16X16点阵LED电子显示屏设计.docx
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16X16点阵LED电子显示屏设计
单片机应用系统实验设计
16X16点阵LED电子显示屏设计
班级：
物电学院电信2班
组员：
吕勇军学号：
201011020219
黄波201011020220
指导老师：
彭建英
日期：
2012年12月1号
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。
1.2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“湖南文理学院物电”的字幕。
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
3.1单片机系统及外围电路
3.1.1单片机的选择
本设计选用了AT89C52单片机作控制
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
3.1.3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。
3.2驱动电路
3.2.174LS138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
3.2.2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
3.316*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：
第四章系统程序的设计
系统主程序
#include
sbitSH_CP=P2^0;
sbitDS=P2^1;
sbitST_CP=P2^2;
unsignedcharcodedisplay[]={
0x10,0x04,0x60,0x04,0x02,0x7E,0x8C,0x01,0x00,0x00,0x88,0x1F,0x88,0x08,0xFF,0x08,
0x88,0x08,0x88,0x9F,0x00,0x60,0xFE,0x1F,0x22,0x42,0x22,0x82,0xFE,0x7F,0x00,0x00,/*"湖",0*/
0x04,0x00,0xE4,0xFF,0x24,0x00,0x24,0x08,0x64,0x09,0xA4,0x09,0x24,0x09,0x3F,0x7F,
0x24,0x09,0xA4,0x09,0x64,0x09,0x24,0x48,0x24,0x80,0xE4,0x7F,0x04,0x00,0x00,0x00,/*"南",1*/
0x08,0x80,0x08,0x80,0x08,0x40,0x38,0x40,0xC8,0x20,0x08,0x11,0x09,0x0A,0x0E,0x04,
0x08,0x0A,0x08,0x11,0xC8,0x20,0x38,0x40,0x08,0x40,0x08,0x80,0x08,0x80,0x00,0x00,/*"文",2*/
0x04,0x20,0x84,0x60,0x84,0x20,0xFC,0x1F,0x84,0x10,0x84,0x10,0x00,0x40,0xFE,0x44,
0x92,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x7F,0x92,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x44,0x00,0x40,0x00,0x00,/*"理",3*/
0x40,0x04,0x30,0x04,0x11,0x04,0x96,0x04,0x90,0x04,0x90,0x44,0x91,0x84,0x96,0x7E,
0x90,0x06,0x90,0x05,0x98,0x04,0x14,0x04,0x13,0x04,0x50,0x04,0x30,0x04,0x00,0x00,/*"学",4*/
0x00,0x00,0xFE,0xFF,0x22,0x04,0x5A,0x08,0x86,0x07,0x10,0x80,0x0C,0x41,0x24,0x31,
0x24,0x0F,0x25,0x01,0x26,0x01,0x24,0x3F,0x24,0x41,0x14,0x41,0x0C,0x71,0x00,0x00,/*"院",5*/
0x40,0x02,0x3C,0x06,0x10,0x02,0xFF,0xFF,0x10,0x01,0x10,0x01,0x20,0x04,0x10,0x42,
0x8F,0x21,0x78,0x18,0x08,0x46,0xF8,0x81,0x08,0x40,0xF8,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,/*"物",6*/
0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x1F,0x88,0x08,0x88,0x08,0x88,0x08,0x88,0x08,0xFF,0x7F,
0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0xF8,0x9F,0x00,0x80,0x00,0xF0,0x00,0x00,/*"电",7*/
};
voidhc595_senddat（unsignedchardat）
{
unsignedchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
DS=dat&0x80;
SH_CP=1;
SH_CP=0;
dat<<=1;
}
}
main（）
{
unsignedchari;
charj;
SH_CP=0;
ST_CP=0;
while
（1）
{
for（i=0;i<16;i++）
{
for（j=7;j>=0;j--）
{
hc595_senddat（display[32*j+2*i+1]）;
hc595_senddat（display[32*j+2*i]）;
}
P3=i;
ST_CP=1;
ST_CP=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加载111.hex程序。
仿真图如图所示：
第六章心得及体会
本文设计的一个室内用16ｘ16的点阵LED图文显示屏，能够在目测条件下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。
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。
总结本文的研究工作，主要做了下面几点较突出的工作：
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。
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。
图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。
三，文章给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，通过这次毕业设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；熟练掌握了WORD软件的使用。
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