湖南科技大学课程设计

第一章 设计要求

1.1 系统设计要求

1. 以STC89C51系列的单片机为核心器件；组成一个点阵式汉字显示屏。 2. 显示屏由一块16x16 LED点阵显示器组成；可以依次显示13个汉字。 3. 通过编程能够随时对汉字进行修改、调整。

第二章 方案论证

2.1 方案论证

以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定STC89C51单片机为核心控制器件，由74LS138作为字位电路器件，三极管2N5551和2N5401为驱动电路器件。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。

第三章 系统硬件电路设计

3.1 AT89S51芯片的介绍

（1）系统单片机选型

单片机选择在整个系统中有着至关重要的作用，这里要选择一款低成本、高运算速度、内存大等特点的单片机，经过不断的查找资料，最后我们选择了STC89C51作为主控芯片。STC89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次以上的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C51芯片具有以下特性： ①指令与8051完全兼容； ②8KB片内Flash程序存储器； ③时钟频率为0～33MHz；

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④128字节片内随机读写存储器（RAM）； ⑤32个可编程输入/输出引脚； ⑥2个16位定时/计数器；

⑦2个外部中断，1个串口中断，3个定时器中断

AT89S51有32个可编程IO，1个VCC接口，1个GND接口，1个复位引脚接口，还有2个晶振接口。

（2）STC89C51引脚功能介绍 1) VCC：供电电压。 2) GND：接地。

3) 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。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

4) 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。

5) 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，P2口输出地址的高八位。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。

6) 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。 7) P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 8) 口管脚 备选功能

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9) P3.0 RXD（串行输入口） 10) P3.1 TXD（串行输出口） 11) P3.2 /INT0（外部中断0） 12) P3.3 /INT1（外部中断1） 13) P3.4 T0（记时器0外部输入） 14) P3.5 T1（记时器1外部输入） 15) P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） 16) P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

17) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

18) 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。 19) 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。

20) /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。

21) /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）。

22) XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 23) XTAL2：来自反向振荡器的输出。

（3）74LS595的总体特点和工作原理

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1）总体特点：74LS595是8位串行输入转并行输出移位寄存器，三态输出功能，具有数据存储寄存器，移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。 2)工作原理

每当SHcp上升沿到来时, Ds引脚当前电平值在移位寄存器中左移一位，在下一个

上升沿到来时移位寄存器中的所有位都会向左移一位，同时Q7'也会串行输出移位寄存器中高位的值，这样连续进行8次，就可以把数组中每一个数（8位的数）送到移位寄存器；然后当STcp上升沿到来时，移位寄存器的值将会被锁存到锁存器里，并从Q1~7引脚输出。74LS595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，点阵没有闪烁感。

74HC595在5V供电的时候能够达到30MHz的时钟速度，每个并行输出端口均能承受20mA的灌电流和拉电流。这个特点保证了不用增加额外的扩流电路即可轻松的驱动LED。它输入端允许500nS的上升（下降）时间，对严重畸形的时钟脉冲仍能检测。这样就可以容纳较大的传输线对地电容，使本设计的抗干扰能力增强。

3.2 LED点阵介绍

（1）LED点阵

8×8单色点阵共需要64个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉点上。本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是双色点阵。考虑到元器件的易购性，没有使用8×8的点阵发光二极管模块，而是直接使用了256个高亮度发光管，组成了16行16 列的发光点阵。实际使用时可以根据这个原理自行扩充显示的字数。对比下面的8×8单色点阵和8×8双色点阵可以看出，其实8×8双色点阵就是两块8×8单色点阵组合在一起的。要实现用两种颜色显示，只要在电路的设计中适当的连线就可以了。8×8单色点阵 LED 结构如下图3.1所示。

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