重慶大學單片機課程設計16X16LED點陣說明書

1、摘 要本系統(tǒng)是基于at89s52單片機設計的，由2片74hc138八位地址鎖存驅(qū)動led的行信號，由2片74hc595八位串入并出驅(qū)動led的列信號。16*16led的點陣由4塊8*8的sz41288k點陣拼接成。在本次的設計中主要是思路是通過定時器定時行掃描時間為1ms，這樣人眼由于延時看到的顯示就是連續(xù)的。在進行掃描的時候，是先送每行的列信號，然后選中當前需要掃描的行。每完成一次行的信號掃描，就跳出定時中斷，定時一秒后又重復下一行的掃描。當一個字的16行都掃描完后，延時一段時間，然后對下一個字進行上述的重復掃描。關(guān)鍵詞：16*16led點陣；at89s52；74hc138驅(qū)動行；74hc5

2、95驅(qū)動列1.設計任務及要求題目9：1616 led點陣顯示漢字 設計要求：通過單片機利用1616 led點陣循環(huán)顯示漢字“我愛單片機”。2.方案選擇： 1、采用32個io口分為兩組16個io口，分別驅(qū)動行和列。這種方法需要注意p0口外接上拉電阻，并且全部io都占用，不能使led電路模塊化。 2、使用鎖存器驅(qū)動行信號，串入并出移位寄存器驅(qū)動列信號，這種方法能夠使io的使用減少，只需要8個io口，可以實現(xiàn)led部分的模塊化。 本次課程設計采用的是方案22.1總體設計方案用兩片片74hc138控制行信號，在對進行片選控制的時候保證，每當?shù)谝黄?4hc138的y0-y7掃描完畢（點陣的第一至八行的掃

3、描），進入下一片74hc138進行y0-y7的掃描（點陣的第九行至十六行的掃描）。用兩片74hc595采用級聯(lián)的方式，保證一次輸出16列的字碼信號。整體通過定時器定時1ms產(chǎn)生中斷，每1ms就掃描一行，當一個字16行掃描完畢后，重復掃描一段時間，用于延時。直到掃描完“我愛單片機”五個字后程序重復執(zhí)行，這樣就能實現(xiàn)“我愛單片機”循環(huán)顯示。 圖2.1 整體設計 3.硬件電路設計 整體原理圖見仿真圖附件（在仿真中單片機最小系統(tǒng)沒有接復位電路，和晶振電路，三極管開關(guān)電路用非門代替以及電阻未接）其實際硬件細化模塊如下：3.1單片機最小系統(tǒng)模塊 圖3.1 單片機最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)主要包括復位電路，晶振電路，

4、但注意單片機的ea端必須接高電平，否則在做實體時，不會讀片內(nèi)的程序。 圖3.2晶振電路 圖3.3復位電路3.2 16*16led驅(qū)動模塊： 整個設計，拋開單片機最小系統(tǒng)，剩下部分作為一個整體led點陣模塊。其整體硬件原理如圖。 圖3.4 16*16點陣模塊3.2.1 行信號驅(qū)動74hc138譯碼器的管腳圖： 圖3.5 74hc138管腳圖其工作功能表如下： 圖3.6 74hc138真值表 e1、e2、e3用于74hc138的信號使能端。只有當e1、e2為低電平，e3為高電平的時候，片選才能被選中，通過a2-a0的組合，可以選擇性的控制y0-y7的某一個口輸出低電平。本次課程設計行驅(qū)動的方式及原

5、理 圖中的線上的標號a,b,c,d,en分別與p2口的p2.0，p2.1，p2.2,p2.3,p2.4相連。en用于74138的行信號的總開關(guān)信號。d用于控制兩片138的工作順序，當p2口為xxxx0000至xxxx0111時保證選中的第1片74138，當p2口輸出xxxx1000-xxxx1111時保證的是選擇的第2片74138.第1片控制1-8行，第2片控制9-16行。 圖3.7兩片74hc138的連接方法74hc138的輸出全部接三極管的開關(guān)電路，當輸出為低電平的時候才能使三極管導通，所選的行才能選中。 圖3.8 三極管開關(guān)電路3.2.2 列信號驅(qū)動 74hc595管腳圖 圖3.9 74

6、hc595管腳圖管腳含義圖 圖3.10 74hc595管腳含義功能真值表 圖3.11 74hc595真值表本次課程設計列驅(qū)動的方式及原理 圖3.12兩片74hc595級聯(lián)每次采用串行輸入，當74hc595有上跳時鐘信號時，串入一位。當移入16位數(shù)據(jù)時，就開通數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動列信號。其所傳入的數(shù)據(jù)是每個字每行的列碼。3.2.3 16*16led本設計通過4塊88單色共陽點陣拼接。單個點陣有64個發(fā)光二極管組成，且每個二極管是放置在行線與列線的叉點上。8*8點陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.13 8*8led點陣的內(nèi)部原理圖4個8*8點陣級聯(lián)構(gòu)成16*16點陣如下圖 圖3.13 led點陣的級聯(lián)原理led驅(qū)動顯示

7、采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。以1616點陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽的接法），先送出對應第1行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第2行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；.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，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以spi總線的方法，將列數(shù)據(jù)一位一位移入列驅(qū)動器。但由于采

8、購的8*8led點陣的管腳圖與理論上的管腳有出入，所以通過測試，得到其管腳分布如下 圖3.14 8*8led的實際管腳在拼接的過程中，上面兩塊行行相連，下面兩塊行行相連，左面兩塊列列相連，右面兩塊列列相連 16*16共陽型點陣顯示字的原理 行對應的給led的陽極，先給第一行以高電平，如果送給16列的代碼為efff，則第一行的第4個led被點亮，再給第二行以高電平，如果送給16列的代碼為ef07，則第二行的第4、9、10、11、12、13個被點亮，接著給第三行以高電平，同時給列以驅(qū)動代碼，這樣不斷地進行行行的掃描，只要速度夠快，由于人的視覺暫留作用，就不會感覺到明顯的閃爍感。點陣上會看到一個清晰

9、的“機”字。 圖3.15顯示字的原理圖字模提取軟件截圖 圖3.16 字模提取軟件4.軟件設計（程序以及流程框圖）4.1程序流程圖 圖4.1 程序流程圖 4.2程序清單:見附件一4.3程序模塊及其之間的關(guān)系：1.主程序：主要是對定時器的計數(shù)初值以及方式進行初始化，開定時器中斷以及寫語句實現(xiàn)真?zhèn)€顯示程序的重復運行。2.顯示子程序：用于初始化行掃描開始的地址以及對每個字的16行重復掃描延時3.時器中斷服務程序：定時1ms，定時的時間就是行掃描的間隔時間，在掃描過程中進行行驅(qū)動信號的改變和列信號的改變4.74hc595串入并出子程序：主要是將字的代碼通過串行的方式，移入74hc595進行暫存。程序之間

10、的具體調(diào)用是通過主程序調(diào)用顯示程序，開始進行定時，當定時時間到，進入中斷服務，進行列信號的查表以及對應行的通斷送點陣顯示。之后調(diào)回顯示子程序進行每個字的一段時間的延遲，當“我愛單片機”五個字整體顯示完一次，就再調(diào)用顯示子程序重復運行。5.檢測與調(diào)試 在仿真的過程中，由于簡化了電路，用非門代替了三極管開關(guān)電路，以及單片機最小系統(tǒng)的簡化，在仿真的過程中沒有出現(xiàn)大的問題。但在實際電路的焊接好后，由于經(jīng)驗不足，加上平時都是在protues中進行仿真，實際電路中在檢查和調(diào)試過程中出現(xiàn)了以下問題： 1.8*8的點陣的管腳和理論上的管腳不一樣，第一次焊接的時候，忽略了管腳的問題，當焊接好后，出現(xiàn)了不按照預定

11、的程序進行顯示。通過萬用表對點陣的二極管通斷進行檢測，將管腳的各行各列依次檢查出來后再進行拼接。 2.在單片機最小系統(tǒng)部分，在最開始沒有將ea管腳接高電平，導致一開始程序不運行，一開始以為是電路沒有連接通，反復查找，在師姐的幫助下，最終發(fā)現(xiàn)是ea沒接高。當接高后問題解決，程序正常運行。6.總結(jié) 通過本次的課程設計，我組織并參與了整個過程，從最開始的編程和仿真的聯(lián)調(diào)，已經(jīng)后來的焊接實物和檢查實物的故障。在這個過程中，我明白了要想學好嵌入式系統(tǒng)必須要有耐心和細心。在對元件的選擇方面必須要細心，所有的參數(shù)需要通過計算或者類比，在對元件的焊接方面必須要耐心。清楚的記得在拼接16*16的led點陣的時候

12、，急躁之后換回來的是重新焊接，在焊接方面一定需要耐心。在查元件的各管腳的含義的時候一定要細心，要領(lǐng)會所有管腳的含義，最重要的是功能作用表和時序圖，這兩個也就是描述芯片的作用，我們本次采用的74hc138和74hc595.通過這兩個芯片我對譯碼器的作用有了更深的理解，不再停留在譯碼器只用在地址的譯碼。也對單片機的串行通信有了更熟悉的理解，一定要用cy作為過渡寄存器，這樣能保證是每到一個脈沖信號就串行通信一位數(shù)據(jù)。 這里感謝小組同學的付出，特別感謝黃地陪我一起焊接硬件。在這里也感謝簡毅老師對我們的幫助和支持。7參考文獻 1李朝青單片機原理及接口技術(shù)北京北京航空航天大學出版社. 2005.10 2閻

13、石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)北京清華大學出版社 . 1998.123楊欣. 電子設計從零開始（第2版）.北京. 清華大學出版社. 2010.10附件一：（本次課程設計程序） sdata_595 equ p2.5 ;串行數(shù)據(jù)輸入 sclk_595 equ p2.7 ;移位時鐘脈沖 rck_595 equ p2.6 ;輸出鎖存器控制脈沖 g_74138 equ p2.4 ;顯示允許控制信號端口 row_end bit 20h.0 ;行掃描完畢標志 coun_comp equ 30h ;計數(shù)比較值單元;* org 0000h ajmp main org 000bh ajmp timer0;*main: mov

14、 sp,#70h mov a,#0ffh mov p1,a mov p2,a mov p3,a mov p0,a clr row_end clr rck_595 mov tmod,#01h ;設置定時器0工作在定時方式1 mov th0,#0fch ;1ms定時常數(shù) mov tl0,#18h mov ie,#82h ;允許總中斷，允許定時器0中斷 mov dptr,#tab mov r0,#00h main1: lcall display ajmp main1;*; 顯示子程序; r1 文字列碼的偏址; r2 行掃描地址 r3 每個字循環(huán)掃描的次數(shù); b 暫存r1的過程數(shù)據(jù);*display:

15、 mov b,#00h ;查表偏址暫存（從00開始） mov r1,b mov coun_comp,#0a0hd_loop: mov r3,#5ah ;控制每個字的顯示速度d_loop1: mov r2,#00h ;第0行開始 mov r1,b setb tr0 ;開掃描d_loop2: jbc row_end,d_loop3 ;標志為1掃描一個字16行結(jié)束 ajmp d_loop2d_loop3: djnz r3,d_loop1 ;每個字重復掃描 mov a,r1 mov b,a cjne a,coun_comp,d_loop ;5個字是否顯示完？ ret ;*; t0中斷掃描子程序; r1

16、 取數(shù)據(jù)地址； r2 行掃描地址;*timer0: push acc mov th0,#0fch ;1ms定時常數(shù) mov tl0,#18h inc r1 ;取每行右邊字節(jié)偏址 mov a,r1 movc a,a+dptr ;取每行右邊字節(jié)數(shù)據(jù) lcall wr_595 dec r1 ;取每行左邊字節(jié)偏址 mov a,r1 movc a,a+dptr ;取每行左邊字節(jié)數(shù)據(jù) lcall wr_595 setb g_74138 ;關(guān)行顯示，準備刷新 nop nop setb rck_595 ;產(chǎn)生上升沿，數(shù)據(jù)打入輸出端 nop nop clr rck_595 ;恢復低電平 mov a,r2 ; m

17、ov p2,a ;行輸出 clr g_74138 ;開行顯示 inc r1 inc r1 ;下一行數(shù)據(jù)地址 inc r2 ;修改顯示行地址 mov a,r2 anl a,#0fh jnz t0_end ;一個字的16行掃描是否完畢？ setb row_end ;一個字的16行掃描完,置標記 clr tr0 ;一個字的16行掃描完，關(guān)掃描t0_end: pop acc reti;*;移位寄存器接收數(shù)據(jù)子程序;*wr_595: mov r4,#08hwr_loop: rlc a mov sdata_595,c setb sclk_595 ;上升沿發(fā)生移位 nop nop clr sclk_595

18、djnz r4,wr_loop ret;*tab:;我db 0fbh,7fh,0f1h,5fh,87h,6fh,0f7h,6fh,0f7h,7bh,00h,01h,0f7h,7fh,0f7h,6fhdb 0f5h,6fh,0f3h,9fh,0e7h,0bfh,97h,5fh,0f6h,0dfh,0f5h,0ebh,0d7h,0ebh,0efh,0f3h;愛db 0ffh,87h,0c0h,7fh,0eeh,0efh,0f6h,0dfh,80h,01h,0bdh,0fdh,7dh,0fbh,80h,07h db 0fbh,0ffh,0f8h,0fh,0f5h,0dfh,0f6h,0bfh,0efh,7fh,0eeh,9fh,0ddh,0e3h,0f3h,0f7h;單db 0efh,0efh,0f7h,0dfh,0fbh,0b7h,0c0h,03h,0deh,0f7h,0deh,0f7h,0c0h,07h,0deh,0f7hdb 0deh,0f7h,0c0h,07h,0deh,0ffh,0feh,0fbh,00h,01h,0f