课程设计LED点阵大屏.docx

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课程设计LED点阵大屏

……………….课程设计作品：

Led点阵大屏

组员：

王书波高军王吉宁

一课程设计目的

1、实现LED点阵屏核心功能即汉字及字母的多样化显示。

2、通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解。

3、掌握SPI串口进行数据传输的应用，并学会使用外部芯片辅助项目设计。

4、锻炼通过自学与自己探索的方式解决问题的能力。

5、通过此次课程设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑，校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。

6、锻炼团队分工合作与协调能力。

二用途与功能

LED因其体积小，耗电量低，高亮度及环保等优点而被广泛应用于公共场所的大屏显示上，LED点阵大屏可应用于户外广告，交通导航，大厅公告，比赛的多媒体实时显示等领域。

本课程设计作品的用途正是在于实现大屏显示的核心功能，即汉字的多样化显示，可实际应用于简单的显示系统中，如简单的排队叫号显示屏，电梯显示屏等。

具体功能如下：

1.准确的显示汉字，且亮度均匀合适。

2.通过键盘可控制显示方式:

逐个显示及滚动显示。

3.滚动显示汉字时滚动方向可控。

4.可控制键盘使滚动显示速度按步进方式变快、变慢。

5.实现初步可控动画效果：

逐列显示。

6.通过键盘实现显示的暂停、开始效果。

7.实现简单的动画图像显示：

眨眼的笑脸

效果如下图所示：

三硬件设计思想及电路图：

通过键盘输入控制信号，由单片机进行处理，并将行列信号分别通过显示驱动输入点阵大屏，控制点阵的显示。

1.单片机：

采用Atmega16单片机芯片作为中控，处理键盘信号并控制LED点阵显示。

2.控制信号输入：

采用AVR开发板上自带的4*4矩阵键盘。

3.显示：

考虑到标准地显示一个汉字至少需要16*16LED点阵屏，而我们也只需要实现大屏显示的基本功能，并不需要太大的显示屏，因此决定采用16x16LED点阵屏显示汉字及字母。

4.显示驱动：

考虑到设计所需端口较多的问题，为减少资源占用，使用74HC1544~16译码器作为列驱动芯片，采用74HC595串入并出8位锁存器作行驱动芯片。

但由于两种芯片的最大输出电流均不够大（虽然74HC595输出电流已经较大了），为让LED显示亮度够强，采用NPN型8050三级管来进行电流的放大，同时为保护芯片，我们又采用100欧电阻来进行限流。

整个硬件系统正反面展示图：

硬件功能图如下

各硬件相关功能参数：

1．74HC154参数：

74HC595品牌：

PHILIPS封装：

DIP/SOP数量：

60000PCS备注：

05+无铅现货

描述:

74HC595是告诉的硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。

74HC595是有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。

移位寄存器和存储器是分别的时钟。

数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。

如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。

移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。

特点：

8位串行输入/8位串行或并行输出存储状态寄存器，三种状态;输出寄存器可以直接清除100MHz的移位频率。

输出能力：

并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路。

2．74HC595参数：

QA--QH:

八位并行输出端。

QH':

级联输出端。

SI:

串行数据输入端。

74595的控制端说明：

/SCLR（10脚）:

低点平时将移位寄存器的数据清零。

SCK（11脚）：

上升沿时数据寄存器的数据移位。

QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降沿移位寄存器数据不变。

（脉冲宽度：

5V时，大于几十纳秒就行了）

RCK（12脚）：

上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。

（5V时，大于几十纳秒就行了），更新显示数据。

/G（13脚）:

高电平时禁止输出（高阻态）。

如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。

比通过数据端移位控制要省时省力。

注：

74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。

74164的驱动电流（25mA）比74595（35mA）的要小,14脚封装，体积也小一些。

74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。

这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。

与164只有数据清零端相比，595还多有输出端时能/禁止控制端，可以使输出为高阻态。

3．CS8050 硅NPN25V1.5AFT=190*K

硬件电路图如下：

四硬件功能操作

键盘操作：

按下按键P,汉字“我爱AVR”滚动显示，再按一下，滚动停止。

按下按键D,汉字“我爱AVR”向左滚动显示，再按一下，改为向右滚动显示。

按下按键A,汉字“我爱AVR”向左滚动显示加速。

按下按键R,汉字“我爱AVR”向左滚动显示减速。

按下按键G,汉字“国”自左往右逐列渐显，再按一下，改为自右往左逐列渐显。

按下按键S（此功能为后来扩展，未在电路图中标明），显示笑脸。

五软件设计思想及软件流程

软件详细功能：

初始化函数：

完成端口的初始化，即令PA0~PA7作为键盘扫描输入端口；令PB5作为SPI串行数据输出端口；PB7作为74HC595数据移位脉冲输出端口；PC0作为74HC595数据存储脉冲输出端口。

延时函数：

实现软件上的延时，用于键盘扫描和点阵显示。

键盘扫描与键值获取函数：

采用行列翻转法键盘扫描，获取相应键值，并返回键值，作为控制信号输入单片机芯片。

键值与功能对应如下：

case0xEE:

return1;//暂停/开始键值

case0xED:

return2;//左移/右移键值

case0xEB:

return3;//步进加速

case0xE7:

return4;//步进减速

case0xDE:

return5;//“国”字显示

case0xDD:

return6;//笑脸显示

SPI数据传输函数：

采用Atmega16SPI串行数据传输功能，8位8位的传输数据到74HC595。

主函数：

分六大部分

1．各控制标志变量按照返回的键值进行相应的变化

2．汉字“我爱AVR”向右滚动显示程序部分，使这句话向右匀速滚动显示。

3．汉字“我爱AVR”向左滚动显示程序部分，使这句话向右匀速滚动显示。

4．汉字“国”的自左往右逐列渐显程序部分，能使“国”字一列一列的自左往右渐渐显示出来。

5．汉字“国”的自右往左逐列渐显程序部分，能使“国”字一列一列的自右往左渐渐显示出来。

6.动态显示一个笑脸，并有眨眼效果。

六系统测试与分析

1．测试仪器：

AVRStudio软件、仿真器

2．测试与分析：

（1）测试点阵：

系统上电后，全屏点亮时无暗点，表明点阵正常，可使用。

（2）测试键盘：

直接连接键盘到单个可用LED发光二极管（这里采用实验板上发光二极管），按下每个按键看LED是否可亮，若亮，说明键盘可用。

（3）程序调试：

通过AVRStudio下载程序到单片机上，逐步运行程序，并Watch相关变量的值的改变，以确定各部分程序是否正常运行并可用，直到检测完毕。

（4）实时操作：

运行已通过调试的程序，这时点阵屏自左往右滚动显示“我爱AVR”;

按下按键P,汉字“我爱AVR”滚动显示停止，再按一下，又开始滚动。

按下按键D,汉字“我爱AVR”向左滚动显示，再按一下，再次改为向右滚动显示。

按下按键A,汉字“我爱AVR”向左滚动显示加速。

按下按键R,汉字“我爱AVR”向左滚动显示减速。

按下按键G,汉字“国”自左往右逐列渐显，再按一下，改为自右往左逐列渐显。

按下按键S，显示笑脸。

至此，调试彻底通过！

整个课程大体操作如上所述，但实际在细节上遇到较多问题，因为所做为点阵，相关实验数据没有，遇到的问题主要有因存在虚焊点而导致有灰点；因程序问题而导致的重影；还有一个问题是因单片机端口输出的低电平不够低，使得我们不能用使能端控制74HC154。

详细实验遇到的问题及解决将在总结报告中指出。

七课程设计使用资源：

硬件资源：

Atmega16实验开发板，74HC595两片、74HC154一片、S8050三级管16个、100欧电阻32个、排线若干、面包板一块、8x8点阵屏四块、包装盒一个

74HC154

74HC595

8050三级管和电阻

4块8X8点阵

软件资源：