字体滚动显示屏的设计毕业设计.docx
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字体滚动显示屏的设计毕业设计
题目：
字体滚动显示屏的设计
目录
引言1
1绪论1
1.1单片机的应用1
1.2LED简介2
1.3电子显示屏3
2系统整体方案3
2.1需要实现的功能3
3系统硬件电路的设计5
3.15V稳压电源的设计5
3.1.15V稳压电源的原理5
3.1.2稳压电源技术指标6
3.2单片机系统及外围电路6
3.2.1单片机的选择6
3.2.2Atmega16芯片介绍8
3.2.3单片机系统外围电路11
3.3驱动电路11
3.3.174HC154芯片简介11
3.3.274HC573芯片简介13
3.3.3驱动电路的构成14
3.3.4驱动电路的作用15
3.416*16LED显示屏电路和原理16
4系统软件的设计17
5系统程序的设计17
5.1系统主程序18
6调试及性能分析26
6.1软件调试26
6.2性能分析27
7总结28
致谢28
参考文献29
字体滚动显示屏的设计
摘要：
LED点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。
它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。
LED点阵显示屏可以显示汉字、数字或特殊符号，通常用来显示时间、速度、系统状态等。
本设计给出了一基于AVR系列单片机的32×56点阵LED显示屏的设计方案。
包括系统具体的硬件设计方案,软件流程图和部分C语言程序等方面。
在负载范围内,只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展,是一种成本低廉的图文显示方案。
本设计主要以atmega16单片机为核心，采用串行传输、动态扫描技术，来制作的一款拥有多功能的模块化32*64LED点阵的多功能显示屏。
关键词：
LED；发光二极管；AVR；单片机
引言
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共场所。
在实际应用中的显示屏由于成本和可靠性的因素常采用一种称为动态扫描的显示方法。
本文设计的是一个室内用32ｘ56的点阵LED图文显示屏，图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。
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。
1绪论
1.1单片机的应用
单片微型计算机（singlechipmicrocomputer）简称单片机[1]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。
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。
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。
本次设计我采用AVR系列单片机中的Atmega16单片机，它的存储空间相对与51单片机大了很多。
1.2LED简介
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。
1.3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。
2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Atmega16的行扫描和74LS154芯片的列扫描使点阵显示屏移动显示“汕头职业技术学院电子信息工程”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74LS154芯片的E1和E2同时为低电平，74LS154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2-2所示:
图2-18×8点阵LED外观及引脚图
图2-28×8LED点阵等效电路
图2-332×56LED点阵功能流程图
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2-3所示。
本电路使用Atmega16实现行驱动[3]从上至下的扫描，用74LS154和锁存器74HC573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74LS154译码器，74LS154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）；74LS154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74LS154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。
3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[2]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。
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Atmega16单片机
首先介绍其产品特性
•高性能、低功耗的8位AVR®微处理器
•先进的RISC结构
–131条指令–大多数指令执行时间为单个时钟周期
–32个8位通用工作寄存器
–全静态工作
–工作于16MHz时性能高达16MIPS
–只需两个时钟周期的硬件乘法器
•非易失性程序和数据存储器
–16K字节的系统内可编程Flash
写寿命:
10,000次具有16KB系统
–具有独立锁定位的可选Boot代码区通过片上Boot程序实现系统内编程内可编程Flash
真正的同时读写操作
–512字节的EEPROM
擦写寿命:
100,000次
1K字节的片内SRAM
–可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密
•JTAG接口（与IEEE1149.1标准兼容）
–符合JTAG标准的边界扫描功能
–支持扩展的片内调试功能
–通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程
•外设特点
–两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器
–一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器
–具有独立振荡器的实时计数器RTC
–四通道PWM
–8路10位ADC
8个单端通道
TQFP封装的7个差分通道
2个具有可编程增益（1x,10x,或200x）的差分通道
–面向字节的两线接口
–两个可编程的串行USART
–可工作于主机/从机模式的SPI串行接口
–具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器
–片内模拟比较器
•特殊的处理器特点
–上电复位以及可编程的掉电检测
–片内经过标定的RC振荡器
–片内/片外中断源
–6种睡眠模式:
空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式
•I/O和封装
–32个可编程的I/O口
–40引脚PDIP封装,44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装
•工作电压:
–ATmega16L：
2.7-5.5V
–ATmega16：
4.5-5.5V
3.2.ATmega16芯片介绍
结构框图：
AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与算逻单元
（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
这种结
构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。
ATmega16有如下特点:
16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
本芯片是以ATMEL高密度非易失性存储器技术生产的。
片内ISPFlash允许程序存储器通
过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。
引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区（ApplicationFlashMemory）。
在更新应用Flash存储区时引导Flash区（BootFlashMemory）的程序继续运行，实现了RWW操作。
通过将8位RISCCPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，ATmega16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而
低成本的解决方案。
ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具，包括：
C语言编译器、宏汇编、程序调试
器/软件仿真器、仿真器及评估板。
引脚说明
VCC数字电路的电源
GND地
端口A（PA7..PA0）端口A作为A/D转换器的模拟输入端。
端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。
作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路
低时将输出电流。
在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。
端口B（PB7..PB0）端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。
作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。
在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。
端口C（PC7..PC0）端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。
作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。
在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。
如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5（TDI）、PC3（TMS）与PC2（TCK）的上拉电阻被激活。
图3-1ATmega16的引脚图
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）和复位电路（如图3-3）。
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时钟电路
ATmega16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、C2的电容值取22PF,电容的大小频率起微调的作用
图3-3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，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，在复位端加一个去藕电容，则会得到很好的效果。
3.3驱动电路
3.3.174HC154芯片简介
74LS1544线－16线译码器，其工作原理如下：
E1,E2都是为选通端，只有当这两个选通端都为低电平时，芯片开始转换数据，所以根据它的文档所示，在使用时可以同时把这两个脚一并接起来共同作为控制端口使用。
例外他还有A、B、C、D四个译码输入端口，四个输入端口就可以组成16种不同的输出情况，这就是4线-16线译码器的来由。
在右边从0-15的16个端口就是其输出的16种不同情况的高低电平，从而根据需要通过控制4端口的不同组合，进而从输出端输出我们所需要有用的数据，再送给其它的下一级进行处理。
这个74HC154芯片在本电路中它起到扫描的作用，在这里我把它作为行扫描，根据字体从右向左的移动效果，也是作为行扫描的需要所致，由于扫描一次是56行，单片机速度足够快，所以也同时做到了没有闪烁的影响，一般只要达到40HZ以上的频率再加上人眼的视觉效应会看不出闪烁。
74HC154的引脚图如图3-4所示：
图3-474HC154引脚图
3.3.274HC573芯片简介
74HC573是一个8位的锁存器，根据图所示，它有8个输入端口与8个输出端口，再加上2个控制端口便可以实现数据的锁存以达到控制的目的。
其工作原理如下：
它的1脚与11脚都为控制端口，其中满足1脚为低电平11脚为高电平数据开始存入芯片，当11脚变为低电平数据已经锁存与芯片，外来的数据已无法进入该芯片。
其实这两个端口还有其他用途，关键看使用者使用的场合而定，在这里我把1脚接到地，11脚连接单片机，通过单片机来控制其数据的锁存与输入。
数据端口有16个，各分为8个数据输入端口D0~D7，8个数据输出端口Q0~Q7，只需通过11脚LE的控制实现数据的转换。
在这里我把74HC573锁存芯片作为列的驱动，由于其驱动电流足够大故不需再外加其他硬件便可以点亮LED，点阵屏幕共有32列，故需4片74HC573作为数据转换以满足需求，从单片机送来的各种段码数据分别送入4片锁存器，再加上LE的控制，
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