16X16点阵广告牌单片机毕业设计.doc
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1、第一章 绪论1.1课题背景1.1.1 单片机的基础知识 单片机结构包括:输入设备,运算器,输出设备,控制器,内存。1.1.2 单片机的产生与发展 1946年第一台计算机诞生 经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路的过程 计算机产生的目的:为了解决日益复杂的计算问题 如今,计算机已经深入到社会的各个领域 随着计算机的普及,计算机在不同的领域、不同的行业的应用。是计算机在结构上发生了深刻的变化,其表现在以下几个方面: (1)针对控制领域的特点,即高可靠性,灵活的控制能力,再加上要求体积小、价格低。出现了将微处理器与外围器件集成在一块芯片上计算机单片机(single-chi
2、p Microcomputer)。它具有灵活的指令系统和位处理能力,抗干扰能力强,功耗低。由于它主要用于控制领域,例如,智能控制设备与仪表机电一体化产品,家电产品等。因此又叫Microcontroling unit.(MCU) (2)针对信号处理过程中需要大量的复杂计算,例如,语音、图像的处理,编解码处理。信号的提取与恢复等,出现了以密集型计算见长的单片机,即DSP(Digital signal Processor). (3)满足功能多样化的目的,将微处理器,半导体存贮器,I/O接口和中断电路及装在一块印刷电路板上,或几块电路板上,形成单板机或多板机,再加上外设和系统软件,就构成了通用的PC机
3、。 单片机和PC机在结构上的区别: PC机采用了Ven Neumann结构 DSP采用了Havard结构 MCU采用类似Havard结构单片机的发展历史、趋势历史: 1974年12月,美国仙童(Fairchild)公司推出了世界上第一台8位单片机F8。单片机的发展过程分为以下几个发展阶段。 第一代单片机(19741976年) 单片机发展的起步阶段。集成度也较低,并且采用了双片形式。 代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek公司的3870等。 第二代单片机(19761978年) 是单片机的发展阶段。 最典型的产品有Intel公司的MCS-48系列单片机。 第三代单片机(1979一19
4、82年) 是8位单片机的成熟阶段。 代表产品有Intel公司的MCS-51系列机、Motorola公司的MC6801系列机、Zilog公司的Z8系列机等。 第四代单片机(1983年以后)1983年以后是16位单片机和8位高性能单片机并行发展的时代。趋势:目前,单片机正朝着高速度、高性能和多品种方向发展,单片机的发展趋势具体体现在以下四个方面:(1)位、位、位、位单片机共存,并各有自己的生存空间。(2) CPU功能不断增强、运行不断速度提高。(3)内部资源增多,增加存储器容量、片内外设如AD、DA、LEDLCD驱动、DMA、PWM、WDT 。()引脚的多功能化 ()低电压和低功耗 ()结合ASI
5、C和RISC技术,使单片机的应用范围进一步扩大。1.1.3 单片机的应用 单片机具有集成度高、结构简单、可靠性高、控制功能强、应用灵活方便和价格低等优点,因此广泛应用于国民经济的各个领域。单片机的应用提高了机电设备的技术水平和自动化程度,对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了重要的推动作用。 1单片机特别适用于机、电、仪一体的智能产品 (1)单片机在日常生活中的应用 (2)单片机在数据处理方面的应用 (3)单片机在智能化的仪器仪表中应用 2单片机在工业控制中的应用 单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、按摩器、IC卡电话、IC卡水表、IC卡煤气表、IC卡电度表、流量温控仪表、家庭
6、自动化、电子锁、电子秤、步进电机、防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。 图形终端、彩色黑白复印机、软盘及硬盘驱动器、磁带机、打印机的内部都采用单片机进行控制。 在各类仪器仪表中(包括医疗器械、色谱仪、温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等)引入单片机,使仪器仪表数字化、智能化、微型化,功能大大提高 3单片机在通讯方面的应用 例如:电视机,人造卫星,手机,收音机,电话,等等。1.1.4 单片机的主要生产厂家和机型 目前世界上比较著名的部分8位单片机的生产厂家和部分主要机型如下:Intel(美国英特尔)公司:MCS-51/96及其增强型列。NS(美国
7、国家半导体)公司:NS8070系列。RCA(美国无线电)公司:CDP1800系列。TI(美国得克萨斯仪器仪表)公司:TMS700系列。Cypress(美国Cypress半导体)公司:CYXX系列。Rockwell(美国洛克威尔)公司:6500系列。Motorola(美国摩托罗拉)公司:6805系列。Fairchild(美国仙童)公司:FS系列及3870系列。Zilog(美国齐洛格)公司:Z8系列及SUPER8系列。Atmel(美国 Atmel)公司:AT89系列。National(日本松下)公司:MN6800系列。Hitachi(日本日立)公司:HD6301、HD65L05、HD6305系列。
8、NEC(日本电气)公司:UCOM87、(UPD7800)系列。Philips(荷兰菲利浦)公司:P89C51XX系列。 其中INTEL公司的MCS-51系列及其增强型系列在意位单片机市中占的份额最大,达50%左右。PIC单片机: 是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片. EMC单片机:是台湾义隆公司的产品,有很大一部分与PIC 8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差. ATMEL单片机(51单片机):ATME
9、l公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机. PHLIPIS 51PLC系列单片机(51单片机):PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求. HOLTEK单片机:台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品. TI公司单片机(51单片机):德州
10、仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。1.2 MCS-51系列单片机介绍1.2.1 MCS-51 单片机的基本组成 MCS-51单片机芯片有许多种: 如8051、8031、8751、80C51、80C31等。 它由8个部件组成, 1、中央处理器(CPU)核心 2、时钟电路 12MHz 3、程序存储器(ROM/EPROM) 4KB 4、数据存储器(RAM) 128B+128
11、B SFR 5、并行I/O口(P0P3口)P0和P2兼作外总线 6、串行口 全双工串行口 7、定时器/计数器 2个16位 8、中断系统 5个中断源,高级和低级两级优先级别 它们都是通过单一总线连接,并被集成在一块半导体芯片上,为单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer) Microcontroling unit1.2.2 MCS-51单片机的应用特性 由于MCS-51系列单片机具有体积小、功能全、价廉、面向控制、应用软件丰富、技术在不断更新、开发应用方便等优点,可以适应各个应用领域的不同需要,因而具有极强的竞争力和生命力,应用前景广阔。今后它仍将是科技界、工业界广泛选
12、择应用的8位微控制器,仍将是单片机应用的主流机种。各高校实验室大多都配备了MCS-51系统仿真实验装置。所以,它今后仍将是高等院校教材的首选内容之一。.1.2.3 MCS-51单片机系列 两大系列:MCS-51子系列和MCS-52子系列。其中51子系列是基本型,而52子系列属于增强型。 各子系列配置如表2-1所示。(P46) 片内ROM形式 51 无 ROM EPROM 子 8031 8051 8751 系统 80C31 80C51 87C51 52子 8032 8052 8752 系统 80C32 80C52 87C521.2.4 MCS-51系列单片机基本特性 51单片机的概述: 21世纪
13、,以计算机为代表的IT产业迅速发展,各类计算机的应用在工业、农业、国防、科研及日常生活等领域发挥着越来越重要的作用,成为当今世界各国工业发展水平的重要标志之一,从世界上第一台电子计算机问世以来,计算机的发展日新月异,在短短的几十年间,已由电子管数字计算机发展到今天的超大规模集成电路计算机,运算速度由5000次每秒提高到今天的上百亿次每秒。计算机的发展一方面向着高速、智能化的巨型机方向发展,另一边向着微型机方向发展。作为微型机的一个分支单片机,由于其具有体积小。功耗低这两个特点,使单片机在工业控制、智能仪表、通信系统、家用电器、智能玩具以及LED显示控制屏方面得到越来越广泛的应用。51单片机起源
14、于Intel公司20世纪80年代初推出的MCS-51系类单片机,MCS-8051是其中最基础的单片机型号。经过近30年的发展,现在Philips,Dallas,Siemens,Atmel,华邦、LG和RAMTRON等公司都以MCS-51中的8051内核为基本结构,并推出了许多各具特色,用途不同的单片机。习惯上把这些以8051为内核推出的各种型号的兼容型单片机统称为51单片机。1.3仿真机系统简介 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用C
15、来开发,体会更加深刻。1.3.1系统概述 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。 1.3.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 C51工具包的整体结构,uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开
16、发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 使用独立的Keil仿真器时,注意事项 * 仿真器标配11.0592MHz的晶振,但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 * 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片,不复位目标系统
17、。 * 仿真芯片的31脚(/EA)已接至高电平,所以仿真时只能使用片内ROM,不能使用片外ROM;但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连,故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM(其CPU的/EA引脚接至低电平)的目标系统中使用。 Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。优点:Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。版本目前keil的版本已经出到keil uVision4。keil软件常与proteus仿真软件相配合使
18、用。第2章 系统硬件设计 本16x16汉字连续显示点阵采用以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)、1616 LED点阵5部分组成,利用AT89S51单片机、三极管放大电路和1616LED显示屏,制作汉字显示广告牌。要求汉字连续向左滚动。显示多个汉字。利用按钮开关,可改变显示汉字内容。图1工作原理图 图1工作原理:LED显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式。方案一:动态扫描,即一行发光二极管共用一行驱动寄存器,根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目,分为1/4,1/16扫描等;方
19、案二:静态锁存,即每一个发光一极管都对应有一个驱动寄存器,无需时分工作,从而保证了每一个发光一极管的亮度占空比为100%;动态扫描法可以大大减少控制器的I/O口,不但符合本设计的要,求而且应用较广,因此选用方案一。LED显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种。日前普遍采用串行控制技术,显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间,每个时钟仅传送一位数据。采用这种方式的驱动IC种类较多,不同显示单元之间的联线较少,可减少显示单元的数据传输驱动元件,从而提高整个系统的可靠性和性价比,具体工程实现也较为容易。因此本设计采用串行控制技术。2.1 基本电路 2.1.1 复位电路 图2 单片机在启动
20、时都需要复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有:手动按钮复位和上电复位。本次采用的是手动复位。动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平(图1)。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时,则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫
21、秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。2.1.2 晶振电路 图3 每个单片机系统里都有晶振,全程是叫晶体震荡器,在单片机系统里晶振的作用非常大,他结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便
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