单片机课程设计1616点阵LED电子显示屏的设计.docx

单片机课程设计1616点阵LED电子显示屏的设计.docx

《单片机课程设计1616点阵LED电子显示屏的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计1616点阵LED电子显示屏的设计.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机课程设计1616点阵LED电子显示屏的设计

单片机原理及应用

课程设计报告书

题目：

16×16点阵LED电子显示屏的设计

姓名：

马超

学号：

P0*******3

专业：

电气工程及其自动化

指导老师：

马慧兰

16*16点阵设计

摘要

单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。

单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。

在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车报站器，广告屏等。

所以研究LED显示有实用的意义。

LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。

这些优点概括起来是：

亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。

LED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。

现代LED的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，所以想利用自己学的单片机知识简单的研究一下用单片机驱动的LED显示汉字，以达到学以致用和实践相结合的目的，同时巩固加深自己的单片机知识。

用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。

因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。

点阵大小可以有16×16、24×24、32×32、48×48等不同规格，也有单色、双色、和多色几种，最常用的是单色图文屏。

单色屏多使用红色或橘红色或橙色LED点阵单元。

双色图文屏和多色图文屏，在LED点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的LED发光器件。

换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。

显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。

事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。

每一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显示屏的原理，双色屏和多色屏就不难理解了。

关键词：

LED,单片机,点阵,驱动,矩阵

引言

1、课题描述

单片微型计算机简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用的微型计算机系统。

自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。

在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形来显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车报站器，广告屏等。

所以研究LED显示有实用意义。

现代LED的发展很快，很多研究领域已经非常深刻，实际情况是：

很多相关的知识已经远远超出我们在校学生的能力范围，所以在本设计中只是简单的研究一下用单片机驱动的LED显示移动的汉字。

共有两个目的：

一是制作一个简单实用的显示文字的LED点阵；二是通过制作LED点阵增强对LED点阵的了解和应用，以及复习和巩固单片机知识。

本次设计的16x16点阵需要32个驱动，分别为16个列驱动及16个行驱动。

每个行与每个列可以选中一个发光管，共有256个发光管，采用动态驱动方式。

每次显示一行后再显示下一行。

2、系统功能要求

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方案设计

LED点阵总体框图如下图所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。

控制电路部分包括一个51CUP和一些外围电路。

在整个电路当中单片机负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。

点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。

此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。

由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描（把该行与电源的一端接通）。

另一方而，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。

接通的列，就在该行该列点燃相应的LED；未接通的列所对应的LED熄灭。

可通过扫描输出口的控制实现颜色的转换。

、

2系统硬件电路的设计

硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。

1单片机系统

单片机采用89C51或其兼容系列的芯片，采用24M或更高频率的晶振，以获得较高的刷新频率，使显示更稳定。

单片机的串口与列驱动器相连，用来送显示数据。

P1口低4位与行驱动器相连，送出行选信号；P1.5~P1.7口则用来发送控制信号。

P0和P2口空着，在有必要时可以扩展系统的ROM和RAM。

AT89C52引脚图

管脚说明

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2、行驱动电路

单片机P1口低4位输出的行号经4/16线译码器74LS154译码后生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。

一条行线上要带动16列的LED进行显示，按每一LED器件20mA电流计算，16个LED同时发光时，需要320mA电流，选用三极管8550作为驱动管可满足要求。

3、列驱动电路

列驱动电路由集成电路74HC595构成，它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。

74HC595的外形及内部结构如图所示。

它的输入侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。

引脚SI是串行数据的输入端。

引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将SI的下一个数据打入最低位。

移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。

RCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。

引脚G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高阻态。

SCLR信号是移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。

由于SCK和RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。

芯片的输出端为QA～QH，最高位QH可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出。

但因QH受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了QH’，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。

74HC595外形及内部逻辑结构图

3软件设计

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，由主程序来实现。

1显示驱动程序

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）=1/16×T0溢=1/16×f/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，并通过串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。

图六为显示驱动程序（显示屏扫描函数）流程图

2程序流程图

3程序代码

#include

sbitR=P2^0;//数据输入

sbitCLK=P2^1;

sbitSTB=P2^2;

charcodetable[]={

0xF7,0xDF,0x07,0xC0,0xF7,0xDF,0xF7,0xDF,0xF7,0xCF,0xC7,0xD7,0xB7,0xDB,0xB7,0xDB,

0xB7,0xDB,0xB7,0xDB,0x07,0xC0,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,0x01,0x00,0xFF,0xFF,/*"西",0*/

0xFF,0xFB,0xC1,0xBB,0xBD,0x1B,0xBD,0xE3,0xBD,0xFB,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,

0xBF,0xFB,0x9F,0xFB,0xAF,0x83,0xB7,0xFB,0xBB,0xFB,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,/*"北",1*/

0xFB,0xDF,0xF3,0xCF,0xEB,0xD7,0xDB,0xDB,0xBF,0xDF,0xBF,0xDF,0x7F,0xDF,0x03,0xC0,

0x7F,0xDF,0x7F,0xDF,0x07,0xC0,0xF7,0xDF,0xF7,0xDF,0xF7,0xDF,0x07,0xC0,0xFF,0xFF,/*"民",2*/

0xF9,0x76,0x77,0xAB,0xAF,0xBB,0xAF,0xDB,0xDF,0xDB,0x01,0xD8,0xDF,0xDB,0xDF,0xDA,

0x5F,0xC3,0x03,0xDF,0x7F,0xDF,0x7F,0x01,0xFF,0xFE,0x01,0xEF,0x7F,0xEF,0x7F,0xDF,/*"族",3*/

0xF9,0x3F,0xF7,0xDF,0xEF,0xEF,0xDF,0xF7,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,0x7F,0xFD,0x7F,0xFD,

0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,/*"大",4*/

0xFF,0xFD,0xFF,0xFA,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x7F,0xFE,0xBF,0xFF,

0x1F,0xE0,0xFB,0x7F,0xFD,0xBF,0x01,0x80,0xDF,0xFF,0xEF,0xEE,0xF7,0xEE,0xF7,0xDD,/*"学",5*/

0x01,0xFF,0xFD,0xFE,0xFD,0xFE,0xF5,0xDE,0x07,0xC0,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,

0x07,0xC0,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,0x07,0xC0,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,/*"电",6*/

0xFD,0xFF,0xF9,0xFF,0xF5,0xFF,0xF5,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,0xFF,

0xEF,0xFF,0x0F,0xC0,0xFF,0x7F,0x0F,0xB0,0xFF,0xDF,0x03,0xC0,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,/*"气",7*/

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x01,0x00,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,

0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0x03,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"工",8*/

0xFF,0xEF,0x01,0xEC,0xDF,0xEF,0xDF,0xEF,0x03,0x6E,0xDF,0xAB,0xDF,0xAB,0x01,0xC6,

0xFF,0xCF,0xFF,0xEF,0x03,0x02,0xFB,0xEE,0xFB,0xEE,0xFB,0x0E,0x03,0xE2,0xFF,0xF7,/*"程",9*/

0xFF,0xFD,0xFF,0xFA,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x7F,0xFE,0xBF,0xFF,

0x1F,0xE0,0xFB,0x7F,0xFD,0xBF,0x01,0x80,0xDF,0xFF,0xEF,0xEE,0xF7,0xEE,0xF7,0xDD,/*"学",10*/

0xFF,0xBB,0xF1,0xBD,0xED,0xBE,0xED,0xBE,0x6F,0xAF,0x6F,0x97,0x6F,0xB7,0x01,0xB4,

0xFF,0xB7,0xFF,0xAF,0x07,0x9E,0xFB,0xAB,0xFD,0xAD,0x01,0xB4,0xDF,0x87,0xBF,0xFF,/*"院",11*/

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x7F,0xFE,0xBF,0xFD,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,

0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xBF,0xFD,0x7F,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"0",12*/

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x7F,0xFC,0xBF,0xFD,0xDF,0xFF,0xDF,0xFF,0x5F,0xFE,0x9F,0xFD,

0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xBF,0xFD,0x7F,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"9",13*/

0x7D,0xFE,0xBB,0xBB,0xD7,0x1D,0xEF,0xE5,0xD7,0xFE,0xD7,0xBE,0xBB,0x06,0xBB,0xBE,

0x7B,0xDF,0x63,0xEF,0x6F,0x07,0x77,0xB7,0x77,0xDF,0x7B,0xDF,0x03,0xEC,0xFF,0xEF,/*"级",14*/

0x01,0xFF,0xFD,0xFE,0xFD,0xFE,0xF5,0xDE,0x07,0xC0,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,

0x07,0xC0,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xDE,0x07,0xC0,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,/*"电",15*/

0xFD,0xFF,0xF9,0xFF,0xF5,0xFF,0xF5,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,0xFF,

0xEF,0xFF,0x0F,0xC0,0xFF,0x7F,0x0F,0xB0,0xFF,0xDF,0x03,0xC0,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,/*"气",16*/

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x01,0x00,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,

0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0x03,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"工",17*/

0xFF,0xEF,0x01,0xEC,0xDF,0xEF,0xDF,0xEF,0x03,0x6E,0xDF,0xAB,0xDF,0xAB,0x01,0xC6,

0xFF,0xCF,0xFF,0xEF,0x03,0x02,0xFB,0xEE,0xFB,0xEE,0xFB,0x0E,0x03,0xE2,0xFF,0xF7,/*"程",18*/

0xF9,0x73,0xE7,0xBC,0x5F,0xDF,0xBF,0xDF,0x5F,0xEF,0xEF,0xEE,0xEF,0xF6,0xF7,0xF5,

0xF7,0xF5,0x07,0xF3,0xBF,0xF7,0xBF,0xF7,0xDF,0xF7,0xDF,0xF7,0x1F,0xC0,0xFF,0xFF,/*"及",19*/

0xF7,0xDF,0xEF,0xEF,0xDF,0xF7,0xFF,0xFF,0x01,0x00,0xDF,0xF7,0xDF,0xF7,0x1F,0xF0,

0xDF,0xF7,0xDF,0xF7,0x1F,0xF0,0xDF,0xF7,0xDF,0xF7,0x03,0x80,0xDF,0xF7,0xDF,0xF7,/*"其",20*/

0xEF,0xEF,0x0F,0xE0,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0x0F,0xE0,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,

0x0F,0xE0,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0xEF,0x0F,0xE0,0xFF,0xFB,0xFF,0xFD,0xFF,0xFE,/*"自",21*/

0xEF,0xFB,0xD7,0xFD,0xFB,0xBA,0xFB,0x02,0x7B,0xBB,0x7B,0xB7,0x7B,0xDF,0xBB,0xDF,

0xBB,0xDF,0xBB,0x01,0xBB,0xFF,0x03,0xFE,0xBF,0xFF,0xBF,0x83,0xBF,0xFF,0xBF,0xFF,/*"动",22*/

0xFF,0xEF,0x81,0xEF,0x7D,0xEF,0x7D,0xEF,0x7D,0xEF,0x7F,0xEB,0x7F,0xED,0x7F,0x6E,

0x7F,0xAF,0x3F,0xCF,0x5F,0xCF,0x6F,0xEF,0x77,0xEF,0x7B,0xF7,0x7F,0xF7,0x7F,0xF7,/*"化",23*/

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x01,0x00,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,

0x07,0xC0,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x03,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"三",24*/

0xFF,0xF7,0xFF,0xFB,0xC1,0xBD,0xF7,0x1E,0xF7,0xC6,0x77,0xDF,0x77,0xDB,0x77,0xDD,

0x41,0x05,0x77,0xDD,0x77,0xDD,0x77,0xDD,0x77,0xDD,0x41,0x07,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,/*"班",25*/

0xDF,0xFF,0xAF,0xFF,0xF7,0x7F,0xD7,0xB6,0xD7,0xB6,0xB7,0xED,0xF7,0xFF,0x07,0xC0,

0xFF,0xDE,0xFF,0xDE,0x0F,0xC0,0xFF,0xDE,0x0F,0xC0,0xFF,0xDE,0x07,0xC0,0xFF,0xFF,/*"馬",26*/

0xFF,0x7F,0x01,0xB0,0xFF,0xA7,0xFF,0xD7,0x03,0xD7,0x7B,0xD1,0x7B,0xD7,0x7B,0xD7,

0x03,0xF7,0xF7,0x00,0x6B,0xF7,0xBB,0xF7,0xBB,0x81,0xBB,0xF7,0x03,0xF6,0xFF,0xF7,/*"超",27*/

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xF1,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0x3F,0xF8,

0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0x3F,0xF0,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"P",28*/

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0