led点阵显示屏.docx

点阵LED显示设计摘要本文的设计是基于单片机系统的基本模块的一部分.LED点阵电子显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示屏系统。它以其色彩鲜艳，动态广泛，亮度高，寿命长，工作稳定等优点而成为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择。同时也可广泛应用到军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等行业。该设计是一个16X16LED点阵电子显示屏显示的设计。整块电子显示屏的控制核心是40引脚的单片机AT89C51，说明了LED点阵电子显示屏用AT89C51为控制系统的动态的设计和开发的具体过程。本设计就是使用4个8X8点阵显示模块来组成16X16点阵显示屏，采用动态扫描显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示一个汉字。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路，硬件电路各个部分的功能及原理，相应软件的程序设计，以及使用说明。本次设计任务是使LED点阵实现横向拉幕的字符显示，以AT89C51单片机为控制器，8*8LED点阵为显示器件构成的显示系统。在程序中还可以相应的改变显示字符的样式和字数。其中8*8点阵显示屏可以清晰的显示汉字，此显示系统可以适用于不同的场合。本次设计的点阵显示屏主要是通过单片机直接控制扫描，然后用74HC154来控制列扫描。这个设计的软硬件都成功的通过了PROTEUS的仿真调试。关键字：单片机，点阵，74HC145，keil，Proteus,目录目录第一章 概述31.1课程设计简介31.2系统方案论证与设计3第二章 系统硬件设计42.1系统总电路设计42.11 系统的总框图42.2最小系统设计62 21 时钟电路72.2.2 复位电路8第三章 系统软件设计93.1 系统主程序9第四章 软件仿真114.1 Proteus软件基本概述114.2 keil软件的介绍114.3仿真电路图11第五章 小结13附录A:15附录B16第一章 概述1.1课程设计简介LED显示屏（LED panel）介绍：LED英文全称就是Light Emitting Diode ，为发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，它通常是由很多个红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。大规模集成的LED显示屏是由LED点阵组成，是可以用来显示文字、图形、图像、动画、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕，又叫电子显示屏或者飘字屏幕。LED显示屏不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点，内容还可以随时更换，且各部分组件都是模块化结构。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。本次设计采用单片机AT89C51驱动8*8点阵LED显示屏，显示“罗”和“伟”这两个汉字。1.2系统方案论证与设计采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴或共2端)，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源16X16点阵LED工作原理说明 : 16X16点阵共需要256个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。第二章 系统硬件设计2.1系统总电路设计2.11 系统的总框图 图2.02.12 芯片的选择AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51引脚如图2.1所示。图2.1 AT89C51引脚图单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。驱动芯片，选择74HC145。如图2.2图2.22.2 88点阵LED等效电路8*8点阵LED工作原理说明 :8*8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，如图49所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述： 一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现四块8*8点阵LED级联成16*16点 图2.4 2.2最小系统设计 单片机最小系统电路板选用的是DIP-40封装的单片机STC89C51作为MCU。系统包括时钟电路，复位电路和下载电路，如图1所示 时钟电路复位电路P C机串行通讯MAX232 MCUSTC89C51 图2.5 单片机最小系统原理框图2 21 时钟电路 STC89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，使得单片机能够以此作为时钟控制信号，从而有条不紊的进行工作。如电路原理图2所示在引脚XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1和微调电容C1和C6。电容一般选择30pf左右，电容的大小会影响振荡器频率的高低，稳定性和速度。晶振的频率一般在1.2 MHz至12MHz之间，通常选取6MHz或12MHz。 图2.6 时钟电路2.2.2 复位电路 复位电路一般有两种方式，最简单的为上电自动复位。由于只要给复位引脚RST加上大于2个机器周期的的高电平就能使单片机复位，因此在RST端加上一个电容和电阻用来充放电就可实现，如图2.8所示。本系统采用的是手动复位方式。按键没按下时RST端通过电阻接地为低电平，单片机正常工作，若按键按下RST端接高电平就实现复位，更加方便，如图2.7所示。 图2.7 上电自动复位电路 图2.8 手动复位电第三章 系统软件设计软件程序是整个控制系统的核心部分。显示部分采用动态扫描的方式，实现对显示屏要显示的汉字、图像、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。程序中将数据存储器分为三个区：显示缓冲区、数据存储区和接收缓冲区。单片机通过串口中断接收PC机传来的数据，暂时存放在接收缓冲区，经分析处理后按一定的规律放入数据存储区保存起来，然后再根据显示方式依次从数据存储器中取出数据放入显示缓冲区中用于显示。显示采用逐行扫描的方式，图3.1是显示一屏字符的电路图。与PC机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收数据信息，实现与计算机的数据信息传输。3.1 系统主程序如图3-1主程序图，本设计的系统软件能使LED显示屏各个点亮均匀，可显示文字。系统主程序开始之后，首先对系统环境初始化，包括设置串口，定时器，中断和端口；然后显示“罗”字，停留1秒后，“罗”字消失，显示“伟”这个汉字，“伟”字消失，4秒之后再次显示“罗”，以此类推循环显示。系统流程图3.2第四章 软件仿真4.1 Proteus软件基本概述Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，它能从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。4.2 keil软件的介绍Keil是一个公司的名字。是由德国慕尼黑的KeilElektronikGmbH和美国德克萨斯的KeilSoftware组成。Keil软件是目前最流行开发51系列单片机的软件。支持c语言，汇编语言。KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil经过改进已经有了几个版本。但是操作方法大同小异，我们就用keil4讲解如何使用keil软件。4.3仿真电路图仿真电路图如下图4.1所示图4.1仿真结果如图4.2所示图4.2第五章 小结 通过轰轰烈烈的忙活了半个多月的课程设计终于在今天宣告结束，经过团队成员的通力合作，我们小组的LED电子显示屏设计终于取得了不错的成果。通过proteus软件的模拟仿真验证，我们基本实现了实验课题预期的设计初衷。做课程设计的时候一定要有耐心，慢慢调试，读懂程序很重要。可以参考别人的，但是，一定要懂得里面的原理，要不然只是简单复制粘贴，永远不会学到真正的本事，现在小学生都会的在大学就没有必要再去学了。刚开始的时候，对于单片机和8*8点阵就是一张白纸，不会分行和列，课余时间我加了一个关于单片机的兴趣交流群，讨论了关于8*8点阵和此次实验的设计思路，解决了关于点阵的相关问题。晚自习的时候去图书馆找了关于proteus这个软件的相关的介绍。兴趣永远是最好的老师，有兴趣就有动力，虽然经常问老师一些很幼稚的问题，但是自己真的能从其中学习很多知识。团队也很重要，一个团队里面要团结，分工明确，但是不要打酱油，别人做好了可以问他怎么做的，但是不要复制他的，要不然你永远赶不上他。在做完设计之后，仔细回想这几天来的收获，和同学们互相帮助，共同进步，也复习了一学期来学的一些知识。还有，学会了处理问题的方法，以及更多的耐心和学习的能力。由于时间关系，我们没有解决大型的led点阵相关问题，这是我们不足之处。相信经过这次的课程设计，在单片机以及led点阵的设计方面，我们会有很大的收获。基于Proteus软件的模拟仿真平台，我们小组成员通过对程序的模拟仿真操作，验证了我们的课程设计成果。所设计的LED电子显示屏能稳定清晰地显示图形和文字信息，在编程软件的调控下，图形和文字信息可以实现在电子屏上的静止显示以及图像的左移和右移显示。我们的设计同时采用动态扫描的方式，保证了在目测条件下LED显示屏亮度均匀的显示图形和文字信息，并且稳定、清晰、无串扰。基于仿真结果，通过小组成员的合力协作，我们圆满地完成了预定的实验设计要求与目的。 参考文献：1张毅刚，刘杰. MCS-51系列单片机原理及应用M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.2蔡美琴，张为民等.MCS-51系列单片机系统及其应用M. 北京：高等教育出版社，1992.3金龙国，单片机原理与应用M.中国水力水电出版社，2008.14康华光，数字电子技术M.高等教育出版社.2008 8 5单片机C语言应用于实践M.清华大学出版社.2005 76周润景，基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真M.北京：北京航空航天大学出版社附录A:附录BORG 00H START: MOV A,#00H MOV P0,A ANL P2,#00H MOV R2,#200D1: MOV R3,#0F8H DJNZ R3,$ DJNZ R2,D1 MOV 20H,#00H L2: MOV R6,#16 MOV R4,#00H MOV R0,20H L3: MOV A,R4 MOV P1,A INC R4 MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R7,A MOV P0,A INC R0 MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R7,A MOV P2,A INC R0 MOV R3,#02H D2: MOV R5,#0F8H DJNZ R5,$ DJNZ R3,D2 MOV A,#00H MOV P2,A ANL P1,#00H DJNZ R6,L3 DJNZ R1,L2 MOV 20H,R0 MOV A,R7 JMP START T