16X16汉字点阵显示屏移动显示设计.docx
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16X16汉字点阵显示屏移动显示设计
毕业设计（论文）
题目：
16*16汉字点阵显示屏移动显示设计
年级专业：
电子信息工程
学生姓名：
指导教师：
2010年8月26日
毕业设计任务书
毕业设计题目：
16*16汉字点阵显示屏移动显示设计
题目类型工程设计题目来源学生自选题
毕业设计时间从2010年4月9日至2010年5月22日
1.毕业设计内容要求：
（1）.广泛收集资料，了解汉字点阵的原理。
（2）.要求能够显示多个汉字（湘潭欢迎你），并且移动显示。
（3）.要求一定要用PROTUES软件仿真出来。
（4）.毕业设计（论文）必须符合“湖南理工职业技术学院毕业设计（论文）规范格式”的要求。
2.主要参考资料
[1]金龙国，单片机原理与应用[M].中国水力水电出版社，2008.1-2和199
[2]郑国川和李洪英，实用开关电源技术[M].福建：
福建科学技术出版社，2005.180-181
[3]康华光，数字电子技术[M].高等教育出版社.20088
[4]童诗白，模拟电子技术[M].西安电子科技大学出版社.20047
[5]单片机C语言应用于实践[M].清华大学出版社.20057
[6]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
3.毕业设计进度安排
阶段
阶段内容
起止时间
1
开讲个人选题报告
4月9日
2
着手收集资料，并报送提纲审定
4月19日
3
集中指导与个别指导，提交初稿审查
5月1日
4
修改，经审稿后定稿交稿
5月17日
5
答辩与鉴定
5月28日
指导老师:
教研室主任:
系主任:
[1]题目类型：
（1）理论研究
（2）实验研究（3）工程设计（4）应用研究（5）软件开发
[2]题目来源：
（1）教师科研题
（2）生产实际题（3）模拟或虚构题（4）学生自选题
摘要
本设计使用AT89C52芯片作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16*16点阵LED显示屏。
设计分为三个模块：
单片机控制模块.输出显示模块，译码器74LS138与三极管驱动的驱动模块。
单片机控制模块以单片机为核心，以软件KEIL编程实现信号输出，以驱动16*16LED点阵显示块为目的。
另一方面显示屏广泛的应用于医院、火车站、银行等公共场所，因此本设计有很强的现实实用性。
关键字:
单片机;汉字显示屏;控制模块;驱动模块;软件编程
目录
第一章绪论5
1.1单片机的应用5
1.2LED简介5
1.3电子显示屏5
第二章系统整体方案6
2.1需要实现的功能6
2.2系统软件的设计8
第三章系统硬件电路的设计9
3.15V稳压电源的设计9
3.1.15V稳压电源的原理9
3.1.2稳压电源技术指标9
3.2单片机系统及外围电路10
3.2.1单片机的选择10
3.2.2AT89C52芯片介绍10
3.2.3单片机系统外围电路11
3.3驱动电路12
3.3.174LS138芯片简介12
3.3.2驱动电路的构成13
3.416*16LED显示屏电路和原理14
第四章系统程序的设计16
4.1显示驱动电路16
4.2系统主程序16
第五章调试及性能分析20
5.1软件调试20
5.2性能分析21
结论22
致谢23
参考文献23
附录24
第一章绪论
1.1单片机的应用
单片机是生活必不可缺的，顾名思义单片机的应用是很广泛的，导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯和数据传输、工业自动化过程和实时控制数据处理、广泛使用的智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机和摄像机、全自动洗衣机的控制、以及程控玩具、电子宠物等等。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
1.2LED简介
LED俗称发光二极管，它包含了可见光和不可见光，属于光电半导体的一类，在结构上包括P极和N极，是一种依靠半导体PN结发光的光电元件。
LED就是由电子材料，封装材料，辅助材料联结而成的的一个发光的闭路电子元件。
它可以直接把电转换成光，LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封起来。
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。
体积小，LED基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小非常的轻；耗电量低，LED耗电量非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，这就是说它消耗的电量不超过0.1W；使用寿命长，在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时；高亮度、低热量；环保，LED是由无毒的材料做成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用；坚固耐用，LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管还要坚固，等体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
LED显示屏：
它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯的亮灭来显示字符。
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。
点阵模块方案：
最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来优势：
原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。
缺点：
色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。
led显示屏市场前景现状：
目前由于led显示屏造价昂贵，主要用于比较高档的场所，主要集中在城市的繁华场所，作为多媒体广告的一部分。
单双色led显示屏主要应用于交通,高速公路,银行、证券交易等金融场所。
以后：
随着人们生活水平的提高，户外led显示屏将逐渐应用于各个行业。
1.3电子显示屏
随着现代光电技术、微电子技术及计算机技术的飞速发展和普及，LED显示屏已遍及社会的各个领域。
简单的讲，显示屏就是由若干个可组合拼接的显示单元构成屏体，再加上一套适当的控制器。
所以多种规格的显示板配合不同技术的控制器就可以组成许多种LED显示屏，以满足不同环境，不同显示要求的需要。
LED显示屏是由几万到几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。
利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。
目前应用最广的是红色、绿色、黄色。
而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。
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显示屏的分类：
按颜色可以分为单基色显示屏、双基色显示屏、全基色显示屏；按显示器分类LED数码显示屏、LED点阵图文显示屏；按实用场合分类有室内显示屏和室外显示屏。
仔细分解一个LED显示屏，它有以下一些要素构成：
金属结构框架、显示单元、扫描控制板、开关电源、双绞线传输电缆、主控制仪、专用显示卡及多媒体卡、电脑及其外设、其它信息源。
第二章系统整体方案
2.1需要实现的功能
用移动显示屏来显示汉字，通过单片机AT89C52的行扫描和74LS138芯片的列扫描使点阵显示屏移动显示“湘潭欢迎你”的字幕。
当中还要实现的功能：
5V的电压输入，时钟电路的设置，复位电路的设置，单片机给74LS138芯片的E1高电平同时给E2和E3低电平，74LS138才能正常的工作，点阵模块：
此点阵模块由四个8*8点阵组成，
图2.1.1为8×8点阵LED外观及引脚图，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。
例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。
应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。
8*8LED点阵等效电路如图2.1.2所示
图2.1.1
图2.1.2
8X8点阵LED工作原理说明:
8X8点阵共需要64个发光二极管组成，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1电平，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。
一根横柱：
对应的行置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：
图2.1.3
本电路使用AT89C52实现行驱动，对显示模块从上至下的扫描，用74LS138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74ls138译码器，74ls138译码器的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门（因为每次仅一个为低电平，其余皆为高电平）；74ls138译码器有使能端，故使能端必须加以处理，否则无法实现需要的逻辑功能。
在片选使用状态下输入中8线始终只有1线为0，此74ls138芯片在单片机系统中极大限度的起到了扩展IO资源的作用，只要用单片机的2个IO引脚资源就能控制8个输出，而且程序的编制也容易实现。
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。
其程序流程图如图5和6附录所示。
第三章系统硬件电路的设计
3.15V稳压电源的设计
3.1.15V稳压电源的原理
220V交流市电通过电源变压器换成交流低压，再经过桥式整流电路和滤波电容，其中滤波电容与桥式电路并联，在固定式三端稳压器和地两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。
此直流电压经过三端稳压器和电容的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。
本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。
三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。
如图3.1所示：
图3.1
3.1.2稳压电源技术指标
稳压电源的主要指标有电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。
对稳压电源的性能，主要由以下的四个方面的要求：
稳定性好，当输入电压在规定范围内变动时，输出电压的变化应该很小，由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示，S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。
在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高；输出电阻小，负载变化时（从空载到满载），输出电压应基本保持不变。
稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。
输出电阻它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比输出电阻反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，输出电阻越小，则输出电压的变化也越小。
性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至0.01欧；电压温度系数小，当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。
良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效的抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定；输出电压纹波小，所谓纹波电压是指输出电压中50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值或峰值表示。
经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数，串联型稳压电路，用做一种简单的稳压电源，可以满足一般无线电爱好者的需要。
但是，这种电源还有许多“天生的”的缺陷，要提高对性能的要求，就必须再做一些改进。
从以下四个方面对它的性能加以改善，便可做成一台有使用价值的稳压电源了，这就是：
增加放大环节，提高稳定性，使输出电压可调，用复合管做调整管，使输出电流增大，增加保护电路，使电源工作安全可靠。
3.2单片机系统及外围电路
3.2.1单片机的选择
本设计选用了AT89C52单片机作控制
3.2.2AT89C52芯片介绍
概述：
AT89C52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。
P0~P3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（32~39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。
AT89C52的引脚图如下图3.2所示：
图3.2.1
3.2.3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3.2.3）和复位电路（3.2.4）
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。
图3.2.3
AT89C52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，在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、成的电容值取22PF,电容的大小频率起微调的作用
图3.2.4
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。
3.3驱动电路
3.3.174LS138芯片简介
74LS138为3线－8线译码器，共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构型式，
其工作原理如下：
当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（E2）和/（E3））为
低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
利用E1、E2和E3可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。
74LS138的引脚图如图3.3所示：
图3.3
3.3.2驱动电路的构成
本设计的驱动电路由电阻和PNP的三极管构成，由三极管将电流放大，再通过三极管的集电极输出给点阵显示屏，使其足够亮。
其驱动电路的电阻值是采用4.7K欧姆的电阻，其驱动电压为5V。
行驱动电路如图3.3.2所示，列驱动电路如图3.3.3所示：
图3.3.2
图3.3.3
3.416*16LED显示屏电路和原理
16*16LED显示屏电路由四个8*8LED点阵组成的，其中二极管的正极控制器也就是AT89C52，负极接译码器也就是74LS138。
显示屏可以显示字符、汉字、动画等任何图形。
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。
8*8点阵的原理：
点阵LED扫描法介绍点阵LED一般采用扫描式显示，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16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。
若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。
此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。
8X8点阵LED工作原理说明:
8X8点阵共需要64个发光二极管组成，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1电平，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。
一根横柱：
对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。
电路如图3.4所示：
图3.4
第四章系统程序的设计
4.1显示驱动电路
p=&table[0][0];
while
（1）
{
for（i=0;i<8;i++）//显示左半边屏幕
{
P0=*（p+offset+2*i）;
P2=i|0x08;//P2.4=0,P2.3=1选中U2,输出扫描码给U6
delay（）;
P0=*（p+offset+2*i+1）;
P2=i|0x10;//P2.4=1,P2.3=0选中U3,输出扫描码给U7
delay（）;
}
for（i=8;i<16;i++）//显示右半边屏幕
{
P0=*（p+offset+2*i）;
P2=（i-8）|0x20;//P2.5=1P2.4=0,P2.3=0选中U4,输出扫描码U8
delay（）;
P0=*（p+offset+2*i+1）;
P2=（i-8）|0x40;//P2.6=1P2.5=0,P2.4=0选中U5,输出扫描码U9
4.2系统主程序
#include
#defineint8unsignedchar
#defineint16unsignedint
#defineint32unsignedlong
int8flag;
int8n;
int8codetable[][32]={
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*""*/
{0x04,0x28,0x08,0x24,0x32,0x22,0xC2,0x21,0xC2,0x26,0x34,0x38,0x04,0x04,0x08,0x18,0x30,0xF0,0xC0,0x17,0x60,0x10,0x18,0x10,0x0C,0x14,0x06,0x18,0x04,0x10,0x00,0x00},/*"欢",0*/
{0x02,0x02,0x04,0x82,0xF8,0x73,0x04,0x20,0x02,0x00,0xE2,0x3F,0x42,0x20,0x82,0x40,0x02,0x40,0xFA,0x3F,0x02,0x20,0x42,0x20,0x22,0x20,0xC2,0x3F,0x02,0x00,0x00,0x00},/*"迎",1*/
{0x00,0x01,0x04,0x02,0x1C,0x0C,0xC0,0x3F,0x1C,0xC0,0x02,0x09,0x02,0x16,0x92,0x60,0x4A,0x20,0x82,0x2F,0x02,0x20,0x0E,0x24,0x00,0x22,0x90,0x31,0x0C,0x20,0x00,0x00},/*"您",2*/
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*""*/
};
voiddelay（void）;
int16offset;
voidmain（void）
{
int8i;
int8*p;
flag=0x10;
n=0;
TMOD=0x01;
TH0=0xb1;
TL0=0xe0;
ET0=1;
EA=1;
TR0=1;
p=&table[0][0];
while
（1）
{
for（i=0;i<8;i++）//显示左半边屏幕
{
P0=*（p+offset+2*i）;
P2=i|0x08;//P2.4=0,P2.3=1选中U2,输出扫描码给U6
delay（）;
P0=*（p+offset+2*i+1）;
P2=i|0x10;//P2.4=1,P2.3=0选中U3,输出扫描码给U7
delay（）;
}
for（i=8;i<16;i++）//显示右半边屏幕
{
P0=*（p+offset+2*i）;
P2=（i-8）|0x20;//P2.5=1P2.4=0,P2.3=0选中U4,输出扫描码U8
delay（）;
P0=*（p+offset+2*i+1）;
P2=（i-8）|0x40;//P2.6=1P2.5=0,P2.4=0选中U5,输出扫描码U9
delay（）;
}
}
}
voiddelay（void）
{
int16i;
for（i=0;i<50;i++）
;
}
voidtimer0（）interrupt1using3
{
TF0=0;
TH0=0xb1;
TL0=0xe0;
if（n<10）
{
n++;
}
else
{
offset+=2;
if（offset>128）
offset=0;
n=0;
}
第五章调试及性能分析
5.1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5.1.1所示。
在PROGRAMFILE中，单击文件夹图标，选择“程序1.hex”文件后，即可对系统进行仿真，整个系统的仿真结果如图5.1.2所示：
图5.1.1
图5.1.2
5.2性能分析
本文设计的点阵LED显示屏控制系统以AT89C52单片机为基础，采用静态RAM作为数据存储器，利用串行接口实现与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
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