南理工毕业设计
南 京 理 工 大 学
毕业设计说明书(论文)
作 者: 葛宜东 学 号： [1**********]9
教学点: 专 题 业: 目:
扬州市职业大学 机电一体化 单片机控制的电子广告屏
戴亦宗
指导者： 指导者：
(姓 名)
讲师
(专业技术职务)
评阅者： 评阅者：
(姓 名) (专业技术职务)
2011 年 5 月
I
南 京 理 工 大 学
毕业设计（论文）评语
学生姓名： 班级、学号： 题 葛宜东 [1**********]9
目： 单 片 机 控 制 的 电 子 广 告 屏
综合成绩： 指导者评语：
指导者(签字)： 年 月 日
II
毕业设计（论文）评语
评阅者评语：
评阅者(签字)： 年 答辩委员会（小组）评语： 月 日
答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日
III
毕业设计说明书（论文）中文摘要
摘要：基于单片机 AT89C51 介绍了一种简单的 16*16LED 汉字显示屏的设计与制作 过程，内容包括 LED 汉字显示屏的硬件电路，PCB 设计，汇编语言程序设计与调试等方 面，涉及到单片机电子产品设计与制造过程中各个环节，硬件电路由 AT89C51 单片机 控制器， LED 显示屏行列驱动电路以及 LED 点阵显示屏 3 部分组成。 通过汉字字模点阵 数据批量生成软件来实现汉字点阵，采用汇编语言对单片机进行操作并在 Proteus 软 件的基础上对结果进行了仿真，得到了汉字点阵效果图。实验结果表明，在单片机显 示领域的设计开发中 Proteus 软件具有重要的实用价值，可以大幅缩短开发周期，节 约开发成本。能帮助广大电子爱好者了解汉字的点阵显示原理，认识单片机的基本结 构，工作原理及应用方法，并提高单片机知识技术的运用能力。
关键词：单片机；LED；点阵；汉字显示
V
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title
sigle chip control electronic advertisement screen
Abstract Abstract
This article based on sigle chip AT89C51 introduces akind of 16*16LED Chinese character display screen design and making process ,it includes the hardware circuit of LED Chinese character display screen design of print circuit board,assemble language programmer design and debugging and so on ,it cimers down to each tache of the process of design and manufacture of sigle chip electronical maunfacture ，The hardware circuits include three parts :AT89C51,driving circuits of row and LED column and LED display,The software functions were realized by assembly language after dot-matrix made.The physical circuits have been welded and the right dot-matrix display was realized.The results show the Proteus software application is an important practical value in the design of MCU,which will greatly shorten the development cycle and save development costs.It can help the general electronic loving knowing and understanding the principle of Chinese lattice displaying ,also can help everbody to know the basec struct
ure ,the principle of work and the application method of MCU ,and enhance the utilization ability of MCU knowledge and technology.
Keywords:single chip;LED;lattice;Chinese character display
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目
次
第一章 课题简介 ....................................................... 2 1.1 引言 ............................................................ 2 1.2 电子广告屏发展趋势 .............................................. 2 1.3 电子广告屏的社会价值 ............................................ 第二章 设计方案 ....................................................... 2.1 LED 与 LCD 选择的方案论证 ........................................ 第三章 硬件电路设计 ................................................... 3.1 3 4 4 7
硬件电路组成及工作原理......................................... 7 3.1.1 元器件选择 .............................................. 7 3.1.2 单片机简介 .............................................. 7
3.2 硬件电路图..................................................... 13 3.2.1 时钟电路 ................................................. 14 3.2.2 复位电路 ................................................. 14 3.2.3 按键选择电路.............................................. 3.2.4 显示电路 ................................................ 第四章 软件设计 ...................................................... 4.1 汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法.......................... 15 16 18 18
4.2 Proteus 软件仿真及程序设计 .................................... 22 结 语 ................................................................. 29 致谢 .................................................. 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 参考文献 .............................................................. 29 附录 动态显示程序清单 ............................................... 32 图 1................................................................... 35
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第一章 课题简介
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1.1 引言
在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用 LED 点阵显示图形和汉字。LED 行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大， 前景广阔。随着信息产业的高速发展，LED 显示作为信息传播的一种重要手段，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， 例如户内外公共场所 广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆 报价信息豆示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、 景观照明等。 显然， LED 显示已成为城市亮化、 现代化和信息化社会的一个重要标志。 本文基于单片
机(AT89C51)讲述了 16×16 LED 汉字点阵显示的基本原理、硬件组 成与设计、程序编译与下载等基本环节和相关技术。 本设计的汉字点阵显示主要由 AT89C51 单片机，LED 显示管，时钟电路，复位电 路等组成。本设计中采用动态显示，由 16*16LED 数码管显示汉字。可通过输入不同 汉字代码显示不同的汉字，可通过时钟电路调节汉字显示时间。随着单片机应用越来 越普及，各种以汉字显示为媒介的场所将逐渐被 LED 显示屏所取代。通过本次设计应 重点掌握 16*16LED 汉字显示的硬件组成及软件编程，在原理图绘制中应注意线路的 接法及各引脚的功能。
1.2 电子广告屏发展趋势
LED 显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发 光二极管构成的像素单元组成面积显示内容，具有可靠性高、使用寿命长、环境适应 能力强、亮度高、性价比高、使用成本低、性能稳定等特点。在短短的二十来年内， 迅速成长为室外大屏幕显示的主流产品，在户外信息显示流域中具有无可替代的作 用。 户外 LED 小屏幕广告是 21 世纪广告业开展的趋向，是存在音频功效的户内里广 告展现装备，属国内抢先的下科技产品。当装备外观新鲜奇特，其体积可随便调剂，
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不只能播搁音视频广告节目，而且四面借否拆流动灯箱广告位，各政府皆激励推广应 用户外 LED 屏，陆续撤消帆布广告、灯箱广告审批。户内 LED 屏非帆布广告、灯箱广 告的幻想替换产品，能带来社会效率和丰盛的经济效益。 我国 LED 显示屏产业在规模发展的同时，产品技术革故鼎新，不断坚持比拟进步前 辈的程度。90 年代初便具有了成生的 16 级灰度 256 色视频节制技术及无线远控等国 际进步前辈程度技术，近年在全彩色 LED 显示屏、256 级灰度视频掌握技术、散群无 线节制、多级群控技术等方面均有国内进步前辈、达到国际火平的技术和产品呈现； LED 显示屏掌握公用大规模集成电路也已由国内企业开产生产并得到当用。
1.3 电子广告屏的社会价值
(A)时效性 在市繁华地理位置安装室外大屏幕,这就意味着人民群众可以及时了解到政府和 企业所需公布的公众信息，如：政府颁布的新的法律法规、商务研讨会、招商会、展 览会、紧急或灾害性天气预报、企业的形象及产品展示、经营理念、创业思路等。 （B）强迫性 凡是经过 市繁华地段的人群，LED 彩色大屏幕都会不可避免的闯入他们的视线， 这就决定了屏幕信息欣赏的不可避免性，因此一旦出现这种视频信息，其视觉冲击力 和强迫欣赏性无疑会相当之大。 （C）反复性 由于每天经过
市繁华路段的人有几十万人次，每年每人上百次，这样一来 LED 全 彩色大屏幕信息欣赏的有效频次非常之高，到达率高达 100％。 （D）公益性 LED 彩色大屏幕作为繁华区域互动的信息发布平台，它除了展示政府和企业所发布 的信息外，还可以编排大量娱乐、旅游、电视新闻、天气预报等公益信息，说明 LED 彩色大屏幕公益性很强，它将会成为提高政府办事透明化、拉近与人民群众距离的重 要信息显示平台。 （E）趋向性 目前，世界已经有许多国际城市安装使用 LED 彩色大屏幕，并取得了良好的社会效 益和经济效益。其中国内的上海、北京、广州、深圳及香港对 LED 彩色大屏幕的应用 最为广泛，这些代表中国经济发展的同时也引导着媒介时尚，LED 彩色大屏幕经这些 城市的成功运作而渐成趋势。 由于户外显示屏的自由性很高，再加上 LED 全彩色大视频全天播放，使客户的广告 可以重复多次的传播给目标群体，使目标群体更容易记得客户的产品和品牌，加上 LED 全彩色大视频所处的繁华商业位置、低廉的广告费用，制作简单、发布便捷，适 合广大商家、商户。尤其是 LED 大视屏内的商家，其发布广告优势最为明显，最能直 接刺激目标群体产生购买欲望。
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第二章 设计方案
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2.1 LED 与 LCD 选择的方案论证
一、LED LCD 是什么? LCD 的全称是 Liquid Crystal Display，即液晶显示器。LCD 的构造是在两 片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电 线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 LED 显示屏（LED panel） ：LED 就是 light emitting diode ，发光二极 管的英文缩写，简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其 大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯的亮灭来显示字符。用 来显示文字、图形、图象、动画、行情、视频、录相信号等各种信息的显示屏 幕。 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 LED 矩阵块组成。图文显 示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机 进行控制，图文、图象并茂，以实室外显示屏时、同步、清晰的信息流传方式 播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录相、电视、VDD 节目和现场实况。 LED 显示屏显示画脸色彩艳丽，立体感强，静如油画，动如影戏，广泛应用于金 融、税务、工商、邮电、体育、广告、厂矿企业、交通运输、教育系统、车站、 船埠、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、竞拍行、工业 企业管理和其它公共场
所。 LED 显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图象； 不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具备投影仪、电视墙、液晶显示 屏无法比拟的优点。 LED 之所以受到广泛重视而得到迅速度完成长，是与它本 身所具备的优点分不开的。这些优点归纳综合起来是：亮度高、工作电压低、 功耗小、 小型化、 生存的年限长、 耐冲击和性能不变。 LED 的成长远景极为广阔， 今朝正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光匀称性， 可靠性、全色化方向发室外 led 显示屏报价展。 LED 显示屏的分类 1、按颜色 基色可以分为 单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色） 双基色显示屏：红和 。 绿双基色，256 级灰度、可以显示 65536 种颜色。 全彩色显示屏：红、绿、蓝
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三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 2、按显示 部件分类 LED 数码显示屏：显示部件为 7 段码数码管，适于制作时钟屏、利率 屏等，显示数字的电子显示屏。 LED 点阵图文显示屏：显示部件是由很多匀称 排列的发光二极管组成的点阵显示板块，适于播放文字、图象信息。 LED 视频 显示屏：显示部件是由很多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频 文件。 3、按使用场合分类 室内显示屏：发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显 示平面或物体表面的大一般几至十几平方米。 室外显示屏：平面或物体表面的 大一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具备防风、防雨、 防水功效。 4、按发光点直径分类 室内屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、 室外 屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ20mm、Φ21mm、Φ22mm、Φ26mm 室 外屏发室外 led 显示屏光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、 蓝发光二极管封在一个分子化合物塑料筒内共同发 5.显示方式有静态、横向骨 碌、垂直骨碌和翻页显示等。单块板块控制驱动 12 块（最多可控制 24 块）8X8 点阵，共 16X48 点阵（或 32X48 点阵） ，是单块 MBX7219（或 PS7219、HD7279、 ZLG7289 及 8279 等类似 LED 显示驱动板块） 12 倍 的 （或 24 倍） 可采用 ！ “级联” 的方式组成肆意点阵大显示屏。显示效果好，功耗小，且比采用 MBX7219 电路 的成本更低。 LED 显示屏检验方法， 一看屏体规格，外观，平整度，屏内的连 线等 二看屏点亮后坏点，在不在不范围以内， （一般来说现在的屏基本上没有 了） 色差一致性，显示文字是否正常，显示屏图片等，全彩的要全屏打白的颜 色，红，绿，蓝。 LED 的全称是 Lighy Emitting Diode，即发光二极管。LED 是一种半导体固 体发
光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压， 半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED 可以直接发出红、黄、 蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。 二、LED LCD 的区别 lcd 是液晶显示屏，主要是用来做面显示的，它本身不发光，然后通过电流使屏 幕产生各种颜色的浑浊现象， 后置一个光源来透过前面的 lcd 面板使人看到图案。 led 是发光二极管，它本身是点光源，就是说发出来的光不是一个面，而是一个点。也有 用 led 做显示屏的，相对于液晶显示屏来说，led 适合于室外以及室内大屏幕观看距
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离稍微远一点的情况，因为 led 显示屏的分辨率肯定远远小过 lcd。lcd 更适合做电 脑液晶电视器、手机显示屏之类的应用。 目前有所谓的电脑 led 显示屏，说的意思是显示屏仍然是通过液晶屏来显示图 案，但是液晶屏后面的光源采用的是 led。算是两者的一个综合吧。 LED 技术与 LCD 相比，LED 在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具 优势。LED 与 LCD 的功耗比大约为 10:1，而且更高的刷新速率使得 LED 在视频方面有 更好的性能表现。利用 LED 技术，可以制造出比 LCD 更薄(地球上最薄的 LED 电视是 三星的 6.5mm!)、更亮、更清晰的显示效果，拥有广泛的应用前景。 简单地说，LCD 与 LED 是两种不同的显示技术，LCD 是由液态晶体组成的显示屏， 而 LED 则是由发光二极管组成的显示屏。LED 技术与 LCD 相比，LED 在亮度、功耗、 可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。 基于 LED 的各种优势所以本设计采用 LED 作为显示屏。
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第三章 硬件电路设计
3.1 硬件电路组成及工作原理
3.1.1
元器件选择
本设计所需元器件如表 1 所示。 表 1 元器件选择 元器件编号 U1 LED1 IC2 IC3, IC4 R1 R2 C1 K1 X1 C2, C3 规格参数 AT89C51 16*16LED 点阵 74HC154 1 KΩ排阻 200Ω 1KΩ 复位电路 22Ηf/16ν 按键开关 12MHZ 晶振 20pF 时钟电路 作用简介 核心控制芯片 组成汉字显示屏 4 线-16 线译码器 上拉电阻
R3,R4,R5,R6 K2,K3，K4，K5 PCB 板
200Ω 按键开关 10cm*10cm 环氧板
按键选择电路
元件承载体
3.1.2 单片机简介
单片微型计算机简称单片机,指集成在一块芯片上的计算机，具有结构简单、控
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制功能强、可靠性高体积小和价格低等优点，在航空航天 地质石油 冶金采矿和机械 电子等领域都发挥了巨大作用。 单片机是把中央处理器 CPU 、存储器、定时器 I/O 端口电路等一些计算机的主 要功能部件集成在一块电路芯片上的微型
计算机。 单片机的应用主要基于其控制功能，由于单片机具有集成度高、体积小 、可靠 性高、价格低和易实现产品化等特点，特别适合应用于测量和控制领域，可分为单片 应用和多机应用，归纳其来可分为以下机方面： 1 智能化仪器仪表中的应用 2 工业测量控制中的应用 3 在交通、军事、计算机网络和通信技术领域中的应用 4 保安报警、办公自动化领域的应用 5 日常生活和家用电器领域的应用 AT89C51 单片机简介
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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。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片 机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。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，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机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．主要特性： 主要特性： ·与 MCS-51 兼容 ·4K 字节可编程闪烁存储器 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 RAM ·32 可编程 I/O 线 ·两个 16 位定时器/计数器 ·5 个中断源
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·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 2．管脚说明： 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。
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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。 FIASH 编程时， 口作为原码输入口， FIASH 在 P0 当 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， 口输出地址 P2 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。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，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）
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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。
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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，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。 3．振荡器特性： 振荡器特性： XTAL1 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。
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4．芯片擦除： 芯片擦除：
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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。 74HC154 功能简介 74HC154 4 线-16 线译码器/解调器 ·将 4 个二进制编码输入译成 16 个彼独立的输出之一 ·将数据从一个输入线分配到 16 个输出的任意一个而实现解调功能 ·输入箝位二极管简化了系统设计 ·与大部分 TTL 和 DTL 电路完全兼容 74154 这种单片 4 线—16 线译码器非常适合用于 高性能存储器的译码器。当两个 选通输入 G1 和 G2 为低时, 它可将 4 个二进制编码的输入译成 16 个互相独立的输 出之一。实现解调功能的办法是：用 4 个输入线写出输出线的地址，使得在一个选 通输入为低时数据通过另一个选通输入。当任何一个选通输入是高时，所有输出都为 高。
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图 1 74HC154 引脚图
3.2 硬件电路图
本产品拟采用以 AT89C51 单片机为核心芯片的电路来实现， 主要由 AT89C51 芯片、 时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HC154)、16×16 LED 点阵 5 部分组成，如 附图所示。 其中， AT89C51 是一种带 4 kB 闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能 CMOS 型 8 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，能够进行 1 000 次写／擦循环，数据保留时间为 10 年。他是一种高效微控 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。因此，在智能化电 子设计与制作过程中经常用到 AT89C51 芯片。
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3.2.1 时钟电路
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时钟电路由 AT89C51 的 18， 脚的时钟端(XTALl 及 XTAL2)以及 12 MHz 晶振 X1、 19 电容 C2，C3 组成，采用片内振荡方式。其电路图如下图 2 所示。
图2
3.2.2 复位电路
复位电路采用简易的上电复位电路， 主要由电阻 R1， R2， 电容 C1， 开关 K1 组成，
分别接至 AT89C51 的 RST 复位输入端。其电路图如下图 3 所示。
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图3
3.2.3 按键选择电路
按键选择电路由四个开关元件 K2，K3，K4，K5 和四个电阻 R3，R4，R5，R6 组成。 其作用是根据不同场合需要选择不同的按键开关来显示不同的广告语。 其电路图如下 图 4 所示。
图5
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3.2.4 3.2.4 显示电路
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LED 发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的 心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电 源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。但 这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N 结”。当电流通过导线作 用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以 光子的形式发出能量。 LED 点阵显示屏采用 16×16 共 256 个象素的点阵，通过万用表检测发光二极管 的方法测试判断出该点阵的引脚分布，如图 2 所示
我们把行列总线接在单片机的 IO 口，然后把上面分析到的扫描代码送人总线， 就可以得到显示的汉字了。 但是若将 LED 点阵的行列端口全部直接接入 89c51 单片机， 则需要使用 32 条 IO 口，这样会造成 IO 资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此， 我们在实际应用中只是将 LED 点阵的 16 条行线直接接在 P0 口和 P2 口，至于列选扫 描信号则是由 4-16 线译码器 74HC154 来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片 机的 4 个 IO 口，节约了很多 IO 资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。考虑 到 P0 口必需设置上拉电阻， 所以采用 4.7 kΩ 排电阻作为上拉电阻。其原理图如下 图 5 所示。
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图5
汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻 R1，电容 C1 的作用，使单 片机的 RST 复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在 C2，C3，X1 以及单片机 内部时钟电路的作用下， 单片机 89C51 按照设定的程序在 P0 和 P2 接口输出与内部汉 字对应的代码电平送至 LED 点阵的行选线(高电平驱动)，同时在 P1.1，P1.2，P1.3， P1.4 接口输出列选扫描信号(低电平驱动)，从而选中相应的象素 LCD 发光，并利用 人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。
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第四章 软件设计
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4.1 汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法
我们以 UCDOS 中文宋体字库
为例，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示。即国 标汉字库中的每一个字均由 256 点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素， 而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以 显示在 256 象素范围内的任何图形。如查用 8 位的 AT89C51 单片机控制，由于单片机 的总线为 8 位，一个字需要拆分为 2 个部分，如图 3 所示。
为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。汉字可 拆分为上部和下部，上部由 8×16 点阵组成，下部也由 8×16 点阵组成。本例通过列 扫描方法首先显示左上角的第一列的上半部分， 即第 0 列的 P00～P07 口， 方向为 P00 到 P07，显示汉字“大”时，P05 点亮，由上往下排列，为：P0.0 灭，P0.1 灭，P0.2 灭 P0.3 灭，P0.4 灭，P0.5 亮，P0.6 灭，P0.7 灭。即二进制 00000100，转换为十六 进制为 04h。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我 们仍设计成由上往下扫描，即从 P27 向 P20 方向扫描，从图 3 可以看到，这一列全部 为不亮，即为 00000000，十六进制则为 00h。依照这个方法转向第二列、第三列，…， 直至第十六列的扫描，一共扫描 32 个 8 位，可以得出汉字“大”的扫描代码为： 04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H 04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H 05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H
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04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H
由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他 的扫描代码从而显示在屏幕上。 上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程， 但是依靠人工方法获 取汉字代码是一件非常繁琐的事情。为此，我们经常采用字库软件查找字符代码，软 件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所 需要的竖排数据复制到程序中即可，如图 4 所示。
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可见，汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描 3 种。为了符合视觉暂留要 求，点扫描方法的扫描频率必须大于 16×64=1 024 Hz，周期小于 1 ms 即可。行扫 描和列扫描方法的扫描频率必须大于 16×8=128 Hz，周期小于 7.8 ms 即可，但是一 次驱动一列或一行(8 颗 LED)时需外加驱动电路提高电流，否则 LED 亮度会不足。
4.2
Proteus 软件仿真及程序设计
本作品采用通用的 Protel 99SE 板级 EDA 软件完成 PCB 图的设计，详细设计过程 略。考虑到本设计用到的元件数量不
多，我们基本采用单面布线策略，只使用了少量 的顶层跨接导线 。已设计好的 PCB 图见图 5 所示。
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本电路对元件参数没有苛刻要求，只要元器件选择正确，无损坏，电路板制作工 艺良好，把所有电子元件正确焊接装配后即可进入程序下载和调试工作阶段。制作与 调试时，在 AT89C2051 的位置应安装 20 脚的 IC 座，以便使单片机可以从电路板中拿 下去烧写程序。 软件程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程 图如图 6 和图 7 所示。
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开始
初始化 Y K=0？
调用显示程序
K=1？ N 显示第一条广告语
K=2？ N
显示第二条广告语
K=3？
显示第三条广告语
Y 是否显示完？
N
图6
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下面的程序能够用来实现“南京理工大学”等汉字的显示。程序清单如下： 南京理工大学 南京理工大学 ORG LJMP ORG MIN: MIX: MOV SETB MOV MOV LI: LCALL CLR C 0000H MIN 0030H SP,#60H P1.0 30H,09H DPTR,#TAB MIC
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MOV ADD MOV MOV ADDC MOV DJNZ LJMP A,DPL A,#32 DPL,A A,DPH A,#00H DPH,A 30H,L1 MIX
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;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; MIC: LP: LOOP: SETB MOV MOV MOV MOV EN: MOV MOVC MOV INC MOV MOVC MOV INC MOV MOV LCALL SETB P1.0 31H,#80 32H,#16 R1,1EH R2,#00H A,R2 A,@A+DPTR P2,A R2 A,R2 A,@A+DPTR P0,A R2 A,R1 P1,A DEL P1,0
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RR DEC RL MOV DJNZ DJNZ RET A A A R1,A 32H,EN 31H,LOOP
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;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; DEL: DL0: MOV MOV DJNZ RET ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; TAB DB “南” 34H,#2 R4,#250 R4,DJNZ 34H,DL0
DB 20H,00H,27H,0FFH,24H,00H,24H,90H DB 26H,90H,25H,90H,24H,90H,0FCH,0FEH DB 24H,90H,25H,90H,26H,90H,24H,92H DB 24H,01H,6FH,0FEH,24H,00H,00H,00H END 其他程序分别为： “京” 10H,00H,10H,00H,10H,02H,17H,0C4H 14H,58H,14H,42H,94H,41H,74H,7EH 14H,40H,14H,50H,14H,48H,1FH,0CCH 14H,06H,30H,00H,10H,00H,00H,00H
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“理” 22H,08H,22H,0CH,3FH,0F8H,62H,10H 22H,12H,00H,12H,7FH,22H,49H,22H 49H,22H,7FH,0FEH,49H,22H,49H,62H 0FFH,22H,40H,06H,00H,02H,00H,00H “工” 00H,04H,20H,04H,20H,04H,20H,04H 20H,04H,20H,04H,20H,04H,3FH,0FCH 20H,04H,20H,04H,20H,04H,20H,04H 60H,04H,20H,0CH,00H,04H,00H,00H “大” 04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H 04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H 05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H 04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H “学” 02H,20H,0CH,20H,88H,20H,69H,20H 09H,20H,09H,22H,89H,21H,69H,7EH 09H,60H,09H,0A0H,19H,20H,28H,20H 0C8H,20H,0AH,60H,0CH,20H,00H,00H
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在完成编写程序的编译和仿真之后， 准备一台可以烧写 A
T89C51 的编程器并与电 脑主机硬件连接后即可对 AT89C51 芯片进行程序烧录下载，然后，将烧录好程序的 AT89C51 单片机装入到 40 脚的 IC 座上，通电即可调试和运行，由于本例电路对元件 参数的要求不是很高， 只要元件较好， 参数基本符合要求， 焊接装配后即可正常工作。 次程序只是简单的静态显示， 若要实现汉字的动态显示则需编写不同的动态显示 程序，比如动态显示“南京理工大学”四个字时其程序详见附录。
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结 语
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虽然本设计只使用了一块 16×16 LED 点阵，电路简单，但是已经包涵了 LED 显示 屏的电路基本原理和基本程序，只要扩展单片机的 IO 接口，并增加一些 LED 点阵和 相关芯片，就能设计出更大面积、更多花样的 LED 显示屏。因此本文对同类设计具有 一定的理论和实践参考价值。
致谢
在本论文的写作过程中， 我的导师戴老师倾注了大量的心血， 从选题到开题报告， 从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我 表示衷心感谢。 同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关 心我的同学和朋友。 写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学 习生活的开始。通过这次设计我比较系统的掌握了单片机的一些知识，这将对我以后 的学习和生活起到很大帮助。
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参考文献
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[1]何立民．《单片机应用技术选编[M]》．北京：北京航空航天大学出版社．1998． [2]杜春雷．《如何使用 Visual Basic 6．0 dP3 [M]》．北京：机械工业出版社， 1999． [3]孙育才． 《新型 AT89S51 系列单片机及其应用[M]》 北京： ． 清华大学出版社． 2005． [4]张迎新. 《单片机原理与应用[M]》.北京：电子工业出版社.2005. [5]彭为. 《单片机典型系统设计实例精讲[M] 》.北京：电子工业出版社，2006. [6]潘永雄. 《新编单片机原理与应用[M] 》 .西安： 西安电子科技大学出版社， 2003.
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附录
动态显示程序清单
ORG MAIN: MOV MOV MOV CM: MOV MOV C1: MOV C16: MOV MOV CLR MOV MOVC
0000H DPTR,#TAB R1,#00H R4,#96 R5,#5 R3,#16 R2,#0 P0,#00H P2,#00H P3.0 A,R2 A,@A+DPTR ；取当前列显示字码的第一个字节 ；关显示 ；字码表初址赋值 ；列控制码 ；移动“南京理工大学”6 个字符，共 96 列 ；每屏反复显示 5 次 ；列数 ；取码指针
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MOV INC MOV MOVC MOV INC MOV INC ACALL ACALL DJNZ MOV DJNZ INC INC DJNZ AJMP DPTR R4,CM MAIN
R6,#2 R7,#248 ；96 列未移动完，继续 P0,A R2 A,R2 A,@A+DPTR P2,A R2 P1,R1 R1 DIMS DIMS R3,C16 R3,#16 R5,C1 DPTR ；未显示 5 次继续 ；一屏 16 列是否显示完 ；显示 2ms ；送列控制码 ；送 1-8 行控制口
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；取当前列的显示字码的第二个字节 ；送 9-10 行控制口
；一屏反复显示 5 次完，字码表初值加 2
；96 列移动完，返回，重新开始显示
DIMS: MOV MOV
DJNZ R7,$ DJNZ R6,$-4 RET TAB: DB 20H,00H,27H,0FFH,24H,00H,24H,90H DB 26H,90H,25H,90H,24H,90H,0FCH,0FEH DB 24H,90H,25H,90H,26H,90H,24H,92H
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DB 24H,01H,6FH,0FEH,24H,00H,00H,00H DB 10H,00H,10H,00H,10H,02H,17H,0C4H DB 14H,58H,14H,42H,94H,41H,74H,7EH DB 14H,40H,14H,50H,14H,48H,1FH,0CCH DB 14H,06H,30H,00H,10H,00H,00H,00H DB 22H,08H,22H,0CH,3FH,0F8H,62H,10H DB 22H,12H,00H,12H,7FH,22H,49H,22H DB 49H,22H,7FH,0FEH,49H,22H,49H,62H DB 0FFH,22H,40H,06H,00H,02H,00H,00H DB 00H,04H,20H,04H,20H,04H,20H,04H DB 20H,04H,20H,04H,20H,04H,3FH,0FCH DB 20H,04H,20H,04H,20H,04H,20H,04H DB 60H,04H,20H,0CH,00H,04H,00H,00H DB 04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H DB 04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H DB 05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H DB 04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H DB 02H,20H,0CH,20H,88H,20H,69H,20H DB 09H,20H,09H,22H,89H,21H,69H,7EH DB 09H,60H,09H,0A0H,19H,20H,28H,20H DB 0C8H,20H,0AH,60H,0CH,20H,00H,00H END
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“京”
“理”
“工”
“大”
“学”
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图1
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