LED灯点阵课程设计.doc
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1、永城职业学院单片机课程设计论文题目:LED灯点阵课程设计 班 级:086班 专 业:机电一体化学生姓名:关光辉指导教师:李小娟日 期:2010年6月10日目录摘要3第一章 概述41.1 单片机的概念41.2 单片机的特点及发展概况4第二章 简述单片机工作方式9第三章 LED电子显示屏概述123.1 显示技术简介123.2 LED显示屏特点及应用13第四章 LED点阵显示程序设计144.1 设计题目144.2 课程设计目的144.3 课程设计要求144.4 实训器材144.5 硬件电路设计及描述154.6 软件设计174.7 参考程序18第五章 创建KEIL C51应用程序19课程设计心得20参
2、考文献21摘要单片机也被称为微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传
3、统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。关键词:单片
4、机 MCS51系列单片机 LED点阵第一章 概述1.1 单片机的概念单片机:单片机是把微型计算机中的微处理器、存贮器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。由于单片机面向控制性应用领域,嵌入各种智能化产品中,所以又称嵌入式微控制器(embedded microcontroller)。单片机的存储结构:单片机有2种基本结构形式:一种是在通用微型计算机种广泛采用的,将程序存贮器和数据存贮器合用一个存贮空间的结构,称为普林斯顿(Princeton)结构或冯诺依曼结构;另一种是将程序存贮器和数据存贮器截然分开,分别寻址的结构,称为哈佛(Har-v
5、ard)结构。1.2 单片机的特点及发展概况1.2.1单片机的起源单片机也被称为微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出
6、了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸
7、机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总
8、和,甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒
9、洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影!.它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,这也是和离线式计算机的(比如家用PC)的主要区别。单片机芯片单片机是靠程序运行的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列,或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话,电路一定是一块大PCB板!但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机,结果就会有天
10、壤之别!只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性! 由于单片机对成本是敏感的,所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言,它是除了二进制机器码以上最低级的语言了,既然这么低级为什么还要用呢?很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢?原因很简单,就是单片机没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮,也会达到几十K的尺寸!对于家用PC的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行,所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理,如果把巨型计算机上的操
11、作系统和应用软件拿到家用PC上来运行,家用PC的也是承受不了的。 可以说,二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器
12、等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型”,如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。1974年,美国仙童(Fairchild)公司研制出世界上第一台单片微型计算机F8,该机由两块集成电路芯片组成,结构紧凑,具有独特的指令系统,非常适用于民用电器和仪器仪表领域。从此,单片机开始迅速发展,应用范围也越来越广泛。单片机发展的三个阶段 第一阶段:20世纪70年代为单片机发展的初级阶段 第二阶段:20世界80年代
13、为高性能单片机的发展阶段 第三阶段:20世纪90年代至今位单片机的高速发展阶段1.2.2单片机发展的特点CPU功能增强:CPU功能主要表现在运算速度和精度的提高。内部资源增多:单片机内部资源越丰富,用它构成的单片机控制系统的硬件开销就会越少,产品的体积和可靠性就越高。引脚的多功能化:为了减少引脚数量和提高应用灵活性,单片机制造中普遍采用了一脚多用的设计方案。低电压和低功耗:目前单片机制造时普遍采用CMOS工艺,并设有空闲和掉电两种工作方式。因此单片机不仅体积小,还有较低的工作电压和极小的功耗。1.3 单片机的基本组成单片机内部构成单片机内部包含有中央处理器(CPU)、时钟电路和中断系统、程序存
14、贮器、数据存贮器、并行口、定时器以及特殊I/O部件,CPU通过内部总线和其余的模块相连。典型的单片机内部结构如图1-1所示。图1-1 单片机内部结构图CPU时钟I/O并行I/O口串行通信口中断系统定时计数数据总线地址总线控制总线数据存储器程序存储器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,它由运算器、控制器、中断部件、时钟和定时控制逻辑部件等组成,能处理二进制数据或代码,负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。根据用途存贮器可分为程序存贮器和数据存贮器。程序存储器:程序存贮器用于存放用户程序,原始数据或表格。单片机内部的程序存贮器一般为1K64K字节,通
15、常是只读存贮器。数据存储器:单片机内部的数据存贮器一般为静态随机存取存贮器SRAM,常用RAM表示,容量为几十字节几K字节。定时计数:定时器用于定时操作和测量外部输入信号。一般是16位多功能定时器,具有多路的输入捕捉、比较输出、PWM、定时等多种功能。并行I/O口:并行口用于数据的输入/输出同步或异步串行口,扩展串行口,I2C BUS串行口,时钟同步串行口其他特殊的输入/输出部件模数转换器(A/D转换器):一般为8位或10位的多路逐次逼近式A/D转换器。现在有的新型单片机还带有更高位数的A/D转换器。多功能定时器:一般是16位多功能定时器,具有多路的输入捕捉、比较输出、PWM、定时等多种功能。
16、显示驱动器:常见的有LED、LCD、VFT等类型的显示驱动器接口模块。1.4 常用单片机系列介绍目前单片机产品多达50个系列,300多种型号。但在单片机的应用中,MCS-51系列单片机已被广泛认可和应用。近年来,世界上一些知名公司纷纷推出以8051为内核,独具特色而性能卓越的新型系列单片机。如,ATMEL公司的AT89系列、Intel公司的MCS系列、 Philips公司的P89C5系列、ADI公司的Aduc系列等,它们大多与MCS-51系列单片机具有相同的指令系统、地址空间、寻址方式,还增强了内部功能部件,如A/D转换器、Watchdog Timer、闪速存贮器、I2C串行总线接口等。1.5
17、 单片机的应用特点及领域单片机最早是以嵌入式微控制器面貌出现的。在嵌入式系统中,它是最重要、也是应用最多的核心部件。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉,目前已经渗透到人们工作和生活的各个角落,几乎是“无处不在,无所无为”。单片机的应用对各个行业的技术改造和产品的更新换代起到了重要的推动作用。1.5.1单片机在智能仪表中的应用单片机广泛用于实验室、交通运输工具、计量等各种仪器仪表中,提高其测量精度,加强其功能,简化仪器仪表的结构,便于使用、改进和维护。例如:电度表校验仪。1.5.2单片机在机电一体化中的应用机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集
18、机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体,具有智能化特征的机电产品。例如:微机控制的铣床、车床、钻床、磨床等。单片微型机的出现促进了机电一体化,它作为机电产品的控制器能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强、安装方便等优点,大大强化了机器的功能,提高了机器的自动化、智能化程度。1.5.3单片机在实时控制中的应用单片机也广泛用于各种实时控制系统中,如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。在航空航天、通信、遥控、遥测等各种实时控制系统中都可以用单片机作为控制器。1.5.4单片机在分布式多机系统中应用分布式多机系统具有功能强、可靠性高的特点,在比较复杂的系统中,都采用分布式多机
19、系统。系统中有若干台功能各异的计算机,各自完成特定的任务,它们又通过通信相互联系、协调工作。单片机在这种多机系统中,往往作为一个终端机,安装在系统的某些节点上,对现场信息进行实时的测量和控制。高档的单片机多机通信(并行或串行)功能很强,它们在分布式多机系统中将发挥很大作用。1.5.5单片机在家用电器等消费类领域中的应用家用电器等消费类领域的产品特点是量多面广,市场前景看好。单片机应用到消费类产品之中,能大大提高它们的性能价格比,因而受到用户的青睐,提高产品在市场上的竞争力。目前家用电器几乎都是单片机控制的电脑产品,例如:空调、冰箱等。第二章 简述单片机工作方式单片机共有复位、程序执行、低功耗和
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