课题的目的和意义
本课题主要目的是设计一款基与51单片机的简易LED显示屏，实现汉字的上、下、左、右和静态显示。通过该课题，可以学习到有关51单片机、LED显示屏、串口通信等知识。了解LED显示屏的行业动态和发展趋势。可以提高动手能力、编程能力、自学能力等。同时，通过具体的毕业设计项目，对大学学习的知识也是一个很好的检验机会。
论文的主要内容
本论文以LED大屏幕显示系统设计思路为前提，提出了基于51单片机的LED点阵简易显示屏设计方案。论文详细论述了简易LED显示屏的硬件设计原理，LED显示屏扫描驱动原理，单片机控制电路的软件设计方法，PC上位机控制及通信软件的设计，以及特效显示方式软件的设计方法。
系统硬件设计
3.1 整体设计分析
为了设计出高性能、高可靠性、可行实用的显示系统，采用以下的设计思想:
(1) 在系统总体设计中将贯彻学术性与实用性相结合、先进性与可行性相结合、功能性与经济性相结合的原则，尽量采用成熟的技术和已有的科研积累，在关键难点问题上尝试采用相关学科的最新成果，使系统既具有稳定可靠的运行性能又有一定的技术含量和创新价值。
(2) LED显示屏的下位机用的是8位微处理器AT89S51，完成字模数据的接收和LED显示屏的动态扫描显示，在整个系统中处于下位机的地位。中央控制由PC机实现，实现显示内容的输入、显示模式的设置。PC机与下位机的通讯采用成熟的 RS232接口标准。
(3) 在软件编制上，采用结构化设计思想，下位机采用适应于MCS-51系列单片机的C51语言进行编程，上位机程序的编制采用而面向对象的可视化编程语言软件C++ Builder。
LED点阵显示屏系统由上位机控制系统、下位机(单片机)、行扫描电路、列驱动电路和汉字字库构成。系统总体结构如图3-1所示。
系统工作过程：其中上位机软件控制系统主要完成与下位机的通信及数据的传输，硬件控制系统中的LED点阵主要任务是通过电流控制完成信息显示，单片机从汉字字库中提取所需信息，然后通过控制行扫描电路和列驱动电路来驱动LED点阵，从而显示出相关的信息。
3.2 处理器选取原理及功能介绍
3.2.1 芯片选取原理
现在市场上的处理器很多，如AT89S51系列、PIC、ARM、凌阳等。ARM、凌阳等单片机更适合大型系统的应用，价格也更贵。AT89S51、PIC 都属于8位机，8位单片机也是目前应用最广泛的单片机[7]，在各个领域上都可以看到它的身影。AT89S51具有一系列的优点，主要体现在这几个方面：
（1）单片机的FLASH、EEPROM蓄存器都可以反复烧写、支持在ISP在线编程(烧写)，入门费用非常少；
（2）片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，使得电路设计变得非常简单；
（3）每个I/O口作输出时都可以输出很强的高、低电平，作输入时I/O口可以是高阻抗或者带上拉电阻；
（4）片内具有丰富实用的资源，如丰富的中断源、SPI、USART通信口；
（5）片内采用了先进的数据加密技术，大大的提高了破解的难度；综合上面的比较，我选用ATMEL公司的AT89S51单片机作为系统处理器。
3.2.2 处理器系统功能介绍
1、AT89S51的主要性能参数：
AT89S51与MCS-51指令系统完全兼容，4K字节的可多次擦写的Flash闪速存储器，100次的擦写周期，全静态操作0Hz-24Hz，三级加密程序存储器，128×8字节内部RAM，32个可编程I/O口线，两个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行URAT通道，低功耗空闲和掉电模式。
2、AT89S51的标准功能
4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双通串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时AT89S51可降至0Hz的静态工作模式，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时器/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保护RAM中的内容，但震荡停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
3、AT89S51的引脚功能说明，引脚见图3-2。
图3-2 AT89S51引脚
VCC：电源电压
GND：电源地
P0口：P0口是一组8位漏极开路型的双向I/O口，即地址/总线复用口。作为输出口用时每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路。对端口写1可做为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器和程序存储器时，这组口线分时为地址和数据总线复用，在访问期间激或内部上拉电阻。
P1口： P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对断口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
P2口：P2口是是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对端口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部存储器或16位的地址的外部数据存储器时，P2口送出高八位的地址总线，在访问8为地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器区中R2的寄存器的内容），在整个访问期间不变。
P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对P3口写1时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。做输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
P3口除了作为一般的I/O端口线外，更重要的是它的第二功能，如表3-1所示。
RST：复位输入，当震荡器工作的时候，RST出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。
ALE：当访问外部程序存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的第8位字节，即使不访问外部存储器，ALE仍然以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此他可以对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数
表3-1 P3口第二功能表
断口引脚 第二功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（并行输入口）
P3.2 外中断0
P3.3 外中断1
P3.4 定时/计数器0外部输入
P3.5 定时/计数器1外部输入
P3.6 外部数据存储器写选通
P3.7 外部数据存储器读选通
据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲。如有必要，可以通过对特殊功能寄存器区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOV指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平（接地）。需要注意的是，如果加密LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如果EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储气编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用+12V编程电压Vpp。
XTAL1：振荡器反向放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：振荡反向放大器的输出端。
