单片机课程设计报告——16x16LED滚动显示

1、16x16LED滚动显示课程设计：单片机课程设计专业名称： 电气工程及其自动化学 号：学生姓名：同组人员：指导教师：2014年12月8日课程设计任务书20142015学年第1学期学生姓名：专业班级：电气工程及其自动化 2012级(2)班指导教师：工作部门：、课程设计题目： 16x16LED滚动显示1.电机控制6.篮球比赛计分器2.简易电子琴设计7.密码锁控制3.公交车报站器设计8.交通信号灯控制4.键盘花样彩灯控制9.温度控制系统5.数码显示抢答器控制10.自选二、课程设计内容1 .根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进 行方案论证和电路设计，完成仿真操作。

2、要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整;2 .熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；3 .熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计；4 .熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试；5 .熟练使用Protel软件设计印刷电路板；6 .学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；7 .编写设计报告，参考毕业设计论文格式。(1)根据课题要求确定系统设计方案；(2)绘制系统框图、系统仿真原理图(印刷电路板图)，列出元器件明细表；(3)计算电路参数和选择元器件，画出软件框图，列出程序清单；(4)打印仿真结果，根据测试结果进行误差分析与修改调整；(5)对设计进

3、行全面总结。.、进度安排1 .时间安排序号内 容学时安排(天)1力泵论证和总体设计12硬件设计测试13软件设计14仿真测试及PC酸计15答辩1合计5设计指导地点：K2-407单片机、微机原理实验室2 .执行要求单片机应用课程设计共 9个选题，学生可自选课题。每组不超过2人，为避免雷同，在设计中每个同学所采用的方案不可一样。四、课程设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定项目基本内涵分值设计过程考勤10分答 辩回答问题情况20分实物或仿真测试正常无故障运行20分设计报告完成设计任务、报告规范性等情况50分90100分：优；8089分：良；

4、7079分：中；6069分，及格；60分以下：/、及格六、课程设计参考资料1贺哲荣.AT89S51单片机硬件设计与编程实例 .北京：中国电力出版社.20122李泉溪.单片机原理与应用实例仿真.北京：北京航空航天大学出版社,2012.3王平.单片机应用设计与制作.北京：清华大学出版社，2012.4彭为等.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，20075王庆利等.单片机设计案例实践教程.北京：北京邮电大学出版社，20086韩志军等.单片机应用系统设计一一入门向导与设计实例.北京：机械工业出版社，20057皮大能等.单片机课程设计指导书.北京：北京理工大学出版社，2010指导教师：201

5、4年12月8日教研室主任： 2014年12月8日目录摘要1引言2一16X16LED点阵的总体设计31.1 设计的功能要求3.1.2 设计论证 3.1.3 实验原理 3.1.4 总体设计框图 4.二 硬件设计4.1.1 主要芯片介绍 4.1.2 16 X16LED点阵显示制作 .7.1.3 用4个8X8LED点阵成16X 16LED点阵 81.4 实验电路及连线8.3 软件设计 8.1 .1 实验要求及程序流程图9.3 . 2 程序清单1.5.4 实验结果1.6.5 系统调试1.7.6 心得体会177 参考文献1813摘要本设计使用AT89C55系列高速单片机作为主控制模块，利用简单的外围电路来

6、驱动16X16的点阵LED显示屏。利用AT89C55系列高速单片机本身强大的 功能，可以很方便的实现单片机与 PC机间的数据传输及存储，并能利用软件方 便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、 银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。本LED显示屏能够以动态扫描的方式同时显示 4个8X8点阵汉字，并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内码存储在空闲的单片机程序存储器空间，使本LED显示系统能掉电存储1024个字符。设计中采用了 SPI 接口的GB2312S准字库，支持所有的国标字符和 ASCII标准字符的显示。因为 采用串行传输方式，使本系统

7、的可扩展性得到提升，便于多个显示单元的级联。本文从LED的显示原理入手，详细阐述了 LED态显示的过程，以及硬件电 路的设计、计算和软件的算法。关键词：LEDJ态显示AT89C55点阵汉字显示仿真引言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，

8、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。当今社会在飞速发展无疑能源、健康、空间的利用，成了人们着重关注的对象。而在这个信息传递极速的社会，LED 的出现给人们带来了希望之光。LED 的特色之处一是节能（直接功耗，间接耗能），二是基本无电离辐射，三提高空间利用率。而这些特色又恰好解决了上述的三种问题。然而LED 点阵显示屏的特点不仅仅于此LED 点阵显示屏用的是数码管，而数码管具有实用,便宜等优点。做出来的LED 点阵显示很耐用

9、。LED 点阵显示屏之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与LED 显示屏本身所具有的优点分不开的。LED 点阵显示屏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。本文要求设计一个能显示16X16 点阵图文LED 显示屏，要求能显示图文或文字，显示图文或文字应稳定、清晰， 图文或文字显示，以卷帘形式向上下左右滚动显示。16 X16LED点阵的总体设计1.1 设计的功能要求设计一个能显示16X16点阵图文LED显示屏，要求能显示图文或文字，显示 图文或文字应稳定、清晰，图文或文字显示，以卷帘形式向上滚动显示。1.2 设计论证1. 图

10、文显示采用动态扫描的显示方法，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16x 16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。2. 采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线

11、，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， 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。1.3 实验原理16X

12、16扫描LED点阵的工彳原理同8位扫描数码管类似。它有16个共阴极输出端口，每个共阴极对应有16个LED显示灯。所以其扫描译码地址需 4位信 号线。要使16点阵上某个点亮，如第10行第4列的LED点亮，只要让列选信号 为“0100”，从而选中第4歹I，再给第10行一个高电平，即可点亮该 LED本 实验通过74LS164和74LS595芯片写入字形，产生扫描信号。为了显示整个汉字， 首先分布好汉字的排列，以行给汉字信息；然后以大于24HZ的频率扫描列，即每行逐一加高电平，根据人眼的视觉残留特性，使之形成整个汉字的显示。1.4 总体设计框图列驱动器电源16X16LED 显示点阵二硬件设计2.1主要

13、芯片介绍1.AT89C55 介绍AT89C5叨8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管 脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括 对会聚主IC内部寄存器、数据RAg外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU!信等。主 要管脚有：XTAL 1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd （9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS （20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3为可 编程通用I/O脚，其功

14、能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR 输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接 N1的SDAS（18脚） 和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接 主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。iizJ ±±±8>XTAL1POO/ADOPO1/AD1PO.2/AD2XTAL2PQ.3/AD3PO4/AD4PO.5/AD5P0.6/AD6RSTP07/AD7P2O/A6P2.1 他 gP2.2

15、/A1OPSENP2 3/A11ALEP2 4；A12EAP2.5/A13P2.6/A14P277A15P1.0/T2P3.OfiXDP1 1/T2EXP3.1/TXDP1 2P3.21NT0P1.3P3.31NT1P1.4P3.4fT0P1.5p3 5mP1 6P3.6/WRP1.7P37D图2.1 AT89C55 单片机引脚图a上aAi立 7 1111112. 74LS595 介绍74595的数据端：Q1-Q7:八位并行输出端，可以直接控制数码管的 8个段Q7':级联输出端。我将它接下一个 595的SI端。DS出行数据输入端。STcp：存储寄存器的时钟脉冲输入口SHcpt移位寄存器

16、的时钟脉冲输入口OE的非输出使能端MR的非芯片复位端11U121013CPH-ss DCPSTR -EM -oO 1 2 3 4 5- 6 7 rQQQQQQQQQ715F2 .37图2.2 74LS595芯片引脚图3.74LS164 介绍清除端（CLEAR为低电平时，输出端（QA-QH均为低电平。串行数据输入端（A, B）可控制数据。当 A B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入， 在时钟端（CLOCK脉冲上升沿作用下Q0为低电平。当A、B有一个为高电平, 则另一个就允许输入数据，并在 CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。 引脚功能：LOCK :时钟输入端LEAR 同步清除输入端（低电平有

17、效）1,2 :串行数据输入端1.1 Q18 输出端1.2 16 X16LED点阵显示制作以UCDOS文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国 家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一 个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。 事实上这个汉字屏不仅可以显示 汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。这里我们以“魏”字说明，如 下图所示：图2.4为字模提取软件提取16x16LED汉字显示代码1.3 用4个8X8LED点阵构成16X16LED点阵Proteus中只有5X7和8X8等LED点阵，并没有16X 16LED点阵，而在实际应用中，要良好

18、地显示一个汉字，则至少需要 16X16点阵。下面我们就首先 介绍使用8X8点阵构建16X16点阵的方法，并构建一块16X16LED点阵，用于 本例的显示任务。从Proteus的元件库中找到“MATRIX-8X8-RED元器件，并将四块该元 器件放入Proteus文档区编辑窗口中。此时需要注意，如果该元器件保持初始的 位置（没有转动方向），我们要首先将其左转90。，使其水平放置，那么此时它的左面8个引脚是其行线，右边8个引脚是其列线（当然，如果你是将右转， 则右边8个引脚是行线）。然后我们将四个元器件对应的行线和列线分别进行连 接，使每一条行线引脚接一行16个LED列线也相同。并注意要将行线和列

19、线 引出一定长度的引脚，以便下面我们使用。连接好的16X 16点阵如下图。图2.5 16 X 16点阵图1.4 实验电路及连线电路主要由单片机和一些外部设备连接而成，利用4个8*8LED显示组装成16*16LED显示，2个74LS595和2个74LS164组成。该显示器采用 AT89C55t1片 机作为控制器，12MH舟振，其中P0 口作为字符数据输出口， P2 口作为显示器 扫描输出口，第31管脚（EA»接电源。电路包括单片机、电源电路、时钟电路、 复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对16X 16LED点阵进行动态扫描，以实现

20、汉字的滚动显示。ASCKLftTCBECLKS卜 STjCPM从上.SHjDF nWG 1。> C1i b_伯1E5?XTAL1XTA£ZRSTTFDXYAUJ FDLVA&1FDADQFD WAP* El-及附 PDj&AK F 口 rjf苒叮P2H.'ASPSENFZ3¥<11百PZSACp 1 QFTZ0£.TF”f i.irr»*：MLim*PINP3,|b |LlpilP LiPis；p 口 _srr.PUSP1,TP3S«W P3.7JTBH孕:K-ZJHz4BDAIX9LK51ABA1X凝廿人

21、m图2.6总电路接线图三软件设计3.1 实验要求及程序流程图本软件要求实现如下要求：汉字要稳定、明亮并且文字要以一定速度上升滚 动显示。显示屏软件模块：初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示程序的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设 计的要求显示。软件设计中，显示屏的软件系统分为两层；第一层是底层的显示 驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器T0中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初 始化）、显示效果处理等工作，由主程序

22、来实现。显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器 T0重新赋初值，以保证显示屏 刷新率的稳定，1/16扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下：刷频率（帧频）=1/16XT0 溢=1/16Xf/12 （65536-t）其中f位晶振频率，t为定时器T0初值（工作在16位定时器模式）。 然 后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据， 并通过用口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象， 驱动程序先要关闭显示屏,即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存,然后再输出新的行号，重新打开显示。图3.1系统主程序流程图3.2 程序清单#include <reg5

23、1.h>#include <intrins.h>#define DATAOUT P2 /P2 use as data#define SPEED 13void ymove(char dir,unsigned char *ptr,char speed);void xmove(char dir,unsigned char *ptr,char n,char speed); void delay(unsigned int a);void display();void displaytime(char time);void init164();sbit ADATA= DATAOUPO;s

24、bit ASCK= DATAOUTA1;sbit LATCH= DATAOUTA2;sbit BDATA= DATAOUTA3;sbit BCLK= DATAOUTA4;code unsigned char xin32=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x38,/心0x1F,0x7C,0x3F,0xFE,0x3F,0xFE,0x3F,0xFE, 0x1F,0xFC,0x0F,0xF8,0x07,0xF0,0x03,0xE0, 0x01,0xC0,0x00,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00;code unsigned char zhong32

25、=0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x04,0x7F,0xFE,/中0x41,0x04,0x41,0x04,0x41,0x04,0x41,0x04, 0x7F,0xFC,0x41,0x04,0x01,0x00,0x01,0x00, 0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00;code unsigned char guo32=0x00,0x04,0x7F,0xFE,0x40,0x24,0x5F,0xF4,/国0x41,0x04,0x41,0x04,0x41,0x44,0x4F,0xE4, 0x41,0x04,0x41,0x44,0x41,0x

26、24,0x41,0x04, 0x5F,0xF4,0x40,0x04,0x7F,0xFC,0x40,0x04;code unsigned char dui32=0x7C,0x40,0x44,0x40,0x48,0x40,0x48,0x40,/队0x50,0x40,0x48,0x40,0x48,0x40,0x44,0xA0, 0x44,0xA0,0x44,0xA0,0x69,0x10,0x51,0x10, 0x42,0x08,0x44,0x06,0x48,0x04,0x00,0x00;code unsigned char jia32=0x10,0x00,0x10,0x00,0x10,0x04,0x

27、12,0x7E,/加0xFF,0x44,0x12,0x44,0x12,0x44,0x12,0x44, 0x12,0x44,0x22,0x44,0x22,0x44,0x22,0x44, 0x22,0x44,0x4A,0x7C,0x84,0x44,0x00,0x00;code unsigned char you32=0x00,0x40,0x40,0x40,0x30,0x40,0x10,0x44,/油0x87,0xFE,0x64,0x44,0x24,0x44,0x0C,0x44,0x14,0x44,0x27,0xFC,0xE4,0x44,0x24,0x44,0x24,0x44,0x24,0x44,0

28、x27,0xFC,0x24,0x04 ; code unsigned char gth32=/!0x00,0x00,0x01,0x80,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x01,0x80, 0x01,0x80,0x01,0x80,0x00,0x00,0x01,0x80, 0x03,0xC0,0x01,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char idata buffer32;void main(void)unsigned char i;init164();while(1)for(i=0;i<

29、;32;i+)bufferi=xini;displaytime(1);xmove(1,zhong,3,SPEED);displaytime(1);ymove(1,0,SPEED);ymove(1,jia,SPEED);ymove(1,you,SPEED);ymove(1,0,SPEED);xmove(0,jia,3,SPEED);ymove(0,gth,SPEED);ymove(0,0,SPEED);xmove(1,xin,1,SPEED); /* 子函数*/void delay(unsigned int a)while(a-);void display() unsigned char han

30、g,ib,k,tmp;DATAOUT= 0x0;BDATA = 0;for(hang=0;hang<16;hang+) ASCK =0;LATCH=0;BCLK =0;for(ib=0;ib<2;ib+) tmp = bufferhang*2+ib;for(k=0;k<8;k+) tmp <<=1;ASCK =0;ADATA =CY;ASCK =1;DATAOUT|=0x14;/LATCH=1;/BCLK=1;BDATA=1; delay(64);ASCK =0;ASCK =1;void displaytime(char time) unsigned char i

31、;while(time-)i=130;while(i-) display(); void init164() char i;BDATA=1;for(i=0;i<16;i+) BCLK =0;BCLK =1;void xmove(char dir,unsigned char *ptr,char n,char speed)/* 方向n 是要移动的汉字个数移动速度*/unsigned char i=0, ib=0;unsigned int tmp=0, speedm=0;unsigned char buffer216;/半个汉字的缓存n*=2;/左半字和右半字，所以要x2for(i=0;i&l

32、t;16;i+)/清零buffer2i=0;if(dir = 1) /* 向左移动*/for(n;n>0;n-) if(ptr != 0) tmp = n%2;/判断是左半字还是右半字for(i=0;i<16;i+)buffer2i=ptri*2+tmp;if(tmp) /tmp 为 1 时，将地址指向下一个汉字 ptr+=32;for(tmp=8;tmp>0;tmp-)/要移动 8 列ib=0;19for(i=0;i<16;i+)/要移16 行，共 16 个字节bufferib <<=1; / 移第一个半字if(bufferib+1 & 0x80)

33、bufferib+;ib+;bufferib<<=1;/移后半字if(buffer2i & 0x80)bufferib+;ib+;buffer2i<<=1;/缓冲左半字向左移一位speedm=speed;/更新点阵while(speedm-)display();/else/* 向右移动*/for(n;n>0;n-) if(ptr != 0) tmp = (n+1) % 2; /判断左半字还是右半字for(i=0;i<16;i+)buffer2i=ptri*2+tmp;if(tmp = 0) /tmp 为 0 时，将地址指向下一个汉字ptr+=32;f

34、or(tmp=8;tmp>0;tmp-)/要移动8 列ib=0;for(i=0;i<16;i+)/要移16 行，共 16 个字节bufferib+1 >>= 1;/移右半字if(bufferib & 0x01)bufferib+1 |=0x80 ;bufferib >>= 1;/移左半字if(buffer2i & 0x01)bufferib |= 0x80;ib+=2;buffer2i >>=1;/下个汉字的右半字向右移一位speedm=speed; while(speedm-) /更新点阵display();void ymove

35、(char dir,unsigned char *ptr, char speed) /dir=1 上移动，dir=0 为下移动char i=0, j=0, ib=0;unsigned int tmp=0, speedm=0;if(dir=0)/*ib=31;*/for(i=16;i>0;i-)/下移16 行for(j=29;j>-1;j-)bufferj+2=bufferj;/将上一行的内容复制到下一行if(ptr=0)/ 移空时，buffer 的首行用0 移入buffer0=0;buffer1=0; else/否则，处理buffer 的首行元素buffer1=ptrib;buff

36、er0=ptrib-1;ib=ib-2speedm=speed;while(speedm-)display();/更新点阵/*向上移*/elseib=0;/数组元素序号for(i=0;i<16;i+)/上移 16 行for(j=0;j<30;j+)/将下一行的内容复制到上一行bufferj=bufferj+2;if(ptr=0)/移入为空，buffer 的末行用0 移入buffer30=0;buffer31=0; else/否则，处理buffer 的末行元素buffer30=ptrib;buffer31=ptrib+1;ib=ib+2;speedm=speed;/更新点阵while

37、(speedm-)display();四实验结果J-a?B H.KTALaMfkHbDraiiirai*3XTHfJpa也Hl-HAJSi-iipa&i»£>fr0声* eRSTEFa&nFNnAHF2.IIW5”13% in1-PJHI 1AL£KZ-OA-12*FZJL* 13rrw* i*1*37 1CFirrrzF3HR：>：PE VTZWF3 imcpFl J i -iTmrm AKTIF1.»F3.HTnFl ,”smPlma£inEM.Tf3.T/KFAMTA. rackTf "TRXTALPXTAL2UTTp -TZ3 a 口。tn 口 D nD DQ02HAlo PZJA1IrufAWf JI.1HMI! onlFra FUiTirrrf3L*nu:urrrFqnSTFTWE DAT."工基善一尊系统调试软件调试：软件为网络所提供，其原理在上一模块已作说明，在这里再作说明，软件经调试无误，直接将其下再到单片机中，看是否达到所要的效果软件部分是先参考书上的例子，然后自己根据硬件电路写程序，由于以前所学是单片机 汇编语言，所以这个系统在编写程序过程中都采用汇编语言编写。刚刚开始，编写不会一次性通过，经过仔细分析修改最后编译成功。但是