LED电子显示屏设计16行32列

第 1 页摘 要： 本设计是以凌阳单片机 SPCE061A 为系统的核心控制器，该点阵电子显示屏采用 16*16 点阵模块构成 16 行*32 列点阵显示的LED 电子显示屏，能够实现字符的多功能显示、掉电时间数据不丢失。介绍了系统的软、硬件设计方案。系统不仅能够实现汉字、数字和字母之间动态移动显示，还能通过键盘来改变显示的字符、移动方向、移动速度和显示效果，并且具有语音播报时间功能,通过按键来语音调整时间等功能。关键字：SPCE061A 电子显示屏 译码器 Abstract :The design is based on Sunplus MCU SPCE061A core controller for the system, the electronic display uses16 * 16 dot matrix modules form 16 rows * 32 dot matrix display LED electronic display, to achieve multi-functional character display , power-down time data is not lost. Introduced the system of software and hardware design. System not only enables Chinese characters, numbers and letters, the dynamic between the mobile display, but also through the keyboard to change the display of characters, moving direction, speed and display result and time functions with voice broadcast, voice hrough the buttons to adjust the time and so on.Key words : SPCE061A Electronic display Decoder第 2 页目 录一、引言 .3二、方案论证与分析 .42.1 单片机选择 .42.2 显示方式选择 .42.3 数字时钟选择 .52.4 译码器选择 .52.5 点阵模块的选择 .5三、总体方案 .63.1 工作原理 .63.2 设计总体框图 .6四、硬件设计 .74.1 凌阳 SPC061A 单片机主控模块 .74.2 LED 显示模块 .74.3 时钟电路模块 .84.4 电源电路 .94.5 按键控制部分 .9五、软件设计 .105.1 主程序流程图 .105.2 移动方向程图 .105.3 显示流程图 .115.4 移动速度程序流程图 .125.5 显示流程图 .45.5.1 调年子程序流程图 .125.5.2 调时子程序流程图 .135.5.3 调月子程序流程图 .135.5.4 调秒子程序流程图 .135.5.5 调日子程序流程图 .145.5.6 调分子程序流程图 .145.6 调显示效果子程序流程图 .14六、调试 .156.1 硬件调试 .156.1 程序调试 .156.3 整机调试 .15七、使用说明书 .16八、设计总结 .17附录 .18附录一 原理图 .18附录二 程序清单 .19第 3 页一、引言LED 电子显示屏（ Light Emitting Diode Panel）是由几百-几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体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 显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，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。 LED 显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由 LED 矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、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。 本文采用台湾凌阳公司的 16 位单片机，解决了以往以 8 位单片机为核心的 LED 点阵驱动器速度慢, 结构复杂, 程序设计困难, 功能单一等问题, 本系统采用高速 SPCE061A 单片机, 既提高了扫描速度 , 又保证了动态屏幕字符显示、 图形显示功能的实现。尤其是本系统增添了屏幕亮度可调功能后, 限制了 LED 中通过的平均电流 ; 又因为 SPCE061A 的供电电源为 3.35.0V, 这样既可降低功耗、 保护 LED, 又可延长点阵电子显示屏的使用寿命。第 4 页二、方案论证与分析2.1 单片机选择方案一： AT89S51 是 8 位的，具有 4K 字节闪速存储器，128 字节内部RAM，32 个 I/O 口线，看门狗（WDT） ，两个数据指针，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51 可降至 0HZ 的静态逻辑操作，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/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中到内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有工作部件直到下一个硬件复位。对于本电路设计要求，发觉 AT89S51 内存太小，I/O 口不够用，需要扩展，从而增加布线复杂难度,且可靠性也较低。方案二：电路采用凌阳SPCE061A 单片机作为控制部分， SPCE061A 是 16位 的 ， 全部引脚主要包括32个输入/输出端口、 定时器 /计数器、 数/模转换、 模/数转 换、 串 行 设备 输 入输 出、 通 用异 步 串行 接口 、 低电 压监 测 和复 位 等部 分，且内 置 在 线仿真电路 ICE 接口，较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号。与AT89S51相比，凌阳SPCE061A 单片机功能更强大，驱动能力大，执行速度快，可编程音频处理，并且内置32K的FLASH，低功耗，更复合我们要设计电路的要求。基于上述芯片的描述，结合我们设计要求，我们选择了方案二。2.2 显示方式选择16*32 点阵显示有以下两种方案：方案一：静态显示。将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用 0 和 1 表示,若为 0 ,则表示 LED 无电流,即暗状态;若为 1 则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动电路,一幅画面输入以后,所有 LED 的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式方式,所需的译码驱动装置很多,引线多而复杂,成本高,且可靠性也较低。方案二：动态显示。对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。动态显示方式方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发光的亮度等因素. 我们通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率 ) 为 50Hz, 发光二极管导通时间1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感.。 鉴于上述原因, 我们采用方案二 第 5 页2.3 数字时钟选择数字时钟是本设计的重要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现 1 秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加 1；若秒值达到 60，则将其清零，并将相应的分字节值加 1；若分值达到 60，则清零分字节，并将时字节值加 1；若时值达到 24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。方案二：本方案采用 Dallas 公司的专用时钟芯片 DS1302。它是一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.4、译码器选择方案一 ：采取 3-8 译码器级联3-8 译码器 3 个输入端，8 个输出端；而我们需要实现的是 4-16 译码，需要 6 个输入端，64 个输出端，这样需要使用 4 块 3-8 译码器实现。如果选用 3-8 译码器级联，对焊接有很大的要求，实现难度大。方案二：采用 4-16 译码器级联4-16 译码器有 4 个输入，16 个输出；当我们实现 4-16 译码时，只需要使用 2 块 4-16 译码器即可实现，电路连接较为简单，实用性强。综上，我们在本电路设计中采取第二种方案，即采用 4-16 译码器级联。2.5、点阵模块的选择方案一：采用 8*8 的点阵利用 8*8 的 LED 单色 (红色 )点阵块 , 8*8 的 LED 点阵为单色行共阳模块 ,单点的工作电压为:正向压降约为(Vf) = 1.8 V,正向电流约为 ( I f) = 818 mA。动态时取决于扫描频率 (1 /8 或 1 /16 秒 ) ,单点瞬间电流可达 80160mA,动态时单点电流 80160 mA。静态点亮一行时 (16*2 点全亮 )总电流约为 1280 mA,总电压为 1.8 V,总功率为 2.3W。方案二：采用 16*16 的点阵引脚少，程序控制简单，可以显示一个汉字，构成需要 2 块，走线比较简第 6 页单复杂，并且需要的译码器较少多。显示效果比 8*8 点阵构成的 16*32 的点阵显示效果好的多，并且电路出错比前者好。综上，我们在本电路设计中采取第二种方案，即采用 16*16 点阵。三、总体方案3.1 工作原理利用凌阳 SPCE061A 单片机作为控制模块。实时读取 DS1302 数据和扫描键盘，通过软件处理后，把程序下载到单片机中之后单片机就可以执行点阵 LED扫描等任务。采用 2 片 16*16 点阵构成 16*32LED 电子显示屏为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来,多功能滚动显示的实现主要靠按键来进行切换，从而实现各种显示要求的选择与切换。并且读取 DS1302 的数据，读取当前时间的数据，而且通过按键来语音调整时间，具有掉电时间数据不丢失的功能。3.2 设计总体框图凌阳单片机（ S P C E 0 6 1 A ）时钟 D S 1 3 0 2单片机时钟复位电路电源电路放音电路译码器 7 4 L S 1 5 4键盘电路1 6 * 3 2 点阵显示图 1 总体框图第 7 页四、硬件设计4.1 凌阳 SPC061A 单片机主控模块SPCE061A 是一款 16 位结构的微控制器。图 2 结构概览SPCE061A 是 16 位的，全部引出主要包括 32 个输入/输出端口、定时器/计数器、数/模转换、模/数转换、 串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，并且内置在线仿真电路 ICE 接口，较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号。4.2 16*32 LED 显示模块凌阳单片机 B 口低 8 位中的高四位输出的行号经 416 线译码器 74LS154译码后生成 16 条行选通信号线，在经过限流电阻，连接到点阵，点阵的一条列线上最多要带动 16 列的 LED 进行显示，因为凌阳单片机驱动能力很强，所以不用加驱动。电路中采用 2 片 16*16 共阳 LED 点阵作为显示，采用逐行扫描方式, 第 8 页列数据则为汉字的点阵码。对于字符和图形显示也可以用点阵处理, 其显示原理和方法相同.电路接线如图 3 所示。A1 B4C2 D3E15 F14G16 H13J17 K19 I20L18 M30N31 O29P321 212 223 234 245 256 267 278 289 510 611 712 813 914 1015 1116 12JAALED1616位位A1 B4C2 D3E15 F14G16 H13J17 K19 I20L18 M30N31 O29P321 212 223 234 245 256 267 278 289 510 611 712 813 914 1015 1116 12JBBLED1616位位A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16OUT0OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT8OUT9OUT10OUT11OUT12OUT13OUT14OUT15OUT16OUT17OUT18OUT19OUT20OUT21OUT22OUT23OUT24OUT25OUT26OUT27OUT28OUT29OUT30OUT3112345678910JA0A位位8位 12345678910JA1A位位8位图 3 16*32 LED 显示模块4.3 时钟电路模块DS1302 的引脚排列，其中 Vcc1 为后备电源，Vcc2 为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。当 Vcc2 大于 Vcc1+0.2V 时，Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于 Vcc1时，DS1302 由 Vcc1 供电。X1 和 X2 是振荡源，外接 32.KHz 晶振。RST是复位/片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RSTS 置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电动行时，在 Vcc大于等于 2.5V 之前，RST 必须保持低电平。中有在 SCLK 为低电平时，才能将第 9 页RSTSCLKIOY32.768KHZC530p C630pVCC11X12X23GND4 RST 5I/O 6SCLK 7VCC2 8U1DS1302VCC 12J2位位位位RST 置为高电平，I/O 为串行数据输入端（双向） 。SCLK 始终是输入端，其接线电路如图 4 所示。图 4 时钟电路模块4.4 电源电路直流稳压电源经过 7805 稳压之后输出稳定 5V 供电压为整个电路供电，如图 5 所示。其中输入电压应大于等于输出电压 2.5V，即输入电压至少为 7.5V才能输出 5V 电压。其中二极管是防止电源正负反接，造成稳压管顺坏，D1 是电源指示灯，C1、C2、C3、C4 在电路的作用是去耦电容，小电容滤高次谐波，大电容滤低频杂波。S 为电路的总开关。图 5 电源电路4.5 按键控制部分键盘状态显示模块：因