汉字显示屏.doc

山西大学课程设计报告书XX大学课程设计报告课程名称： 汉字显示屏 系 部： 专业班级： 电子信息工程 学生姓名： XXX 指导教师： XXXXXX 完成时间： XXXXXXXXXXXXXXX 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 目 录第一章 绪 论21.1、LED显示屏的发展背景及国内外研究现状21.2、LED显示屏的发展趋势21.3 设计目标及设计方案31.3.1 本设计的目标31.3.2 本设计的方案3第二章 系统总体分析32.1 显示部分32.2 驱动电路的选择42.3 电源模块选择42.4 工作原理42.5 总体设计5第三章 系统硬件设计53.1 AT89C51芯片的介绍63.2 时钟电路73.3 复位电路73.4 驱动电路设计73.5点阵式汉字LED显示屏设计83.5.1 LED的特点83.5.2 LED电子显示屏83.5.3 LED电子显示屏显示字符原理93.5.4 汉字显示的原理103.5.5 模拟仿真图10第四章 系统软件设计124.1 主程序设计134.2 子程序设计134.3 程序14参考文献16- 2 -基于51单片机的LED点阵汉字显示屏系统设计摘要：本文介绍了一款以单片机AT89C51为主要芯片的LED点阵汉字显示屏系统设计。该系统可实现中英文字符的显示和动态特效显示。设计分为三个模块：单片机控制模块，输出显示模块，（4线-16线）译码器74LS154驱动模块。单片机控制模块以51单片机为核心，以软件KEIL编程实现信号输出，以驱动一个1616分辨率的LED点阵显示屏的扫描显示。除此之外，该系统只占用了单片机少量的I /O口和内存，为系统留下了功能扩展的空间。关键字：AT89C51单片机；LED点阵显示屏；驱动模块第一章 绪 论1.1、LED显示屏的发展背景及国内外研究现状LED显示屏是20世纪80年代后期在全球迅速发展起来的新型信息化显示媒体。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像。短短几十年，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成为平板显示的主流产品。随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种手段，已广泛应用于室内外公众场所。在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。还有机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券交易与银行信息显示、交通信号灯、景观照明等。显然，LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化的一个重要标志。1.2、LED显示屏的发展趋势现代信息社会中，作为人机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入21世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为21世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。未来LED显示屏会向着标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展。1.3 设计目标及设计方案1.3.1 本设计的目标本课题要求设计一汉字显示屏，即用单片机技术基础，模拟电子技术基础和数字电子技术基础等理论知识根据要求显示汉字。通过设计一汉字显示屏，使我对单片机、模拟及数字电子技术理论知识在实际生活中的应用有了更进一步的认识。加深我对所学的理论知识与实际应用的结合。通过设计，全面提高我的分析、判断、解决问题的能力。使我对所学知识的应用能力、查询资料能力及书写报告能力，有一个较大的提高，为毕业设计打下一定的基础。同时也能培养我独立思考、勇于创新的科学态度和钻研精神，将为我踏上工作岗位做一次提前的锻炼。1.3.2 本设计的方案（1）利用单片机控制LED的显示，结合相应程序作线路布置，即硬件设计。（2）行列电路设计，分析电路图确定整个系统大概的规模。（3）进行系统分析，确定该系统各模块之间的关系。连接电路图进行。（4）集合程序调试，看各个功能是否能正常运行，并找出程序中的错误，改正这些错误。（5）最终能在LED电路板上显示所要的汉字。第二章 系统总体分析2.1 显示部分显示部分是本次课程设计最核心的部分，先对LED8*8点阵显示进行选择然后再其基础上扩展成LED16*16。采用动态显示方式,对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发光的亮度等因素。通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50Hz, 发光二极管导通时间1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感。 2.2 驱动电路的选择驱动电路的选择采取并口输入，占用大量I/O口资源。选取串口输入，I/O口资源使用较少。所以我选用串口输入。电路中行方向由AT89C51的P0口和P2口完成扫描，由于P0口没有上拉电阻，因此接一个4.7k*8的排阻上拉。为提供负载能力，接16个2N5551的NPN三极管驱动。列方向则由416译码器74LS154完成扫描，它由AT89C51的P1.0-P1.3控制。同样，驱动部分则是16个2N5401的三极管完成的。2.3 电源模块选择采用干电池作为LED点阵系统的电源，由于点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。点阵系统要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。采用一片LM7805三端稳压器，耗电电流为100Ma左右的电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。 基于以上分析，我决定采用采用LM7805三端稳压器电源作为系统电源。2.4 工作原理利用单片机进行LED汉字显示平设计与制作是利用单片机控制技术，编写程序，通过程序控制LED的显示，显示所要显示的内容。通过程序控制AT89C51芯片输出高低电平，高低电平控制分别控制LED的亮和灭，最终达到所要显示的内容。若将LED点阵的行列端口全部直接接入AT89C51单片机，则需要使用32条IO口，这样会造成IO资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0口和P2口，至于列选扫描信号则是由4-16线译码器74LS154来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个IO口，节约了很多IO资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。考虑到P0口必需设置上拉电阻，我们采用4.7 k排电阻作为上拉电阻。2.5 总体设计有上述工作原理，我画出来该系统的框图。设计总体框图如图:4个8*8LED屏构成的16*16LED点阵屏时钟电路 AT89C51 单片机行驱动复位电路列驱动74LS154 图2-1 系统框图第三章 系统硬件设计LED点阵设计主要应用于显示屏，它是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。本设计采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74LS154)、1616 LED点阵5部分组成，如图所示。 图3-1 硬件电路图3.1 AT89C51芯片的介绍AT89C51是一种带4 kB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL公司高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写擦循环，数据保留时间为10年。它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。 图3-2 AT89C51引脚图3.2 时钟电路 由AT89C51的18，19脚的时钟端(XTALl及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、电容C2，C3组成，采用片内振荡方式。3.3 复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2，电容C1，开关K1组成，分别接至AT89C51的RST复位输入端。 图3-3 时钟、复位电路3.4 驱动电路设计3.4.1 2N5551与2N5401三极管的主要参数 行驱动部分则是16个2N5551小功率硅三极管，列驱动部分则是16个2N5401小功率硅三极管。 3.5点阵式汉字LED显示屏设计3.5.1 LED的特点 LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。（LED ：Light Emitting Diode）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：高亮度、工作电压低、功耗小、小型化而与集成电路匹配，目前应用最广的是红色、绿色、黄色LED。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。从显示方面讲，LED可以显示文字、数字（数码管），也可以显示图形图象（LED矩阵模块），LED显示即可以用于室内环境，也可以用于室外环境。3.5.2 LED电子显示屏LED电子显示屏由于具有所显内容信息量大，外形美观大方，操作方便灵活，是近年来得到广泛应用的重要信息设备，大致有以下几类：（1）、条形显示屏该系列可用于显示文字、表格、符号和简单图形等，控制系统体积较小，嵌入在显示屏替内部，一般采用红色高亮度点阵模块，表面可外履深红色遮光薄膜，适用于多种场合发布通知、广告等信息。（2）、图文显示屏 该产品主要用计算机控制，具有处理速度快、存储容量大等特点，适合显示面积较大的图文信息，可适时显示系统当前日历、时间、文件等，被广泛运用在商场、街道、广场、车站等人群或流动量大的场合。（3）、256级灰度视频显示屏该系列具有256级灰度控制功能，使没种基色可达256种颜色，图象显示细腻、柔和、颜色丰富、层次感强等特点。该系列显示屏可显示真彩色图象、电脑动画和电视机、录象机、影碟机等视频节目信息，图象清晰稳定，无噪点和闪烁感。本设计用的显示屏为256级灰度视频显示屏。汉字显示屏广泛应用与汽车报站器，广告屏等。本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作，使用4个8*8的点阵发光管，组成16*16的发光点阵。同时为了降低制作难度， 仅作了一个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。3.5.3 LED电子显示屏显示字符原理下图所示为单基色8*8的点阵屏结构图 图3-4单基色8*8的外部图 图3-5 LED显示屏内部电路从结构上可知，它的每一列共用一根列线，每一行共用一根行线。当相应的行接高电平，列接低电平时，对应的发光二极管被点亮。通常情况下，一块8*8像素的LED显示屏是不能用来显示一个汉字的，因此，按照其原理结构进行扩展为16*16，就足以显示一个完整的汉字。在显示过程中，多采用扫描方式，利用人的视觉暂停效应，只要刷新速率不小于25帧/秒，就不会有闪烁的感觉。我把行列总线接在单片机的I/O口，由4-16线译码器74HC154来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个I/O口，节约了很多I/O资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。考虑到P0口必需设置上拉电阻，我采用4.7 k排电阻作为上拉电阻。3.5.4 汉字显示的原理用8位的AT89C51单片机控制， 由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成， 下部也由8*16点阵组成。当显示某一汉字时，只需点亮该汉字所经过的数码管即可，对应将其显示为16进制数，工程师开发了汉字取模软件，方便大家显示自己所想要显示的信息。以下是山西大学四个字取模结果与过程：/ - 汉字字模的数据结构定义 - /typedef struct typFNT_GB16 / 汉字字模数据结构 signed char Index2; / 汉字内码索引 char Msk32; / 点阵码数据;/ 汉字字模表 / 汉字库: 宋体16.dot 纵向取模下高位,数据排列:从上到下从左到右 /struct typFNT_GB16 code GB_16 = / 数据表“山”0x00,0x00,0xF0,0x7F,0x00,0x20,0x00,0x20, 0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0xFF,0x3F,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0xF0,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,“西”0x04,0x00,0xC4,0xFF,0x44,0x40,0x44,0x50,0x44,0x48,0xFC,0x47,0x44,0x40,0x44,0x40,0x44,0x40,0xFC,0x47,0x44,0x48,0x44,0x48, 0x44,0x40,0xE6,0xFF,0x44,0x00,0x00,0x00,“大”0x20,0x00,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0x20,0x20,0x10,0x20,0x0C,0xA0,0x03,0x7F,0x00,0xA0,0x01,0x20,0x06,0x20,0x08,0x20,0x10, 0x20,0x20,0x30,0x60,0x20,0x20,0x00,0x00,“学”0x40,0x04,0x30,0x04,0x11,0x04,0x96,0x04,0x90,0x04,0x90,0x44,0x91,0x84,0x96,0x7E,0x90,0x06,0x90,0x05,0x98,0x04,0x14,0x04,0x13,0x04,0x50,0x06,0x30,0x04,0x00,0x00;/ 汉字表：/ 山西大学3.5.5模拟仿真图 如下所示第四章 系统软件设计软件程序由开始、初始化、主程序组成。其中流程图如图所示。4.1 主程序设计初始化调用显示程序调整数据指针开 始是否显示完是s否 图4-1 主程序流程图4.2 子程序设计开 始设1帧显示时间设片选及数据指针查汉字上部数据及显示查汉字下部数据及显示延时1ms关显示并调整时针1帧时间是否到是否显示完汉字结 束是是否否 图4-2 子程序流程图4.3 程序#include unsigned char code graph1= 0x00,0x00,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x00,0x00,0x00, 0x02,0x02,0xE2,0x22,0x22,0xFE,0x22,0x22,0x22,0xFE,0x22,0x22,0xE2,0x02,0x02,0x00, 0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00, 0x40,0x30,0x11,0x96,0x90,0x90,0x91,0x96,0x90,0x90,0x98,0x14,0x13,0x50,0x30,0x00, 0x00,0x00,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x00,0x00,0x00;unsigned char code graph2= 0x00,0x00,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x7F,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0xFF,0x48,0x44,0x43,0x40,0x40,0x40,0x43,0x44,0x44,0xFF,0x00,0x00,0x00, 0x80,0x80,0x40,0x20,0x10,0x0C,0x03,0x00,0x03,0x0C,0x10,0x20,0x40,0x80,0x80,0x00, 0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x44,0x84,0x7E,0x06,0x05,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x00, 0x00,0x00,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x7F,0x00,0x00,0x00;unsigned char index = 0;void delay(void)unsigned int i=300;while(i-) ;void main (void )unsigned char j = 0;unsigned char tmr = 0;P0