单片机课程设计（论文）-16X16点阵LED电子显示屏.doc

1 16*16 点阵点阵 led 电子显示屏电子显示屏 学号：学号： 姓名：姓名： 指导老师：指导老师： 设计时间：设计时间：2011/06/052011/06/18 目目 录录 2 (一一) 设计意义设计意义.1 （二）（二）设计要求设计要求.1 （三）方案设计（三）方案设计.2 3.1 总体设计.2 3.2 设计论证.3 （四）原理简介（四）原理简介.4 .4.1 单片机基本原理4 4.2 最小系统设计方法5 4.3、74hc138 功能及其管脚6 4.4、74hc595 介绍8 （五）设计思路和硬件设计（五）设计思路和硬件设计9 5.1 课题的设计思路、实施方法10 5.2、硬件设计：系统电路图、关键元器件的性能、参数及外形封装等.10 （六）软件设计（六）软件设计11 6.1.6.1 流程图：11 6.2.6.2 程序：11 （七）心得体会（七）心得体会.18 参考文献：单片机原理与应用 例说 8051.19 3 (一一) 设计意义设计意义 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。 （二）（二）设计要求设计要求 16x16 点阵 led 电子显示屏设计。通过串行口进行扩展，驱动 8 个 16x16 的 led 显示器，可以实现 8 个汉字的显示 （三）方案设计（三）方案设计 3.1 总体设计总体设计 单 片 机 列驱动器 行 驱 动 器 16x16led 显示 点阵 电源 4 3.2 设计论证设计论证 图文显示一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简单，但其使 用的管脚太多，如本设计中 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。 5 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 （四）原理简介（四）原理简介 4.1 单片机基本原理单片机基本原理 mcs-51 系列单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 cpu 随机存储器 ram、只读存储器 rom、多种 i/o 口和中断系统、定时器/计时器等功能 （可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d 转换器等电路）集成 到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 4.2 最小系统设计方法最小系统设计方法 6 51 单片机的时钟电路，复位电路。单片机的时钟电路，复位电路。 at89c52 芯片及其引脚芯片及其引脚 4.3、74hc138 功能及其管脚功能及其管脚 概概述述 74hc138是一款高速 cmos 器件，74hc138引脚兼容低功耗肖特基 ttl（lsttl）系列。 74hc138译码器可接受 3位二进制加权地址输入（ a0, a1和 a2） ，并 当使能时，提供 8个互斥的低有效输出（ y0至 y7） 。74hc138特有3个使能 输入端：两个低有效（ e2和 e3）和一个高有效（ e1） 。除非 e2和 e3置低 且 e1置高，否则74hc138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性， 仅需4片74hc138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一 个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入， 7 而把其余的使能输入端作为选通端，则 74hc138亦可充当一个 8输出多路 分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状 态。 74hc138与74hc238逻辑功能一致，只不过 74hc138为反相输 出。 功功能能 cd74hc138 ，cd74hc238和 cd74hct138 ， cd74hct238是高 速硅栅 cmos 解码器，适合内存地址解码或数据路由应用。 74hc138 作 用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统 ,在 高 性能存贮器系统中 ,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电 路用于高速存贮器时 ,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮 器的典型存取时间 ,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统 延迟可以忽略不计。 hc138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件 ,从8 个输出端中译出一个 低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高 电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线 译码器不需外接门 ;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调 器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。 译译码码/真真值值表表 输入()输出 cbay0y1y2y3y4y5y6y7 llllhhhhhhh llhhlhhhhhh lhlhhlhhhhh lhhhhhlhhhh hllhhhhlhhh hlhhhhhhlhh hhlhhhhhhlh hhhhhhhhhhl 8 4.4、74hc595 介绍介绍 描描述述 74hc595是硅结构的 cmos 器件， 兼容低电压 ttl 电路，遵守 jedec 标准。 74hc595是具有8位移位寄存器 和一个存储器，三态输出功 能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在 shcp 的上升沿输入到 移位寄存器中，在 stcp 的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连 在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个 串行移位输入（ ds） ，和一个串行输出（ q7）,和一个异步的低电平复位， 存储寄存器有一个并行 8位的，具备三态的总线输出，当使能oe 时（为低 电平） ，存储寄存器的数据输出到总线。 8位串行输入 /输出或者并行 输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。 特特点点 8位串行输入 /8位串行或并行输出 存储状态寄存器，三种状态 输出寄存器可以直接清除 100mhz 的移位频率 输输出出能能力力 并行输出，总线驱动； 串行输出；标准中等规模集成电路 595 移位寄存器有一个串行移位输入（ ds） ，和一个串行输出（ q7）,和一个 异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行 8位的，具备三态的总线输出， 9 当使能 oe 时（为低电平） ，存储寄存器的数据输出到总线。 参考数 据 cpd 决定动态的能耗， pd=cpdvccf1+(clvcc2f0) f1=输入频率，cl=输出电容 f0=输出频率（ mhz） vcc=电源电压 引引脚脚说说明明 符号 引脚 描述 q0q7 第15脚， 1， 7 并行数据输出 gnd 第8脚 地 q7 第9脚 串行数据输出 mr 第10脚 主复位 （低电平） shcp 第11脚 移位寄存器时钟输入 stcp 第12脚 存储寄存器时钟输入 oe 第13脚 输出有效（低电平） ds 第 14脚 串行数据输入 vcc 第16脚 电源 功功能能表表 输入 输出 功能 shcp stcp oe mr ds q7 qn l l nc mr 为低电平时仅仅影响移位寄存器 l l l l 空移位寄存 器到输出寄存器 h l l z 清空移位寄存器，并行输出为高阻状态 l h h q6 nc 逻辑高电平移入移位寄存器状态 0，包含所有的移位寄存 器状态 移入，例如，以前的状态 6（内部 q6”）出现在串行输出位。 l h nc qn 移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出 l h q6 qn 移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持 寄存器并出。 注注释释 h=高电平状态 l=低电平状态 =上升沿 =下降沿 z=高阻 nc=无变化 =无效 当 mr 为高电平， oe 为低电平 时，数据在 shcp 上升沿进入移位寄存器，在 stcp 上升沿输出到并行端 口。 10 （五）设计思路和硬件设计（五）设计思路和硬件设计 5.1 课题的设计思路、实施方法课题的设计思路、实施方法 本次课程设计主要是通过使用 at89c51 与 led16*16 组成一个发光点阵屏 来显示文字和图形，是通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子 就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。通过编 程对其实现一个亮灭变化，由于人眼分辨原因，我们就能看到 led 是显示的一 个连续的亮灯，从而得到我们想要的图形或字形。 将 led 的行接在一起。将 led 的列接在一起。对其进行逐行扫描或者是逐 列扫描。显示完一行或一列将其关闭，然后再次扫描。由于人眼的分辨率，在 每次显示完后给定一个延时，就能清晰的得到想要的字形和图形了。 5.2、硬件设计：系统电路图、关键元器件的性能、参数及外形、硬件设计：系统电路图、关键元器件的性能、参数及外形 封装等封装等 11 （六）软件设计（六）软件设计 6.1 流程图流程图： 6.2 程序：程序： #include“reg52.h“ #include“intrins.h“ #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit ds=p20; sbit clk=p21; sbit stb=p22; 12 /取模软件:pctolcd2002 /取模方式： 阳码逐行逆向 uchar code hz32= 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,/*“ “,1*/ 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,/*“ “,2*/ 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,/*“ “,3*/ 0x7f,0xff,0x7b,0x87,0x77,0xb7,0x17,0xb4,0x7e,0xb7,0x7d,0x87,0x7d,0xb7,0x 17,0xb4,0xd7,0xb5,0xdb,0x85,0xd8,0xb5,0x1b,0xb4,0xdb,0xb5,0xfb,0xbb,0 xfb,0xab,0xff,0xdd,/*“湖“,0*/ 0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x00,0x80,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x01,0xc0,0xed,0xdb,0x dd,0xdd,0x0d,0xd8,0x7d,0xdf,0x7d,0xdf,0x05,0xd0,0x7d,0xdf,0x7d,0x df,0x7d,0xd7,0xfd,0xef,/*“南“,1*/ 0xbf,0xff,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x00,0x80,0xf7,0xf7,0xf7,0xf7,0xef,0xfb,0x ef,0xfb,0xdf,0xfd,0xbf,0xfe,0x7f,0xff,0xbf,0xfe,0xdf,0xfd,0xef,0xfb,0 xf3,0xe7,0xfc,0x9f,/*“文“,2*/ 0xff,0xff,0x7f,0xc0,0x40,0xdb,0x77,0xdb,0x77,0xc0,0x77,0xdb,0x77,0xdb, 0x41,0xc0,0xf7,0xfb,0xf7,0xfb,0x77,0xc0,0xf7,0xfb,0xc7,0xfb,0xf8,0xfb,0 13 x3d,0x80,0xff,0xff,/*“理“,3*/ 0xbb,0xef,0x77,0xef,0x77,0xf7,0xff,0xfb,0x01,0x80,0xfd,0xbf,0xfe,0xdf,0 x07,0xf8,0xff,0xfd,0x7f,0xfe,0x00,0x80,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0 x5f,0xff,0xbf,0xff,/*“学“,4*/ 0xff,0xfd,0xe1,0xfb,0x2d,0x80,0xb5,0xbf,0xd5,0xdf,0x79,0xe0,0xf5,0xff,0 xed,0xff,0x2d,0x80,0xed,0xf6,0xe9,0xf6,0xf5,0xf6,0x7d,0xb7,0x7d,0xb7,0 xbd,0x8f,0xdd,0xff,/*“院“,5*/ 0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x03,0xe0,0x7b,0xef,0x7b,0xef,0x7b,0xef,0x 03,0xe0,0x7b,0xef,0x7b,0xef,0x7b,0xef,0x03,0xe0,0x7b,0xaf,0x7f,0xbf,0 x7f,0xbf,0xff,0x80,/*“电“,6*/ 0xef,0xfd,0xef,0xfb,0x2f,0x80,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0x73,0xc0,0xf3,0xff,0x f5,0xff,0x76,0xc0,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0x77,0xc0,0x77,0xdf,0x77,0xdf,0x 77,0xc0,0x77,0xdf,/*“信“,7*/ 0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x03,0xe0,0xbf,0xff,0xbf,0xff,0x00,0x80,0x df,0xff,0xef,0xff,0x0f,0xf0,0xff,0xf7,0xff,0xfb,0x9f,0xfd,0x7f,0xfe,0 xff,0xfd,0xff,0xfb,/*“专“,8*/ 0xdf,0xfd,0xdf,0xfd,0xdf,0xfd,0xdf,0xfd,0xdd,0xdd,0xdb,0xdd,0xdb,0 xed,0xd7,0xed,0xd7,0xf5,0xd7,0xf9,0xdf,0xfd,0xdf,0xfd,0xdf,0xfd,0x df,0xfd,0x00,0x80,0xff,0xff,/*“业“,9*/ 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x 00,0x80,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,/*“一“,10*/ 14 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0x f7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xff,0xff,0x f7,0xff,0xff,0xff,/*“！“,11*/ 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,/*“ “,1*/ 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0x f7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xff,0xff,0xff,0x f7,0xff,0xff,0xff,/*“！“,11*/ 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff, 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,/*“ “,2*/ 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x ff,0xff,0xff,0xff;/*“ “,3*/ void delay() /延时程序 uint i=150; 15 while(i-); void delayms(uint x) uint y; while(x-) for(y=0;y1; _nop_(); _nop_(); clk=1; stb=1; void stop()/开始的初始化显示 uchar line,i,n,speed; for(n=0;n3;n+) 16 for(speed=0;speed20;speed+) /速度控制 for(line=0;line16;line+)/行控制 p1=line; for(i=3;i7;i+)/写入字模控制 write_byte(hzi+4*n2*line); write_byte(hzi+4*n2*line+1); delay(); void left()/左移程序 uchar n,speed; uint line; for(n=0;n12;n+)/写入字模控制 for(speed=0;speed10;speed+)/速度控制 17 for(line=0;line16;line+)/行控制 p1=line; write_byte(hzn2*line); write_byte(hzn2*line+1); write_byte(hzn+12*line); write_byte(hzn+12*line+1); write_byte(hzn+22*line); write_byte(hzn+22*line+1); write_byte(hzn+32*li