单片机控制LED点阵显示器 - 下载本文

1 引言

自单片机出现至今,单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发展历程可以看出,单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,以广泛的应用领域拉动,表现出较微处理器更具个性的发展趋势。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,其资源又能满足很多应用场合的需要,加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点,因此,在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛,并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机,由于功耗低,使用的温度范围大,抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合,更加扩大了单片机的应用范围,也进一步促使单片机性能的发展。而现在单片机在农业上也有了很多的应用。

综上所述,我们可以把单片机的发展历史划分为四阶段:

第一阶段(1976~1978年):低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表,采用了单片结构,即在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工业领域。

第二阶段(1978~1982年):高性能单片机阶段,这一类单片机带有串行I/O口,8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用范围较广,并在不断的改进和发展。

第三阶段(1982~1990年):16位单片机阶段。16位单片机除CPU为16位外,片内RAM和ROM容量进一步增大,实时处理能力更强,体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M,片内RAM为232字节,ROM为8K字节,中断处理能力为8级,片内带有10位A/D转换器和高速输入/输出部件等。

第四阶段(1990年~):微控制器的全面发展阶段,各公司的产品在尽量兼容的同时,向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。

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发光二极管组成,靠灯的亮灭来显示 字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕

LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子、光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成

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可变面积的显示屏幕,以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点,在短短的十来年中,迅速成长为平板显示的主流产品,在信息显示领域得到了广泛的应用。LED显示屏主要包括发光二极管构成的阵列、驱动电路、控制系统及传输接口和相应的应用软件等,其中驱动电路设计的好坏,对LED显示屏的显示效果、制作成本及系统的运行性能起着很重要的作用。所以,设计一种既能满足控制驱动的要求,同时使用器件少、成本低的控制驱动电路是很有必要的。本文就常规型驱动电路的设计作些分析设计出电路图。LED显示屏驱动电路的设计,与所用控制系统相配合.通常分为动态扫描型驱动及静态锁存型驱动二大类。以下就动态扫描型驱动电路的设计为例为进行分析:动态扫描型驱动方式是指显示屏上的“4行、8行、16行”等发光二极管共用一组列驱动寄存器。通过行驱动管的分时工作,使得每行LED的点亮时间占总时间的1/x,只要每行的刷新速率大于50 Hs,利用人眼的视觉暂留效应、人们就可以看到一幅完整的文字或画面。常规型驱动电路的设计一般是用串入并出的通用集成电路芯片如74HC595或MCNu94等作为列数据锁存,以小功率NPN三极管如8050为列驱动,而以PNP三极管如TIP127等作为行扫描管。

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2 单片机简介

2.1单片机的发展历史及其分类

电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路共四个阶段,即通常所说的第一代、第二代、第三代和第四代计算机。现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物,因此它属于第四代计算机,而单片机则是微型计算机的一个分支。从1971年微型计算机问世以来,由于实际应用的需要,微型计算机向着两个不同的方向发展:一个是向着高速度、大容量、高性能的高档微机方向发展;而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉的单片机方向发展。但两者在原理和技术上是紧密联系的。单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名,具体说就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O口电路等主要微型机部件,集成在一块芯片上。虽然单片机只是一块芯片,但从功能和组成上,它已具有了计算机的属性,为此它称为单片微型机。

单片机有很多的特点,主要表现在:体积小、功耗低、价格廉、控制功能强、应用现场环境恶劣等等。

MCS-51是一个单片机系列产品,具有多种芯片型号。具体说,按其内部资源配置的不同,MCS-51可分为两个子系列和4种类型,如表2-1所示:

表2-1 MCS-51系列单片机分类

资源配置

子系列 51子系列 52子系列

片内ROM形式 无

ROM

EPROM

EPROM 8951 8952

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8031 8051 8751 8032 8052 8752

片内 ROM 容量 4KB 8KB

片内 定时器 RAM /计数器 容量

128B 2×16 256B 3×16

中 断 源 5 6

按资源配置数量,MCS-51系列分为51和52两个子系列,其中51子系列是基本型,而52子系列则是增强型,以芯片型号的最末位数字的“1”和“2”作标志。52作为增强型子系列,由于资源数量的增加,使其芯片的功能也有所增强。例如片内ROM容量从4KB增加到8KB,片内RAM单元数从128字节增加到256字节,定时器/计数器的数目从2个增加到3个,中断源从5个增加到6个等。 单片机内部程序存储器(ROM)的配置共有:不含有内部程序存储器(写为“无”或“ROM less”)、掩模型只读存储器(写为“ROM”或“Mask ROM”)、紫外线擦除可编程只读存储器(写为“EPROM”或“Otp ROM”)、电擦除可编程存储器(写为“E2PROM”或“Flash ROM”)4种类型,所对应的(51子系列)芯片名称依次

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为:80631、8051、8751和8951。

到目前为止,尽管计算机科学和技术得到了充分的发展,但计算机的体系结构仍然没能突破有计算机的开拓者、数字家约翰.冯.诺曼最先提出来的经典体系结构框架,即一台计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。微型机是这样,单片机也不例外。

图2-1 MCS-52 单片机系统结构框图

因此我们要从计算机五个基本组成部分的观点来理解单片机的系统结构,所不同的只是单片机是把那些作为控制应用所必需的内容,包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入/输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。

2.2单片机的结构特点

1.片内的RAM采用寄存器结构形式,这样可以提高存取的速度; 2.在存储器结构上,严格的将程序存储器ROM和数据存储器RAM在空间上分开;

3.它的引出管脚一般都设计成多功能的;

4.增加了一个全双工的串行接口,以扩充I/O口和外接同步输入和输出设备;

5.有21个特殊功能寄存器;

6.有丰富的指令系统,内部设置了可以位寻址的位地址空间。

2.3 MCS-52单片机芯片内部逻辑结构

1.中央处理器(CPU)中央处理器简称CPU,是单片机的核心,完成运算和

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控制操作。按其功能,中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。

2.运算器电路

运算电路时单片机的运算部件,用于实现算术和逻辑运算。运算电路以ALU为核心,基本的算术和逻辑运算均在其中进行,包括加、减、乘、除、增量、减量、十进制调整、比较等算术运算,与、或、、异或等逻辑运算,左、右、移位和半字节交换等操作。运算和操作结果的状态由状态寄存器(PSW)保存。

3.控制器电路

控制电路时单片机的指挥控制部件,保证单片机各部分能自动而协调地工作。单片机执行指令是在控制电路的控制下进行的。首先从程序存储器中读出指令,送指令寄存器保存,然后送指令译码器进行译码,译码结果送定时控制逻辑电路,由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号,再送到系统的各个部件去进行相应的操作。这就是执行一条指令的全过程,执行程序就是不断重复这一过程。

4.内部数据存储器

内部数据存储器包括RAM(256 x8)和RAM地址寄存器等。80C52芯片中共有256个RAM单元。

5.内部程序存储器

内部程序存储器包括ROM(8Kx8)和程序地址寄存器等。80C52共有8KB掩膜ROM,用于存放程序和原始数据。因此称之为程序存储器,简称“内部ROM”。

6.定时器/计数器

出于控制应用的需要,80C52共有三个16位的定时器/计数器,以实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对单片机进行控制。

7.并行I/O口

MCS-52共有4个8位的I/O口(P0、P1、、P2、P3),以实现数据的并行输入输出。

8.串行口

MCS-52单片机有一个全双公的串行口,以实现单片机和其它数据设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强,即可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为同步移位器使用。

9.中断控制系统

MCS-52单片机的中断功能较强,以满足控制应用需要。80C52共有6个中断源,全部中断分为高级和低级共两个优先级别。

10.时钟电路

MCS-52芯片的内部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接,时钟电路

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