毕业设计16X16汉字点阵显示屏移动显示设计Word格式.docx
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1.3单片机的应用领域及其发展趋势4
1.3.1单片机的应用领域4
1.3.2单片机的发展趋势6
1．4LED简介6
1.5电子显示屏7
第二章系统整体方案8
2.1需要实现的功能8
2.2系统软件的设计10
第三章系统硬件电路的设计11
3.1单片机系统及外围电路11
3.1.1单片机的内部结构11
3.1.2AT89C52芯片介绍11
3.1.3单片机系统外围电路12
3.2驱动电路13
3.2.174HC154芯片简介13
3.2.2驱动电路的构成14
3.316*16LED显示屏电路和原理15
第四章系统程序的设计17
4.1流程图17
4.2系统主程序18
第五章调试及性能分析21
5.1软件调试21
5.2性能分析22
结论23
致谢24
参考文献25
第一章绪论
单片微型计算机（singlechipmicrocomputer）简称单片机，它是为各类专用控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通计算机微处理器，一定容量的RAM和ROM以及输入/输出接口，定时器等电路于一块芯片上构成的。
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。
图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；
视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。
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，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，所以在此只是简单的研究一下用单片机驱动的LED显示移动的汉字。
目的有三：
一是亲手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，以及复习巩固单片机知识；
三是通过团队合作，增强团队合作的意识，为以后走向社会工作打下基础，并且增强了同学之间的友谊。
汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×
16点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；
而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。
不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。
通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，在按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。
对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光的数据中相应的位填1，否则填0。
当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样时可行的。
这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。
显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。
文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。
组成一个字的点阵，其大小也可以有16×
16、24×
24、32×
32、48×
48等不同规格。
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。
图文显示屏的颜色，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。
为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。
最简单的显示模式是静态显示。
与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。
按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。
产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。
例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；
而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；
刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。
刷新太慢，动感不显著；
刷新太快了，中间过程看不清。
一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。
1．1单片机的概念及其特点
1.1.1单片机
单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。
随着大规模集成电路的发展，组成微型计算机的各功能部件：
中央处理器、存储器、串/并行输入/输出接口，定时器/计数器/中断控制器，以及计多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、高速输入输出部件、DMA、浮点运算等，这些电路在软件的控制下准确迅速高效地完成事先规定的任务。
能够单独的完成现代工业控制系统所要求的智能化控制功能。
1.1.2单片机的特点
（1）单片机具有独立的指令系统，可以将我们的设计思想充分体现出来，是产品智能化。
（2）系统配置以满足控制对象的要求为出发点，使得系统具有较高的性能价格比。
（3）应用系统通常将程序驻留在片外（内）ROM中，抗干扰能力强，可靠性高，使用方便。
（4）单片机本身不具有开发能力，一般需借助专用的开发工具进行系统开发和调试，最终形成的产品简单实用，成本低，效益高。
（5）利用系统所用存储器芯片或利用掩膜式生产，便于批量生产和应用。
（6）由于系统小巧玲珑，控制功能强，体积小，便于嵌入被控设备中，大大推动了产品的智能化。
1.2单片机的发展概况及其分类
1.2.1单片机的发展概况
随着微电子技术的不断发展，出现了大规模和超大规模集成电路，一片硅片上可以集成成千上万或更多的晶体管。
这样，就可以把组成微型计算机的中央处理器、存储器、输入输出接口和定时器/计数器等功能部件集成在一块芯片上，成为单片机。
首次推出的单片机是1971年Intel公司的4位单片机4004。
单片机的发展主要经历了4个阶段：
第一阶段（1974-1976年），单片机的初级阶段。
因受工艺技术水平的限制，单片机结构和功能都很简单。
例如仙童公司生产的F8单片机，内部仅有８位CPU，64字节RAM和2个并行口，还需一些其他芯片才能组成一台完整的微型机。
第二阶段（1976-1978年），低性能单片机阶段。
以美国Intel公司的MCS-48单片机为代表。
此阶段的单片机内集成有8位CPU，并行I/O接口，一个8位的定时器/计数器，片内64或128字节RAM，程序存储空间最大4KB，但无串行通信口，不宜多机应用。
第三阶段（1978-1983），高性能单片机阶段。
此阶段的单片机仍采用８位CPU，但均有多级中断功能、串行通信接口、16位的定时器/计数器，而片内ROM、RAM容量加大，寻址空间可达64KB，有的片内还带有A/D转换器接口。
此阶段的单片机以Intel公司的MCS-51系列、MOTOROLA公司的6801系列和Zilog公司的Z8系列单片机为代表。
这类单片机以其优良的性能价格比，因而获得了广泛的应用。
第四阶段（1983年以后），赞称为新一代单片机阶段。
此阶段的单片机的CPU仍以为8位主流，并不断完善。
另一方面发展了16位和32位的单片机。
片内RAM和ROM的容量进一步增大，增加了D/A、A/D转换器，主频增加，运算速度加快。
此阶段的单片机以Intel公司的MCS-96单片机为代表。
目前32位的单片机也已进入了实用阶段。
1.2.2单片机的分类
20世纪80年代以来，单片机有了新的发展，迄今为止，市售单片机产品已达近百种系列，近千种产品。
按照CPU对数据处理位数来分，单片机通常可分为以下4类：
（1）、4位单片机：
功能简单、体积小、功耗低、价格便宜、可靠性高。
它主要用于家电和电子玩具
（2）、8位单片机：
在我国目前使用最多的8位单片机型为MCS-51系列。
8位单片机功能强、品种多、价格低廉，广泛用于各个领域。
（3）、16位单片机：
16位单片机由1982它年开始推出，已有很大发展，但目前，它的产量还远远低于8位单片机，它的应用还不十分广泛，主要用于较复杂的系统和设备中，如控制系统等。
（4）、32位单片机：
32位单片机已经进入实用阶段其价格较高、功能较完善，主要用于复杂的智能仪器设备及控制系统等方面。
1.3单片机的应用领域及其发展趋势
1.3.1单片机的应用领域
由于单片机体积小、价格低、可靠性高、适用面宽、有其本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛的应用。
单片机的应用领域可归纳为以下几个方面:
（1）、机电一体化
机电一体化是机械设备发展的方向。
用单片机代替常规的逻辑顺序控制，简化了机械结构设计，提高了控制性能，更重要的是实现了产品智能化。
典型的机械一体化产品是机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、打印机、传真机、复印机等。
（2）、集散数据采集系统
在实时控制系统中，要求数据采集具有较好的同步性和实时性，若采用单个计算机顺序采集，则存在采集的不同步，实时性差等缺点，以致造成计算、处理上的误差，引起分析统计困难。
使用单片机作为系统的前端采集单元，由主控计算机发出同步采集命令，当采集完成后，将采集到的数据再逐一传送到主机中进行处理，保证了同步数据采集，如气象部门
（3）、分布式控制系统
通常分布式控制系统采用模块化设计，而单片机正是某些模块的控制中心，如生产线、过程控制、遥测遥控系统等。
（4）、智能仪器仪表
单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。
如各种智能电气测量仪表、智能传感器、医疗器械等。
（5）、家用电器
家用电器包括洗衣机、空调器、汽车控制系统、保安系统、电视机、摄像机音响设备、电子称、IC卡、手机等。
在这些设备中大量使用单片机，使其性能提高很大、实现了智能、化最优化控制。
（6）、终端及外部设备控制
计算机网络终端设备，如银行终端、数据采集终端机、GPS电子地图、复印机等，以及计算机外部设备，如打印机、绘图仪、键盘和通行终端等，在这些设备中使用单片机，使其具有计算、存储、显示和数据处理功能，提高了设备的附加值。
（7）、智能卡
IC卡以其存储信息量大、安全方便、读卡简单、经济实用等优点，已广泛应用于金融、商贸、交通、医疗卫生、公安税务等与人民生活息息相关的领域。
（8）、智能电子玩具
利用具有语言处理能力单片机制造各种智能玩具，使玩具正在朝着智能化的方向发展，具有人机交互功能的电子玩具已成为玩具行业的新宠，也成为单片机的应用开辟了广阔的新天地。
此外，单片机在教育国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
1.3.2单片机的发展趋势
微型计算机技术发展正趋于两个方向，一是以系统机为代表的通用计算机，致力于提高极端机的运算速度，实现海量高速数据处理；
二是以单片机为代表的嵌入式专用计算机，致力于计算机控制功能的片内集成，在满足嵌入式对象的测控需求的同时兼顾处理数据。
（1）、低功耗CMOS化
在许多应用场合，单片机不仅要体积小，而且还需要低电压，低功耗。
因此，制造单片机时普遍采用CMOS工艺，并设有空闲和掉电两种工作方式。
（2）、微型单片机
现在许多单片机都具有多种多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
（3）、主流与多种品种共存
现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，而其他有些公司的单片机产量与日俱增以其低价质优的优势，占据了一定的市场份额。
在一定时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成和共同发展的道路。
（4）、功能更强大
今后单片机的体积会愈来愈小，功能会愈来愈完善，功耗会愈来愈低。
它以嵌入的方式存在于应用系统中，使系统更具灵活性，对工业、医疗、国防和日常生活等均将产生深远的影响。
1．4LED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。
1.5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74HC154芯片的列扫描使点阵显示屏移动显示“基于PROTUES的16*16点阵汉字显示设计”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74HC154芯片的E1高电平同时给E2和E3低电平，74HC154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74HC154译码器，74HC154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）；
74HC154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74HC154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
3.1单片机系统及外围电路
3.1.1单片机的内部结构
内部结构框图：
1．中央处理器CPU
CPU是单片机的核心部件，由运算器和控制器组成，完成算术运算和逻辑操作，单片机的字长越长，运算速度越快，数据处理功能也越强。
2．存储器
通常单片机存储器采用哈佛结构，即RAM和ROM存储器是分开编址的。
ROM存储器容量较大，RAM存储器的容量较小。
3．I/O接口和特殊功能部件
I/O接口电路有串行和并行两种。
特殊功能部件包括定时器/计数器、A/D、D/A、DMA通道、系统时钟、中断系统和串行通信接口等模块。
3.1.2AT89C52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8xc51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
3.1.3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3.2.3）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
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