重庆大学单片机课程设计16X16LED点阵说明书.doc

键入文字键入文字键入文字摘 要本系统是基于at89s52单片机设计的，由2片74hc138八位地址锁存驱动led的行信号，由2片74hc595八位串入并出驱动led的列信号。16*16led的点阵由4块8*8的sz41288k点阵拼接成。在本次的设计中主要是思路是通过定时器定时行扫描时间为1ms，这样人眼由于延时看到的显示就是连续的。在进行扫描的时候，是先送每行的列信号，然后选中当前需要扫描的行。每完成一次行的信号扫描，就跳出定时中断，定时一秒后又重复下一行的扫描。当一个字的16行都扫描完后，延时一段时间，然后对下一个字进行上述的重复扫描。关键词：16*16led点阵；at89s52；74hc138驱动行；74hc595驱动列1.设计任务及要求题目9：1616 led点阵显示汉字 设计要求：通过单片机利用1616 led点阵循环显示汉字“我爱单片机”。2.方案选择： 1、采用32个io口分为两组16个io口，分别驱动行和列。这种方法需要注意p0口外接上拉电阻，并且全部io都占用，不能使led电路模块化。 2、使用锁存器驱动行信号，串入并出移位寄存器驱动列信号，这种方法能够使io的使用减少，只需要8个io口，可以实现led部分的模块化。 本次课程设计采用的是方案22.1总体设计方案用两片片74hc138控制行信号，在对进行片选控制的时候保证，每当第一片74hc138的y0-y7扫描完毕（点阵的第一至八行的扫描），进入下一片74hc138进行y0-y7的扫描（点阵的第九行至十六行的扫描）。用两片74hc595采用级联的方式，保证一次输出16列的字码信号。整体通过定时器定时1ms产生中断，每1ms就扫描一行，当一个字16行扫描完毕后，重复扫描一段时间，用于延时。直到扫描完“我爱单片机”五个字后程序重复执行，这样就能实现“我爱单片机”循环显示。 图2.1 整体设计 3.硬件电路设计 整体原理图见仿真图附件（在仿真中单片机最小系统没有接复位电路，和晶振电路，三极管开关电路用非门代替以及电阻未接）其实际硬件细化模块如下：3.1单片机最小系统模块 图3.1 单片机最小系统最小系统主要包括复位电路，晶振电路，但注意单片机的ea端必须接高电平，否则在做实体时，不会读片内的程序。 图3.2晶振电路 图3.3复位电路3.2 16*16led驱动模块： 整个设计，抛开单片机最小系统，剩下部分作为一个整体led点阵模块。其整体硬件原理如图。 图3.4 16*16点阵模块3.2.1 行信号驱动74hc138译码器的管脚图： 图3.5 74hc138管脚图其工作功能表如下： 图3.6 74hc138真值表 e1、e2、e3用于74hc138的信号使能端。只有当e1、e2为低电平，e3为高电平的时候，片选才能被选中，通过a2-a0的组合，可以选择性的控制y0-y7的某一个口输出低电平。本次课程设计行驱动的方式及原理 图中的线上的标号a,b,c,d,en分别与p2口的p2.0，p2.1，p2.2,p2.3,p2.4相连。en用于74138的行信号的总开关信号。d用于控制两片138的工作顺序，当p2口为xxxx0000至xxxx0111时保证选中的第1片74138，当p2口输出xxxx1000-xxxx1111时保证的是选择的第2片74138.第1片控制1-8行，第2片控制9-16行。 图3.7两片74hc138的连接方法74hc138的输出全部接三极管的开关电路，当输出为低电平的时候才能使三极管导通，所选的行才能选中。 图3.8 三极管开关电路3.2.2 列信号驱动 74hc595管脚图 图3.9 74hc595管脚图管脚含义图 图3.10 74hc595管脚含义功能真值表 图3.11 74hc595真值表本次课程设计列驱动的方式及原理 图3.12两片74hc595级联每次采用串行输入，当74hc595有上跳时钟信号时，串入一位。当移入16位数据时，就开通数据输出驱动列信号。其所传入的数据是每个字每行的列码。3.2.3 16*16led本设计通过4块88单色共阳点阵拼接。单个点阵有64个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉点上。8*8点阵内部结构如图 3.13 8*8led点阵的内部原理图4个8*8点阵级联构成16*16点阵如下图 图3.13 led点阵的级联原理led驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。以1616点阵为例，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2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；.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，就能看到显示屏上稳定的图形。显示数据传输采用串行传输的方法，控制电路可以spi总线的方法，将列数据一位一位移入列驱动器。但由于采购的8*8led点阵的管脚图与理论上的管脚有出入，所以通过测试，得到其管脚分布如下 图3.14 8*8led的实际管脚在拼接的过程中，上面两块行行相连，下面两块行行相连，左面两块列列相连，右面两块列列相连 16*16共阳型点阵显示字的原理 行对应的给led的阳极，先给第一行以高电平，如果送给16列的代码为efff，则第一行的第4个led被点亮，再给第二行以高电平，如果送给16列的代码为ef07，则第二行的第4、9、10、11、12、13个被点亮，接着给第三行以高电平，同时给列以驱动代码，这样不断地进行行行的扫描，只要速度够快，由于人的视觉暂留作用，就不会感觉到明显的闪烁感。点阵上会看到一个清晰的“机”字。 图3.15显示字的原理图字模提取软件截图 图3.16 字模提取软件4.软件设计（程序以及流程框图）4.1程序流程图 图4.1 程序流程图 4.2程序清单:见附件一4.3程序模块及其之间的关系：1.主程序：主要是对定时器的计数初值以及方式进行初始化，开定时器中断以及写语句实现真个显示程序的重复运行。2.显示子程序：用于初始化行扫描开始的地址以及对每个字的16行重复扫描延时3.时器中断服务程序：定时1ms，定时的时间就是行扫描的间隔时间，在扫描过程中进行行驱动信号的改变和列信号的改变4.74hc595串入并出子程序：主要是将字的代码通过串行的方式，移入74hc595进行暂存。程序之间的具体调用是通过主程序调用显示程序，开始进行定时，当定时时间到，进入中断服务，进行列信号的查表以及对应行的通断送点阵显示。之后调回显示子程序进行每个字的一段时间的延迟，当“我爱单片机”五个字整体显示完一次，就再调用显示子程序重复运行。5.检测与调试 在仿真的过程中，由于简化了电路，用非门代替了三极管开关电路，以及单片机最小系统的简化，在仿真的过程中没有出现大的问题。但在实际电路的焊接好后，由于经验不足，加上平时都是在protues中进行仿真，实际电路中在检查和调试过程中出现了以下问题： 1.8*8的点阵的管脚和理论上的管脚不一样，第一次焊接的时候，忽略了管脚的问题，当焊接好后，出现了不按照预定的程序进行显示。通过万用表对点阵的二极管通断进行检测，将管脚的各行各列依次检查出来后再进行拼接。 2.在单片机最小系统部分，在最开始没有将ea管脚接高电平，导致一开始程序不运行，一开始以为是电路没有连接通，反复查找，在师姐的帮助下，最终发现是ea没接高。当接高后问题解决，程序正常运行。6.总结 通过本次的课程设计，我组织并参与了整个过程，从最开始的编程和仿真的联调，已经后来的焊接实物和检查实物的故障。在这个过程中，我明白了要想学好嵌入式系统必须要有耐心和细心。在对元件的选择方面必须要细心，所有的参数需要通过计算或者类比，在对元件的焊接方面必须要耐心。清楚的记得在拼接16*16的led点阵的时候，急躁之后换回来的是重新焊接，在焊接方面一定需要耐心。在查元件的各管脚的含义的时候一定要细心，要领会所有管脚的含义，最重要的是功能作用表和时序图，这两个也就是描述芯片的作用，我们本次采用的74hc138和74hc595.通过这两个芯片我对译码器的作用有了更深的理解，不再停留在译码器只用在地址的译码。也对单片机的串行通信有了更熟悉的理解，一定要用cy作为过渡寄存器，这样能保证是每到一个脉冲信号就串行通信一位数据。 这里感谢小组同学的付出，特别感谢黄地陪我一起焊接硬件。在这里也感谢简毅老师对我们的帮助和支持。7参考文献 1李朝青单片机原理及接口技术北京北京航空航天大学出版社. 2005.10 2阎石数字电子技术基础北京清华大学出版社 . 1998.123杨欣. 电子设计从零开始（第2版）.北京. 清华大学出版社. 2010.10附件一：（本次课程设计程序） sdata_595 equ p2.5 ;串行数据输入 sclk_595 equ p2.7 ;移位时钟脉冲 rck_595 equ p2.6 ;输出锁存器控制脉冲 g_74138 equ p2.4 ;显示允许控制信号端口 row_end bit 20h.0 ;行扫描完毕标志 coun_comp equ 30h ;计数比较值单元;* org 0000h ajmp main org 000bh ajmp timer0;*main: mov sp,#70h mov a,#0ffh mov p1,a mov p2,a mov p3,a mov p0,a clr row_end clr rck_595 mov tmod,#01h ;设置定时器0工作在定时方式1 mov th0,#0fch ;1ms定时常数 mov tl0,#18h mov ie,#82h ;允许总中断，允许定时器0中断 mov dptr,#tab mov r0,#00h main1: lcall display ajmp main1;*; 显示子程序; r1 文字列码的偏址; r2 行扫描地址 r3 每个字循环扫描的次数; b 暂存r1的过程数据;*display: mov b,#00h ;查表偏址暂存（从00开始） mov r1,b mov coun_comp,#0a0hd_loop: mov r3,#5ah ;控制每个字的显示速度d_loop1: mov r2,#00h ;第0行开始 mov r1,b setb tr0 ;开扫描d_loop2: jbc row_end,d_loop3 ;标志为1扫描一个字16行结束 ajmp d_loop2d_loop3: djnz r3,d_loop1 ;每个字重复扫描 mov a,r1 mov b,a cjne a,coun_comp,d_loop ;5个字是否显示完？ ret ;*; t0中断扫描子程序; r1 取数据地址； r2 行扫描地址;*timer0: push acc mov th0,#0fch ;1ms定时常数 mov tl0,#18h inc r1 ;取每行右边字节偏址 mov a,r1 movc a,a+dptr ;取每行右边字节数据 lcall wr_595 dec r1 ;取每行左边字节偏址 mov a,r1 movc a,a+dptr ;取每行左边字节数据 lcall wr_595 setb g_74138 ;关行显示，准备刷新 nop nop setb rck_595 ;产生上升沿，数据打入输出端 nop nop clr rck_595 ;恢复低电平 mov a,r2 ; mov p2,a ;行输出 clr g_74138 ;开行显示 inc r1 inc r1 ;下一行数据地址 inc r2 ;修改显示行地址 mov a,r2 anl a,#0fh jnz t0_end ;一个字的16行扫描是否完毕？ setb row_end ;一个字的16行扫描完,置标记 clr tr0 ;一个字的16行扫描完，关扫描t0_end: pop acc reti;*;移位寄存器接收数据子程序;*wr_595: mov r4,#08hwr_loop: rlc a mov sdata_595,c setb sclk_595 ;上升沿发生移位 nop nop clr sclk_595 djnz r4,wr_loop ret;*tab:;我db 0fbh,7fh,0f1h,5fh,87h,6fh,0f7h,6fh,0f7h,7bh,00h,01h,0f7h,7fh,0f7h,6fhdb 0f5h,6fh,0f3h,9fh,0e7h,0bfh,97h,5fh,0f6h,0dfh,0f5h,0ebh,0d7h,0ebh,0efh,0f3h;爱db 0ffh,87h,0c0h,7fh,0eeh,0efh,0f6h,0dfh,80h,01h,0bdh,0fdh,7dh,0fbh,80h,07h db 0fbh,0ffh,0f8h,0fh,0f5h,0dfh,0f6h,0bfh,0efh,7fh,0eeh,9fh,0ddh,0e3h,0f3h,0f7h;单db 0efh,0efh,0f7h,0dfh,0fbh,0b7h,0c0h,03h,0deh,0f7h,0deh,0f7h,0c0h,07h,0deh,0f7hdb 0deh,0f7h,0c0h,07h,0deh,0ffh,0feh,0fbh,00h,01h,0feh,0