基于单片机的多功能LED点阵电子显示屏的设计方案

1 基于单片机的多功能 案 第一章 总体设计 课题及目标 我们要做的是一块 16*16的 过这个点阵可以显示特定字符。利用的是单片机原理，通过写入程序控制单片机来显示不同的字样。 框架设定 如图 1产品拟采用以 要由 源、行驱动器、列驱动器、 16 32 部分组成。 图 1示屏电路框图 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 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。 16 32 的点阵共有 512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， 16 32的点阵需要 512/8=64个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是 16 32 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 32 行）的同名列共用一套驱动器。具体就 16 32 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 2 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 1 列发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1列使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第 2列的数据并锁存，然后选通第 2列使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第 32 列之后，又重新燃亮第 1 列，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。 3 第二章 系统硬件选择 低电压、高性能 位微处理器， 俗称单片机。该器件采用 工业标准的 于将多功能 8位 够进行 1000次写擦循环，数据保留时间为 10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到 图 2脚图 电电压。 地。 4 ： 为 一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8电流。当 的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 程时， 作为原码输入口，当 行校验时， 出原码，此时部必须被拉高。 ： 是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器能接收输出 4电流。 管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， 被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 程和校验时， 作为第八位地址接收。 ： 为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器可接收，输出 4 个 电流，当 被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时， 输出地址的高八位。在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， 输出其特殊功能寄存器的内容。在 程和校验时接收高八位地址信号和控 制信号。 ： 管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 电流。当 1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，将输出电流（ 是由于上拉的缘故。 也可作为 一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0 外部输入） 1（记时器 1 外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） 同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 两个机器周期的高电平时间。 访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 以不变的频率周期输出正脉冲信号， 5 此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 冲。如想禁止 输出可在 址上置0。此时， 有在执行 令是 起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 止，置位无效。 /部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /号将不出现。 / /持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000不管是否有内部程序存储 器。注意加密方式 1 时， /内部锁定为 /保持高电平时，此间内部程序存储器。在 程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 如图（ 2示。 图 2单片机硬件连接图 444线 16线译码器 ,可以实现地址的扩展 。 6 图 274脚图 7413输出端。（ 12： （ 0 V)） 18能输入端、低电平有效 ( 20(24： (74图 274能真值表 7 如图 2以我选用 2片 74扫描电路 。 74列扫描电路则利用了两片 44如图 24、 屏。 A、 B、 C、15为输出。此外，还有 屏译码器，也就是使能左、右屏。 图 2译码器扫描电路 74线驱动器，典型的 由于单片机等 址控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。 图 274脚图 8 74第 1脚 输入输出端口转换用， 1” 高电平时信号由 “A” 端输入 “B” 端输出，0” 低电平时信号由 “B” 端输入 “A” 端输出。 第 29脚 “A” 信号输入输出端， 1、 8， 1是一组，如果 1”0”则 1输出，其它类同。如果 0”0” 则 1输出，其它类 同。 第 1118脚 “B” 信号输入输出端，功能与 “A” 端一样，不再描述。 第 19脚 能端，若该脚为 “1”A/B 端的信号将不导通，只有为 “0” 时 A/脚也就是起到开关的作用。 第 10脚 源地。 第 20脚 源正极。 74行驱动电路使用两片 74是比较常用的驱动芯片，当 图 2行驱动电路 8*8点阵 本显示屏采用列扫描、直接送行显示码的方式工作，基本显示原理在 后面的软件设计部分提及。分辨率为 16个共阳型 阳型 8结构示意图如图 2行输入高电平点亮。 9 图 2图 2个 16是限流电阻，用来保护 2只这里起到开关的作用：通过控制 32来使得在任何时刻只有唯一的列导通以点亮该列，当列切换的速度足够快时，由于人眼的视觉暂留现象，看上去整个屏都是亮的， 这就是动态扫描的基本原理。 图 28个点阵单元的级联 10 第三章 软件模块设计 程序 系统主程序一开始进行个初始化设定，然后不断的循环调用显示程序，来达到 体如图 3 图 3程序流程图 部中断 外部中断 0主要是目的是实现 按下按钮后，显示屏直接显示下两个字。具体流程图见图 3 外部中断 1主要是用来控制定时器 一下是启动定时 器，再按一下是关闭定时器，如此循环。目的是用定时器达到控制 体流程图如图 3 开始 调用显示程序 延时 初始化 11 图 3部中断 1流程图 图 3部中断 0流程图 定时器 定时器 0达到 程图详见图 3始 运行过外部中断 1？ 相应设定初始化 翻页 超过最大翻页 次数？ 初始化翻页 退出 Y Y N N 关闭定时器 打开定时器 退出 第一次运行？ 相应设定初始化 定时器已打开？ 开始 N Y N Y 12 图 3时器 显示程序 显示程序混换对列从第一列到最后一列的信号输入， 当列切换的速度足够快时，由于人眼的视觉暂留现象，看上去整个屏都是亮的，这就是动态扫描的基本原理。 见图 3 在对列的切换问题上，我做了个位移程序，是在当前一列信号输送结束后执行自动切换到下一列，一直从第一列到最后一列循环执行。详见图 3 开始 50？ 列首加 1 列首 32？ 列首 =0，翻页 +1 超过最大翻页次数？ 翻页 =0 初始化定时器 退出 N Y N Y N Y 13 图 3示主程序流程图 图 3开始 初始化 上半列给 半列给 用 码移位子程序 延时 已循环 32 次？ 退出 N Y 开始 高 4 位有效？ 1 于“ 1111”？ 设高 4 位有效 清零 低 4 位互换 1 于“ 1111”？ 设低 4 位有效 清零 低 4 位互换 退出 Y N N Y N Y 14 第四章 系统软件调试 真 软件 在 制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件： *以在 原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 单片机课堂教学的先进助手。 仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结 果等。 课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于 供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台 随着科技的发展， “ 计算机仿真技术 ” 已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中 在通过 后，再进行实物的连接调试，大大确保了成功率。 使用 件进行单片机系统仿真设计 , 是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，使用 发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用 行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。 电路功能仿真 综上所述， 选好了硬件，又对软件进行相应的设计完毕后，就要进行电路功能的仿真调试。我选用的是 的仿真功能相当强大。原理图如图 4 15 图 4过外部中断 1控制开始于暂停。当按一下开关是启动，再按一下是暂停，具体图例见 4 图 4移显示 A 图 4移显示 B 16 结 论 17 参考文献 1鲍小南等 M浙江大学出版社 ,2胡汉才 M,北京清华大学出版社 ,3楼然苗等 M,北京 :北京航空航天出版社 ,18 致 谢 例 大学的学习生活即将结束，在 此，我要对各位老师说， 感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位老师认真负责，在他