单片机点阵课程设计报告.doc

大 连 民 族 学 院单 片 机 系 统 课 程 设 计 题目：点 阵 显 示 器 设 计 班级： 姓名： 同组人： 指导教师： 设计日期： 1616点阵LED电子显示屏的设计 引言设计意义LED在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。LED具有效率高、光线质量高、能耗小、寿命长等特点，主要可用于平面显示领域、便携设备显示屏、照明以及红外线LED领域等下游应用产品市场。LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。一 设计内容及要求设计一个室内用1616的点阵LED图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有上移、帘入帘出、左移、右移等显示方式。二 设计方案从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。1616的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，1616的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是1616的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套驱动器。具体就1616的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。 图一 显示屏电路框图三 硬件系统设计1程序下载模块如图1：采用MAX232实现程序下载和电平转换的功能，我们可以通过计算机将程序下载到单片机中。 图12 USB接口模块如图2：用USB接口作为整个电路的电源，D0作为通电指示灯，C4和C5起到滤波的作用。 图23晶振模块如图3：单片机工作需要的模块，用来给予单片机时钟脉冲。 图34按键模块图4：按键实现点阵的各项功能，通过程序编译可以显示不同的设计要求。 图45复位模块图5：复位开关起到单片机的复位作用。 图56 行控制模块如图6：单片机P0P3口连接到74154的输入端，154的输出端分别连接一个PNP型三极管和一个限流电阻来控制行端。 图67列控制模块如图7：列驱动电路有集成电路74HC595构成。它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，既达到重叠处理的目的。74HC595的外形及内部结构如图3所示。它的输入侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚SI是串行数据的输入端。引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将SI的下一个数据打入最低位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。引脚G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高组态。SCLR信号是移位寄存器清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。由于SCK和RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端为QAQH，最高位QH可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出。但因为QH受输出锁存器的打入控制，所以还从输出锁存器前引出QH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。 图78点阵模块如图8：通过4片8*8的点阵并联成16*16的点阵。点阵的正负极和引脚需要我们自己来测定。 1.【定正负极】把万用表拨到电阻档10，先用黑色探针（输出高电平）随意选择一个引脚，红色探针碰余下的引脚，看点阵有没发光，没发光就用黑色探针再选择一个引脚，红色探针碰余下的引脚，当点阵发光，则这时黑色探针接触的那个引脚为正极，红色探针碰到就发光的7个引脚为负极，剩下的6个引脚为正极。2.【引脚编号】先把器件的引脚正负分布情况记下来，正极（行）用数字表示，负极（列）用字母表示，先定负极引脚编号，黑色探针选定一个正极引脚，红色点负极引脚，看是第几列的二极管发光，第一列就在引脚写A，第二列就在引脚写B，第三列.以此类推。 这样就点阵的一半引脚都编号了。剩下的正极引脚用同样的方法，第一行的亮就在引脚标1，第二行就在引脚标2，第三行.以此类推。 图8 9.PCB图： 图9四 软件系统设计 程序代码如下：#include reg52.h#define BLKN 2 /列锁存器数(=LED显示字数*2)#define TOTAL 9 /待显示字个数,本例共20个#define CONIO P1 /显示控制口sbit G=CONIO7; /CONIO.7为154译码器显示允许控制信号端口,0时输出,1时输出全为高阻态.sbit CLK=CONIO5; /CONIO.6为595输出锁存器时钟信号端,1时输出数据,从1到0时锁存输出数据.sbit SCLR=CONIO4; /CONIO.5为595移位寄存器清零口,平时为1,为0时,输出全为0.unsigned char idata dispram(BLKN/2)*32=0; /显示区缓存,四字共4*32单元/*字模表*/unsigned char code Bmp32=/*- 文字: 电 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xC0,0x07,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xC0,0x07,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xC0,0x07,0xDE,0xF7,0xFE,0xFD,0xFE,0xFD,0xFF,0x01,0xFF,0xFF,/*- 文字: 子 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xFF,0xFF,0xC0,0x0F,0xFF,0xDF,0xFF,0xBF,0xFF,0x7F,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFB,0x00,0x01,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFA,0xFF,0xFD,0xFF,/*- 文字: 与 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xFF,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFB,0xF0,0x01,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF0,0x03,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xDB,0x80,0x0B,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xB7,0xFF,0xCF,0xFF,0xFF,/*- 文字: 信 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xF7,0x7F,0xF3,0x9F,0xE7,0xBF,0xE8,0x01,0xCF,0xFF,0xCC,0x07,0xAF,0xFF,0x6C,0x07,0xEF,0xFF,0xEC,0x07,0xED,0xF7,0xED,0xF7,0xED,0xF7,0xEC,0x07,0xED,0xF7,0xFF,0xFF,/*- 文字: 息 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xFE,0xFF,0xFD,0xFF,0xE0,0x0F,0xEF,0xEF,0xE0,0x0F,0xEF,0xEF,0xE0,0x0F,0xEF,0xEF,0xE0,0x0F,0xFF,0xFF,0xF6,0xFF,0xD7,0x7B,0xD7,0x6D,0x97,0xED,0xF8,0x0F,0xFF,0xFF,/*- 文字: 工 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xFF,0xFF,0xC0,0x03,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0x00,0x01,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*- 文字: 程 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xF2,0x07,0x8E,0xF7,0xEE,0xF7,0xEE,0xF7,0x02,0xF7,0xEE,0x07,0xCF,0xFF,0xC4,0x03,0xAB,0xBF,0xAF,0xBF,0x6C,0x03,0xEF,0xBF,0xEF,0xBF,0xEF,0xBF,0xE8,0x01,0xEF,0xFF,/*- 文字: 学 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xFE,0xF7,0xEF,0x73,0xF3,0x37,0xF7,0x6F,0x80,0x01,0xBF,0xFB,0x70,0x17,0xFF,0xBF,0xFF,0x7F,0x80,0x01,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFD,0x7F,0xFE,0xFF,/*- 文字: 院 -*/*- Fixedsys12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0xFF,0x7F,0x07,0xBF,0x70,0x01,0x6B,0xFB,0x5F,0xFF,0x5C,0x07,0x6F,0xFF,0x77,0xFF,0x70,0x01,0x56,0xDF,0x6E,0xDF,0x7E,0xDF,0x7D,0xDD,0x7D,0xDD,0x7B,0xDD,0x77,0xE1,;/*延时函数(约1毫秒)*/void delay(unsigned int dt)register unsigned char bt;for (; dt; dt-) for (bt=0; bt255; bt+);/*主函数 */void main(void) register unsigned char i,j,k,l,q;/初始化SCON = 0x00; /串口工作模式0：移位寄存器方式TMOD = 0x01; /定时器T0工作方式1：16位方式TR0 = 1; /启动定时器T0CONIO = 0x5f; /CONIO端口初值IE = 0x82; /允许定时器T0中断/while (1) delay(1000); /2秒 for (i=0; iTOTAL; i+) for (j=0; j2; j+) for (k=0; k8; k+) for (l=0; l16; l+) for(q=0;qBLKN/2;q+) dispraml*2+q*32 = dispraml*2+q*327; if(q=BLKN/2-1) dispraml*2+1+q*32 = dispraml*2+1+q*32(7-k); else dispraml*2+1+q*32 = dispraml*2+1+q*327; delay(100); delay(3000); /主函数结束/*显示屏扫描（定时器T0中断）函数*/void leddisplay(void) interrupt 1 using 1register unsigned char m, n=BLKN;TH0 = 0xFc; /设定显示屏刷新率每秒62.5帧(16毫秒每帧)TL0 = 0x18;m = CONIO; /读取当前显示的行号m = +m & 0x0f; /行号加1，屏蔽高4位do n-; SBUF = dispramm*2+(n/2)*30 + n; /送显示数据 while (!TI); TI = 0; while (n); /完成一行数据的发送G = 1; /消隐（关闭显示）CONIO &= 0xf0; /行号端口清CLK=1; /显示数据打入输出锁存器CONIO |= m; /写入行号CLK=0; /锁存显示数据G = 0; /打开显示/五 系统调试显示效果处理程序的内容及方法非常广泛，其调试过程在此不作具体讨论，读者可对照源程序自行分析。这个方案设计的1616点阵LED图文显示屏，电路简单，成本较低，且较容易扩展成更大的显示屏；显示屏各点亮度均匀、充足；显示图形或文字稳定、清晰无串扰；可用静止、移入移出等多种显示方式显示图形或文字。六 结论通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用