1、 畢業設計（論文）畢業設計（論文）題題 目：目： 院院 ( (系系) )： 專專 業：業： 姓姓 名：名： 學學 號：號： 指導教師：指導教師： 畢業設計（論文）任務書學生姓名學號專 業院（系）畢業設計（論文）題目關于 51 單片機的 LED 點陣設計任務與要求該項目應用了計算機及電子技術中的電源技術,單片機技術,數據通訊技術,顯示技術,存儲技術,系統軟件技術,接口及驅動等技術.我國經濟發展迅猛,對信息傳播有越來越高的要求.可以相信,LED 電子顯示屏以其色彩鮮亮奪目,大的顯示信息量,壽命長,耗電量小,重量輕,空間尺寸小,穩定性高,易于操作,安裝和維護等特點,將在社會經濟發展中扮演越來越重要的

2、角色。利用單片機對整個系統進行總體控制，進行顯示所要顯示的字符。院（系）審核意見 摘 要近年來隨著計算機在社會領域的滲透和大規模集成電路的發展，單片機的應用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關的系統，越來越廣泛地應用于自動控制，智能化儀器，儀表，數據采集，軍工產品以及家用電器等各個領域，作為微型機的一個主要分支，單片機在結構上的最大特點是把 CPU、RAM 和 ROM存儲器、定時器和多種 I/O 接口電路集成在一塊超大規模集成電路芯片上。從它的組成和功能來看，一塊單片機芯片其實就是一臺計算機。本次設計是采用 MSC-

3、51 單片機來設計的四位數計算器, 采用 C 語言進行程序編寫實現計算器功能。外接 4X4 的鍵盤，通過鍵盤掃描來完成輸入數的控制，利用驅動電路使數值與結果在七段共陰極數碼管上正常顯示，并設有清零鍵可隨時完成計算與顯示的清零。計算器將完成的 0 至 9999 整數的一次加/減/乘/除運算。執行過程如下：開機即顯示 0，等待鍵入數值，當輸入數字，將通過數碼管顯示出來，在輸入、-、*、/運算符之后，計算器在內部執行數值轉換和存儲，并等待再次輸入數值，當在鍵入數值后將顯示鍵入的數值，按等號就會在數碼管上顯示運算結果。關鍵字：單片機計算器鍵盤掃描程序Abstractn recent years, as

4、 computer penetration in the social field and large-scale development of integrated circuits, microcontroller applications are continually deepening, because of its powerful function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use, etc. therefore particularly suitable for systems wi

5、th control of more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, meters, data acquisition, military products and home appliances fields, As one of the main branch of microcomputer, microcontroller in the structure of the biggest feature is the CPU, RAM and ROM memory, timer and

6、 multiple I / O interface circuit integrated on a VLSI chip. The composition and function from its point of view, a single chip is actually a computer. This design is the use of MSC-51 microcontroller to design the four-digit calculator, using C programming language to achieve calculator functions.

7、4X4 external keyboard, the keyboard scan to finish by the number of control values and make the drive circuit to the cathode results in a total of seven-segment digital tube display properly, and has cleared at any time to complete key calculation and display clear. Calculator to complete an integer

8、 from 0 to 9999 plus / minus / multiply / divide. Implementation of the process is as follows: Power is displayed 0, waiting type value, when the input numbers, will come out through the digital display, the input +,-,*,/ operator, the calculator in the internal implementation of the numerical conve

9、rsion and storage, and wait for the re-enter the value, when Type the value in the type of value will be displayed by an equal sign will be displayed in the digital control operation results. Key words: SCM calculator keyboard scan C language 目錄目錄第一章 緒言.1第一節單片機的發展 .1第二章 單片機的控制.3第一節LED 顯示屏控制系統.3第二節 A

10、T89C51 單片機概述.4第三章 單片機的 LED 點陣顯示設計.7第一節 設計任務.7第二節 系統的軟件設計.9結論.12致謝.13參考文獻.14第一章第一章 緒言緒言第一節第一節單片機的發展單片機的發展單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器(Microcontroller)，由芯片內

11、僅有 CPU 的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。單片機是70 年代中期發展起來的一種大規模集成電路芯片，是 CPU、RAM、ROM、I/O 接口和中斷系統集成于同一硅片的器件。單片機用于控制有利于實現系統控制的最小化和單片化，簡化一些專用接口電路，如編程計數器、鎖相環（PLL）、模擬開關、A/D和 D/A 變換器、電壓比較器等組成的專用控制處理功能的單板式微系統。單片機是所有微處理機中性價比最高的一種，隨著種類的不斷全面，功能不斷完善，其應用領域也迅速擴大。單片機在智能儀表、

12、實時控制、機電一體化、辦公機械、家用電器等方面都有相當的應用領域。當前，8 位單片機主要用于工業控制，如溫度、壓力、流量、計量和機械加工的測量和控制場合；高效能的 16 位單片機（如 MCS-96、MK-68200）可用在更復雜的計算機網絡。可以說，微機測控技術的應用已滲透到國民經濟的各個部門，微機測控技術的應用是產品提高檔次和推陳出新的有效途徑。縱觀單片機的發展過程，可以預示單片機的發展趨勢，大致有：1低功耗 CMOS 化MCS-51 系列的 80C51 推出時的功耗達 120mW，而現在的單片機普遍都在 100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現在的各個單片機制造商基本都采用了CMO

13、S(互補金屬氧化物半導體工藝)。CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點，更適合于在要求低功耗像電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發展的主要途徑。2微型單片化常規的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數據存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如 A/D 轉換器、PMW(脈寬調制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將 LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚

14、至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。3主流與多品種共存現在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 MCS-51 為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統的有 PHILIPS 公司的產品，ATMEL 公司的產品和中國臺灣的WinBond 系列單片機。以 8031 為核心的單片機占據了半壁江山，在一定的時期內，這種情形將得以延續，將不存在某個單片機一統天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發展的道路。第二章第二章 單片機的控制單片機的控制第一節第一節LED 顯示屏控制系統顯示屏控制系統（一） 、LED 顯示屏控制技術狀況顯示屏的控制系統包括輸入接口電

15、路、信號控制、轉換和數字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術很多，其關鍵技術包括串行傳輸與并行傳輸技術、動態掃描與靜態鎖存技術、自動檢測及遠程控制技術等。（二）、串行傳輸與并行傳輸技術LED 顯示屏的數據傳輸方式主要有串行和并行兩種。日前普遍采用串行控制技術，顯示屏每個單元內部的不同驅動電路和各級聯單元之間，每個時鐘僅傳送一位數據。采用這種方式的驅動 IC 種類較多，不同顯示單元之間的聯線較少，可減少顯示單元的數據傳輸驅動元件，從而提高整個系統的可靠性和性價比，具體工程實現也較為容易。（三）、動態掃描與靜態鎖存技術LED 顯示屏控制系統實現顯示信息的刷新技術有動態掃描和靜態鎖存兩種方式。

16、一般室內顯示屏多采用動態掃描技術，即一行發光二極管共用一行驅動寄存器，根據共用一行驅動寄存器的發光二極管像素數目，分為 1/4,1/16 掃描等。室外顯示屏基本上采用靜態鎖存技術，即每一個發光一極管都對應有一個驅動寄存器，無需時分工作，從而保證了每一個發光一極管的亮度占空比為 100%。動態掃描法可以大大減少控制器的 I/O 口，因此應用較廣。（四）、自動檢測及遠程控制技術LED 顯示屏的構成復雜，特別是室外顯示屏，供電、環境亮度、環境溫度條件等都直接影響顯示屏的正常運行。在 LED 顯示屏的控制系統中，因根據需要對溫度、亮度、電源等進行自動檢測控制，也可根據需要，遠程實現對顯示屏的亮度、色度

17、調節、圖像水平和垂直位置的調節以及工作方式的轉換等。第二節第二節 AT89C51 單片機概述單片機概述（一） AT89C51 單片機的結構AT89C51 是一種帶 4KB 閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory，FPEROM)的低電壓、高性能 CMOS型 8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行 1000 次寫擦循環，數據保留時間為 10 年。他是一種高效微控

18、制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此，在智能化電子設計與制作過程中經常用到 AT89C51 芯片。 圖-AT89C51 引腳圖（二） 管腳說明 VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P

19、1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利

20、用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷 0） P3.3

21、/INT1（外部中斷 1） P3.4 T0（記時器 0 外部輸入） P3.5 T1（記時器 1 外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：

22、每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現。 /EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；

23、當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 （三） 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。第三章第三章 單片機的單片機的 LEDLED 點陣顯示設計點陣顯示設計第一節第一節

24、設計任務設計任務（一） LED 驅動模塊采用動態掃描方式，通過三極管驅動并聯在一起的 LED 發光管的一端(共陰或共2 端)，LED 發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，而且節省單片機的資源。（二） 數據存儲模塊采用串行 EEPROM（如 24C256 等）存儲 LED 顯示屏要顯示的信息。串行 EEPROM技術是一種非易失性存儲技術，它幾乎具有所有類型存儲器的優點：不揮發性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比，非常適合應用于各類工業測控系統。它克服了常用的 2816、2817、2864 等并行 EEPROM 器件價格高、體積大、可靠性低（這

25、些器件如不采取措施，在上電、下電時常會丟失數據）等不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。（三） 總體硬件組成框圖圖- 總體硬件組成框圖系統框圖如圖 3-1-1 所示，系統主要由三大模塊組成即 LED 驅動模塊、數據存儲模塊、PC 機通信模塊。AT89C51串串EEPROM串串串串LED串串串串MAX232串串串串PC串串串（四）數據存儲電路設計數據存儲電路由串行 EEPROM 24C256 組成。24C256 是美國 CATALYST 公司出品的一個 1-256K 位的支持 I2C 總線數據傳送協議的串行 CMOS E2PROM，可用電擦除，可編程自定時寫周期（包括自動擦除時

26、間不超過 10ms 典型時間為 5ms）的串行E2PROM。 該芯片有兩種寫入方式，一種是字節寫入方式，還有另一種頁寫入方式。允許在一個寫周期內同時對 1 個字節到一頁的若干字節的編程寫入。24C256 的引腳排列及引腳功能描述如圖 3-1-2 和表 3-1-1。圖 3-2 24C256 的引腳排列圖表 3-1管腳名稱功能A0、A1、A2器件地址選擇SDA串行數據/地址SCL串行時鐘WP寫保護Vcc1.8V6.0VVss地該存儲電路僅由芯片 24C256 組成，SCL 為串行時鐘引腳，用于產生器件所有數據發送或接收的時鐘。SDA 為串行數據/地址，這是一個雙向傳輸端，用于傳送地址和所有數據的發

27、送或接收。當 LED 顯示屏控制系統工作時，單片機 89C51 通過讀SDA 和 SCL 腳讀取 24C256 中的內容，并將其顯示于 LED 顯示屏上。也可以通過上位機（PC 機）將編輯好的數據內容下載到 24C256 芯片內。第二節第二節 系統的軟件設計系統的軟件設計（一）下位機軟件流程本系統中下位機（單片機 89C51）的主要功能就是實現 LED 顯示屏上字樣的移位、顯示、數據的讀取等功能。其主程序流程如圖 3-3 所示。圖 3-3 主程序流程圖（二）顯示屏電路框圖設計1 總體設計圖 3-4 顯示屏電路框圖如圖 3-4 所示，本產品擬采用以 AT89C51 單片機為核心芯片的電路來實現，

28、主要由 AT89C51 芯片、電源、行驅動器、列驅動器、1616 LED 點陣 5 部分組成。從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應的 LED 器件發光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發光點亮滅的方法稱為靜態驅動顯示方式。1616 的點陣共有 256 個發光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴展端口，按 8 位的鎖存器來計算，1616 的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。這個數字很龐大，因為我們僅僅是 1616 的點陣，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數字。因此在實際

29、應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態掃描的顯示方法。動態掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行（比如 16 行）的同名列共用一套驅動器。具體就 1616 的點陣來說，把所有同1 行的發光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應第一行發光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數據并鎖存，然后選通第 2 行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現象，就能夠看到顯示屏上穩定的圖形了。采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅動器，各行的同名列共用一個驅動器。顯示數據通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節的形式順序排放。顯示時要把一行中各列