LED显示器报告

1、 课程设计报告(黑体1号)课程名称： 计算机组成原理课程设计 课 题： 8*8LED显示器系统的实现 专业班级： 计算机系0901班 学 号： 姓 名： 罗燕 指导老师： 周慧灿 日 期： 2011年12 月25 日 教师评语：成绩评定： 指导教师（签名）： 目录1课题简介32.设计方案32.1 总体设计要求32.2 系统框图43.详细设计43.1电路原理43.1.1 单片机最小系统设计43.1.2 显示器及接口设计63.1.3 电源电路的设计93.1.4 具体电路及功能分析103.2系统程序设计103.2.1 软件设计思想103.2.2 主程序设计113.2.3 子程序设计134.测试及分析

2、184.1 软件调试184.2 性能分析19总结19设计体会20参考文献21附 录22附录A 硬件结构图22附录B 主程序清单231课题简介本设计是基于AT89C5151的88点阵LED数码显示器的设计，整机以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C51为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个驱动器来驱动显示屏显示，该电子屏可以各种文字或单色图像，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。LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的LED发光二极管封装而成. LED点阵显示屏可以显示数字或符号, 通常用来

3、显示时间、速度、系统状态等。本文讲述了基于AT89C51单片机88 LED数码字符显示器的基本原理、硬件组成与设计，Proteus软件仿真，程序设计等基本环节与相关技术。LED电子显示屏具有所显内容信息量大，外形美观大方，操作使用方便灵活。适用于火车，汽车站，码头，金融证券市场，文化中心，信息中心体育设施等公共场所。该项目广泛涉及了计算机及电子技术中的电源技术，单片机技术，数据通讯技术，显示技术，存储技术，系统软件技术，接口及驱动等技术。2.设计方案2.1 总体设计要求本系统采用单片机AT89C51为LED显示屏的控制核心，制造一种简单的88显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充

4、足，可显示图形和文字，显示图形和文字稳定、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。根据设计要求，初步确定设计方案如下：1. 选择AT89C51单片机（晶振频率为f=12MHZ）作为整个系统的核心器件，对整个系统进行总体控制，发送并时时处理系统信息。2通过编程显示数字：“，心形图”。3动态显示，即跑马灯文字幕，每0.25秒左移一次。 4. 扫描信号连接到单片机的P0口，显示信号连接到单片机的P2口。5点阵的点亮过程有程序控制，由驱动电路完成，点阵采用单色显示，其中驱动电路采共阴型高态扫描、高态显示信号的驱动电路。2.

5、2 系统框图本文设计行、列驱动电路，显示屏电路，运用单片机的智能化，系统的将每个功能电路模块连接在一起，总体结构设计如下图1-1所示：图 2.1 系统框图3.详细设计3.1电路原理本系统的硬件电路是由单片机最小系统、动态显示驱动电路两部分组成。其中，单片机最小系统包括电源电路、复位电路和晶振电路构成；显示部分使用共阴型高台扫描、高态显示信号驱动电路，完成“跑马灯”文字幕效果。3.1.1 单片机最小系统设计（1） 单片机的时钟电路 AT89C51单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线X1和X2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。AT8

6、9C51的时钟产生方式有两种：内部时钟电方式和外部时钟方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。内部时钟方式：利用其内部的振荡电路在X1和X2引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在 X1和X2之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图2-1电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为12MHz的石英晶体，电容器一般选择30PF左右。图3.1使用片内振荡电路的时钟电路（2）单片机的复位电路 本设计中AT89C51是采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位电路如图2-2所示。上电瞬间，RC电路充电，RST引

7、线端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。其中R1和R2分别选择200和2K的电阻，电容器一般选择22F。图3.2 AT89C51的复位电路（3）AT89C51的最小应用系统 AT89C51是片内有程序存储器的单片机，要构成最小应用系统时只要将单片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可，如图2-3所示。这样构成的最小系统简单可靠，其特点是没有外部扩展，有可供用户使用的大量的IO线。图3.3 AT89C51单片机构成的最小系统3.1.2 显示器及接口设计（1） 88点阵LED显示器的组成原理及控制方式 本次设计中采用88点阵LED显示器，简称LED点阵板或L

8、ED矩阵板。它是以发光二极管为像素，按照行与列的顺序排列起来，用集成工艺制成的显示器件。有单色和双色之分，这种显示器有共阳极接法和共阴极接法两种，设计中用到的是共阳极的显示器。共阳极接法的原理图如图2-4所示，图中画出了88点阵的二极管。每一行发光二极管的阳极接在一起，有一个引出端r，每一列发光二极管的阴极接在一起，有一个引出端c。当给发光二极管阳极引出端r1加高电平，阴极引出端c1加低电平时，左上角的二极管被点亮因此，对于行和列的电平进行扫描控制时，可以达到显示不同字符的目的。图3.4 88点阵LED显示器组成原理图 “”在8X8LED点阵上显示图如下图所示1234567812H，14H，3

9、CH，48H，3CH，14H，12H，00H “”在8X8LED点阵上显示图如下图所示1234567800H，00H，38H，44H，44H，44H，38H，00H心形图在8X8LED点阵上显示图如下图所示1234567830H，48H，44H，22H，44H，48H，30H，00H图3.5 88点阵LED引脚的排列图（2） 88点阵LED显示器与单片机的接口 88点阵LED的引脚图如图2-5所示，当采用单片机进行控制时，连接点阵显示器的共阳极r端需经驱动三极管9012与单片机的P2口相连，而共阴极c端需经限流电阻与单片机的P0口相连。在编程控制时，将88点阵LED显示分成行和列两部分，字符数

10、据从P0口输出，扫描控制字从P2口输出，每一列由一个字节的数据组成，数据可一次送入，然后扫描一行，显示一个字需要扫描8次。（3） 驱动电路的设计显示器驱动是一个非常重要的问题，如果驱动能力差，显示器亮度就低；而驱动器长期在超负荷下运行则很容易损坏。如果是静态显示，则LED驱动器的选择较为简单，只要驱动器的驱动能力与显示器工作电流相匹配即可。而且只须考虑段的驱动，因为，共阳极接+5V，而共阴极接地，所以位的驱动无须考虑。动态显示则不然，由于一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成的，因此，必须同时考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。理论分析表明，同样的驱动器，当其驱动静态显

11、示器时，其亮度为驱动动态显示器的n倍，n近似为显示位数。所以要使动态显示器达到静态显示器的亮度，必须将驱动器能力提高n倍。本设计中，因为采用了88点阵LED显示器，用AT89C51单片机进行控制，因此它很适宜于按扫描方式动态显示多个字符数据，所以我们只选用了8个PNP型三极管作为驱动显示器的电路。如图2-6所示，因AT89C51单片机的IO口有20mA的吸入电流，正因为这一特点，使的本设计中的驱动电路部分大大简化，不用附加专门的驱动电路即可正常工作。图3.6 显示驱动电路3.1.3 电源电路的设计 电源电路采用普通集成稳压电路，在本设计中，由于考虑到成本问题，这部分电路就以输出+5V的稳压电源

12、代替。3.1.4 具体电路及功能分析（1） 显示电路 本设计采用双色88点阵模块显示，但是在设计中我们只用单色显示，我们通过改变限流电阻的阻值的大小来改变显示字符的亮度。（2）电源电路 电源电路采用普通的三端集成稳压电源。为整个系统提供+5V的电压。（3）电路原理图： 图3.7 电路原理图3.2系统程序设计3.2.1 软件设计思想主程序先进行设置中断，并启动，再进行键盘扫描载入，心形图，然后判断一组字型是否扫描完，按不同情况进行循环调用子程序。进入子程序后，首先设置相应的程序，反复调用显示子程序，并在显示过程中反复调用键盘扫描子程序进行延时，判断是否退出相应的方式显示子程序。设计过程中，能很好

13、得提高按键响应速度。如图3.8所示为软件系统框图。图 3.8 软件设计框图字符编码：88点阵可以看成是从上至下8个字节，每个字节8位，因为该点阵为共阴型点阵，因此若该灯亮，则该位为“1”；该灯不亮，则该位为“0”。所以，心形图的编码为，从上至下：“”： 12H，14H，3CH，48H，3CH，14H，12H，00H“”： 00H，00H，38H，44H，44H，44H，38H，00H“心形图”： 30H，48H，44H，22H，44H，48H，30H，00H3.2.2 主程序设计主程序首先设置并启动T0中断，然后调用初始化程序，为后面程序要用到的数据调入，并清零一些用到的数据单元，然后载入，心

14、形图，进行扫描。图3.9为主程序流程图。 图 3.9 主程序流程图主程序如下：COLUMN REG P0 ；行ROW REG P2 ；列SCANCODE EQU B ；扫描码SPEED EQU 1 ；0.25s延迟S_TIME EQU -2500 ；2.5ms扫描时间 ORG 0000H ；程序从0000H地址开始 JMP MAIN ；跳至MAIN ORG 000BH ；TIMER0中断向量 JMP TIMER0 ；跳至TIMER0中断子程序MAIN: MOV IE,#82H ；设定TIMER0中断 MOV TOMD,#01H ；使用T0定时器，方式1 MOV SP,#60H ；移开堆栈指针

15、SETB RS0 ；切换到RB1 MOV R1,#20H ；显示存储起始地址 MOV R2,#8 ；扫描8行 MOV R3,#SCANCODE ；载入扫描码 CLR RS0 ；切换回RB0 MOV TH0,#0F6H ；设定每行扫描时间 MOV TL0,#3CH ；设定每行扫描时间 SETB TR0 ；启动TIMER0LOOP: MOV DPTR,#TABLE ；将数据指针指向TABLE地址 MOV R4,#4 ；4组字型 SJMP $ ；等待中断或其他3.2.3 子程序设计子程序中包括动态显示程序、按键程序、延时程序和中断程序四种，下面依次详细介绍。（1）动态显示程序设计本系统中采用左移动态

16、显示方式。对于88LED阵列，其左移就是显示4个不同的字型。首先扫描第一个字型，同样是8行、8次扫描，8次显示；完成第一个字型后，再扫描第二个字型；完成第二个字型后，再扫描第三个字型依次类推，即可产生“，心形图”左移的感觉。假如第一个字型的编码为00H 00H 36H 49H 49H 36H 00H 00H；第二个字型的编码为00H 1CH 22H 41H 41H 22H 1CH 00H，也就是把第一个字型编码中，第1行显示数据，变为第8行显示数据、第2行显示数据，变为第1行显示数据、第3行显示数据，变为第2行显示数据、第4行显示数据，变为第3行显示数据依次类推。当第一个字型扫描完成后，就进行

17、这样的调整动作，以产生第二个字型的编码。同样的，当第二个字型扫描完成后，就进行这样的调整动作，以产生第三个字型的编码。这个调整动作是将8个编码根据顺序填入存储器，调整存储器地址的程序流程图如图3.10所示。图3.10 动态显示流程图动态显示子程序如下： MOV R2,#8 ；转移次数 MOV R0,#20H ；R0内置目的存储器地址 MOV R1,#21H ；R1内置来源存储器地址 MOV 28H,R0 ；先将第一行内容搬至28H地址MOVE_L: MOV A,R1 ；将来源存储器内容搬至ACC MOV R0,A ；将ACC内容搬至目的存储器 INC R0 ；下一个目的地址 INC R1 ；下

18、一个来源地址 DJNZ R2,MOVE_L ；跳至MOVE_L,执行8次 RET ；返回（2）按键程序设计系统中采用独立式非编码键盘，在P1口接一个按键，P0端口分别控制88LED阵列。当有键按下时，对应的LED亮；反之则灭。如图3.11所示为按键控制流程图。图 3.11 按键流程图按键子程序如下： ORG 0000HSTART: MOV P1,#0FFH ；置P1口为输入状态LOOP: MOV A,P1 ；读入P1口状态数据 NOP MOV P0,A ；将状态数据送入P0口，控制LED阵列 SJMP LOOP ；继续循环 END（3）延时程序设计延时程序在单片机编程中使用非常广泛,也很重要，

19、在本设计的程序中用到了延时子程序。已知晶振12MHZ，所以机器周期为1s，但执行一次DJZN操作为2s，则延时时间是（1200250）次2s/次=s=100ms。延时流程图如图3.12所示。 图 3.12 延时流程图程序如下：DELAY: MOV R7，#1D1: MOV R6，#200D2: MOV R5，#250 DJNZ R5，$ DJNZ R6，D2 DJNZ R7，D1 RET（4）中断程序设计显示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。根据设计要求，设定扫描时间为2.5ms，那么定时器T0定时2.5ms，则定时初值计算公式为：定时时间t时钟频率/12

20、中断流程图如图3.13所示。图3.13 中断流程图中断子程序如下：TIMER0: CLR TR0 ；关闭TIMER0 PUSH A ；储存ACC SETB RS0 ；切换到RB1 MOV COLUMN,#0 ；关闭LED阵列 MOV A,R1 ；取出显示信号；使用共阳极式LED阵列，则加入下一列指令 CPL A MOV ROW,A ；输出显示信号 MOV A,R3 ；载入扫描码 MOV COLUMN,A ；输出扫描码（显示一行） RR A ；下一个扫描码 MOV R3,A ；储存下一个扫描码 INC R1 ；下一个显示信号 DJNZ R2,NEXT_C ；未超过8行则跳至NEXT_C MOV

21、R2,#8 ；重新开始扫描 MOV R1,#20H ；从第一行开始扫描NEXY_C: MOV TH0,#F6H ；设定每行扫描时间 MOV TL0,#3CH ；设定每行扫描时间 SETB TR0 ；启动TIMER0 CLR RS0 ；切换回RB0 POP A ；取回ACC RETI4.测试及分析4.1 软件调试软件调试主要是利用计算机仿真针对程序中可能存在的错误进行检测，直到得到正确的显示结果。按照程序流程图在KEIL C51软件中编写好程序，在此软件中检测编写好的程序是否有误语法错误。此次软件调试参考前面的子程序，选择动态显示程序和延时程序进行调试，并观察其结果，如图4.1和 4.2所示。图

22、 4.1 动态显示程序调试结果图 4.2 延时程序调试结果4.2 性能分析此次系统设计结果较好，LED显示屏能很好的显示信息。这个方案设计的88的点阵LED图文显示屏，电路简单，成本较低，且较容易扩展成更大的显示屏；显示屏各点亮度均匀、充足；显示图形或文字稳定、清晰无串扰；可用静止、移入移出等多种显示方式显示图形或文字。总结通过此次论文设计，让我学到了许多微机原理的知识，在单片机的选择、显示屏的组合还有各种器件的选用有了一个明确的认识，程序设计上清晰地思路，理论在实践方面的运用能力有巨大的提高。在实践以前，对单片机的概念和设计方式了解不够,但是通过这次深层次的学习、设计我有了一定的实践经验和理

23、论基础，也让我可以进行更深的研究学习，在设计思路上，通过查阅资料了解了许多方法，认识到形式的多样性，在模仿他人优秀作品的同时，加入了自己的思想最终完成了任务。要拓展自己的知识面，使自己的知识系统化知识需要接触社会的方方面面，本次设计不仅让我学到了显示器的工作原理，微机的基础知识，还提高了对学习和设计的经验，让我今后在设计时更加方便、快捷，也为毕业后的就业提供了保障。 设计体会总结设计过程中，主要做了下面几点工作： 一、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。并且通过对单片机

24、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。二、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。三、本文列出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，软件流程图和具体汇编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。五、存在问题：没有考虑仿真软件是一个理想的仿真环境，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，经过排查和合理的器件摆放焊接，问题解决。总体来说这次的科研实践很成功，达到了预想的目的：学到了知识，提