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文檔簡介

目 錄1.引 言11.1.設計意義11.2.系統(tǒng)功能要求11.3.本組成員所做的工作12.方案設計13.硬件設計14.軟件設計15.系統(tǒng)調試26.設計總結27.附 錄A;源程序28.附 錄B;作品實物圖片29.參考文獻21616點陣LED室內電子顯示屏的設計摘要:LED顯示屏作為一種新型的顯示器件,是由多個發(fā)光二極管按矩陣形式排列封裝而成,通常用來顯示時間、圖文等信息。本設計是基于ATS52單片機的16x16顯示屏,其中包含了硬件、軟件、調試等方案的設計。此外、該設計只需簡單的級聯(lián)就能實現(xiàn)顯示屏的拓展,但級聯(lián)時要注意不要超過驅動負載范圍。關鍵詞:Ats52;LED;單片機1引 言1.1. 設計意義LED顯示屏是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式,用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形;視頻顯示屏采用微型計算機進行控制,圖文、圖像并茂,以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息,還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場實況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷,立體感強,靜如油畫,動如電影,廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。它的優(yōu)點:亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。1.2. 系統(tǒng)功能要求設計一個能顯示16X16點陣圖文LED顯示屏,要求能顯示圖文或文字,顯示圖文或文字應穩(wěn)定、清晰,圖文或文字顯示,以卷簾形式向上滾動顯示。1.3. 本組成員所做的工作方案原理論證:汪航,李如發(fā),杜紹飛焊接:汪航調試:李如發(fā)設計報告:杜紹飛2方案設計2.1 總體設計列驅動器 單片機電源16X16LED顯示點陣 行驅動器2.2 設計論證圖文顯示一般有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方案,靜態(tài)方案雖然設計簡單,但其使用的管腳太多,如本設計中1616的點陣共有256個發(fā)光二極管,顯然單片機沒有這么多的端口,如果我采用鎖存器來擴展端口,按8位的鎖存器來計算,1616的點陣需要256/8=32個鎖存器。這個數(shù)字很龐大,因為我們僅僅是1616的點陣,在實際應用中的顯示屏往往要大得多,這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計,而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮,這樣掃描驅動電路就可以實現(xiàn)多行(比如16行)的同名列共用一套驅動器。具體就1616的點陣來說,把所有同1行的發(fā)光管的陽極連在一起,把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起(共陽極的接法),先送出對應第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據并鎖存,然后選通第1行使其燃亮一定時間,然后熄滅;再送出第二行的數(shù)據并鎖存,然后選通第2行使其燃亮相同的時間,然后熄滅;以此類推,第16行之后,又重新燃亮第1行,反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快(每秒24次以上),由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象,就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進行顯示時,每一行有一個行驅動器,各行的同名列共用一個驅動器。顯示數(shù)據通常存儲在單片機的存儲器中,按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據都傳送到相應的列驅動器上去,這就存在一個顯示數(shù)據傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅動器的數(shù)據傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然,采用并行方式時,從控制電路到列驅動器的線路數(shù)量大,相應的硬件數(shù)目多。當列數(shù)很多時,并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?。采用串行傳輸?shù)姆椒?,控制電路可以只用一根信號線,將列數(shù)據一位一位傳往列驅動器,在硬件方面無疑是十分經濟的。但是,串行傳輸過程較長,數(shù)據按順序一位一位地輸出給列驅動器,只有當一行的各列數(shù)據都以傳輸?shù)轿恢螅@一行的各列才能并行地進行顯示。這樣,對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據準備(傳輸)和列數(shù)據顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說,列數(shù)據準備時間可能相當長,在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了,以致影響到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據準備和列數(shù)據顯示的時間矛盾問題,可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據的同時,傳送下一列數(shù)據。為了達到重疊處理的目的,列數(shù)據的顯示就需要具有所存功能。經過上述分析,就可以歸納出列驅動器電路應具有的功能。對于列數(shù)據準備來說,它應能實現(xiàn)串入并處的移位功能;對于列數(shù)據顯示來說,應具有并行鎖存的功能。這樣,本行已準備好的數(shù)據打入并行鎖存器進行顯示時,串并移位寄存器就可以準備下一行的列數(shù)據,而不會影響本行的顯示3硬件設計3.1 電源、單片機系統(tǒng)及其管腳u 電源部分說明:此部分為為電源部分。若電源為家用電源,則需經過降壓,整流濾波,穩(wěn)壓等步驟得到一個穩(wěn)定的5V電壓,此電壓可作為主電路的電壓源。電路中二極管為電源指示燈。 u 單片機系統(tǒng)及其管腳常用的時鐘電路設計有兩種方式,一種是內部時鐘方式,一種是外部時鐘方式。本實驗采用內部時鐘方式,將XTAL1與XTAL2之間跨接一個石英晶振和微調電容,從而構成一個穩(wěn)定的自激震蕩器。電容值取30pF左右,其大小將影響震蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。為減少線間的寄生電容,晶振和電容應盡能安裝得與單片機靠近,保證晶振穩(wěn)定可靠的工作。 另一部分是復位部分。上電自動復位電路是最簡單的復位電路,只需要一個1K左右電阻、一個22pF左右的電容及12MHZ的晶振。有時還需要按鍵手動復位,此時只要在電容上并聯(lián)一個按鍵即可。 單片機信號輸出采用串行輸出,因此在下一模塊的移位寄存器要與該部分的串行口P3.0(RXD)及P3.1(TXD)相連其圖形如下圖圖一 單片機接線圖 圖二 單片機管腳圖3.2點陣及其驅動部分點陣顯示用是動的態(tài)掃描來實現(xiàn)的。在采用掃描方式顯示時,由于每行要帶動十六個二極管,每行電流較大。若每個二極管安5mA計算,十六個二極管就得80mA電流,超出單片機管腳的承受范圍,因此每行都加有一個驅動器,本設計的行驅動用的是十六個pnp型三極管。三極管的發(fā)射極接5V電壓,集電極接點陣的行線,而其基級本應接單片機,但該接線方式占用為了16個單片機管腳,為了節(jié)省單片機管腳,用了一片74LS154譯碼器,這樣就只需要3個管腳了。74LS154的管腳圖及其說明如圖三。點陣及其驅動部分總體接線圖如圖五(未畫完整)各行的同名列共用一個列驅動,數(shù)據通常存儲在單片機的存儲器中,按8位一個字節(jié)的形式存放。由于列線過多,故多采用串行傳輸。由于每次要傳輸16位,而且數(shù)據要逐位輸給驅動器,只有當一行中各列數(shù)據都已傳輸?shù)轿缓?,這一行的各列才能進行并行顯示,耗時較長。為了滿足以上要求,驅動選擇74LS595移位寄存器。74HC595是硅結構的CMOS器件,。74HC595是有8位移位寄存器和一個存儲器,三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數(shù)據在SCHcp的上升沿輸入,在STcp的上升沿進入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起,則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入(Ds),和一個串行輸出(Q7),和一個異步的低電平復位,存儲寄存器有一個并行8位的,具備三態(tài)的總線輸出,當使能OE時(為低電平),存儲寄存器的數(shù)據輸出到總線。其特點:8位串行輸入 /8位串行或并行輸出 存儲狀態(tài)寄存器,三種狀態(tài); 輸出寄存器可以直接清除 100MHz的移位頻率。輸出能力: 并行輸出,總線驅動;串行輸出;標準中等規(guī)模集成電路 。 74LS595的管腳圖及其說明如圖四。對3個輸入信號進行譯碼。得到8個輸出狀態(tài)。 G1,G2A,G2B,為數(shù)據允許輸出端,G2A,G2B低電平有效。G1高電平有效。A,B,C為譯碼信號輸出端,Y0Y7為譯碼輸出端,低電平有效 圖三 74LS154管腳圖管腳及其說明:QA-QH: 八位并行輸出端。QH: 級聯(lián)輸出端。SI: 串行數(shù)據輸入端。74595的控制端說明:/SCLR(10腳): 低點平時將移位寄存器的數(shù)據清零。SCK(11腳):上升沿時數(shù)據寄存器的數(shù)據移位。QA-QB-QC-.-QH;下降沿移位寄存器數(shù)據不變。(脈沖寬度:5V時,大于幾十納秒就行了)RCK(12腳):上升沿時移位寄存器的數(shù)據進入數(shù)據存儲寄存器,下降沿時存儲寄存器數(shù)據不變。(5V時,大于幾十納秒就行了),更新顯示數(shù)據。/G(13腳): 高電平時禁止輸出(高阻態(tài))。如果單片機的引腳不緊張,用一個引腳控制它,可以方便地產生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據端移位控制要省時省力。 圖四: 74LS595管腳圖圖五 點陣及其驅動4軟件設計 本軟件要求實現(xiàn)如下要求:漢字要穩(wěn)定、明亮并且文字要以一定速度上升滾動顯示。顯示屏軟件模塊:初始化程序、主程序、多字滾動、顯示程序、掃描程序。顯示程序的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據,并產生各種控制信號,使屏幕按設計的要求顯示。軟件設計中,顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層;第一層是底層的顯示驅動程序,第二層是上層的系統(tǒng)應用程序。顯示驅動程序負責向屏體送顯示數(shù)據,并負責產生行掃描信號和其他控制信號,配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅動器程序由定時器T0中斷程序實現(xiàn)。系統(tǒng)應用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設置(初始化)、顯示效果處理等工作,由主程序來實現(xiàn)。4.1顯示驅動程序顯示驅動程序在進入中斷后首先要對定時器T0重新賦初值,以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定,1/16掃描顯示屏的刷新率(幀頻)計算公式如下:刷頻率(幀頻)=1/16T0溢=1/16f/12(65536-t) 其中f位晶振頻率,t為定時器T0初值(工作在16位定時器模式)。然后顯示驅動程序查詢當前燃亮的行號,從顯示緩存區(qū)內讀取下一行的顯示數(shù)據,并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據的時候產生拖尾現(xiàn)象,驅動程序先要關閉顯示屏,即消隱,等顯示數(shù)據打入輸出鎖存器并鎖存,然后再輸出新的行號,重新打開顯示。圖六為顯示驅動程序(顯示屏掃描函數(shù))流程圖進入中斷消 隱定時器賦初值切換顯示數(shù)據讀取行號并增加1發(fā)送新行號,打開顯示送新行顯示數(shù)據退出中斷 圖六4.2系統(tǒng)主程序本設計的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)LED顯示屏各點亮度均勻、充足,可顯示圖形和文字,顯示圖形和文字應穩(wěn)定、清晰無串擾。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。系統(tǒng)主程序開始以后,首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化,包括設置串口、定時器、中斷和端口;然后以“卷簾出”效果顯示圖形,停留約幾秒;接著向上滾動顯示“-”這幾個漢字及一個圖形,然后以“卷簾入”效果隱去圖形。由于單片機沒有停機指令,所以可以設置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。單元顯示屏可以接收來自控制器(主控制電路板)或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據信息和命令信息,并可將這些數(shù)據信息和命令信息不經任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中,因此顯示板可擴展至更多的顯示單元,用于顯示更多的顯示內容。如果想改變些事內容,先用字模產生字代碼,將用這段代碼覆蓋原來的代碼,即可顯示你想要的內容。圖七是系統(tǒng)主程序流程圖。開始系統(tǒng)初始化“卷簾出”顯示效果“上滾屏”顯示效果“卷簾入”顯示效果圖七 5系統(tǒng)調試u 調試主要分為硬件調試和軟件調試: 硬件調試:在焊接電路板的時候,應該從最基本的最小系統(tǒng)開始,分模塊,逐個進行焊接測試。在對各個硬件模塊進行測試時,要保證軟件正確的情況下去測試硬件,要不然發(fā)生錯誤時,不知道到底是哪一方出錯了。當然,在設計的過程中也存在著失誤和不足,在調試中進行修改了。焊接完成后,檢驗點陣、及線路的好壞:燒進檢驗程序,點陣將自第一排向下(上)點亮。檢驗無異常,下載主程序u 軟件調試:軟件為老師所提供提供,其原理在上一模塊以作說明,在這里再作說明,軟件經調試無誤,直接將其下再到單片機中,看是否達到所要的效果軟件部分是先參考書上的例子,然后自己根據硬件電路寫程序,由于以前所學是單片機匯編語言,所以這個系統(tǒng)在編寫程序過程中都采用匯編語言編寫。剛剛開始,編寫不會一次性通過,經過仔細分析修改最后編譯成功。但是,在實際寫如S51中,LED顯示屏出現(xiàn)各種各樣的亂碼,通過再次認真仔細分析多次修改程序后,程序能夠正常運行6設計總結本文設計的616的點陣LED圖文顯示屏,能夠在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足,可顯示圖形和文字,顯示的圖形和文字較穩(wěn)定、清晰。圖形或文字向上滾動顯示。本系統(tǒng)具有硬件少,結構簡單,容易實現(xiàn),性能穩(wěn)定可靠,成本低等特點。 在此次設計中,我們得到以下體會:一、在這次點陣設計的過程讓我進一步熟悉KEIL及Proteus的使用。二、本次設計結果仍有缺陷,有一行總是全亮,干擾顯示。三、通過這次點陣設計,重新復習并進一步學習了MCS-52優(yōu)點,明確了研究目標。四、本文設計的LED顯示屏能夠實現(xiàn)在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足,可顯示圖形和文字,顯示圖形和文字應穩(wěn)定、清晰無串擾。圖形或文字以移入移出方式顯示。五、在后的設計中,既要想到電路器件的聯(lián)合使用,又要靈活變通,舉一反三。在焊接方面,我們了解到焊接某些器件時,要先消去電烙鐵上的靜電,防止靜電對芯片特別是放大器件造成傷害,焊接二極管、三極管等芯片時要快,防止持續(xù)高溫損壞芯片。7.附 錄A;源程序*; * *; * 單個1616的點陣電子屏字符顯示器 *; * ATA89C52 12MHz晶振 *; * 2004.2.11 LRM *; *;顯示字用查表法,不占用內存,字符用1616共陽LED點陣,;效果:向上滾動顯示5個字,再重復循環(huán)。;R1:查表偏址寄存器,B:查表首址,R2:掃描地址(從000FH)。;R3:滾動顯示時控制移動速度,單字顯示可控制靜止顯示的時間。;*;中斷入口程序 ;*;ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHLJMP INTTOORG 0013HERTIORG 001BHERTIORG 0023HRETIORG 002BHRETI;*;初始化程序;*;*; 主程序 ;*;START: MOV 20H,#00H ;清零標志,00H為第16行開始掃描標志,01為1幀 ;掃描結束標志 MOV A,#0FFH ;端口初始化 MOV P1,A MOV P1,AMOV P3,AMOV P0,ACLR P1.6 ;串行寄存器輸入打入輸出控制位MOV TMOD,#01H ;使用T0做16位定時器,行掃描用。MOV TH0,#0FCH ;1ms初值(12MHz)MOV TL0,#18HMOV SCON,#00H ;串口0方式傳送顯示字節(jié)MOV IE,#82H ;T0中斷允許,總中斷允許MOV SP,#70HMAIN: LCALL DISI ;顯示準備,黑屏,1.5s MOV DPTR,#TAB LCALL MOVDISP ;向上滾動顯示一頁(8個字) INC DPH LCALL MOVDISP ;向上滾動顯示一頁(8個字) INC DPH LACLL MOVDISP ;向上滾動顯示一頁(8個字) AJMP MAIN;*; 多字滾動顯示程序 ;*;每次8個字,入口時定義好DPTR值;MOVDISP: MOV B,#00H ;向上移動顯示,查表偏值暫存(從00開始)DISLOOP: MOV R3,#07H ;移動速度DISMOV: MOV R2,00H ;第0行開始 MOV R1,B SETB TR0 ;開掃描(每次一幀)WAITMOV: JBC 01H,DISMOV1 ;標志為1掃描一幀結束(16ms為1幀,每行1ms) AJMP WAITMOVDISMOV1: DJNZ R3,DISMOV ;1幀重復顯示(控制移動速度) INC B ;顯示字的下一行(每行2字節(jié)) INC B MOV A,R1 ;R1為0,8個字顯示完 JZ MOVOUT AJMP DISLOOPMOVOUT: RET ;移動先是結束;*; 單字顯示程序 ;*;顯示表中某個字;*;DIS1: MOV R3,#5AH ;靜止顯示時間控制(16ms*#=1.6s)DIS11: MOV R2,#00H ;一幀掃描初始值(行地址從000FH)MOV DPTR,#TAB ;取表首址MOV R1,#00H ;查表偏址(顯示第一個字)SETB TR0 ;開掃描(每次一幀)WAIT11: JBC 01H,DIS111 ;為1,掃描一幀結束AJMP WAIT11DIS111: DJNZ R3,DIS11RET;*; 掃描程序 ;*;1ms刷新一次,每行顯示1sINTT0: PUSH ACCMOV TH0,#0FCH ;1ms初值重裝MOV TL0,#18HJBC 00H,GOEND ;16行掃描標志為1,結束INC R1 ;取行右邊字節(jié)偏址MOV A,R1MOVC A,A+DPTR ;查表MOV SBUF,A ;串口0方式發(fā)送WAIT: JBC TI,GO ;等待發(fā)送完畢AJMP WAIT1GO: DEC R1 ;取行左邊字節(jié)偏址MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AWAIT1: JBC T1,GO1AJMP WAIT1GO1: SETB P1.7 ;關行顯示,準備刷新NOP ;串口寄存器數(shù)據穩(wěn)定SETB P1.6 ;產生上升沿,行數(shù)據打入輸出端NOPNOPCLR P1.6 ;恢復低電平MOV A,R2 ;修改顯示行地址ORL A,#0F0H ;修改顯示行地址MOV R2,A ;修改顯示行地址MOV A,P1 ;修改顯示行地址ORL A,#0FH ;修改顯示行地址ANL A,R2 ;修改顯示行地址MOV P1,A ;修改完成CLR P1.7 ;開行顯示INC R2 ;下一行掃描地址值INC R1INC R1 ;下一行數(shù)據地址MOV A,R2ANL A,#0FHJNZ GO2SETB 00H ;R2為01H,現(xiàn)為末行掃描,置標志GO2: POP ACC RETIGOEND: CLR TR0 ;一幀掃描完畢,關掃描SETB 01H ;一幀掃描完畢,置結束標志POP ACCRETI ;退出;*; 掃描文字表 ;*;TAB:DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,00FFH,0FFH,0FFH ;黑屏 DB0F9H,0BFH,0C7H,0AFH,0F7H,0B7H,0F7H,0B7H,0F7H,0BFH,000H,001H,0F7H,0BFH,0F7H,0B7H ;我 DB0F1H,0D7H,0C7H,0CFH,037H,0DFH,0F7H,0AFH,0F6H,06DH,0F7H,0F5H,0D7H,0F9H,0EFH,0FDH ; DB0FFH,007H,0C0H,06FH,0EDH,0EFH,0F6H,0DFH,0C0H,001H,0DDH,0FDH,0BDH,0FFH,0C0H,003H ;愛 DB0FBH,0FFH,0F8H,00FH,0F3H,0DFH,0F4H,0BFH,0EFH,03FH,09CH,0CFH,073H,0F1H,0CFH,0FBH ; DB0F7H,0DFH,0F9H,0CFH,0FBH,0BFH,0C0H,007H,0DEH,0F7H,0C0

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