16×16点阵LED电子显示屏的设计

1、计科02班龚建新 硬件系统课程综合设计邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称:16X 16点阵LED电子显示屏的设计1002030205学生学号:专业班级:计科02班龚建新王会清学生姓名: 学生成绩: 指导教师:课题工作时间:2013年5月6日至 5月20日、课程设计的任务的基本要求:一、设计部分设计一个能显示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。2、论文部分 1、学生应提交的资料:纸质课程设计说明书1份源程序1份（作为附件）。2、课程设计摘要（中文）的内容包括:概述：包括该次课程设计自己所作的题目，所用的

2、编程工具等；需求分析（基本要求）、设计（算法思想、关键函数的流程图）、实现（源程序清单及注释）；调试分析和运行结果（输入和输出截图）参考文献（至少2篇）3、课程设计摘要（英文）部分，只需简要介绍设计中使用的语言和知识，以及设计实现的功能即可。指导教师签字：王会清2013年 5 月20日二、进度安排:1、程序设计卜一周：周一-周五上午 8： 30-11： 30下午 2： 30-5： 002、论文撰写十二周：周三-周四自行安排时间3、程序演示和论文提交十二周：周五三、应收集资料及主要参考文献:1金龙国，单片机原理与应用M.中国水力水电出版社，2008.12康华光，数字电子技术M.高等教育出版社.2

3、008 83单片机C语言应用于实践M.清华大学出版社.2005 74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注:本程序所使用为汇编语言所使用的软件MASM课题简介LED1.1 LED显示简介目前广告牌具有显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。课题系统整体方案2.1需要实现的功能本设计是一 16 X16点阵LED电子显示屏的设计。整机以 40脚单片机AT89C51为核心，通过该芯片控制列驱动器74HC5

4、95 来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏能显示1个汉字。显示可以采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。开关控制显示“矿大电气五班”、“电子综合设计”的字幕。单片机给74HC154如如果想使左上角轴或 丫，16*16LED点阵如图2.1.1所示。 a 着： 單*:a . 76亠 7 亠 f图 2.1.1同时还要实现的功能：5V的电压输入，时钟电路的设置，复位电路的设置,芯片同时给E1和E2低电平，74LS154才能正常的工作。例LED点亮，则丫0=1 , X0=0即可。应用时限流电阻可以放在 X16X16点阵LED工作原理说明：16X16点

5、阵共需要256个发光二极管组成,1电平,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 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，对应的一一根横柱：对应的行列为一根竖柱，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。置0，而列则采用扫描的方法来实现。需要实现的功能如下图流程图图2.1.3所示:本电路使用 AT89C51实现行驱动，对显示模块从上至下的扫描，用74HC154和三极管实现列驱动，对显示模块从左至右的扫描，然后显示字符。在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广的通常是74HC15

6、4 译码器，74HC154 是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基 TTL（ LSTTL）系列。2.2系统软件的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5是显示一屏字符的程序流程图。与PC机的实时通信部分

7、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 系统硬件电路的设计3.1单片机系统及外围电路3.1.1单片机的选择本设计选用了 AT89C51单片机作控制3.1.2 AT89C51芯片介绍概述：AT89C51为40脚双列直插封装的 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 RAM及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通信等。主要管脚有：XTAL1 （ 19脚）和XTAL2 （ 18脚）为振荡器输

8、入输出端口，外接12MHz 晶振。RST（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。AT89C51的引脚图如下图

9、 3.1所示:J1XTAL1XTAL2RSTPO.O/AOOPO.VADI P0 2；AC)2 P0.37A03 PO.4/AD4P0.5；A05 PO.eApeP0 7；AC)7P2.0/A8PZ.VASP2.ZA10PSENP2.3/A11ALEP2 4/A12EAP2.5ZA13P2e/Al4e rhr /7貝！QU C&VPsr 1 .UP1.1P 3.1/TXDP1 2P3 2riNT0P3.3/INT?r 1.3P1,4P3 /VTOP1 5P3.5/T1P1 GP3.aMRP1.T1SAIS9C6111. 121314172SB30.31 1 26B需-矍韻一最融鬲畳證咖图3.1

10、3.1.3单片机系统外围电路单片机外围电路一般有两块：时钟电路（如图3.1.3 ）和复位电路（3.1.4）时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率。复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成，用来产生复位信号，使单片机上电的时候复位。C1申F:TECmiri XI-TCRI图 3.1.3AT89C52单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器,XTAL1 和 XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由内部和外部生成,XTAL1 和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHz，C1、成的

11、电容值取22PF,电容的大小频率起微调的作用C3Bn知:L图 3.1.4单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式,当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位，但是大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，在复位端加一个去耦电容，则会得到很好的效果。3.2驱动电路16个互斥的低3.3 16T6LED3.2.2显示屏电路和原理16*16LED 显示屏电路在 P roteus 仿真中由四个8*8LED点阵组成的，其中二3.2.1 74HC154芯片简介74HC154译码器可接受 4位高

12、有效二进制地址输入，并提供有效输出。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。322驱动电路的构成本设计的驱动电路由三极管的集电极输出给点阵显示屏，使其足够亮。其驱所示:动电压为5V。行驱动由P0 口列驱动电路如图3.3.2极管的正极控制器也就是AT89C51，负极接译码器也就是74HC154。显示屏可以显示字符、汉字、动画等任何图形

13、。该电路充分利用了单片机的I/O 口资源.使整机硬件达到最简。16*16点阵的原理：点阵 LED扫描法介绍点阵 LED 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 X64=1024Hz ，周期小于1ms即可。电路如图 3.3所示:P27:P朗P24 注 旳徑 F能亠P35*P3O*图3.33.4电源电路5V,为电路供电。本设计采用电源线直接从家用电路中接入电源，经变压为4，调试及性能分析4.1软件调试将上述程序进行编译后，打开AT89C51单片机的元件属性编辑对话框，如图4.1.1所示。在PROGRAM FILE中

14、，单击文件夹图标，选择“程序ll.hex ”文件后，即可对系统进行仿真，整个系统的仿真结果如图4.1.2所示:Edit ComponentComponenft Reference:|Lomponer* Jue：|1ATeacsiHiddertHidden-PCEl Package:1DIL40?HideAIIPrograiTn Fte:II. hew1 Hide All匚lock Frequency;12WH?1 Hide AllAdvanced P roperties:I Simulate Ptog(*m Fetches | |NoOHier Properti&s:Exclude From

15、SimuialionEwdude Froin PCE L曰yoLtEdit all properties as textAttach hierarchy moduleIH de cf iinrron pins图 4.1.10KHelpHidden PinsCjncdID4.2t1=4fC2TECr-ClIt.?CM1ISK-WZMTTP.LEnmnnWbRIraNkceBsraftJ.TL+aviMpajihfffZJirjB MJ.VM* Fzain PTVit NXET PQW rZunk PZTPT3 11丽 5*liTiiIB-1FJ.ITT15rjjnro啊 zrtiT、HPJ hT

16、JS piarnP：jRntTsfftS re本文设计的点阵RAM作为数据存储器,Bill-亠炎1HjU-sWTpnPZTLII?图 4.1.2LED显示屏控制系统以利用串行接口实现与rail I n 1*3 R；0 1 =T 号_贬江圧门W!LAT89C52单片机为基础，采用静态PC机的数据传输。在系统设计中还兼顾了单片机的抗干扰能力，有效地提高了系统运行的可靠性。可直接运用于实际场合。可实现汉字、字符及数字等内谷的显示。可以随时更新显示的内谷。使 用起来非常方便。5实验总结本文设计的点阵LED图文显示屏，能够在目测条件下 LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示的图形和文字较

17、稳定、清晰。在本次设计过程中，我们得到以下体会：通过两个星期和大家的一起的努力，我收获了很多，本设计是用四个8x8的点阵显示模块组成的16x16的点阵LED图文显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。本系统具有硬件少，结构简单，容易实 现，性能稳定可靠，成本低等特点。总结本文的研究工作，主要做了下面几点工作:、通过查阅大量的相关资料，详细了解了 LED的发光原理和LED显示屏的原理,了解了 LED的现状，清楚地了解了 LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。并且通过对

18、单片机资料的查阅和应用，更进一步增加了对单片机知识的理 解和运用能力。并证实了自己的思路：“查资料-思考总结-运用-找出差错，再查资 料和向别人询问-再次运用”的正确性。，本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下 LED显示屏各点亮度均匀、充足,可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移 入移出等显示方式。三，本文列出了系统具体的硬件设计方案，硬件结构电路图，软件流程图和具体 C语言程序设计与调试等方面。四，通过这次课程设计，重新复习并进一步增强了动手的能力，学以致用，把只是运用 到实际生活中才是根本目的 总体来说这次的课程设计不算成功，没达到预想的目的：但

19、学到了知识，提高了能力, 完成了任务。有点缺憾是时间有限，实物没能做成功，不能进一步深入和扩散学习和研 究。希望有时间可以对程序和电路图作更进一步的改进:The advertising screen system based on A五、课程设计摘要（英文）T89C51 sin gle chi p is desig ned in the paper, the system in eludes LED driver module ,data storage module ,PC com muni cati ons module and so on. The main fun cti on of

20、A T89C51 sin gle chi p in system is to realize the word shifti ng,dis playand data readi ng functions of LED Dis playscree n.Key words:AT89C51;LED;Data dtorage;Advertis ing scree n六、成绩评定:指导教师评语:指导教师签字:2012年 月 日项目评价项目评价调查论证工作量、工 作态度实践能力分析、解决 问题能力质量仓J新得分七、答辩纪录:1该软件存在哪些问题，实现起来有什么困难?该软件没有考虑仿真软件是一个理想的仿真环

21、境， 而实际连接的电路板会由于譬如 连接不当，相邻器件间的干扰等等的问题导致在仿真软件中能良好运行的程序，出现显 示问题不能显示全（点阵模块不知道有极性接错导致），经过排查和合理的器件摆放焊 接，问题也没能解决。2，在设计过程中，涉及到一下一些没学过的知识，你是怎么获得的?比如在该软件中需要学会使用P rotel的基本使用，我们呢先是在网上找关于其 使用方法，以及去图书馆找相关书籍去了解，直到有了一个大致的了解后才去运用，以 及运用到该程序中。答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）：200 年 月日总评成绩：（教师评分X 75%+答辩成绩X 25% ）课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具体

22、要求权重调查论证能独立阅读文献和从事其他调研；能提出并较好地论述 课题实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如 装置安装、调试、操作。0.2分析解决 问题能力能运用所学知识和技能去发现和解决实际问题；能正确 处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、 工作态度按期圆满完成规定任务，工作量饱满，难度较大，工作 努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严 谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准 确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完

23、备、整洁、 正确；论文结果有应用价值。0.2 硬件系统课程综合设计创新工作中有创新意识；对前人工作有改造或独特见解。0.1附代码:*单个16x 16的点阵电子屏字符显示器ATA89C52 12MHz晶振2013.5.19*;显示字用查表法，不占用内存，字符用 16x 16共阳LED点阵，;效果：向上滚动显示5个字，再重复循环。;R1:查表偏址寄存器，B:查表首址，R2:扫描地址（从000FH。;R3:滚动显示时控制移动速度，单字显示可控制静止显示的时间。 * ;中断入口程序； * ?ORG0000HLJMPSTARTORG0003HRETIORG000BHLJMPINTTOORG0013HER

24、TI计科02班:龚建新计科 02 班 龚建新 硬件系统课程综合设计ORG001BHERTIORG0023HRETIORG002BHRETI*;初始化程序; *主程序*START: MOV 20H,#00HMOVP1,AMOVP3,AMOVP0,ACLRP1.6;串行寄存器输入打入输出控制位MOVTMOD,#01H;使用 T0 做 16 位定时器，行扫描用。MOVTH0,#0FCH；1ms 初值（12MHZMOVTL0,#18HMOVSCON,#00H;串口 0 方式传送显示字节MOVIE ， #82H; T0 中断允许，总中断允许MOVSP ， #70H；显示准备，黑屏，1.5s8 个字）；向

25、上滚动显示一页MOV A,#0FFHMOV P1,A;清零标志，00H为第16行开始扫描标志，01为1帧 ;扫描结束标志;端口初始化MAIN： LCALL DISI MOV DPTR,#TAB LCALL MOVDISP INC DPH LCALL MOVDISP INC DPH LACLLMOVDISPAJMP MAIN；向上滚动显示一页；向上滚动显示一页*多字滚动显示程序*;每次8个字，入口时定义好 DPTR值8 个字）8 个字）MOVDISP: MOV B,#00HDISLOOP: MOV R3,#07H DISMO：V MOV R2,00HMOV R1,BSETB TR0WAITMOV

26、: JBC 01H,DISMOV1 AJMP WAITMOVDISMOV1:INCINCDJNZ R3,DISMOVBBMOV A,R1JZ MOVOUTAJMP DISLOOP MOVOUT: RET*单字显示程序*；显示表中某个字； mumDIS1:DIS11:WAIT11:DIS111:MOV R3,#5AHMOV R2,#00HMOV DPTR,#TABMOV R1,#00HSETB TR0JBC 01H,DIS111AJMP WAIT11DJNZ R3,DIS11RETmm扫描程序*;1ms刷新一次，每行显示 1sINTT0： PUSH ACCMOVMOV JBC INC MOV；向

27、上移动显示，查表偏值暂存（从 00 开始）；移动速度；第0行开始TH0,#0FCHTL0,#18H 00H,GOENDR1A,R1；开扫描 （ 每次一帧 ）;标志为1扫描一帧结束（16ms为1帧，每行1mS）； 1 帧重复显示 （ 控制移动速度 ）；显示字的下一行（每行 2 字节）R1为0, 8个字显示完移动先是结束；静止显示时间控制（ 16ms*#=1.6s） ;一帧扫描初始值（行地址从000FH） ;取表首址;查表偏址 （ 显示第一个字 ） ;开扫描（每次一帧）;为 1 ，扫描一帧结束;1ms初值重装； 16 行扫描标志为 1 ，结束；取行右边字节偏址MOVC A,A+DPTR；查表WAI

28、T：GO:WAIT1:GO1:GO2：GOEND:MOV SBUF,AJBC TI,GOAJMPDEC R1MOV MOVC MOV；串口 0 方式发送；等待发送完毕WAIT1A,R1A,A+DPTRSBUF,AJBC T1,GO1 AJMP WAIT1 SETB P1.7 NOP SETB P1.6 NOP NOP；取行左边字节偏址；关行显示，准备刷新；串口寄存器数据稳定；产生上升沿，行数据打入输出端CLRP1.6；恢复低电平MOVA,R2；修改显示行地址ORLA,#0F0H；修改显示行地址MOVR2,A；修改显示行地址MOVA,P1；修改显示行地址ORLA,#0FH；修改显示行地址ANLA

29、,R2；修改显示行地址MOVP1,A；修改完成CLRP1.7；开行显示INCR2；下一行扫描地址值INCR1INCR1；下一行数据地址MOVA,R2ANLA,#0FHJNZGO2SETB00H;R2为01H,现为末，置标志POP ACCRETICLR TR0SETB 01HPOP ACCRETI；一帧扫描完毕，关扫描；一帧扫描完毕，置结束标志；退出*扫描文字表*TAB:DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,00FFH,0FFH,0FFH ；黑屏DB0F9H,0BFH,0C7H,0AFH,0F7H,0B7H,0F7H,