基于单片机的2421524点阵LED汉字显示系统设计.docx

基于单片机的2421524点阵LED汉字显示系统设计.docx

《基于单片机的2421524点阵LED汉字显示系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的2421524点阵LED汉字显示系统设计.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的2421524点阵LED汉字显示系统设计

郑州华信学院

课程设计任务书

题目:

基于单片机的24×24点阵LED汉字显示系统设计

专业:

姓名:

学号:

班级:

完成期限：

年月日

指导教师签名：

课程负责人签名：

年月日

主要内容：

利用单片机控制24×24点阵LED汉字显示屏，能够实现汉字、数字、字母的多样化显示。

大体要求：

1.实现LED点阵屏核心功能即汉字、数字、字母的多样化显示；

2.利用proteus软件完成设计电路和仿真，要求显示“郑州华信学院”字样，而且能够调整显示字样；

3.掌握SPI串口进行数据传输的应用，并学会利用外部芯片辅助项目设计；

4.通过这次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。

主要参考资料：

[1]阳进基于单片机的LED显示屏的汉字显示中国科技信息

[2]韩润萍陈小萍.点阵LED显示屏控制系统微运算机信息

[3]刘曙光LED电子显示屏真彩显示的几种关键技术北京:

国外电子测量技术

[4]李径达基于锁存方式LED显示屏的软件设计沈阳:

运算机应用研究

[5]李全利，单片机原理及接口技术[M]，高等教育出版社

[6]王文杰，单片机应用技术[M]，冶金工业出版社

[7]朱清慧，PROTEUS教程——电子线路设计、制版与仿真[M]，清华大学出版社

郑州华信学院

课程设计说明书

课题：

24*24点阵汉字显示设计

姓名:

院系:

专业班级:

学号:

指导老师:

成绩：

时刻：

年月日至年月日

24*24点阵汉字显示设计

（郑州华信学院）

1引言

研究背景

随着电子技术专门是随大规模集成电路的产生而出现的微型运算机技术的飞速进展人类生活发生了根本性的改变。

若是说微型运算机的出现使现代科学研究取得了质的飞跃那么能够毫不夸张地说单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。

目前单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高靠得住性、高性能价钱比、开发较为容易在工业控制系统、数据收集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域取得极为普遍的应用并已走人家庭从洗衣机、微波炉到音响、汽车处处都可见到单片机的踪迹。

因此单片机技术开发和应用水平已慢慢成为一个国家工业进展水平的标志之一。

本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件驱动LED点阵显示所想要现实的汉字。

LED显示屏简介

LED（LightEmittingDiode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它能够直接把电转化为光。

多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。

LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各类信息的显示屏幕。

图文显示屏可与运算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型运算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清楚的信息传播方式播放各类信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目和现场实况。

LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，普遍应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公开场合。

它的长处：

亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳固。

功能要求

1）设计一个能显示24*24点阵图文LED显示屏。

2）要求采用动态扫描方式保证在目测条件LED显示屏可亮度均匀地显示图形和文字而且稳固、清楚、无串扰，以自右向左拉幕形式转动显示。

2设计方案

核心元件的选用

在设计电路中要考虑硬件的选型，硬件的选型应按照设计要求和应用处合的限制选用。

在此，选用行列控制器件是很关键的，若是选用的器件达不到要求可能就会出现驱动能力不足造成亮度不够，传送数据犯错等一系列问题，本LED显示系统主要由AT89C51作为主控单元，列控制选用74HC138芯片，行数据传输选用串入并出器件，74164和74595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄放器。

74164的驱动电流（25mA）比74595的驱动电流（35mA）要小，14脚封装，体积也小一些，而且74595的驱动电流主要长处是具有数据存储寄放器，在移位的进程中，输出端的数据能够维持不变，数码管没有闪烁感。

与164只有数据清零端相较，595还有输出端时能/禁止输出端，能够使输出为高阻态。

咱们这里选用74HC595芯片及9块儿8*8点阵显示模块组成24*24点阵显示屏。

整体设计思路

在硬件方面基于AT89C51单片机的基础上，采用动态扫描的方式对LED点阵进行扫描显示，运用三个列驱动器74HC595和三个行驱动器74HC138对点阵进行列驱动，通过加上拉电阻对点阵进行行驱动，在软件方面，通过按时中断让显示的文字加倍稳固、加倍清楚，不断扫描各行各列，通过人的视觉误差达到文字、图片的稳固显示。

3整体设计及核心元件的简介

整体设计结构图

图1：

整体设计结构图

硬件分析及设计

时钟电路

AT89C51单片机芯片内部设有一个由反向放大器组成的振荡器，XTAL1和XTAL2别离为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接按时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。

系统采用的按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，C2的电容值取30pF，电容的大小起频率微调的作用。

时钟电路图如图2所示。

图2：

时钟电路图

3.2.2复位电路

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，电路如图3所示。

当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，按下复位键时单片机复位。

在有时碰着干扰时会造成错误复位，但在大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引发内部某些寄放器错误复位，若是在复位端加一个去耦电容，则会取得专门好的效果。

图3：

复位电路

3.2.3行数据传输电路

按照如图4所示的74HC595管脚图对控制端的说明为：

MR（10脚）指低电平时将移位寄放器数据清零；SH_CP（11脚）指上升沿时数据寄放器的数据移位；Q1，Q2，Q3，…Q7指下降沿移位寄放器数据不变（脉冲宽度：

5V时，大于几十纳秒就好了，通常都选微妙级）；ST_CP（12脚）指上升沿时移位寄放器的数据进入数据存储寄放器，下降沿时存储寄放器数据不变。

通常将RCK置为低电平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就好了，通常都选微妙级），更新显示数据；/OE（13脚）指高电平时禁止输出（高阻态）。

若是单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，能够方便的产生闪烁和熄灭效果，如此比通过数据端移位控制要省时省力。

然后用三片74HC595串联起来组成行数据传输端，如图5所示。

通过数据端和时钟端把数据传送到移位寄放器。

图4：

74HC595管脚图

图5：

74HC595管脚分派连接

3.2.4列控制电路

列控器件74HC138是3-8译码器，它具有三个使能端，三个数据输入端，只有当使能端S1为高电平，而S2与S3之和为低电平时，才能正常工作，输出端低电平有效。

此设计采用三片138和每一个输出端串接一个470欧姆的电阻起必然的限流作用，然后与P1口相连接作为显示屏的列选择线。

ABC为译码器数据输入端，E一、E二、E3为片使能端。

当E1为高电平，E2和E3为低电平时第一片译码器使能可控制（COL0～COL7）列，以此类推选择列。

电路连接如图6所示。

图6：

74HC138管脚分派连接图

3.2.5点阵组合电路

此点阵是按共阴式组合，控制列选端低电平有效。

ROW0～ROW23为行数据端，COL0～COL16为列控制端，然后在仿真软件下归并起来就组成了24*24点阵。

管脚分派方式如图8所示。

图8：

点阵管脚分派连接体

3.2.6单片机和按键连接电路

如图9所示，是单片机的I/O口连接电路，P1口作为连接74LS138的片选使能和译码数据端，P0作为连接74HC595的时钟端、数据端、清零端、使能端的分派。

按键用P2口的，、、别离控制点阵屏停止/移动，开/关显示，速度的加/减功能。

图9：

单片机和按键连接电路图

取模软件的应用

1打开取模软件应用程序，点击工具栏上添加文字图标

，进入如图所示的窗口，

输入要显示的文字或图片点击确认出现如下图所示效果。

2点击工具栏上“设置”，弹出如下窗口，在这里按照点阵的大小对字模字体进行设置。

3点击工具栏上导出字体图标

弹出如下窗口。

按照需要对导出代码语言、取点模式和字节顺序进行设计。

点击保留即可。

软件设计分析

3.4.1软件设计流程图

图10：

主程序及帧扫描子程序流程图

3.4.2系统源程序

******************************************************

题目：

基于单片机的24×24点阵LED汉字显示

******************************************************

硬件：

51系列单片机，74HC138，74HC595，8*8点阵屏，按键

******************************************************

*********74HC595管脚概念*********

SH_CPBIT；移位寄放器时钟输入

ST_CPBIT；存储寄放器时钟输入

DDSBIT；串行数据输入

MRBIT；主复位（低电平）

OEBIT；使能

*********74HC138管脚概念*********

E1BIT；1~8列控制使能

E2BIT；9~16列控制使能

E3BIT；17~24列控制使能

************按键设置*************

KEY1BIT；控制移动和停止

KEY2BIT；控制显示的开和关

KEY3BIT；移动速度加/减

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0030H

MAIN：

MOV55H，#06

MOVSP，#64H

MAIN3：

MOVDPTR，#TAB

CLRMR；主复位（低电平）

CLRST_CP；存储寄放器时钟输入

NOP

SETBST_CP

SETBMR

CLROE

MOVR4，#216；显示9字，每字左移24列，共216列

MAIN1：

CLRE1

CLRE2

CLRE3

MOVR5，55H；反复显示可改变移动速度

MAIN2：

JBKEY2，S_STOP

JNBKEY2，$；等待按键释放

CPL0EH；显示开/关控制标志位

S_STOP：

JB0EH，MAIN1

JBKEY1，JIAN

JNBKEY1，$

CPL0FH；移动控制的标志位

JIAN：

JBKEY3，Q_OUT

JNBKEY3，$

DEC55H

MOVR5，55H

CJNER5，#0，Q_OUT

MOV55H，#06

Q_OUT：

MOVR2，#0；取码指针

MOVR1，#0；列控制码

PANT：

MOV54H，#03

MOV53H，#08

GG：

MOV50H，#08

FF：

MOVA，R1

ANLA，#07H；屏蔽R1高5位

MOVP1，A

INCR1

ACALLGC

MOVA，53H；控制74LS138片选

ORLP1，A；74LS138使能

ACALLMS

DJNZ50H，FF；8列未扫描完返回

MOVA，53H

RLA

MOV53H，A

DJNZ54H，GG；24列未扫描完返回

DJNZR5，MAIN2；反复6次未完，继续显示

JB0FH，M_STOP

INCDPTR

INCDPTR

INCDPTR；改变TAB地址实现文字移动现象

DJNZR4，MAIN1

AJMPMAIN3

M_STOP：

AJMPMAIN1

GC：

SETBMR

SETBOE；管脚呈现高阻态

MOV51H，#03；传送三位字节

AAA：

MOVA，R2

MOVCA，@A+DPTR；取当前列第一个字节

MOVR3，#8；位传送到74HC595

AA：

RLCA

MOVDDS，C

CLRSH_CP

NOP

SETBSH_CP

DJNZR3，AA；八位未传送完继续

CLRST_CP

NOP

SETBST_CP

INCR2；取码指针加1

DJNZ51H，AAA

CLROE

RET

MS：

MOVR6，#5；ms延时子程序

DELAY：

MOVR7，#150

DJNZR7，$

DJNZR6，DELAY

RET

TAB：

DB00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H

DB00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H

DB00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H；空

DB00H，00H，02H，00H，0CH，04H，07H，04H，08H，23H，04H，30H，3AH，04H，40H，06H，0EH，80H，03H，0F7H，00H，0EH，05H，00H

DB32H，04H，80H，22H，04H，40H，06H，04H，20H，06H，04H，10H，04H，0CH，08H，00H，14H，06H，00H，00H，02H，00H，00H，02H

DB04H，00H，02H，04H，00H，00H，07H，0FFH，0FFH，04H，20H，00H，04H，0D1H，00H，05H，0CH，0C0H，06H，02H，60H，04H，01H，0E0H；郑

DB00H，00H，00H，00H，02H，00H，00H，1CH，02H，00H，70H，04H，00H，00H，08H，30H，00H，70H，3FH，0FFH，80H，30H，00H，00H

DB00H，02H，00H，00H，0E6H，00H，00H，7CH，00H，18H，00H，00H，1FH，0FFH，0F8H，1CH，00H，00H，30H，00H，00H，00H，00H，00H

DB00H，00H，40H，01H，4FH，0C0H，01H，0F0H，00H，00H，80H，00H，00H，00H，00H，0C0H，00H，01H，0FFH，0FFH，0FFH，0E0H，00H，00H；州

DB00H，00H，00H，01H，00H，00H，01H，06H，00H，01H，07H，00H，01H，06H，00H，02H，02H，00H，04H，02H，00H，4FH，0E2H，00H

DB70H，02H，00H，60H，02H，00H，00H，62H，00H，00H，7FH，0FFH，01H，32H，00H，01H，02H，00H，62H，02H，00H，7FH，0E2H，00H

DB08H，22H，00H，10H，26H，00H，60H，26H，00H，61H，66H，00H，40H，0E2H，00H，00H，20H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H；华

DB01H，00H，00H，01H，00H，00H，02H，00H，00H，04H，00H，00H，0FH，0FFH，0FFH，18H，00H，00H，60H，00H，00H，0C0H，00H，00H

DB58H，00H，00H，10H，47H，0FFH，12H，42H，06H，12H，42H，02H，12H，42H，02H，92H，42H，02H，0D2H，42H，02H，0F2H，42H，02H

DB12H，42H，02H，12H，42H，02H，12H，42H，02H，12H，42H，06H，12H，42H，02H，30H，0C7H，0FFH，30H，44H，00H，00H，00H，00H；信

DB00H，00H，00H，00H，01H，80H，00H，00H，80H，23H，0C0H，80H，32H，20H，80H，3AH，20H，80H，06H，00H，80H，02H，0C0H，80H

DB02H，80H，80H，02H，80H，8CH，02H，80H，86H，06H，8EH，83H，3AH，87H，0FFH，32H，88H，80H，22H，88H，80H，02H，90H，80H

DB02H，0E0H，80H，02H，00H，80H，0AH，00H，80H，3AH，40H，80H，33H，0C2H，80H，21H，81H，80H，00H，01H，80H，00H，00H，80H；学

DB18H，00H，00H，1FH，0FFH，0FFH，10H，00H，00H，10H，0E1H，80H，10H，88H，80H，13H，04H，40H，16H，02H，62H，18H，01H，0D2H

DB11H，10H，0F2H，0EH，08H，04H，0CH，08H，08H，08H，88H，10H，08H，88H，20H，88H，8FH，0C0H，88H，88H，00H，0E8H，88H，00H

DB38H，88H，00H，09H，8FH，0FCH，08H，88H，02H，08H，28H，02H，09H，18H，02H，0EH，18H，1AH，06H，00H，0EH，00H，00H，0EH；院

END

4仿真与调试

成立KeiluVision2工程、文件

（1）打开KeiluVision2软件，新建工程和文件，键入待调试的程序，点击

-OptionsforTraget图标，出现如下窗口，点击Output在CreatHEXFi复选框内打“√”，单击肯定。

2对目标文件进行构建、编译，如有错误对其进行修改；若没有错误，则会生成HEX文件。

绘制整体电路图

1打开ISIS7Professional软件，按表格一依次找到所需元件，按附录二的电路图连接，检查电路，若没有错误，则对软件ISIS7Professional和软件KeiluVision2成立联系。

元件名称

所属类

所属子类

AT89C51

MicroprocessorICs

8051Family

CAP

Capacitors

Generic

CAP-ELEC

Capacitors

Generic

CRYSTAL

Miscellaneous

—

RES

Resistors

Generic

74LS245

TTL74LSSeries

Tansceivers

MATRIX-8*8-RED

Optoelectronics

DotMatrixDisplays

RESPACK

Resistors

ResistorsPacks

2单击ISIS7Professional窗口工具栏上Source下“Definecode…”弹出如下窗口，在其左下部的“Disableautomaticbuildrules”复选框内打“√”，单击肯定。

3一样单击source下Add/RemovesourceFiles…，弹出如下窗口，添加所需的目标文件的.HEX文件。

4运行调试，检测效果。

5心得体会

1在实训进程中，在线路接好，加入程序后，运行后只显示高低电平不显示汉字，究其原因才发觉原来是没有按MATRIX元件内部结构来连接。

改变其接图方式，能成功显示汉字。

2显示汉字后，出现反字，变换MATRIX内部元件的方向，能成功地显示所要显示汉字。

3通过调试，改变程序中的延时子程序，能够有效地改变汉字显示的频率。

4在这次点阵设计的进程让我进一步熟悉KEIL及Proteus的利用。

5本次设计结果仍有缺点，有一行老是全亮，干扰显示。

6通过实训，进一步加深了对书中内容的理解。

对AT89C51等元件的引脚和功能有了进一步的掌握。

实训中，锻炼了我分析问题、解元件决问题的能力。

6参考文献

[1]阳进基于单片机的LED显示屏的汉字显示中国科技信息

[2]韩润萍陈小萍.点阵LED显示屏控制系统微运算机信息

[3]刘曙光LED电子显示屏真彩显示的几种关键技术北京:

国外电子测量技术

[4]李径达基于锁存方式LED显示屏的软件设计沈阳:

运算机应用研究

[5]李全利，单片机原理及接口技术[M]，高等教育出版社

[6]王文杰，单片机应用技术[M]，冶金工业出版社

[7]朱清慧，PROTEUS教程——电子线路设计、制版与仿真[M]，清华大学出版社

附录一部份元件介绍

1AT89C51芯片

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器RAM。

器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。

片内置通用8位中央处置器CPU和Flash存储单元。

功能壮大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用处合，可灵活应用于各类控制领域。

AT89C51引脚如图11所示。

图11：

AT89C51管脚图

28*8点阵LED元件介绍

如图12所示为单基色8*8的点阵屏内部结构图。

从结构上可知，它的每一列共用一根列线，每一行共用一根行线。

当相应的行接高电平，列接低电平时，对应的发光二级管被点亮。

通常情形下，一块8*8像素的LED显示屏是不能用来显示一个汉字的，因此，本设计依照其原理结构扩展为24*24，显示一个汉字。

在显示进程中，多采用扫描方式，利用人的视觉暂停效应，只要刷新速度不小于25帧/秒，就不会有闪烁的感觉。

ProteusISIS中的8*8点阵LED元件原理图如图13所示。

由于该元件引脚没有任何标注，因此在利用之前必需进行引脚测试，以肯定行线和列线的顺序及极性。

图14给出了一种进行引脚测试的方式，按照测试结果便很容易肯定该元件的电路接法

图12：

内部结构图图13：

元件原理图

图14：

引脚测试图

附录二整体电路