基于單片機的16×16點陣LED電子顯示屏的設(shè)計

1、浙江林學(xué)院天目學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）（2010屆）工程技術(shù)系題 目：1616點陣 led電子顯示屏的設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 職稱： 講師 職稱： 2010 年 5 月 12 日1616點陣led電子顯示屏的設(shè)計摘要：電子顯示屏的應(yīng)用范圍越來越廣泛，它作為一個重要的宣傳平臺，已經(jīng)受到全社會的普遍認可。本課題以單片機為控制核心，通過8x8 led電子顯示屏及相關(guān)的外圍電路，設(shè)計制作了一個16x16 點陣led電子顯示屏。本文介紹了基于at89c51單片機點陣顯示屏的設(shè)計方案，闡述了1616點陣led顯示屏的設(shè)計原理與思路，詳細敘述了系

2、統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計的具體實現(xiàn)過程。論文重點闡述了顯示模塊及相關(guān)驅(qū)動模塊等的模塊化設(shè)計思路與制作方法。軟件部分同樣也采用模塊化的設(shè)計思想，包括中斷模塊、顯示模塊，并采用簡單流通性強的c語言編程實現(xiàn)。系統(tǒng)能實現(xiàn)清晰的圖文伴隨跑馬形式移入移出顯示等功能。在實際設(shè)計調(diào)試過程中，通過肉眼觀察該顯示屏顯示的圖文是否穩(wěn)定、清晰無串擾，查找造成圖文不清晰的根源，確定調(diào)整方案，盡可能的使顯示圖文與要求相符合。關(guān)鍵詞：at89c51；單片機；led顯示屏 design of digital 1616 dot matrix led electronic display screenabstract: led elec

3、tronic display screens, which are applied more and more widely, have been generally accepted by the whole society as an important propagandistic platform. in this work, a digital 1616 dot matrix led electronic display screen was designed and made from a 8x8 led electronic display screen and the rela

4、ted peripheral circuits, with a microcontroller as the controlling core.this thesis introduces the design of a dot matrix display based on at89c51 microcontroller, describing the design ideas of 1616 dot matrix led display, and expounding the realization process of system hardware and software desig

5、n in detail. this thesis focuses on the design ideas and making of modularization of display module and related driving modules. software design including interrupt module and display module is also the idea of modularization, and it comes true by the application of a simple and popular c language p

6、rogramming. system can achieve the function of a clear graphic with happy valley with moving-out and moving-in display. during the actual design and debugging process, they observe the stability of the pictures on the scream through eyes, and find if they are clear without any interference, and work

7、 out the reasons why the pictures are not clear, then adjust the plan and make the pictures match to the requirements as much as possible. key words: at89c51; microcontroller; led electronic display screen目錄摘要(ii) abstract.()1 引 言(1)1.1 課題的背景(1)1.2 研究目的和意義(1)1.3 論文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排(1)2 系統(tǒng)方案論證與選擇(3)2.1 方案論證(

8、3)2.2 各模塊方案選擇與論證(4)2.2.1 單片機控制模塊(4)2.2.2 時鐘信號電路(4)2.2.3 顯示模塊(5)2.2.4 顯示模塊(5)2.2.5 驅(qū)動模塊(5)3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)(6)3.1 硬件電路設(shè)計(6)3.2 各單元電路說明(6)3.2.1 單片機主控制模塊的設(shè)計(6)3.2.2 1616點陣led顯示模塊設(shè)計(8)3.2.3 驅(qū)動模塊(11)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(15)4.1 點陣顯示原理(15) 4.1.1 1616點陣led基本顯示原理(15)4.1.2 1616點陣led顯示屏上滾屏顯示原理(15)4.1.3 1616點陣led顯示屏左跑馬顯示原理(16)

9、4.2 主程序設(shè)計(17) 4.2.1 中斷原理(17)4.2.2 系統(tǒng)驅(qū)動(18)4.2.3 系統(tǒng)主程序(19)5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析(20)5.1 系統(tǒng)調(diào)試(20)5.1.1 硬件測試(20)5.1.2 軟件測試(21)5.2 結(jié)果分析(21)6 總結(jié)與展望(22)6.1 總結(jié)(22)6.2 展望(22)致謝(23)參考文獻(24)附錄(25)311 引 言1.1 課題的背景隨著顯示器件與技術(shù)的進一步發(fā)展，屏幕顯示系統(tǒng)在國民經(jīng)濟中得到了廣泛的應(yīng)用，led顯示屏是信息顯示的重要傳媒之一。led顯示屏是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的顯示屏幕。伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，使得led數(shù)碼管能夠

10、在減少驅(qū)動器的情況下能夠直接被驅(qū)動。而且它具有可靠性高、使用壽命長、性能價格比高、使用成本低、環(huán)境適應(yīng)能力強等特點，所以一直在平板顯示領(lǐng)域扮演著重要的角色，并且在今后相當長的一段時期內(nèi)還有相當大的發(fā)展空間。所以被廣泛應(yīng)用于金融市場、醫(yī)院、體育場館、機場、碼頭、車站、高速公路等公共場所的信息顯示和廣告宣傳。近幾年來我國led顯示的相關(guān)技術(shù)也取得了較快和較大的發(fā)展，早期時曾因led材料器件的限制，led顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通信控制方式，客觀上影響了顯示效果。所以導(dǎo)致早期的led顯示屏在國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通信控制，灰度等級為單點四級

11、調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。后來led顯示屏迅速發(fā)展，進入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，信息技術(shù)各個領(lǐng)域不斷突破，led顯示屏在led材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍色led鏡片研制成功，全彩色led顯示屏進入市場;電子計算機及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏的動態(tài)顯示效果大大提高。這個階段，led顯示屏在我國發(fā)展迅速，led顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。今天，led顯示屏應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展4。1.2 研究目的和意義該設(shè)計課題使我們能夠掌握led顯示屏的基本顯示

12、原理和設(shè)計方法，對led顯示屏這個行業(yè)有了較為深刻的了解和認識。并且對大學(xué)期間所學(xué)習的一些理論進行了實踐，使我們對所學(xué)過的理論知識有了新的認識。并且通過該設(shè)計課題掌握了51單片機軟硬件開發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實際工作經(jīng)驗。目前我國的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的led顯示屏的作用也越練越廣泛，相關(guān)的從業(yè)人員也會越來越緊缺。但同時應(yīng)該清楚的認識到我國的led技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進水平還有一定的差距。因此，此課題不論是對自己的就業(yè)還是對我國led顯示技術(shù)的發(fā)展都有非常現(xiàn)實與積極的意義。1.3 論文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排本文首先介紹本設(shè)計的相關(guān)概念以及目前發(fā)展的

13、狀況，然后是設(shè)計的方案選擇與論證，接下來，具體介紹了硬件電路組成模塊與系統(tǒng)軟件的設(shè)計。最后介紹了系統(tǒng)的調(diào)試以及設(shè)計可擴展性。本文研究的內(nèi)容如下： 單片機控制模塊：采用89c51或其他系列單片機作為控制核心，其它相關(guān)的外圍電路構(gòu)成本系統(tǒng)的模塊； 時鐘信號電路：采用普通晶體時鐘源，其中晶體用12mhz的石英晶振； 復(fù)位電路：采用上電復(fù)位； 顯示模塊：顯示穩(wěn)定的圖文等信息； 驅(qū)動模塊：采用74ls154、74hc595作為點陣led顯示屏的行列驅(qū)動器，對點陣行列進行驅(qū)動；根據(jù)上述的研究內(nèi)容，論文的結(jié)構(gòu)安排如下：第二章主要闡述系統(tǒng)方案的選擇與論證，根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能，把整個系統(tǒng)分為電源模塊、時鐘

14、信號電路、復(fù)位電路、驅(qū)動模塊、單片機控制模塊、顯示模塊等，并分別對各模塊方案進行了選擇與論證；第三章主要闡述系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)，主要介紹了個硬件電路的設(shè)計，并對各單元電路進行說明，主要是對各單元電路的主要元件的結(jié)構(gòu)概念、引腳功能以及特點進行說明。第四章主要闡述的是系統(tǒng)軟件設(shè)計，主要是對主程序的結(jié)構(gòu)圖和時間的流程圖進行說明。第五章闡述的是系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析，主要是對硬件和軟件進行測試并把遇到的問題和解決方法進行說明，并對設(shè)計過程中的主要注意事項進行說明。第六章闡述的是總結(jié)和展望，主要闡述本人在設(shè)計過程中的一些體會和對這個設(shè)計將來的一些展望。2 系統(tǒng)方案論證與選擇2.1 方案論證從理論上說，不

15、論顯示圖形還是文字，只要控制這些組成圖形或文字的各個點所在位置相對應(yīng)的led器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。1616的點陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果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)字很大，因為僅僅是1616的點陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大的多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很大的數(shù)字。因此采用另一種稱為動態(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(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套列驅(qū)動器。具體就16

16、16的點陣來說，我們把所有同一行的發(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(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其點亮一定的時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其點亮相同的時間，然后熄滅； 第十六行之后又重新點亮第一行，這樣反復(fù)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，我們就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)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(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，

17、這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當列數(shù)很多時，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?。采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧€，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?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(jù)準備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩個部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)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

18、的時間就太少了，以至影響到led的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)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(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具備的主要功能。對于列數(shù)據(jù)準備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準備好的數(shù)據(jù)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(jù)，而不會影響本行的顯示5。 課題擬以at89c51單片機為控制核心設(shè)計一個簡單的數(shù)字時鐘系統(tǒng)，用單片機、點陣顯示屏等設(shè)計一個1616點陣led電子

19、顯示屏的設(shè)計。系統(tǒng)可以分為電源模塊、時鐘信號電路、復(fù)位電路、驅(qū)動模塊、單片機控制模塊、顯示模塊等，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.1時鐘電路復(fù)位電路單片機點陣顯示器陰極驅(qū)動電路點陣顯示器陽極驅(qū)動電路1616點陣led顯示屏圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 各模塊方案選擇與論證2.2.1 單片機控制模塊采用89c51芯片作為硬件核心，采用flash rom，內(nèi)部具有4kb rom 存儲空間,可多次擦寫，而且與mcs-51系列單片機完全兼容。2.2.2 時鐘信號電路直接采用普通晶體時鐘源提供脈沖信號，此種方案能夠減少芯片的使用，節(jié)約成本。2.2.3復(fù)位電路方案一：采用按鈕復(fù)位，通過按電路中的開關(guān)按鈕使系統(tǒng)內(nèi)部

20、復(fù)位，按一次開關(guān)按鈕系統(tǒng)復(fù)位一次，但是在點陣屏顯示過程中不需要對系統(tǒng)進行復(fù)位，本方案與實際應(yīng)用不相符合，所以不采取本方案。方案二：采用上電復(fù)位，電路第一次通電時對系統(tǒng)進行一次復(fù)位，而后系統(tǒng)執(zhí)行。這個方案簡單且符合實際設(shè)計，故采用本設(shè)計方案6。2.2.4 顯示模塊方案一：采用4塊88點陣led顯示屏相連接構(gòu)成一塊1616點陣led顯示屏，但4塊點陣屏連接起來面積較大，且需多根導(dǎo)線將其焊接，外觀上較不美觀。所以不采用本方案。方案二：采用1616點陣led顯示屏，1616點陣屏的功能與4塊88點陣屏構(gòu)成1616點陣屏功能相同，但是更為美觀小巧美觀，且單塊1616點陣屏和4塊88點陣屏價格相等。故本設(shè)

21、計采用這種方案。2.2.5驅(qū)動模塊方案一：采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個led發(fā)光管的一端接至單片機的一個i/o口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動led，原理簡單，驅(qū)動能力強，led的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費單片機的i/o口，只適合于較小的系統(tǒng)。方案二：采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動并聯(lián)在一起的led發(fā)光管的一端(共陰或共陽)，led發(fā)光管的另一腳接通用i/o口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的led，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。故采用本設(shè)計方案。列驅(qū)動電路由集成電路74hc595構(gòu)成，它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)

22、，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，達到重疊處理的目的7。行驅(qū)動電路主要是要實現(xiàn)譯碼功能，下面有2種方案供其選擇：方案一：采用2塊74ls138級聯(lián)來實現(xiàn)4/16線譯碼功能，74ls138芯片本身具有3/8線譯碼功能，但是增加了芯片的使用數(shù)目，增加了連線及所占面積。所以不采用本方案。方案二：采用芯片74ls154，74ls154芯片本身具有4/16線譯碼功能，其功能與2塊74ls138級聯(lián)實現(xiàn)4/16譯碼一樣，但是相比74ls138少用一片芯片。所以采用本方案。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)3.1 硬件電路設(shè)計本電路是由at89c5

23、1單片機為控制核心，低功耗；時鐘源電路有很多種，比如阻容低速時鐘源、普通晶體時鐘源、帶緩沖放大的晶體時鐘源等等，考慮到電路穩(wěn)定及材料選購等方面，決定采用普通晶體時鐘源，其中晶體用12mhz的石英晶振；復(fù)位電路結(jié)合實際應(yīng)用功能的實現(xiàn)，采用上電復(fù)位；顯示部分由1616點陣led顯示屏顯示；行驅(qū)動電路采用74ls154，列驅(qū)動電路采用74ls595。3.2 各單元電路說明3.2.1 單片機主控制模塊的設(shè)計一、 at89c51單片機介紹at89c51是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機，片內(nèi)含有4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用ae

24、mel公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，功能強大,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域8。圖3.1為at89c51外部封裝。圖3.1 at89c51封裝at89c51單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個i/o口p0,p1,p2,p3, mcs-51單片機共有4個8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），每一條i/o線都能獨立地作輸出或輸入。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fia

25、sh編程時，p0口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于

26、外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故9。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示： p3.0rxd（串行輸入口） p3.1txd（串行輸出口） p3.2/i

27、nt0（外部中斷0） p3.3/int1（外部中斷1） p3.4t0（記時器0外部輸入） p3.5t1（記時器1外部輸入） p3.6/wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）at89c51振蕩器特性為：xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度10。 此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉

28、電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，停止芯片其它功能直至硬件復(fù)位，直到下一個硬件復(fù)位為止。二、單片機復(fù)位原理單片機剛上電時需要復(fù)位一次才能可靠工作，通過電容接vcc，是利用電容充電來提供2個周期的高電平時間讓單片機復(fù)位，如此單片機可以正常工作。這之后又不要求單片機復(fù)位，所以通過8.2k左右的電阻下拉接地保證reset腳維持在低電平狀態(tài)（即不復(fù)位狀態(tài)）11。如圖3.2所示。圖3.2 單片機復(fù)位電路三、時鐘電路單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示,18引腳和19引腳接時鐘電路,x1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在

29、片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,x2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出12。第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路，20引腳為接地端，40引腳為電源端。31引腳接電源端，如圖3.3所示。圖3.3 單片機時鐘電路3.2.2 16x16點陣led顯示模塊的設(shè)計一、led點陣屏介紹組合型led點陣顯示器自八十年代開始出現(xiàn)，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。具有高亮度、功耗低、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。led點陣有44、48、57、58、 88等多種。點陣顯示屏有單色和雙色兩類，可顯示

30、紅，黃，綠，橙等，本次設(shè)計選用單色點陣顯示屏。二、點陣led顯示屏的外觀和引腳1616點陣led顯示屏由256個led發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。它的外觀形狀如圖3.4所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮13。如第一列為高電平置1，第二列為低電平置0，第三列為高電平置1，p行為低電平置0，o行為高電平置1，則顯示效果是p行上的第一個led燈亮，第二個led燈滅，第三個led燈亮。第o行上的三個led燈全滅，如圖3.6所示。 圖3.4 1616點陣led顯示屏實物照

31、片 圖3. 5 1616點陣led顯示屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.6 led點陣亮滅示意圖1616點陣led顯示屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀引腳并不相對應(yīng)，下面圖3.7所示為點陣顯示屏外觀管，圖3.8為個管教所對應(yīng)的管教編號。圖3.7 1616點陣led顯示屏引腳分配表 圖3.8 點陣顯示屏各個管腳對應(yīng)的管腳號 3.2.3 驅(qū)動模塊一、 列驅(qū)動模塊列驅(qū)動電路由集成電路74hc595構(gòu)成，它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達到重疊處理的目的。74hc595的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。它

32、的輸入側(cè)有8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳si是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳sck是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將si的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。rck是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳g是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。sclr信號是移位寄存器的清零輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全部為零。由于sck和rck兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為qaqh，最高位

33、qh可作為多片74hc595級聯(lián)應(yīng)用時，向上一級的級聯(lián)輸出。但因qh受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了qh，作為與移位寄存器完全同步的級聯(lián)輸出，圖3.10為74hc595級聯(lián)14時。圖3.9 74hc595外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.10 2個74hc595級聯(lián)二、 行驅(qū)動模塊（1）74ls154介紹74ls154這種4線16線譯碼器非常適合用于高性能存儲器的譯碼器。當兩個選通輸入g1 和g2 為低時, 它可將4 個二進制編碼的輸入譯成16 個互相獨立的輸出之一。實現(xiàn)解調(diào)功能的辦法是：用4 個輸入線寫出輸出線的地址，使得在一個選通輸入為低時數(shù)據(jù)通過另一個選通輸入。當任何一個選通輸入是高時

34、，所有輸出都為高。圖3.11為編碼器74ls154外形及內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)。圖3.12為其真值表15。圖3.11 74ls154 編碼器外形及內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖3.12 74ls154 編碼器真值表（2）8550三極管介紹三極管8550是一種常用的普通三極管，是一種低電壓,大電流,小信號的pnp型硅三極管，其電流放大倍數(shù)為50-30016。圖3.13為三極管分裝。1 發(fā)射極 2 基極 3 集電極圖3.13 三極管8550（3）點陣行驅(qū)動模塊單片機p1口低4位輸出信號對16行點陣進行驅(qū)動，信號經(jīng)4/16線譯碼器74ls154譯碼后生成16條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。一條行線上要帶動16列

35、的led進行顯示，按每一個led器件20ma電流計算，16個led同時發(fā)光時，需要320ma電流，選用三極管8550對電流進行放大從而滿足需求。圖3.14為行驅(qū)動模塊。圖3.14 74ls154行驅(qū)動模塊4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1點陣顯示原理4.1.1 1616點陣led基本顯示原理 圖4.1 1616點陣顯示字體 圖4.2 漢字顯示順序在ucdos中文宋體字庫中，每一個字由16行16列的點陣組成顯示，如圖4.1所示。如果用 8位我們以ucdos中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形

36、理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。我們以顯示漢字的89c51單片機控制17，由于單片機的總線為8位一個字需要拆分為2個部分。 一般我們把它拆分為左邊和右邊，左邊由168點陣組成，右邊也由168點陣組成。 在本例中單片機首先顯示的是左上角的第一行的左半部分，即第一列的a-h口。方向為a到h ,顯示漢字“家”時，f、g點亮,由左往右排列，為a滅，b滅, c滅, d滅, e滅, f亮,g亮, h滅。即二進制11111001轉(zhuǎn)換為16進制為f9h.。 左邊第一行完成后，繼續(xù)掃描右邊的第一行，即從i向p方向掃描，從上圖可以看出，為i滅，j亮, k滅

37、, l滅, m滅, n滅,o滅, p滅。即二進制10111111轉(zhuǎn)換為16進制為bfh。接著再顯示第二行左邊部分，后右邊部分，依次類推，如圖4.2。按照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描，一共掃描32個8位，可以得出漢字“家”，它的掃描代碼為：f9, bf, c7, af, f7, b7, f7, b7f7, bf, 00, 01, f7, bf, f7, b7,f1, d7, c7, cf, 37, df, f7, af,f6, 6d, f7, f5, d7, f9, ef, fd由這個原理可以看出， 無論顯示何種字體或圖像， 都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。這種顯示效果就是

38、下面程序中的卷簾出的顯示效果。4.1.2 1616點陣led顯示屏上滾屏顯示原理在4.1.1中說到，在ucdos中文宋體字庫中，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。如果要在1616點陣屏以上滾屏的方式顯示以字體，則需以以下方式進行顯示。在1616點陣屏中，我們可以把點陣屏看成16行l(wèi)ed組成，且每行有16個led燈。在本例中單片機首先將第二行的顯示信息給第一行，使第一行顯示圖像變成第二行所要顯示的。以“我”字為例，原第一行由左到右排列，為a滅，b滅，c滅，d滅，e滅，f亮，g亮，h滅，i滅，j亮，k滅，m滅，n滅，o滅，p滅。即二進制1111100110111111轉(zhuǎn)換為16進制為f9h,b

39、fh。原第二行由左到右排列，為a滅，b滅，c亮，d亮，e亮，f滅，g滅，h滅，i滅，j亮，k滅，l亮，m滅，n滅，o滅，p滅。即二進制1100011110101111轉(zhuǎn)換為16進制為c7h,afh。單片機將第二行信息給第一行取代第一行原信息，故第一行由左到右排列，為a滅，b滅，c滅，d滅，e滅，f亮，g亮，h滅，i滅，j亮，k滅，l滅，m滅，n滅，o滅，p滅。接著將第一行的信息給第十六行，第三行的信息給第二行，第四行的信息給第三行，依此類推，如圖4.3。按照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描。最終點陣屏在視覺上的顯示效果是“我”字慢慢往上移，如圖4.4。圖4.3 上滾屏原理 4.4 上滾屏后顯示圖像

40、4.1.3 1616點陣led顯示屏左跑馬顯示原理如果要在1616點陣屏以左跑馬的方式顯示以字體，則需以以下方式進行顯示。在1616點陣屏中，我們可以把點陣屏看成16列l(wèi)ed組成，且每列有16個led燈。在本例中單片機首先將第二列的顯示信息給第一列，使第一行顯示圖像變成第二行所要顯示的。以“我”字為例，原第一列由上到下排列，為1滅，2滅，3滅，4滅，5滅，6亮，7滅，8滅，9滅，10亮，11滅，12滅，13滅，14滅，15p滅，16亮。原第二列由上到下排列，為1滅，2亮，3亮，4亮，5亮，7亮，8亮，9亮，10亮，11亮，12亮，13亮，14亮，15亮，16滅。單片機將第二列信息給第一列取代第

41、一行原信息，故第一列由上到下排列，為1滅，2亮，3亮，4亮，5亮，7亮，8亮，9亮，10亮，11亮，12亮，13亮，14亮，15亮，16滅。接著將第一列的信息給第十六列，第三列的信息給第二列，第四列的信息給第三列，依此類推，如圖4.5。按照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描。最終點陣屏在視覺上的顯示效果是“我”字慢慢向左邊移動，如圖4.6。 圖4.5 左跑馬原理 圖4.6 左跑馬后顯示圖像4.2 主程序設(shè)計顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理，把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序

42、18。顯示驅(qū)動程序負責向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負責產(chǎn)生行掃描信號和其它控制信號，配合完成led顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動程序由定時器t0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。從有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法（顯示效果處理）和有利于程序結(jié)構(gòu)化考慮，顯示屏程序采用c語言編寫。4.2.1 中斷原理在中斷傳送方式下，外設(shè)應(yīng)有請求cpu服務(wù)的權(quán)利，當外部設(shè)備準備好向cpu傳送數(shù)據(jù)，或者外設(shè)已準備就緒接收cpu的數(shù)據(jù)，或者有某些緊急情況要求處理，或者是定時時間到等等。這時，外設(shè)向cpu發(fā)出中斷請求，cpu接收到請求并在一定條件下，暫時停止執(zhí)行原來的程序而轉(zhuǎn)去中斷

43、處理，處理好中斷服務(wù)再返回來執(zhí)行原來程序，這就是一個中斷概念。 中斷與調(diào)用子程序大不相同。 1、中斷過程實際上是cpu從執(zhí)行當前主程序轉(zhuǎn)到執(zhí)行為外設(shè)服務(wù)的子程序，因此從這個角度來看，中斷過程是一個調(diào)用子程序的過程。2、中斷過程與子程序調(diào)用還是有很大差別的，首先調(diào)用子程序的過程是一個無條件過程，但中斷過程的中斷服務(wù)程序的調(diào)用一般是有條件的。其次,子程序調(diào)用在整個程序執(zhí)行中的位置是固定的。但對于硬件中斷過程，只要條件滿足，在整個程序執(zhí)行的任意一時間點都有可能發(fā)生從主程序向中斷服務(wù)子程序的轉(zhuǎn)移事件，也就是說硬件中斷產(chǎn)生的調(diào)用過程是隨機的，不可預(yù)測的19。 圖4.7為中斷原理，圖4.8為調(diào)用子程序原理

44、。 主程序檢測狀態(tài)信號中斷處理 圖4.7 中斷原理 圖4.8 調(diào)用子程序原理4.2.2 系統(tǒng)驅(qū)動顯示驅(qū)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掃描的顯示屏的刷新率（幀頻）的計算公式20如下：其中fosc為晶振頻率，t0為定時器t0初值（工作在16位定時器模式）。然后顯示驅(qū)動程序查詢當前點亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，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(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)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4.9為顯示驅(qū)動程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。系統(tǒng)初始化

45、“卷簾出”顯示效果“上滾屏”顯示效果“左跑馬”顯示效果“卷簾入”顯示效果開始進入中斷定時器賦初值讀取行號并增1消隱送新行顯示數(shù)據(jù)切換顯示數(shù)據(jù)送新行號，打開顯示退出中斷圖4.9 顯示驅(qū)動程序流程圖 圖4.10 系統(tǒng)主程序流程圖4.2.3系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序開始以后首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、中斷和端口。然后以“卷簾出”效果顯示一個圖形（j），停留約3秒，接著向上滾動顯示“我愛單片機j”五個漢字及一個圖形，停留約3秒，再向左跑馬顯示“我愛單片機j”這五個漢字及一個圖形，然后以“卷簾入”效果隱去圖形（j）。由于單片機沒有停機指令，所以我們可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。

46、上圖4.10是系統(tǒng)主程序的流程圖。5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試5.1.1 硬件測試1616點陣led電子顯示屏的電路系統(tǒng)較小，但是線路頗為麻煩，特別是在焊接點陣屏時。對于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出現(xiàn)一處的錯誤，則會對整個電路帶來麻煩且對檢測造成很大的不便，而且電路的交線較多，對于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會對電路造成短路現(xiàn)象。本人在1616點陣led電子顯示屏的設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題。下面為設(shè)計過程中遇到的主要問題：1. 焊接1616 led點陣屏時管腳焊接錯誤。2. 因焊接元器件不熟練，幾個焊盤脫落。3. 在硬件電路焊好后總體檢測時

47、，1616 led點陣屏第二行常亮，且亮度比其他行都亮?；叵脒@些問題，只要耐心仔細和認真思考都是可以避免的，以下是對這幾個問題的主要解決方法。1 時常焊錯點陣屏管腳是因為點陣屏的管腳號和功能號是不對應(yīng)的，所以先仔細查看資料，然后用萬能表點個測量，確定各個管腳所對應(yīng)的功能號，并做相應(yīng)的記號以防焊接錯誤。2 因為電路板不是pcb板而是普通的面包板，焊盤質(zhì)量不是很好，所以在粗心錯焊幾次后焊盤就容易脫落，故在選面包板時應(yīng)選焊盤質(zhì)量較好的，在后面焊元器件時應(yīng)仔細小心，盡可能的防止錯焊。3 檢測硬件電路時發(fā)現(xiàn)1616 led點陣屏第二行常亮，且亮度比其他行都亮。首先分析led發(fā)光原理，只有當電流過大時le

48、d才會異常發(fā)光，且長時間發(fā)光是因為1616 led點陣屏第二行的某個線路管腳接與正電源相接使其長時間供電才導(dǎo)致led燈常亮。當?shù)贸龉收显蚝?，我分析有兩種可能，一種是三極管8550被擊穿，第二個可能是線路錯焊或者并線。之后用一個新的三極管代替原來那個8550，點陣屏仍是第二行常亮，排除第一種方案。后仔細檢查電路，用萬用表對焊點逐個檢測，最終檢測出來是第二行的三極管與電源線相連接才導(dǎo)致整個硬件電路出現(xiàn)故障。5.1.2. 軟件測試軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新率由定時器t0的溢出率和單片機的晶振頻率決定，表5.1為實驗調(diào)試時采用的頻率及其對應(yīng)的定時器t0初值。刷

49、新率（hz）255062.57585100120t0初值0xec780xf63c0xf8300xf97e0xfa420xfb1e0xfbee表5.1 顯示屏刷新率（幀頻）與t0初值關(guān)系表（24m晶振）在目測條件下刷新率40hz以下的畫面看起來閃爍較嚴重，刷新率50hz以上的已基本覺察不出畫面閃爍，故本程序采用50hz刷新頻率。顯示效果處理的內(nèi)容較多程序也較復(fù)雜，所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了較多的問題。下面為編寫及調(diào)試過程中遇到的主要問題：1. 長時間對c語言沒有接觸，在一定程度上增加了對程序編寫的難度2. 點陣屏顯示效果較多，每種效果都對應(yīng)不同的邏輯，在點陣屏左跑馬效果時花了較多的時間。5.2

50、 結(jié)果分析經(jīng)過多次的反復(fù)測試與分析,可以對電路的原理及功能更加熟悉,同時提高了設(shè)計能力與及對電路的分析能力。同時在軟件的編程方面得到更到的提高,對編程能力得到加強，同時對所學(xué)的知識得到很大的提高與鞏固。此次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果較好，led顯示屏能很好的顯示信息。由1616點陣led顯示屏顯示的漢字在卷簾入、上滾屏、左跑馬等移動顯示效果穩(wěn)定，顯示亮度也非常合適。6 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)在整個設(shè)計過程中，充分發(fā)揮人的主觀能動性，自主學(xué)習，學(xué)到了許多沒學(xué)到的知識。較好的完成了作品，達到了預(yù)期的目的，完了最初的設(shè)想。在電路焊接時雖然沒什么大問題，但從中也知道了焊接在整個作品中的重要性，電路工程量大，不能心急

51、，一個個慢慢來不能急于求成，反而達到事半功倍的效果。對電路的設(shè)計、布局要先有一個好的構(gòu)思，才顯得電路板美觀、大方。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時遇到了很多的問題，經(jīng)過靜下心來思考，通過和同學(xué)的討論和在網(wǎng)上搜索的資料，理清了思路，反而得心應(yīng)手。在此次設(shè)計中，知道了做凡事要有一顆平常的心，不要想著走捷徑，一步一個腳印。也練就了我們的耐心，做什么事都在有耐心?？傊?，這次設(shè)計使我的能力得到了全方面的提高。6.2 展望隨著現(xiàn)代信息傳播速度的快速傳播，點陣led顯示屏不僅使用壽命長、性能價格比高、使用成本低、環(huán)境適應(yīng)能力強，且對信息的傳播范圍也更為廣泛。led顯示屏應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，目前正朝著更高亮度

52、、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。致 謝四年的時間即將過去，我們也即將走出校園,面向社會?；乜催^去，還真是懷念啊，懷念那段時光。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，曾得到了許多人的幫助，有我的老師，也有我的同學(xué)。畢業(yè)設(shè)計的成功特別是離不開老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷，也離不開在學(xué)習工作中不斷給予我鼓勵和幫助的同學(xué)。在此，謹向胡海根老師以及幫助過我的同學(xué)致以誠摯的謝意！ 最后，衷心感謝在百忙之中抽出寶貴時間對此論文進行評閱與審議的老師們。感謝學(xué)院給我提供了一個展現(xiàn)自己的舞臺，給我一次難得煅煉的機會，使得我的動手能力和專業(yè)技能都有了很大的提高。參考文獻4張凱.led介紹完全手冊m

53、.北京：航空航天大學(xué)出版社,2000.5蔡朝洋.單片機控制實習與專題制作m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.11.6麗鳳，王艷秋，張軍.單片機原理及接口技術(shù)m，北京：清華大學(xué)出版社，2004.7 徐國華.模擬及數(shù)字電子技術(shù)試驗教程m，北京：北京航空大學(xué)出版社，2004.8吳金戊，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應(yīng)用m，北京：清華大學(xué)出版社，2004.9李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第3版）m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.10李光飛，樓然苗，胡佳文，謝象佐.單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)m，北京：北京航空大學(xué)出版社，2004.11張毅剛. mcs-51單片機原理及應(yīng)用m.哈爾濱：

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