本科毕业论文-—大屏幕显示系统.doc

长春工业大学毕业设计(论文) 电子信息工程专业

目 录
第一章 绪论 1
第一节 什么是LED显示屏 1
第二节 LED显示屏的广泛应用 1
第三节 LED显示屏的发展 1
第四节 LED显示屏的特点 2
第五节 LED显示屏的分类 2
第六节 LED显示屏发展趋势 3
第七节 小　结 4
第二章 方案论证 5
第三章 硬件设计部分 7
第一节 系统的工作原理 7
第二节 单片机外部扩展电路 8
第三节 数据输出电路 19
第四节 时钟脉冲电路 21
第五节 移位寄存电路 22
第六节 显示电路 25
第四章 软件设计部分 26
第一节 串行通讯 26
第二节 串行口工作方式 26
第三节 波特率的设置 26
第四节 编程思想 27
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
附录A 流程图及程序 32
附录B 电路原理图 38

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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使用授权说明

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第一章 绪论
第一节 什么是LED显示屏
LED电子显示屏是由几万--几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。
第二节 LED显示屏的广泛应用
信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着LED材料技术和工艺的提升，LED显示屏（ led panel ）以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，他是通过一定的控制方式，用于显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的LED器件阵列组成的显示屏幕。以其独具一格的优势，成为信息传播的重要媒体，在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示（2）机场航班动态信息显示（3）港口、车站旅客引导信息显示（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信息显示（6）调度指挥中心信息显示（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示（8）广告媒体新产品（9）演出和集会（10）展览会　　
第三节 LED显示屏的发展
随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，led得到了飞速发展，从93年至今，全国LED市场保持持续增长，国产LED显示屏的市场占有率近100%，国外同类产品基本没有市场。在2001年全国LED显示屏市场销售额中，LED显示屏专业委员会成员单位占80%，有16亿多。国内LED显示屏产品及市场发展迅速，厂家众多，但目前主导骨干企业群尚在形成之中，处于群雄逐鹿的时代。随着LED显示产品行业的竞争逐步变得有序，市场即将转入规模化、品牌化竞争，当逐步形成实力占据市场分额50%以上的三到五家企业时，显示屏市场将趋于成熟。
根据LED显示屏专业委员会的统计，2001年成员单位的出口额约为4亿元人民币，这是LED显示屏走向国际市场的良好迹象。国产LED显示屏走出国门加入国际市场将使LED产业得到大的提升。

我国近年LED显示屏市场增长率如图所示
（单位：亿元人民币）

第四节 LED显示屏的特点
LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：
1） 发光亮度强，在可视距离内阳光直射屏幕表面时，显示内容清晰可见. 超级灰度控制 具有1024-4096级灰度控制，显示颜色16.7M以上，色彩清晰逼真，立体感强. 　　
2） 2）静态扫描技术，采用静态锁存扫描方式，大功率驱动，充分保证发光亮度. 　　
3） 3）自动亮度调节 具有自动亮度调节功能，可在不同亮度环境下获得最佳播放效果.
4） 4）全面采用大规模集成电路,可靠性大大提高，便于调试维护. 　　
5） 5）全天候工作，完全适应户外各种恶劣性环境，防腐，防水，防潮，防雷，抗震整体性能强、性价比高、显示性能好，像素筒可采用P10mm、P16mm等多种规格. 　　
6） 6）先进的数字化视频处理，技术分布式扫描，BSV液晶拼接技术高清显示，模块化设计/恒流静态驱动，亮度自动调节，超高亮纯色象素，影像画面清晰、无抖动和重影，杜绝失真。视频、动画、图表、文字、图片等各种信息显示、联网显示、远程控制.
作为新一代的显示媒体，已广泛应用于各行各业。以其现代化、智能化的姿态用于企、事业单位形象宣传和公共场所信息显示，已成为不可或缺的显示窗口，成为信息传播的重要媒体。

第五节 LED显示屏的分类
一、按颜色基色可以分为：
单基色显示屏：单一颜色（红色或绿色）。
双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。
全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色
二、按显示器件分类：
LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。
LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。
三、按使用场合分类：
室内显示屏：发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般几至十几平方米。
室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。
四、按发光点直径分类：
室内屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、
室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm
室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。
尽管LED显示屏的种类很多，而且发展更迅速、更先进，但由于知识储备的限制，和个人能力有限，我选择单色显示屏作为这次设计的主要设计方案。
第六节 LED显示屏发展趋势
一、高亮度、全彩化
　　蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。全彩色LED显示屏将是LED显示屏的重要发展方向。LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，全彩色LED屏将会成为主流产品。全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。
二、标准化、规范化
　　材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发燕尾服的一个新趋势。在市场竞争条件下，产品质量，系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求，业内骨干企业已开始在企业实施ISO9000系列标准，行业规范和标准体系的形成，对产品的检测有了相对统一的认识和评判依据，待业的发展将趋于有序。
三、产品结构多样化
　　信息化社会的形成，LED显示的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要示诉小型LED显示会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在的市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准
系列LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。LED的发展前景广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光均匀性、更高的可靠性、全色化方向发展。
第七节 小　结
现代信息社会中，作为人-机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示作为平板显示的主要产品之一无疑会有更大的发展。[8][13]

第二章 方案论证
LED大屏幕显示从显示方式来分，可分为静态显示和动态显示两种。从它显示的方式来看有两种方案可以选择，下面通过对这两种方案的比较讨论，从而选择更为合适的方案进行设计。

方案一：静态显示是由单片机一次输出显示后，就能保持该显示结果，直到下次送新的显示模型为止。这种显示每一个象素需要一套驱动电路，如果显示屏为n*m各象素屏，则需n*m套驱动电路；以8*8点阵为例，则需要64套驱动电路。之所以称之为静态显示，是由于显示屏中的各点相互独立，而且各点的显示情况已经确定，相应锁存器的输出将维持不便，直到显示另一种情况为止。也正因为如此，静态显示器的亮度都较高。这种显示方式接口，编程容易，管理也简单，且占用机时少，显示可靠，付出的代价是占用口线资源较多。但采用静态显示技术，画面稳定，无杂点，图像效果细腻、清晰；动画效果生动、多样；视频效果流畅、逼真高亮度，色彩鲜艳，视角大，寿命长（大于10万小时），稳定性高，响应速度快等特点

方案二：动态显示采用多路复用技术，如果是p路复用的话，则每p个象素需一套驱动电路，n*m个象素仅需n*m/p套驱动电路。以大屏幕显示器为8*64点阵为例，可将大屏幕分成8个8*8点阵的LED显示块拼装而成。将8个块的行线相应的并接在一起，形成8路复用，经由p1口输出的行扫描信号进行驱动。8个块的列线分别经由各串入并出移位寄存器的输出进行驱动。采用此方式，在某一时刻，只让某一行的行选线处于选通状态，而其他各点的行选线处于关闭状态，列选线同样一列选通而其他关闭，这样就可选通一点亮，以此方式循环下去，就可以显示各点的显示情况，虽然这些点的现实情况是在不同时刻出现的，而且同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭，但由于人眼视觉暂留现象，只要每点显示间隔足够短，则可造成多点同时亮的假象，达到显示目的。对动态显示而言，P愈大驱动电路就愈少，成本也就愈低，引线也大大减少，更有利于高密度显示屏的制造。但采用动态显示占用机时长，只要单片机不执行显示程序就立刻停止。且存在闪烁、抖动等缺点，况且较静态显示亮度较弱。
由以上两个方案比较可知，当系统中LED数量较多时，采用动态显示的方法较为经济，但从设计要求来看，显示屏是192*576的超大屏，系统中LED的数量远远超过数百只，如果仍采用动态显示的方法，会使系统变得较为复杂，可靠性降低，且成本下降有限。且动态显示后的亮度不够使大屏幕不足够清晰，为此选用静态扫显示法。
从显示更新的方式来看，可分为动态扫描和静态扫描两种方式。因为此设计总体思路是将大屏幕划分为24块，每块24列，逐块刷新，而不是整个大屏幕的点阵同时显示，故不是静态扫描方式而是动态扫描方式，所以总的来说采用的是动态扫描，静态驱动方式对系统进行设计。[1][3]

第三章 硬件设计部分

本设计做的题目是《大屏幕控制系统》，它由上位机和下位机组成，本设计主
要实现下位机的功能，由单片机以串行方式接收从计算机串行口232发送来的要显示的图形，并存储在片外RAM中。根据系统命令要求将显示内容送向大屏幕，即根据不同要求可以以不同的方式显示图象，逐行刷新、逐列刷新、隔行隔列刷新，也可以以图形方式如扇形，百叶窗形等等，这里我们选择实现大屏幕逐块刷新。系统大致分为单片机外部扩展电路，数据输出电路，时钟脉冲电路，移位寄存电路和显示五大部分。
第一节 系统的工作原理
系统将192*576大屏幕分为24块，每块24列。通过指令逐块刷新。若以8*8点阵为单位，将每一块分成24*3小块，以第一行为例，说明其工作原理：首先单片机以串行方式接受从串行口232发送来的图形文字点阵数据并存储在片外RAM 62256中，通过74LS138地址译码器对三个74LS273锁存器进行片选，锁存并输出24位数据，因为80C31是8位的微处理器芯片，所以数据是根据译码地址的不同8位8位输出的，而不是同时将24位数据输出。再将24位的数据输出端分别接24个CD4094移位寄存器，每个移位寄存器的输出端分别连接8个发光二极管，形成8*24点阵。由P1口对3个74LS138译码器进行片选并输入地址，74LS138译码器的每个输出端的输出信号通过非门产生时钟脉冲。单片机每输出一个脉冲，移位寄存器内的数据就向上移动一位，然后将另24位数据输入到CD4094移位寄存器中，当输出8个时钟脉冲后，每个移位寄存器移动8位，存入8位数据，控制发光二极管的亮灭，第一行如此，其他行也是一样的，各列的24个移位寄存器串联，将数据从最低端送向大屏幕顶端，完成这一块的显示，依此原理，将24块逐块刷新达到最终显示目的。系统方框图如下：

图3—1 系统结构方框图

第二节 单片机外部扩展电路
8031的开发设计是本论文的重点。系统的主要芯片单片机选用80C31，但因为80C31一个内部没有ROM的8位微处理器芯片，所以需要扩展程序存储器了，在这里我们选用27512EPROM。之所以我们没有选择带有片内ROM的单片机，是因为对于大屏幕系统来说，对程序存储器的容量要求很大，因为大屏幕的显示形式是多种多样的，变化无穷，这就需要较大的程序存储器来存储不同显示形式的各种程序，况且因为系统对数据的存储能力要求较高，使用带有片内ROM的单片机同样需要扩展外部数据存储器，并没有简单和方便很多，反而可能带来不便，所以本设计选择80C31。80C31单片机内部有128个字节RAM存储器，CPU对内部的RAM具有丰富的操作指令，但在用于实时数据采集和处理时，仅靠片内提供的128个字节的数据存储器是远远不够的，为此需扩展外部数据存储器，因为整个大屏幕是由十万多个点组成的,每个点占一个位,这就需要大约13K字节容量,所以在这里我们选用32K的62256RAM。
一、 TSC 80C31单片机
（一）概述
TSC80C31/80C51 单片机是8051NMOS 8位单片机系列中高性能的SCMOS单片机。TSC8031/80C51的全静态结构允许通过将时钟频率降低到任意值，甚至是直流，来减少系统能量的消耗，而不丢失数据。TSC80C31/80C51保留了所有8051的特点如：4K字节ROM、128字节RAM、32条I/O线、两个16位定时器、具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构、一个全双工串行口和一个片内振荡器及时钟电路。
另外，TSC80C31/80C51有两个软件可选择方式来降低激活减少的能量消耗。在待机方式下cpu是不工作的，而此时RAM，定时器，串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式下，单片机内所有运行状态都停止，只有RAM中的数据被保存起来。TSC80C31/80C51被大量生产并应用SCMOS发展，允许它们在5v电压、0到44MHz范围内工作。TSC80C31/80C51在2.7到5.5v电压、20MHz下同样有效。
Ø TSC80C31/80C51-L16：低能量方式 电压:2.7-5.5v 频率:0-16MHz
Ø TSC80C31/80C51-L20: 低能量方式 电压:2.7-5.5 频率:0-20MHz
Ø TSC80C31/80C51-12: 0-12MHz
Ø TSC80C31/80C51-20: 0-20MHz
Ø TSC80C31/80C51-25: 0-25MHz
Ø TSC80C31/80C51-30: 0-30MHz
Ø TSC80C31/80C51-36: 0-36MHz
Ø TSC80C31/80C51-40: 0-40MHz
Ø TSC80C31/80C51-44: 0-44MHz
虽然80C31的型号有很多种，而且每种型号的单片机的性能都很好，但从我们的设计来看，大屏幕显示系统是一个耗能较大的系统，所以不能使用低能量方式的型号，因为对频率的要求不是很高，只不过是控制显示屏的更新速度，频率越大更新速度就越快，但他的更新频率还要考虑到其他芯片的工作速度,像数据存储器的存储速度等,所以又不能盲目选择,考虑到程序数据存储器的工作速度不是很高，较高频率可能使其不能正常工作，故选择12MHz晶振的单片机。

（二）特点
Ø 能量控制方式
Ø 128字节RAM
Ø 4K字节ROM
Ø 32条可编程I/O线
Ø 两个16位定时器/计数器
Ø 64K程序存储空间
Ø 64K数据存储空间
Ø 全静态结构
Ø 0.8um CMOS 处理
Ø 布尔处理机

（三）片内总体结构
80C31片内总体结构的详细框图如图3-2所示。它主要由九个部件组成，一个8位的中央处理器；4KB/8KB的只读存储器（ROM）；128字节/256字节的数据存储器（RAM）；32条I/O口线；2个或3个定时器/计数器；1个具有5个中断源、2个优先级的中断嵌套结构；用于多处理机通讯、I/O扩展或全双工的串行口；特殊功能寄存器（SFR）；以及一个片内振荡器和时钟电路。这九个部件都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依然是通过CPU加上外围芯片的结构模式。但在功能单元的控制上却有了重大变化，采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。

图3—2 总体结构框图

图3—3 80C31引脚结构图
（四）芯片的引脚说明
1、主电源引脚VCC和VSS
VCC
在正常待机、掉电、操作时提供+5v电压
VSS
接地端
2、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3
（1）P0口
P0口是一个8位双向三态I/O口。在输入数据时，P0口引脚写入“1”使引脚处于高阻状态，作高阻抗输入，同时，P0口在存取片外程序和数据存储信息时，也是地址总线的低8位字节和数据总线分时复用口。在分时复用时，它使用大的内部上拉电阻控制信号为高电平。TSC80C31/80C51 的P0口能驱动8个LSTTL逻辑电路的输入端。设计中我们选用P0口来向74LS273锁存器传送数据，并将内容存入片外RAM中。实际上每一个74LS273相当一个片外存储器,且每一个都需要对应地址,所以选择32K数据存储器.系统要带动的发光二极管过多,所以在这里74LS273锁存器的每一个输出端都加一个驱动芯片74F07。
（2）P1口
P1口是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口作为输入线时，引脚先写入“1”把该口线内部上拉电阻拉为高电平，作为输入，P1口引脚由于内部上拉作用在外部拉低产生源电流。在TSC80C31/80C51 中，P1口能驱动3个低功耗LSTTL逻辑电路的输入端，能在没有外部上拉作用的情况下驱动CMOS输入端。设计中使用P1口对24区移位脉冲电路中的74LS138译码器进行片选，来控制74LS138输出端的高低电平，进而产生移位时钟脉冲，同样，在每个74LS138译码器的输出端分别加一个驱动芯片74F07。
（3）P2口
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。P2口作为输入线时，引脚先写入“1”把该口线内部上拉电阻拉为高电平，作为输入，P2口引脚由于内部上拉作用在外部拉低产生源电流。P2口通过16位地址在从片外程序存储器取或向片外数据存储器输入时，输出地址高字节，在应用时，它用大的内部上拉电阻发出“1”，当使用8位地址扩展片外数据存储器时，P2口输出P2特殊功能寄存器的内容，在TSC80C31/80C51中，P2口同样输入地址高字节并在运行程序时控制信号。P2口能驱动3个低功耗LSTTL逻辑电路的输入端，能在没有外部上拉作用的情况下驱动CMOS输入端。设计中应用P2口来输出地址的高八位字节，并应用P27、P26、P25作为24位数据输出电路中74LS138译码器的地址输入端，来控制74LS273的工作状态。
（4）P3口
P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口作为输入线时，引脚先写入“1”把该口线内部上拉电阻拉为高电平，作为输入，P3口引脚由于内部上拉作用在外部拉低产生源电流。它同样提供51系列特点一致的各种特定功能，如下：
P3.0 RXD （串性输入）
P3.1 TXD （串行输出）
P3.2 （外部中断0输入）
P3.3 （外部中断1输入）
P3.4 TD （定时器0输入）
P3.5 TI （定时器1输入）
P3.6 （片外数据存储器写选通）
P3.7 （片外数据存储器读选通）
作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如上，值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。P3口能驱动3个低功耗LSTTL逻辑电路的输入端，能在没有外部上拉作用的情况下驱动CMOS输入端。设计中主要应用了P3口的P3.0、P3.1、P3.6、P3.7口。P3.6（），P3.7（）作为选通信号与片外数据存储器相连接。P3.1口与CD4094移位寄存器中的STR端口相连，来控制CD4094输出端的数据锁存。P3.0作为串行输入端与串行口232相连，因为232传来的负信号，所以在前端加一个非门，把信号变为正的。232串口送来的电压信号+5v～+15v时1；-5v～-15v时为0。当电压信号为+5～+15时，VCC经过二极管将电压钳制在高于VCC+0.7v，当电压信号为-5～-15时，GND通过二极管将电压钳制在-0.7v，从而送给单片机高低电平信号，如下图3-4所示

图3—4电平转换电路
3、控制或与其它电源复用引脚
（1）复位
单片机的复位都是靠外部电路实现的，在振荡器运行的情况下，要实现复位，必须使RST引脚保持2个机器周期的高电平。复位电路的核心就是必须保证RST引脚上出现10ms以上稳定的高电平，这样就能实现可靠的复位。推荐在此引脚与Vss引脚之间连接一个约8.2KΩ的下拉电阻，与Vcc引脚之间连接一个约10ｕF的电容，以保证可靠的复位。复位操作使P1、P2、P3口都为1，这种操作可以达到异步目的，虽然振荡器还没有开始工作。设计中选用上电复位。如下图3-5所示：

图3—5 复位电路
（2）ALE
当访问外部存储器时，ALE的输出把地址的低字节锁存到外部锁存器。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性的发出正脉冲信号，因此，它可以用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL逻辑电路的输入端，它没有外部上拉可以驱动CMOS输入端。
（3）
是外部存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储器取指令期间，在每个机器周期内两次有效，但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。在从内部程序存储器取指令时不工作。可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL逻辑电路的输入端，它没有外部上拉可以驱动CMOS输入端。
（4）
当保持高电平时，cpu访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（8031）或1FFFH（8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。
当保持低电平时，cpu只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。
必须不能悬空
4、外接晶体引脚XTAL1和 XTAL2
XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，他是一个反相放大器构成的振荡电路的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当外部振荡器工作时，此引脚作为驱动端接收外部振荡器信号。
XTAL2接外部晶体的另一端。在单片机内部，他是一个反相放大器构成的振荡电路的输出端，当外部振荡器工作时，此引脚应悬空。

(五)、待机和掉电方式处理
图3—6介绍了内部待机和掉电方式时钟结构，图表明，掉电方式使振荡器停止工作，待机方式语序中断、串行口、定时器在cpu的时钟关闭时，继续执行其功能。这些特殊方式被经过特殊功能寄存器软件PCON（电源控制）所激活，它的硬件地址是87H，PCON没有位寻址功能。

图3—6 待机和掉电方式硬件图
PCON：电源控制寄存器
(MSB) (LSB)
SMOD
-
-
-
GF1
GF0
PD
IDL

本设计中并没有应用到待机方式和掉电方式，所以这里不做详细说明了，而且电源控制寄存器的后几个标志符也就没有发挥其作用，但系统应用到了串行口方式，所以SMOD标志符保留其功能。
表3—1 电源控制寄存器功能表
标志符
位置
名称及功能
SMOD
PCON.7
双波特率选择位，SMOD=1，在串行口方式1，2，3情况下波特率提高一倍
一
PCON.6
无定义
一
PCON.5
无定义
一
PCON.4
无定义
GF1
PCON.3
通用标志位
GF0
PCON.2
通用标志位
PD
PCON.1
掉电方式位,设置该位来激活掉电方式工作
IDL
PCON.0
待机方式位,设置该位来激活待机方式工作
如果将PD和IDL同时置1，先进入掉电方式。单片机复位时，PCON的状态为（000x0000）
时钟停止方式
静态标志，TSC80C31/80C51时钟速度能减少到0MHz而不丢失存储器和寄存器中的任何数据，这种方式允许按步使用，而且允许通过将时钟频率降低到任意值来减少系统能量消耗。在0MHz，能量消耗和在掉电方式下是相同的
（六）、振荡器特点
一个用于构成振荡器的反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端，如图3-7所示，使用石英晶体或陶瓷谐振器。

图3—7 石英晶体振荡器
采用外部时钟方式，外部信号接至XTAL1，而XTAL2可处于不接状态如图6所示，外部振荡信号通过一个2分频的触发器而成为内部时钟信号，对外部信号的占空比没有什么要求，但在具体的数据菜单上高电平持续时间和低电平持续时间必须注意。

图3—8 外部振荡信号结构图
这里我们选择内部时钟方式，12MHz的晶体振荡器 如图3-7[2][9]
二、外部程序存储器的扩展原理
单片机扩展外部程序存储器的硬件电路如图3-9所示：

图3—9 MCS-51单片机程序存储器的扩展
单片机访问外部程序存储器所使用的控制信号有：
ALE：低8位地址锁存控制；
：外部程序存储器“读取”控制。
在外部存储器取指期间，P0口和P2口的16跟I/O线输出地址码，其中P0口作为分时复用地址/数据总线，它送出程序计数器中的低8位地址，由ALE信号选通进入地址锁存器，然后变成浮置状态等待从程序存储器读出指令码，而P2口输出的程序计数器中的高8位地址保持不变。最后 作为选通EPROM/EEPROM的信号，将指令码读入单片机。
根据设计要求选用27512 EPROM，27512是64K*8的紫外线擦除、电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流最大125mA，维持电流40mA，读出时间最大为250ns。27512为28线双列直插式封装，其管脚配置如下图3-10所示：

图3-10 27512引脚图
各管脚含义如下：
A0~A15为地址线；O0~O7为数据输出线；为片选线，/Vpp是数据输出选通/编程电源。[1] [2] [3]
三、地址锁存器
由于单片机的P0口是分时复用的地址/数据总线，因此在进行程序存储器扩展时，必须利用地址所存器将地址信号从地址/数据总线中分离开来。
通常，地址锁存器可使用带三态缓冲输出的8D锁存器74LS373或 8282，也可以使用清除端的8D锁存器74LS273，地址锁存信号为ALE。
在这里我们选用74LS373，它是透明的带有三态门的八D锁存器，管脚配置图如3-11所示：

图3-11 74LS373引脚图
当三态门的使能信号线为低电平时，三态门处于导通状态，允许1Q~8Q输出到OUT1~8，当端为高电平时，输出三态门断开，输出线OUT1~8，处于浮空状态。G称为数据打入线，当74LS373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号为低电平，这时，当G输入端为高电平时，锁存器输出状态和输入状态相同；当G端从高电平返回到低电平时，输入端的数据锁入的8位锁存器中。当用74LS373作为地址锁存器时，它们的锁存控制端G和STB可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。
四、外部数据存储器的扩展原理
单片机扩展外部RAM的电路原理如图3—12所示：

图3—12 扩展外部RAM电路原理图
从图可以看出：数据存储器只使用、控制线而不用。正因为如此，数据存储器与程序存储器地址可完全重叠，均为0000H~FFFFH，但数据存储器与I/O口及外围设备是统一编址的，即任何扩展的I/O以及外围设备均占用数据存储器地址。在图中，P0口为RAM的复用地址/数据线，P2口的三根线用于对RAM进行页面址。在对外部RAM读/写期间，CPU产生/ 信号。
本设计选用62256静态RAM，它是32K*8位的静态随机存储器芯片，它采用CMOS工艺制造，单一+5V供电，额定功耗200mW，典型存取时间200ns。为28线双列直插式封装，其管脚配置如图3-13所示，

图3-13 62256引脚图
各引脚定义如下：
A0~A14为片内15位地址线；I/O0~IO7为双向数据线，为片选信号线；为读允许信号线；为写信号线。在设计中，它的取址范围是0000H～7FFFH。
第三节 数据输出电路
以24区中的一区为例，向移位寄存器内输入数据的总体思想是通过3片 74LS273锁存不同地址的数据。由74LS138译码器进行片选，逐个选通74LS273锁存器，达到向寄存器输入24位数据的目的。
由于74LS273是带清除端CLR的八D触发器，只有当清除端为高电平时才具有锁存功能，所以将锁存器74LS273的CLR引脚分别接高电平，使其保持具有锁存功能。因为74LS273的CLK引脚是锁存的控制端，在上升沿锁存，所以使用74LS138译码器通过输出端高低电平的变化控制CLK的电平的上升、下降，达到控制锁存的目的。
地址输入端由A15、A14、A13控制，74LS138有3个附加的控制端S1、、和，当S1=1、+=0时，Gs输出为高电平（S=1），译码器处于工作状态，否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，故将，接地，S1接VCC，其功能表如下：

表3—2 3线—8线译码器74LS138的功能表

输入
输出
S1
+
A2
A1
A0
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
0
*
1
1
1
1
1
1
1
1
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1
0
0
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0
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0
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1
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1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0

在选片上我们的具体做法是：将74LS138译码器的三个输出端（这里我们只对三个74LS273芯片进行片选，所以可以是任意三个输出端，我们选用）分别接到三个或门的输入端，或门的另一端接低电平信号，我们这里接。从上表可以知道，3—8译码器没有选通是输出端全都是1，所以经过或门后273锁存器不工作，当3—8译码器输入100时，为0，其他端为1，经过或门变为低电平产生一个下降沿，在将3—8译码器输入111，使为1，经过或门变为高电平产生一个上升沿，故第一片273锁存器锁存8位数据；当3—8译码器输入101时， 为0，其他端为1，对于来说产生了一个下降沿，将 3—8译码器输入111时，为1，经过或门产生了一个上升沿，第二片273锁存器锁存8位数据；依次类推，当3—8译码器先后输入110和111后，端产生一个上升沿，第三片23锁存器锁存8位数据。
译码器的地址输入端与P27、P26、P25相连，取值分别为100、101、110所以他的地址范围是8000H~8FFFH、A000H~AFFFH、C000H~CFFFH。
因为每一位数据信号通过移位寄存器要控制发光二极管的亮灭，单凭芯片的驱动能力是远远不够的，所以，我们在锁存器的每一个输出端连接一个74F07OC门，它是6位驱动器，为LED提供一定的驱动电流。OC门又称为集电极开路的门电路，能驱动较大电流。因为系统中这种门电路工作在开路，所以每一个74F07需要接一个上拉电阻，1K阻值的电阻即达到其要求。因为每个区的移位寄存器是与其他23个区的移位寄存器并联，所以在送给一个区数据的同时也将这24位数据送给另外23个区，只不过在给一个区送数据的时候，其他23个区没有移位脉冲，不保存数据，当一个区送完数据而完成这一块的显示更