单片机控制的led文字显示系统
摘 要本文设计了一款LED文字显示器系统，选用了51单片机作为LED文字显示器控制系统的主控芯片，在51单片机外部配置了16*16规模点阵屏、蜂鸣器以及按键等核心功能模块，通过软硬件的设计，实现了LED文字显示器系统对汉字、字符等信息的高清度显示功能。在系统硬件设计方面，通过51单片机最小系统作为核心部分，通过与各模块之间的连接以及驱动，构建了LED文字显示器系统的硬件结构，在软件设计方面通过Keil软件进行了C语言代码的编写以及编译，通过程序生成的目标代码实现了对硬件的控制。经过了大量的系统测试，本系统最终表现出了非常高的可行性以及稳定性，非常适合推向未来的LED文字显示器系统市场。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） STC89C51单片机介绍 4
（三） 16*16点阵屏介绍 5
1. 点阵屏整体介绍 5
2. 8*8点阵模块 6
3. 74HC595译码器芯片介绍 6
（四） 蜂鸣器简介 8
三、 硬件系统设计 9
（一） LED文字显示器系统的硬件结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） LED点阵电路设计 10
（四） 16×16点阵电路设计 11
（五） 提示音电路设计 12
（六） 按键电路 12
四、 软件系统设计 14
（一） LED文字显示器系统的主程序流程图设计 14
（二） 定时器中断子程序流程图1 15
（三） 提示音电路工作流程设计 16
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
引言
课题的开发背景
当前LED文字显示器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的LED文字显示器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于LED文字显示器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有LED文字显示器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心LED文字显示器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有LED文字显示器产品得到了冲击，另外国内对于LED文字显示器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于LED文字显示器产品最大的研究重点是在实现高质量、高清晰度画面显示效果的同时，要使得其功耗降到最低。目前LED文字显示器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的LED文字显示器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数LED文字显示器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的LED文字显示器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于LED文字显示器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上LED文字显示器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本文在LED文字显示器发展背景的基础上选择了LED文字显示器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的LED文字显示器系统，并实现以下功能指标。
1、采用STC89C51单片机作为主控器件，设计复位电路以及晶振电路，将这两者与单片机芯片进行连接，构成STC89C51单片机最小系统，实现对外围的点阵模块、按键模块以及蜂鸣器模块的驱动，并通过C语言进行程序开发；
2、使用价格低并且显示效果良好的16*16规模点阵屏作为显示模块，单片机通过三线制串行通信接口对其进行驱动，实现文字、字符等信息的显示；
3、具有提示音功能，当按下按键后，能够通过蜂鸣器发出一声Bi，提示按键按动动作的完成；
4、系统采用+5V直流电压进行系统供电，能够实现较高的低功耗性能。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
而如果采用Altera公司或者赛灵思等公司推出的高性能FGPA器件来作为控制系统的核心处理器，那么将能够实现系统更高的集成度，许多硬件结构以及软件结构都能够通过程序的配置而在FPGA芯片内部实现，尤其是一些逻辑器件，FPGA在这方面最强。FPGA在开发成本相对51单片机来说较高，这不仅和FPGA高超的处理性能有关，而且还和FPGA造价昂贵的程序下载仿真器件有密切关系，另外笔者对于开发FPGA的VHDL等语言较为陌生，如果采用FPGA来作为主控处理器，那么必须花费一段时间来对VHDL语言进行熟悉，这样急促的毕业设计时间来说非常浪费。FPGA芯片在内部资源模块上相对于51单片机来说具有更多的功能，内置的IP核以及DSP处理核，能够辅助用户大大提高数字信号的处理能力，是51单片机所不能相提并论的，另外FPGA的IO管脚数量一般都能够达到100以上，是51单片机的数倍。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） STC89C51单片机介绍 4
（三） 16*16点阵屏介绍 5
1. 点阵屏整体介绍 5
2. 8*8点阵模块 6
3. 74HC595译码器芯片介绍 6
（四） 蜂鸣器简介 8
三、 硬件系统设计 9
（一） LED文字显示器系统的硬件结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） LED点阵电路设计 10
（四） 16×16点阵电路设计 11
（五） 提示音电路设计 12
（六） 按键电路 12
四、 软件系统设计 14
（一） LED文字显示器系统的主程序流程图设计 14
（二） 定时器中断子程序流程图1 15
（三） 提示音电路工作流程设计 16
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
引言
课题的开发背景
当前LED文字显示器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的LED文字显示器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于LED文字显示器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有LED文字显示器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心LED文字显示器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有LED文字显示器产品得到了冲击，另外国内对于LED文字显示器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于LED文字显示器产品最大的研究重点是在实现高质量、高清晰度画面显示效果的同时，要使得其功耗降到最低。目前LED文字显示器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的LED文字显示器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数LED文字显示器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的LED文字显示器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于LED文字显示器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上LED文字显示器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本文在LED文字显示器发展背景的基础上选择了LED文字显示器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的LED文字显示器系统，并实现以下功能指标。
1、采用STC89C51单片机作为主控器件，设计复位电路以及晶振电路，将这两者与单片机芯片进行连接，构成STC89C51单片机最小系统，实现对外围的点阵模块、按键模块以及蜂鸣器模块的驱动，并通过C语言进行程序开发；
2、使用价格低并且显示效果良好的16*16规模点阵屏作为显示模块，单片机通过三线制串行通信接口对其进行驱动，实现文字、字符等信息的显示；
3、具有提示音功能，当按下按键后，能够通过蜂鸣器发出一声Bi，提示按键按动动作的完成；
4、系统采用+5V直流电压进行系统供电，能够实现较高的低功耗性能。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
而如果采用Altera公司或者赛灵思等公司推出的高性能FGPA器件来作为控制系统的核心处理器，那么将能够实现系统更高的集成度，许多硬件结构以及软件结构都能够通过程序的配置而在FPGA芯片内部实现，尤其是一些逻辑器件，FPGA在这方面最强。FPGA在开发成本相对51单片机来说较高，这不仅和FPGA高超的处理性能有关，而且还和FPGA造价昂贵的程序下载仿真器件有密切关系，另外笔者对于开发FPGA的VHDL等语言较为陌生，如果采用FPGA来作为主控处理器，那么必须花费一段时间来对VHDL语言进行熟悉，这样急促的毕业设计时间来说非常浪费。FPGA芯片在内部资源模块上相对于51单片机来说具有更多的功能，内置的IP核以及DSP处理核，能够辅助用户大大提高数字信号的处理能力，是51单片机所不能相提并论的，另外FPGA的IO管脚数量一般都能够达到100以上，是51单片机的数倍。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1030.html
