基于單片機(jī)的1616LED點陣顯示屏的設(shè)計

1、基于單片機(jī)的16*16led點陣顯示屏的設(shè)計隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多用單片機(jī)作控制驅(qū)動led顯示屏也應(yīng)運產(chǎn)生。本系統(tǒng)設(shè)計使用單片機(jī)mcs-51控制掃描方法實現(xiàn)led點陣顯示器的字符的顯示，介紹了用單片機(jī)進(jìn)行顯示系統(tǒng)開發(fā)的方法，單片機(jī)軟件、硬件調(diào)試技術(shù)，還有點陣顯示驅(qū)動擴(kuò)展的一般方法。1.引言1.1 研究的目的、意義led因其體積小，耗電量低，亮度及環(huán)保等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于公共場所的大屏顯示上，led點陣大屏可應(yīng)用于戶外廣告，交通導(dǎo)航，大廳公告，比賽的多媒體實時顯示等領(lǐng)域。本設(shè)計作品的用途正是在于實現(xiàn)大屏顯示的核心功能，即漢字的顯示，可實際應(yīng)用于簡單的顯示系統(tǒng)中，如簡單的排隊叫號顯示

2、屏，電梯顯示屏等。通過此次設(shè)計將單片機(jī)軟硬件結(jié)合起來對程序進(jìn)行編輯，校驗，鍛煉實踐能力和理論聯(lián)系實際的能力。 1.2 本設(shè)計所要做的工作為了完成該設(shè)計實現(xiàn)，經(jīng)過考慮論證，決定分為以下幾個階段進(jìn)行：(1)對課題進(jìn)行全面的分析，明確系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，大致了解要解決的問題，制定總的設(shè)計方案；(2)根據(jù)論證設(shè)計硬件系統(tǒng)并畫出電路圖，并根據(jù)電路圖制電路板；(3)在硬件的基礎(chǔ)上設(shè)計軟件程序；(4)利用仿真器編譯軟件程序，進(jìn)行調(diào)試仿真；(5)把調(diào)試成功的程序利用燒入器燒入到芯片中去；(6)把固化好程序的芯片插入到實際應(yīng)用系統(tǒng)，投入到實際使用。2系統(tǒng)設(shè)計方案2.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖 cpu晶振復(fù)位74hc15474

3、ls37374ls373 16*16led點陣顯示屏 行列3 硬件電路設(shè)計3.1 主要器件介紹3.1.1 led點陣led點陣顯示屏采用4個8*8共256個象素的點陣，通過萬用表檢測發(fā)光二極管的方法測試判斷出該點陣的引腳分布，如圖3.1所示。8*8的led點陣為雙色共陽模塊，單點的工作電壓為正向(vf)=1.8v,正向電流(if)=8-10ma。靜態(tài)點亮器件時(64點全亮)總電流為640ma。總電壓為1.8v,總功率為1.15w.動態(tài)時取決于掃描頻率(1/8或1/16秒),單點瞬間電流可達(dá)80-160ma。點陣16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8圖3.1

4、點陣led掃描法介紹點陣led一般采用掃描式顯示，實際運用分為三種方式：(1) 點掃描(2) 行掃描(3) 列掃描若使用第一種方式，其掃描頻率必須大于16*64=1024hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三種方式，則頻率必須大于16*8=128hz，周期小于7.8ms即可符合視覺暫留要求。此外一次驅(qū)動一列或一行(8顆led)時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則led亮度會不足。 我們把行列總線接在單片機(jī)的io口，然后把上面分析到的掃描代碼送人總線，就可以得到顯示的漢字了。但是若將led點陣的行列端口全部直接接入at89s52單片機(jī)，則需要使用32條io口，這樣會造成io資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴(kuò)

5、充的余地。因此，我們在實際應(yīng)用中只是將led點陣的16條行線直接接在p2口，至于列選掃描信號則是由4-16線譯碼器74hc154來選擇控制，這樣一來列選控制只使用了單片機(jī)的4個io口，節(jié)約了很多io資源，為單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充使用功能提供了條件。漢字掃描顯示的基本過程是這樣的：通電后由于電阻r1，電容c1的作用，使單片機(jī)的rst復(fù)位腳電平先高后低，從而達(dá)到復(fù)位；之后，在c2，c3，x1以及單片機(jī)內(nèi)部時鐘電路的作用下，單片機(jī)at89s52按照設(shè)定的程序在接口輸出與內(nèi)部漢字對應(yīng)的代碼電平送至led點陣的行選線，同時在p1.0，p1.1，p1.2，p1.3接口輸出列選掃描信號，從而選中相應(yīng)的象素led發(fā)光

6、，并利用人眼的視覺暫留特性合成整個漢字的顯示。3.1.2鎖存器74ls37374ls373是常用的地址鎖存器芯片，它實質(zhì)是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的8d觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲器，通常需要一塊74ls373芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示。 圖3.2 74ls373內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(1).1腳是輸出使能(oe),是低電平有效,當(dāng)1腳是高電平時,不管輸入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11腳(鎖存控制端,g)如何,輸出2(q0)、5(q1)、6(q2)、9(q3)、12(q4)15(q5)、16(q6)、19(q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài));(2).當(dāng)1腳是低電平

7、時,只要11腳(鎖存控制端,g)上出現(xiàn)一個下降沿,輸出2(q0)、5(q1)、6(q2)、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)立即呈現(xiàn)輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的狀態(tài).鎖存端le 由高變低時，輸出端8 位信息被鎖存，直到le 端再次有效。 當(dāng)三態(tài)門使能信號oe為低電平時，三態(tài)門導(dǎo)通，允許q0q7輸出，oe為高電平時，輸出懸空。當(dāng)74ls373用作地址鎖存器時，應(yīng)使oe為低電平，此時鎖存使能端c為高電平時，輸出q0q7 狀態(tài)與輸入端d1d7狀態(tài)相同；當(dāng)c發(fā)生負(fù)的跳變時，輸入端d0d7 數(shù)據(jù)鎖入q0q7。51單片機(jī)的ale信號可以直接與74ls373

8、的c連接。3.1.3 譯碼器74hc15474hc154為4線16線譯碼器，其管腳圖如圖3.3所示： 圖3.3 74hc154管腳圖其邏輯圖如圖3.4所示：圖3.4 74hc154邏輯圖其功能表如表3.1所示:說明: h高電平 l低電平 x任意 表3.1 74hc154功能表3.2硬件設(shè)計思想及電路圖 3.2.1硬件設(shè)計思想由單片機(jī)進(jìn)行處理，并將行列信號分別通過顯示驅(qū)動輸入點陣大屏，控制點陣的顯示。 （1） 單片機(jī)： 采用at89s52單片機(jī)芯片作為中控，控制led點陣顯示。 （2）顯示：考慮到標(biāo)準(zhǔn)地顯示一個漢字至少需要16*16led點陣屏，而我們也只需要實現(xiàn)大屏顯示的基本功能，并不需要太大

9、的顯示屏，因此決定采用16x16 led點陣屏顯示漢字。 （3）顯示驅(qū)動：考慮到設(shè)計所需端口較多的問題，為減少資源占用，使用74hc154 416譯碼器作為列驅(qū)動芯片，采用74hc373串入并出8位鎖存器作行驅(qū)動芯片。但由于兩種芯片的最大輸出電流均不夠大（雖然74hc373輸出電流已經(jīng)較大了），為讓led顯示亮度夠強(qiáng)，采用pnp型三極管來進(jìn)行電流的放大，同時為保護(hù)芯片，我們又采用1k電阻來進(jìn)行限流。3.2.2硬件電路圖 本設(shè)計16x16系統(tǒng)的制作主要在于擴(kuò)展用戶i/o口，最終系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵在于掃描電路的擴(kuò)展及程序的編寫。系統(tǒng)i/o口的擴(kuò)展是采用了4-16譯碼器74hc154來實現(xiàn)的，74hc1

10、54作為16*16系統(tǒng)的列掃描脈沖產(chǎn)生電路，其地址線連接到at89s52的p1口的低4位上。利用p2口為8個行數(shù)據(jù)端口傳送數(shù)據(jù)。由于p口的驅(qū)動力不強(qiáng)，因此在p2的每個輸出端都加上三極管，以加大驅(qū)動電流，提高點陣的顯示亮度。設(shè)計原理圖如圖3.5所示: 圖3.5 設(shè)計原理圖其中芯片74hc154為4線-16線譯碼器，有四個地址輸入（a0-a3）、兩個選通輸入（sts、stb）和十六個輸出（y0-y15）。當(dāng)sts和stb均為低電平時器件被選通，a0-a3可確定y0-y15中的一個以低電平呈現(xiàn)，當(dāng)sts或stb為高電平時，y0-y15均為高電平。 at89s52單片機(jī)p1口與74hc154的輸入端（

11、a，b，c，d）連接，74hc154的16個輸出端與1616led的列線相連，p2口與行線相連。由于單片機(jī)端口輸出的電流較小，不足以驅(qū)動led。故在led的每個列線上加上一個三極管，對電流進(jìn)行放大，如圖3.6。通過74hc154對1616led進(jìn)行逐列掃描，選中一列時通過p2口選中列即點亮行上的led，快速的逐列掃描即可實現(xiàn)文字信息顯示。由上可知，可采用逐列掃描的方法實現(xiàn)led的字符顯示。 圖3.6 led驅(qū)動電路圖系統(tǒng)各個部分的原理圖：圖3.7 單片機(jī)控制電路圖圖3.8列驅(qū)動電路與行驅(qū)動電路圖 圖3.9 點陣顯示電路圖4.軟件設(shè)計4.1漢字的點陣顯示原理及字庫代碼獲取方法我們先以簡單的漢字顯

12、示為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標(biāo)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象素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256象素范圍內(nèi)的任何圖形。如用8位的at89s52單片機(jī)控制，由于單片機(jī)的總線為8位,一個字需要拆分為2個部分，如圖4.1所示。 圖4.1 漢字“龍”為了弄清楚漢字的點陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。漢字可拆分為上部和下部，上部由816點陣組成，下部也由816點陣組成。通過列掃描方法首先顯示左上角的第1列的上半部分，顯示漢字“龍”時，p2.4點亮，由上往下排列，為：p2.0滅

13、，p2.1滅，p2.2滅p2.3滅，p2.4亮，p2.5滅，p2.6滅，p2.7滅。即二進(jìn)制00001000，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制為08h。上半部一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的一列，為了方便，我們?nèi)栽O(shè)計成由上往下掃描，從圖4.1可以看到，這一列全部為不亮，即為00000000，十六進(jìn)制則為00h。依照這個方法掃描16列，一共掃描32個8位，可以得出漢字“龍”的掃描代碼為：00h,08h,08h,08h,08h,08h,0ffh,08h0fh,48h,28h,08h,08h,18h,08h,00h00h,00h,02h,06h,30h,0c4h,04h,08h0fch,24h,44h,84h,04h,0

14、4h,3ch,00h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他的掃描代碼從而顯示在屏幕上。本系統(tǒng)是設(shè)計龍巖學(xué)院字體的顯示,使用這個方法可以分析出龍巖學(xué)院這幾個字的代碼。4.2 程序流程圖軟件程序主要由開始、初始化、主程序、字庫組成。其中主程序和子程序的流程圖如圖4-2和圖4-3所示。 開始系統(tǒng)初始化r0=16,掃描16列r7=16，一個字掃描16次載入第1個字的地址調(diào)用顯示子程序載入第2個字的地址調(diào)用顯示子程序載入第3個字的地址調(diào)用顯示子程序載入第4個字的地址調(diào)用顯示子程序 圖4-2 主程序流程圖 p1=0,列掃描計數(shù)r1=0,查表指針查表，送數(shù)據(jù)到p2口顯示一列上

15、邊8位r1r1+1查表，送數(shù)據(jù)到p2口顯示一列下邊8位r1r1+1p1p1+116位是否掃描完重置r016一個字是否掃描16次重置r716幀延時返回主程序開始nonoyesyes圖4-3子程序流程圖4.3程序清單:column equ p1 ;列掃描信號輸出端口row equ p2 ;顯示信號輸出端口latch_h equ p3.0 ;上鎖存信號輸出端口latch_l equ p3.1 ;下鎖存信號輸出端口scancode equ 0 ;掃描信號speed equ 10 ;0.5s延遲s_time_h equ 0fdh ;2.5ms掃描時間s_time_l equ 0d0h ;2.5ms掃描時

16、間 org 00h ;程序從0地址開始 jmp start ;跳至start org 0bh ;timer0中斷向量 jmp timer0 ;跳至timer0中斷子程序;=start: mov ie,#10000010b ;設(shè)定timer0中斷 mov tmod,#1 ;設(shè)定timer0為mode1 mov sp,#60h ;移開堆棧指針 setb rs0 ;切換到rb1 mov r0,#20h ;上面部分開始存放地址 mov r1,#30h ;下面部分開始存放地址 mov r2,#16 ; 掃描16列 mov r3,#scancode ;載入掃描碼 clr rs0 ;切換回rs0 mov t

17、h0,#s_time_h ;設(shè)定每列掃描時間 mov tl0,#s_time_l ;設(shè)定每列掃描時間 setb tr0 ;啟動timer0 mov dptr,#table ;將常數(shù)指針指向table地址 mov 41h,#4 ;4次加載字型 mov r0,#20h ; 上面部分開始存放地址 mov r1,#30h ;下面部分開始存放地址;=loop: call loading ;加載字型 call delay ;稍等一下 clr c mov a,dpl add a,#32 mov dpl,a mov a,dph addc a,#0 mov dph,a mov r0,#20h ; 上面部分開始存

18、放地址 mov r1,#30h djnz 41h,loop ;跳至loop形成一個循環(huán)（一次寫1字） jmp start ;跳至start形成一個循環(huán);=loading: push acc ;存儲acc push psw ;存儲pswmov r2,#16 ;加載各16筆數(shù)據(jù) mov r3,#0 ;間距 mov r4,#10h ;間距l(xiāng)oad_1: mov a,r3 ;將間距放入acc movc a,a+dptr ;讀入數(shù)據(jù) mov r0,a ;將上面部分?jǐn)?shù)據(jù)存入存儲器 inc r0 ;指向下一個地址 inc r3 ;指向下一個地址，相對dptr地址加1、 mov a,r4 ;將間距放入acc

19、movc a,a+dptr ;讀入數(shù)據(jù) mov r1,a ;將上面部分?jǐn)?shù)據(jù)存入存儲器 inc r1 ;指向下一個地址 inc r4 ;指向下一個地址 djnz r2,load_1 ;跳至load_1形成一個循環(huán)（1上字節(jié)1下字節(jié)） pop psw ;取回psw pop acc ;取回acc資料 ret;=delay: mov r7,#speedd2: mov r6,#200d1: mov r5,#250 djnz r5,$ djnz r6,d1 djnz r7,d2 ret;=delay1: mov r7,#1d22: mov r6,#1d11: mov r5,#100 djnz r5,$ d

20、jnz r6,d11 djnz r7,d22 rettimer0: clr tr0 ;關(guān)閉timer0 push acc ;存儲acc setb rs0 ;切換到rb1 mov a,r3 ;載入掃描碼 mov column,a ;輸出掃描碼（顯示一列） inc r3 ;下一個掃描碼 mov a,r0 ;取出顯示信號;=;使用共陽極式led陣列，則加入下一行指令; ;= cpl a mov row,a ;輸出顯示信號 setb latch_h ;打開鎖存器 nop clr latch_h ;關(guān)閉鎖存器 inc r0 mov a,r1 ;取出顯示信號;=;使用共陽極式led陣列，則加入下一行指令;

21、=cpl a mov row,a ;輸出顯示信號 setb latch_l ;打開鎖存器 nop clr latch_l ;關(guān)閉鎖存器 inc r1 call delay1 mov a,#0ffh mov p2,a djnz r2,next_c ;未超過16行則跳至next_c mov r2,#16 ;從新開始掃描 mov r0,#20h ;從第一列開始 mov r1,#30h ;從第一列開始next_c: mov th0,#s_time_h ;設(shè)定每列掃描時間 mov tl0,#s_time_l ;設(shè)定每列掃描時間 setb tr0 ;啟動timer0 clr rs0 ;切換回rb0 pop

22、 acc ;取回acc retitable: db 00h,10h,10h,10h,10h,10h,0ffh,10hdb 0f0h,12h,1ch,0d0h,10h,10h,10h,00hdb 00h,40h,20h,10h,0ch,03h,10h,08hdb 3fh,42h,41h,40h,40h,40h,70h,00hdb 00h,40h,5eh,50h,50h,0d0h,50h,5fhdb 50h,50h,50h,50h,5eh,40h,40h,00hdb 10h,08h,04h,02h,7fh,22h,22h,22hdb 22h,22h,22h,22h,7eh,00h,00h,00hd

23、b 40h,30h,10h,12h,5ch,54h,50h,51hdb 5eh,0d4h,50h,18h,57h,32h,10h,00hdb 00h,02h,02h,02h,02h,02h,42h,82hdb 7fh,02h,02h,02h,02h,02h,02h,00hdb 0feh,02h,32h,4ah,86h,0ch,24h,24hdb 25h,26h,24h,24h,24h,0ch,04h,00hdb 0ffh,00h,02h,04h,83h,41h,31h,0fhdb 01h,01h,7fh,81h,81h,81h,0f1h,00h end5.設(shè)計結(jié)果在實際應(yīng)用中，16*16的點陣

24、led上，依次顯示“龍”、“巖”、“學(xué)”、“院”四個字， 達(dá)到預(yù)期效果。雖然本設(shè)計只使用了1616led點陣，電路簡單，但是已經(jīng)包涵了led顯示屏的電路基本原理，只要擴(kuò)展單片機(jī)的io接口，并增加一些led點陣和相關(guān)芯片，就能設(shè)計出更大面積、更多花樣的led顯示屏。因此本文對同類設(shè)計具有一定的理論和實踐參考價值。6論文小結(jié)在本次設(shè)計中，電路連線很多，焊接有一定的難度。特別是譯碼器74hc154要焊接的線非常之多，還好焊接過程比較細(xì)心，這塊芯片工作很正常。不過在調(diào)試的過程，也的確遇到了一個小問題。當(dāng)我編簡單的程序進(jìn)行掃描時，發(fā)現(xiàn)有一列不亮。心想會不會是哪個芯片接錯了，再認(rèn)真觀察了一下，發(fā)現(xiàn)其他的行

25、和列都工作正常。由此，我初步估測是led沒接好?；仡^檢查了一遍，發(fā)現(xiàn)問題的確出在led的管腳上，有兩個焊點忘了連起來。連好以后，重新調(diào)了一遍。還好，成功了，硬件部分圓滿完成?？磥砗附右J(rèn)真、認(rèn)真、再認(rèn)真，來不得半點的含糊。否則，要花很多的時間來檢查復(fù)雜的電路，得不償失。另外一個問題是掃描的頻率太快，以至讓人看不清楚字。在增大了幀延時常數(shù)之后，情況得到改善。 碩士論文 是碩士研究生所撰寫的學(xué)術(shù)論文，具有一定的理論深度和更高的學(xué)術(shù)水平，更加強(qiáng)調(diào)作者思想觀點的獨創(chuàng)性，以及研究成果應(yīng)具備更強(qiáng)的實用價值和更高的科學(xué)價值。碩士論文是碩士研究生所撰寫的學(xué)術(shù)論文。優(yōu)秀的碩士論文能夠反映出作者對所學(xué)習(xí)專業(yè)的理論

26、知識掌握的程度和水平，能夠幫助作者構(gòu)建起良好的完整的知識體系，還能夠反映作者獨立的科研能力和學(xué)術(shù)理論的應(yīng)用水平，對研究的課題的思考和獨立見解。較之學(xué)士論文，碩士論文應(yīng)當(dāng)具有一定的理論深度和更高的學(xué)術(shù)水平，更加強(qiáng)調(diào)作者思想觀點的獨創(chuàng)性，以及研究成果應(yīng)具備更強(qiáng)的實用價值和更高的科學(xué)價值。因而撰寫碩士論文將對作者提出更高的要求數(shù)據(jù)資料翔實充分、論證分析詳盡縝密、推理演算思路清晰、論文結(jié)構(gòu)規(guī)范清晰、專業(yè)詞匯運用準(zhǔn)確。電路與系統(tǒng) 學(xué)科研究電路與系統(tǒng)的理論、分析、測試、設(shè)計和物理實現(xiàn)。它是信息與通信工程和電子科學(xué)與技術(shù)這兩個學(xué)科之間的橋梁，又是信號與信息處理、通信、控制、計算機(jī)乃至電力、電子等諸方面研究和開發(fā)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。因為電路與系統(tǒng)學(xué)科的有力支持，才使得利用現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)和最新元器件實現(xiàn)復(fù)雜、高性能的各種信息和通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)成為現(xiàn)實。信息與通訊產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展以及微電子器件集成規(guī)模的迅速增大，使得電子