单片机的1616点阵的滚动显示 精品.doc

基于单片机的 16 16 点阵的滚动显 示 1 绪论 单片机 Single Chip Microputer 又称微控制器 Microcontroller 最基 本的结构是将 CPU 和计算机外围功能单元 如存储器 I O 口 定时器 计数器 中断系统等集成在一个芯片上构成的 虽然单片机只是一个芯片 但无论从成 还是功能上来看 它都具有了微机系统的特征 1 1 1MCS 51 系列单片机简介 1971 年微处理器研制成功 1974 年 美国仙童 Fairchild 公司研制出 世界上第一台单片机微型计算机 F8 该机由两块集成电路芯片构成 具有与众 不同的指令系统 深受民用电器及仪器仪表领域的欢迎和重视 从此单片机开 始迅速发展 应用领域也不断扩大 1976 年 Intel 公司推出 MCS 48 系列 8 位单片微型计算机 它以体积小 功能全 价格低等优点 赢得了广泛的应用 为单片机的发展奠定了基础 成 为单片机发展过程中的一个重要阶段 在 MCS 48 成功应用的推动下 许多半导体公司和计算机公司也竞相研制和 开发自己的单片机系列 到目前为止 世界各地厂商也相继研制出大约 50 个系 列 300 多个品种的单片机产品 可以满足不同领域的需要 代表产品有 Intel 公司的 MCS 51 单片机 Motorola 公司的 MC6081 MC6082 系列机 Zilog 公司 的 Z 8 系列机 TI 公司的 TMS7000 系列机等 此外 Rockwell NS GI 和日本 的 NEC 松下 日立等公司也先后生产了自己的单片机系列 1 单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑 其诞生标志 着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支 2 然而 由于 16 位单片机销售量并不大 价格也比较贵 大量应用领域需要 的仍然是 8 位单片机 因此 各公司 1986 年以来纷纷开发高性能 大容量和多 功能新型 8 位单片机 这些单片机有 Intel 公司的 8044 双 CPU 工作 Zilog 公司的 Super8 含 DMA 通道 Motorola 公司的 MC68CH11 内含 E2PROM 及 A D 转换电路 和 WDC 公司的 65C124 内含网络接口电路 等等 目前 单片机正朝着高性能和多品种方向发展 但以 MCS 51 为主的 8 位单 片机仍然占据着单片机的主导地位 单片机的应用日益广泛啊 如应用在仪器 仪表 家用电器和专用设备的智能化以及过程控制等方面 单片机在人们的日 常生活和工作中正扮演着越来越重要的角色 伴随着信息技术革命的不断深入 以及计算机技术的快速发展 单片机的应用越来越广泛了 并且已经逐渐地发 展成为了一门比较关键的技术学科 单片机具有这样一些突出优点 体积小 质量轻 耗电量小 电源比较单一 功能性强 价格低 运行速度比较快 抗干扰的能力较强 利用率高等优点 因而在通信 家电 工业中等特别是 汽车等产品的应用当中都能够处处看到单片机的应用 3 1 2单片机的应用领域 单片机具有体积小 可靠性高 功能强 灵活方便等优点 故可以广泛应用 于国民经济的各个领域 对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了推动作 用 从应用规模来分 单片机应用系统常分为简单应用系统 常规应用系统和 高级应用系统三类 简单应用系统是指它在家用电器或仪器仪表中的应用 其特点是没有人机对 话功能 程序和运行参数均可固化在ROM中 常规应用系统用于过程控制 通常 配有一个键盘和若干个I O端口 用以实现对被控制对象进行监视和控制 高级 应用系统是指单片机在分布式计算机系统或计算机网络中的应用 在这类应用 系统中 单片机通常用作下位机 而上位机一般是一台系统或网络工作站机 为了使读者了解单片机的应用情况 现就单片机在直接数字系统和分布控制系 统中的应用问题分别进行简单的介绍 1 单片机在直接数字控制系统中的应用 直接数字控制 Direct Digital Control 简称DDC 它是单片机在工 业控制中应用最普遍的一种方式 在这种方式中 单片机作为系统的一个组成 部分或环节 直接参与控制过程 一台单片机可以对多个被控参数进行巡回检 测 并把检测结果和给定值进行比较 再按事先约定的控制规律进行运算处理 然后通过D A和反多路开关控制执行机构动作 从而使生产过程始终处于最佳状 态 2 单片机在分布式控制系统中的应用 分布式控制系统 Distributed Control System 简称DCS 它实际上是 一个分级结构的计算机系统 这类系统一般由一台或数台主计算机和若干单片 机构成 单片机在工业控制中直接位于控制第一线 应用面广 应用量大 是 工厂自动化的关键部件之一 4 1 3 主要工作任务 本文的设计是单片机系统基本模块的一部分 即利用单片机驱动显示屏工 作 其中点阵行扫描由单片机直接驱动 列扫描由单片机驱动的 74LS138 直接 驱动 通过程序写入代码从而实现点阵的显示 这部分电路在单片机的学习中很重要 我们要知道点阵的显示原理 了解 行扫描和列扫描是怎么一回事 以及用什么来驱动行扫描和用什么来驱动列扫 描 这里我们使用了 74ls138 来驱动列扫描 通过这个设计 我们可以更加明 白 74ls138 的使用方法以及它的一些功能特性 对点阵显示屏及其他的一些显 示屏也能有更多的了解 2 硬件设计 2 1 单片机系统的基本模块 基本模块的制作是基于单片机的 16 16 点阵滚动显示的基本思路 也是我 们研究的基于单片机的 16 16 点阵滚动显示的重要依据 如图 1 所示基于单片 机系统基本模块图 图 1 单片机系统基本模块图 其中 单片机最小系统包括复位电路 晶振电路和电源电路 显示部分即 点阵显示电路 驱动部分即 74LS138 驱动电路 接口扩展在本次设计中暂未使 用 单片机系统 显示部分 驱动部分 单片机最小系统 接口扩展部分 2 2 16 16 点阵滚动显示的硬件设计 2 2 1单个点阵显示基本原理 一般的点阵都是 8 8 的 即横竖都有 8 个发光二极管 如图 2 所示 观察二极管正负极 我们可以很容易发现 如果赋予 P0 0 xff P2 0 x00 那么所有的发光二极管将被点亮 从 而点阵就可以实现全亮 类似的 如果需要实现某一列或 者某一行全亮 也可以进行类似的赋值 比如 我们要实 现第一列全亮 第一列全亮就要求 P20 0 其他为 1 则代 码为 P0 0 xff P2 0 xfe 但是如果需要让点阵显示一个字符的话 上述赋 值则不能达到目的 这里 我们需要先知道扫描的概念 所谓扫描 就是每隔一个时间段 发送一组代码 当然 这个时间段要足 够小 由于人眼有视觉暂留效应 人的肉眼无法分辨 因此 经过多次扫描 点阵上就能稳定的显示一个字符 那么程序上如何实现扫描呢 扫描包括行扫描和列扫描 我们可以任意使用其中一种 假设我们使用行 扫描 就是首先令 P07 为 1 即 P00 0 x80 然后观察在这一行上有哪些二极管 被点亮 点亮的那一列所对应的端口就为 0 不亮的就为 1 记下此时 P2 数值 短暂延时过后 令 P06 1 即 P00 0 x40 然后观察在这一行上有哪些二极管被 点亮 点亮的那一列就为 0 不亮的就为 1 记下此时 P2 数值 同理如此重复 下去 直到 P00 0 x01 那么所有的 P0 和 P2 的数值就构成了两个长度为 8 的数 组 我们可以在程序中每个一段时间按顺序发送一组代码 只要时间段足够短 那么我们就可以在点阵上看到稳定的字符了 以上就是单个点阵显示的基本原理 图 2 8 8 点阵 2 2 216 16 点阵的组成及显示原理 所谓 16 16 点阵 就是行列各位 16 个长度的点阵 现实中我们可以通过 4 个 8 8 点阵进行拼凑来实现一个 16 16 的点阵 如图 3 所示 图中的 16 16 点阵由 U6 U7 U8 U9 四个单点阵组成 所有的行 X0 X7 都通过排阻接到单片 机的 P0 口上 所有的列 Y00 Y07 Y10 Y17 Y20 Y27 Y30 Y37 接到不同的 74ls138 U2 U3 U4 U5 上 U2 控制 U6 U3 控制 U7 U4 控制 U8 U5 控制 U9 74ls138 直接由单片机的 P2 口进行驱动 这样就形成了一个完整的电路 如图 4 所示 其显示原理与单个点阵的显示原理类 似 但是这里需要先把代码写入 U6 然后 短暂延时后写入 U7 直到 U9 时间段控 制合理的话 我们就可以看到显示屏上将 显示稳定的字符 这里涉及到一个滚动显 示的问题 所谓滚动显示 即字符是从屏 幕右端慢慢往左边移动 好像是一个拉幕 的效果 那么滚动显示在程序上如何实现 呢 这里我们就要用到单片机的定时中断 中断一次 字符往左移动一次 如此循环 即实现了字符的滚动显示 这与上面单个 点阵的静态显示是有区别的 图 4 74ls138 驱动电路 图 3 16 16 点 阵 关于 74LS138 的使用 74ls138 是 3 8 线译码器 当 E1 1 E2 E3 0 时 该 译码器被选中 此时如果数据输入端 ABC 输入 000 111 八个数据 输出端 Y0 Y7 将依次输出 0 所以 我们可以依次选中四个译码器 向数据输入端写入数 据来直接控制某个点阵的显示 以上就是 16 16 点阵的滚动显示原理 2 2 316 16 点阵滚动显示的硬件设计 如图 5 就是本次设计的全部硬件电路图 3 软件设计 3 1 16 16 点阵滚动显示的软件设计 在设计 16 16 滚动显示的软件部分时 我们必须要明白其中的原理 本次 设计中我们需要注意以下几个问题 第一 怎么样让点阵显示我们需要的字符 即我们如何获得字符显示的代码 第二 如何实现字符的滚动显示 第三 如 何使画面保持稳定 图 5 本次设计完整电路图 第一 如何取得代码 现在针对点阵的取字模软件很多 我们只需要打开 软件 写入需要取字模的字 然后注意取字模的顺序 是横向还是纵向就行了 我们这里采用纵向取模 设置字模为 C51 格式 这样当写入的字确定后 我们 就可以直接复制字模到程序中来实现相应功能 如 欢 的字模就为 0 x04 0 x28 0 x08 0 x24 0 x32 0 x22 0 xC2 0 x21 0 xC2 0 x26 0 x34 0 x38 0 x04 0 x04 0 x08 0 x18 0 x30 0 xF0 0 xC0 0 x17 0 x60 0 x10 0 x18 0 x10 0 x0C 0 x14 0 x06 0 x18 0 x04 0 x10 0 x00 0 x00 第二 如何实现滚动显示 为了实现字符的滚动显示 我们加入了定时中 断函数 如下 void timer0 interrupt 1 using 3 TH0 0 xd8 TL0 0 xf0 这里实现 10ms 定时 10ms 时间到后就产生中断 if n1100 offset 0 n 0 在主函数中 我们通过 P0 p offset 2 i 这句话来实现字符的滚动显示 每 中断 10 次后 offset 加 2 即字符整体往左移动 2 个点 移动时间间隔为 10 10ms 100ms 由于人眼的视觉暂留效应 我们看到的字符是在流畅的往左移 动 第三 如何使画面保持稳定 画面的稳定有两个条件 一 中断的时间应 控制在合理的范围之内 时间小了会看不清画面 时间大了画面不连续 二 选中各个点阵中间的延时 也应当控制在合理范围之内 延时函数如下 void delay void int16 i for i 0 i 50 i 这两个条件控制好了 我们就可以看到显示的画面很稳定 很流畅 4 软件仿真结果 4 116 16 点阵滚动显示的仿真结果 如图 6 7 8 9 为本次 16 16 点阵滚动显示的仿真结果 图 6 点阵显示 欢 字 图 7 点阵显示 迎 字 图 8 点阵显示 您 字 图 9 点阵显示两个字之间 图 6 单片机调用字符代码通过驱动电路显示 欢 字 图 7 单片机调用字符代码通过驱动电路显示 迎 字 图 8 单片机调用字符代码通过驱动电路显示 您 字 图 9 单片机调用字符代码通过驱动电路滚动显示在两个字之间 结 论 本次设计的基于单片机的 16 16 点阵的滚动显示经测试仿真结果良好 能 清楚的看到字符的滚动显示 画面比较稳定 流畅 有时会出现字符显示不完 整的现象 我认为这是程序在时间的控制上做的不够好 但程序思想还是很正 确的 学生可以很容易就读懂程序 电路也很容易就看明白了 在最后的硬件 设计时 我们要认真画原理图和 PCB 尤其是在 PCB 布线时 我们要考虑板子 的大小要适宜 太大了会浪费资源 太小了对于元件就不好摆放 还要注意元 件的摆放位置要适宜布线 不要造成多处飞线的情况 最后 还要设置线宽 线太细的话容易断 最后再完成调试检测工作 通过这次的设计 我明白了点阵的工作原理 对单片机以及其他外部器件 有了更深的理解 对市场上的元器件价格有了了解 也对各式各样的点阵广告 牌等电子显示屏的工作原理有了更深的认识 同时 在考虑问题方面对于这部分的设计一定要结合所有的部分综合考虑 在我们初始设计的时候就应该有大致的整体框架 附录 相关源程序 include define int8 unsigned char define int16 unsigned int int8 n int8 code table 32 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 显示一个空屏 0 x04 0 x28 0 x08 0 x24 0 x32 0 x22 0 xC2 0 x21 0 xC2 0 x26 0 x34 0 x38 0 x04 0 x04 0 x08 0 x18 0 x30 0 xF0 0 xC0 0 x17 0 x60 0 x10 0 x18 0 x10 0 x0C 0 x14 0 x06 0 x18 0 x04 0 x10 0 x00 0 x00 欢 0 x02 0 x02 0 x04 0 x82 0 xF8 0 x73 0 x04 0 x20 0 x02 0 x00 0 xE2 0 x3F 0 x42 0 x20 0 x82 0 x40 0 x02 0 x40 0 xFA 0 x3F 0 x02 0 x20 0 x42 0 x20 0 x22 0 x20 0 xC2 0 x3F 0 x02 0 x00 0 x00 0 x00 迎 0 x00 0 x01 0 x04 0 x02 0 x1C 0 x0C 0 xC0 0 x3F 0 x1C 0 xC0 0 x02 0 x09 0 x02 0 x16 0 x9 2 0 x60 0 x4A 0 x20 0 x82 0 x2F 0 x02 0 x20 0 x0E 0 x24 0 x00 0 x22 0 x90 0 x31 0 x0C 0 x2 0 0 x00 0 x00 您 0 x44 0 x10 0 x44 0 x14 0 x88 0 x54 0 x88 0 x54 0 xD0 0 x5F 0 x30 0 x50 0 x60 0 x50 0 xFE 0 x7F 0 x40 0 x50 0 x20 0 x90 0 xB0 0 x9F 0 x98 0 x92 0 x8C 0 x94 0 x88 0 x34 0 x80 0 x11 0 x00 0 x00 乘 0 x82 0 x00 0 x02 0 x01 0 x22 0 x06 0 x22 0 x38 0 x22 0 x04 0 x22 0 x03 0 x22 0 x00 0 xFE 0 xFF 0 xA2 0 x00 0 x22 0 x01 0 x22 0 x02 0 x22 0 x3C 0 x22 0 x02 0 x02 0 x01 0 x02 0 x00 0 x00 0 x00 坐 0 x00 0 x00 0 x80 0 x00 0 x04 0 x01 0 x0E 0 x02 0 x14 0 x0C 0 x24 0 x70 0 xC4 0 x21 0 x8C 0 x00 0 x08 0 x00 0 x08 0 x70 0 x28 0 x08 0 x1E 0 x06 0 x0C 0 x03 0 x80 0 x01 0 x00 0 x01 0 x00 0 x00 公 0 x40 0 x00 0 x40 0 x08 0 x41 0 x08 0 x42 0 x08 0 x4C 0 x08 0 xF8 0 x7F 0 x50 0 x08 0 x40 0 x08 0 x40 0 x08 0 x60 0 x08 0 xD0 0 x7F 0 x4C 0 x08 0 x47 0 x08 0 x42 0 x08 0 x40 0 x00 0 x00 0 x00 共 0 x20 0 x08 0 x20 0 x86 0 x7F 0 x60 0 x80 0 x0F 0 x00 0 x04 0 x00 0 x1A 0 x00 0 xEA 0 x0 0 0 x2A 0 x00 0 x2A 0 x00 0 x2A 0 x00 0 x2A 0 xF0 0 x2B 0 x0C 0 x28 0 x02 0 x20 0 x0F 0 x 00 0 x00 0 x00 汽 0 x20 0 x00 0 x20 0 x20 0 x20 0 x21 0 x20 0 x23 0 x20 0 x25 0 x20 0 x39 0 x20 0 xE1 0 x20 0 x21 0 xFF 0 x2F 0