外部石英晶體的另一端。在單片機內部，它是片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端；對于CHMOS單片機，該引腳懸空不接。3.輸入/輸出引腳 （1）P0口（3932腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。在不接片外存儲器與不擴展I/O口時，可作為準雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲器或擴展I/O口時，P0口分時復用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 （2）P1口（18腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O口使用。對于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作

10、定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。（3）P2口（2128腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O口使用；在接有片外存儲器或擴展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時，P2口用作高8位地址總線。 表3.7 P3口第二功能引 腳 第二功能P3.0 RXD 串行口輸入P3.1 TXD 串行口輸出端P3.2 INT0 外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3 INT1外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4 T0 定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端P3.5 T1 定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端P3.6 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸入端，低電平有效P3.7 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信

11、號輸入端，低電平有效 （4）P3口（1017腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可以獨立定義為第一功能的輸入輸出或第三功能。P3口的第二功能如表2.1所示。4. 控制線 （1）ALE/PROG（30腳）：地址鎖存有效信號輸入端。ALE在每個機器周期內輸出兩個脈沖。在訪問片外程序存儲器期間，下降沿用于控制鎖存P0輸出的低8位地址；在不訪問片外程序存儲器期間，可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。但要注意，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，ALE脈沖會跳空一個，此時作為時鐘輸出就不妥了。對于片內含有EPROM的機型，在編程期

12、間，該引腳用作編程脈沖PROG的輸入端。 （2）PSEN（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期該信號兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，PSEN信號將不再出現(xiàn)。 （3）RST/VPD引腳（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源。該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復位。當Vcc發(fā)生故障，降低到低電平

13、規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD(+5V)為內部RAM供電,以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 （4）EA/Vpp（31腳）：EA為片外程序存儲器選用端。該引腳有效（低電平）時，只選用片外程序存儲器，否則單片機上電或復位后選用片內程序存儲器。對于片內含有EPROM的機型，在編程期間，此引腳用作21V編程電源Vpp的輸入端。綜上所述，MCS-51系列單片機的引腳可歸納為以下兩點：（1單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都有第二功能。（2）單片機對外呈現(xiàn)3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復用為數(shù)據(jù)總線；由ALE、PSEN、RST、EA與P3口中的INT0、INT1、T0

14、、T1、WR、RD共10個引腳組成控制總線。由于是16位地址線，因此，可使片外存儲器的尋址范圍達到64KB。圖3.9 單片機最小系統(tǒng)第四章 系統(tǒng)軟件設計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設計中我們也才用了模塊化設計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。下圖4.8為系統(tǒng)流程圖，表4.7為0到9的LED編碼。位12345678000H1CH22H41H41H22H1CH00H100H40H44H7EH7FH40H40H00H200H00H66H51H49H46H00H00H300H00H22H41H49H46H00H00H400H10H

15、1CH13H7CH7CH10H00H500H00H27H45H45H45H39H00H600H00H3EH49H49H32H00H00H700H03H01H71H79H07H03H00H800H00H36H49H49H36H00H00H900H00H26H49H49H3EH00H00H圖4.10 LED編碼表NOYESNO開始設定TIMER0啟動TIMER0初始化載入字型延時時間10個子型？主程序TIMER0關閉TIMER0切換到RB1輸出顯示數(shù)據(jù)輸出掃描碼過8行？從第一行開始填入定時值打開TIMER0切換回RB0返回中斷子程序YES圖4.9 流程圖第五章 系統(tǒng)調試與測試結果分析5.1. 使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表燒寫器雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源5.2. 系統(tǒng)調試根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯(lián)調。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：LED驅動模塊的調試，單片機最小系統(tǒng)的調試，最后將各模塊組合后進行整體測試。5.3. 硬件調試 對各個模塊的功能進行調試，主要調試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.4. 軟件調試 軟件調試采用仿真軟件Proteus 6.9 SP4，將程序調入MCS-51 單片機實驗系統(tǒng)進行編譯，然后調入仿真軟件Proteus 6.9 SP4中運行，主要是檢查語法錯誤，程序在硬件上的可執(zhí)行性