基于LED点阵显示的单片机的设计应用

毕业设计 论文 毕业设计 论文 题 目 基于基于 LEDLED 点阵显示的单片机的设计应用点阵显示的单片机的设计应用 姓 名 XXXXXX 学 号 309040XXXX309040XXXX 专业班级 0909 通信工程通信工程 X X 班班 指导教师 XXXXXX 分 院 信息工程与工程分院信息工程与工程分院 完成日期 2012 年年 5 月月 20 日日 宁波理工学院宁波理工学院 I 摘 要 LED 点阵作为一种显示器件 是由多个发光二极管按矩阵形式排列封装而成 通常用来显示时间 图文等信息 广泛用于广告标语显示 公共场所提示语等 本设计是基于 AT89C51 单片机的 8 8 点阵屏 其中包含了软件 调试等方案的 设计 此外 该设计采用了级联的方式实现双屏显示 关键词 关键词 单片机 串口 LED 点阵 显示 III 目 录 摘 要 I 第 1 章概述 1 1 1LED点阵的应用及意义 1 1 2LED点阵的几种应用 1 1 3本文工作 1 第 2 章设计所用器件 2 2 1AT89C51 单片机 2 2 274HC595 芯片 2 2 38 8LED 点阵 4 第 3 章设计原理 5 3 1动态显示原理 5 3 2点阵显示原理图及驱动 5 3 2 1原理图 5 3 2 2驱动模块 5 第 4 章Proteus 仿真 6 4 1仿真电路图 6 4 2程序 6 4 3实验结果 6 第 5 章总结与展望 7 参考文献 8 附 录 9 1 第 1 章 概述 1 1 LED 点阵的应用及意义 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 1 2 LED 点阵几种应用 Led 点阵的应用很广 对于不同的应用环境和应用要求 可以有各种各样的 应用方式 常用的应用有群显示应用 红外遥控式应用 无线遥控式应用等 采 用单片机可以有效实现以上的各种应用 1 3 本文工作 本文通过用 AT89C51 单片机对两个 8 8 点阵进行控制 使其滚动显示一个移 动的箭头 第 2 章 设计所用器件 一般我们可用单片机 io 口并行输出来实现对 8 8 点阵的控制 可是那样很 占 IO 口资源 因此改用 74LS595 来实现串行通信取代并行通信 这样原来需要 2 10 几个 IO 口现在用 74HC595 的 几个个 IO 就可以实现了 2 1 AT89C51 单片机 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编辑可擦除只读存储器 FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS8 为微处 理器 俗称单片机 常用封装如下图 2 2 74HC595 芯片 74HC595 是一款漏极开路输出的 CMOS 移位寄存器 输出端口为可控三台输 出端 异能串行输出控制下一级级联芯片 特点 高速移位时钟频率 Fmax 25MHz 标准串行 SPI 接口 CMOS 串口输出 可用于多个设备的级联 低功耗 3 管脚图 74595 的数据端 QA QH 八位并行输出端 可以直接控制数码管的 8 个段 QH 级联输出端 我将它接下一个 595 的 SI 端 SI 串行数据输入端 74595 的控制端说明 SCLR 10 脚 低点平时将移位寄存器的数据清零 通常我将它接 Vcc SCK 11 脚 上升沿时数据寄存器的数据移位 QA QB QC QH 下降 沿移位寄存器数据不变 脉冲宽度 5V 时 大于几十纳秒就行了 我通常都选 微秒级 RCK 12 脚 上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器 下降沿时存储寄 存器数据不变 通常我将 RCK 置为低点平 当移位结束后 在 RCK 端产生一个 正脉冲 5V 时 大于几十纳秒就行了 我通常都选微秒级 更新显示数据 G 13 脚 高电平时禁止输出 高阻态 如果单片机的引脚不紧张 用一个引脚 控制它 可以方便地产生闪烁和熄灭效果 比通过数据端移位控制要省时省力 2 3 8 8LED 点阵 下图 1 为 8 8 点阵 LED 外观及引脚图 其等效电路如图 2 所示 只 要其对应的 X Y 轴顺向偏压 即可使 LED 发亮 例如如果想使左上角 LED 点亮 则 Y0 1 X0 0 即可 应用时限流电阻可以放在 X 轴或 Y 轴 4 图 1 8 8 点阵 LED 外观及引脚图 图 2 8 8 点阵 LED 等效电路 点阵点阵 LED 扫描法介绍扫描法介绍 点阵 LED 一般采用扫描式显示 实际运用分为三种方式 1 点扫描 2 行扫描 3 列扫描 若使用第一种方式 其扫描频率必须大于 16 64 1024Hz 周期小于 1ms 即 可 若使用第二和第三种方式 则频率必须大于 16 8 128Hz 周期小于 7 8ms 即可符合视觉暂留要求 此外一次驱动一列或一行 8 颗 LED 时需外加驱动电 路提高电流 否则 LED 亮度会不足 5 第 3 章 设计原理 3 1 动态显示原理 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 8 8 的点阵共有 64 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 8 8 的 点阵需要 64 8 8 个锁存器 因为我们仅仅是 8 8 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 8 行 的同名列共用一套驱动器 具体就 8 8 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 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 6 3 2 点阵显示原理图及驱动模块 3 2 1 原理图 3 2 2 驱动模块 上图就是 8X8 点阵驱动模块 各行的同名列共用一个列驱动 数据通常存储在单片机的存储器中 按 8 位 一个字节的形式存放 由于列线过多 故多采用串行传输 由于每次要传输 16 位 而且数据要逐位输给驱动器 只有当一行中各列数据都已传输到位后 这一 7 行的各列才能进行并行显示 耗时较长 为了满足以上要求 驱动选择 74LS595 移位寄存器 移位寄存器和存储器是分别的时钟 数据在 SCHcp 的上升沿输入 在 STcp 的上升沿进入的存储寄存器中去 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 其特点 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 输出能力 并行输出 总线驱动 串行输出 标准中等规模集成电路 74HC595 是一个串入并出的芯片 具体来说就是第一个时钟信号来到时低位的数 据向高位挪动一位 在这个程序中是 SH CK 信号 当 SH CLK 是一个上跳沿时 传入的形参 dat 与 0 x80 相与 得到的数为 1 则通过 SDATA 置 1 否通过置为 0 并 存储在 SDATA 的相应位置 最低位 上 DS 内部也自动左移一位数据然后 dat 向 左移一位 使次高位变为最高位与 0 x80 相与 并存储 通过 8 次后 就可以得 到数据 并存储在 SDTTA 中了 这时 ST CK 一个上跳沿 数据即送出去了 8 第 4 章 Proteus 软件仿真 4 1 仿真电路图 9 4 2 程序 ORG00H JMPMAIN ORG 0BH LJMPINTS T0 ORG30H MAIN CLREA MOVR2 0 MOVR1 16 16 个字符 MOVR0 40H MOVDPTR TAB 把全部字符复制到 40H MOVEDATA MOVA R2 MOVCA A DPTR MOV R0 A INCR2 INCR0 DJNZR1 MOVEDATA MOVTMOD 01H 定时器 0 工作方式 1 MOVTL0 0FFH 置计数初值 MOVTH0 03CH 0FFFFH 3CAFH 50000 50MS MOVR7 5 软件计数器 循环 5 次 SETBET0 允许 T0 中断 CLRET1 禁止 T1 中断 SETBEA SETBTR0 MOVSCON 00H 串行口工作模式 0 CLRP3 2 MOVSP 60H MOVR3 080H 第一行 A0 MOVR2 08H MOVR0 40H LOOP MOVDPTR TAB 字符首地址 MOVR1 2 MOVA R3 RRA 行码右移一位转下一行 MOVR3 A MOVSBUF A 发送行码 WAIT1 JNBTI WAIT1 等待一帧发送完 CLRTI A1 MOVA R0 MOVSBUF A WAIT2 JNBTI WAIT2 CLRTI INCR0 DJNZR1 A1 SETBP3 2 显示一行 CLRP3 2 DJNZR2 LOOP 下一行 JMPA0 JMP INTS T0 CLREA 10 PUSH00H PUSH01H PUSH02H DJNZR7 BACK 软件次数 次数不到返回 MOVR7 5 MOVR0 40H MOVR1 8 SHIFT1 MOVR2 2 CLRC PUSH00H MOVA R0 ADDA 1 MOVR0 A MOVA R0 POP00H RLCA SHIFT2 MOVA R0 RLCA MOV R0 A INCR0 DJNZR2 SHIFT2 DJNZR1 SHIFT1 BACK POP02H POP01H POP00H MOVTMOD 01H 定时器 0 工作方式 1 MOVTL0 0FFH MOVTH0 03CH 0FFFFH 3CAFH 50000 50MS SETBET0 禁止 T0 中断 CLRET1 禁止 T1 中断 SETBEA SETBTR0 RETI TAB DB0FFH 0FFH 箭头符号 DB0DFH 0FFH DB0BFH 0FFH DB001H 0FFH DB0BFH 0FFH DB0DFH 0FFH DB0FFH 0FFH END 4 3 实验结果 当仿真电路运行时 LED 点阵出现红