電子顯示屏設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：16×16點(diǎn)陣LED顯示屏設(shè)計(jì)報(bào)告 院 系：工學(xué)院電氣與電子工程系 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二一七年十二月 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 第II頁16×16點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)摘要LED點(diǎn)陣電子顯示屏的發(fā)展越來越好廣泛，它成為一個(gè)宣傳信息的重要平臺(tái)，已經(jīng)得到了社會(huì)的普遍認(rèn)同。LED點(diǎn)陣顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)是一個(gè)16×16LED點(diǎn)陣電子顯示屏顯示數(shù)字的

2、設(shè)計(jì)。整塊電子顯示屏的控制核心是40引腳的單片機(jī)AT89C51，說明了LED點(diǎn)陣電子顯示屏用AT89C51為控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)和開發(fā)的具體過程。通過該芯片控制兩個(gè)列驅(qū)動(dòng)器74HC595來驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示，本設(shè)計(jì)就是使用4塊8×8點(diǎn)陣顯示模塊來組成16×16點(diǎn)陣顯示屏，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，程序編寫的實(shí)現(xiàn)是使用簡(jiǎn)單流通性強(qiáng)的C語言，該設(shè)計(jì)的結(jié)果證明，顯示清晰，結(jié)構(gòu)合理，誤差小，擴(kuò)展能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定。關(guān)鍵詞 AT89C51 LED點(diǎn)陣  數(shù)字顯示  Design of 16*16 LED dot

3、0;matrix ABSTRCTLED electronic display found the screen better and better.It has become an important platform of a promotional information,it has been widely accepted by the s

4、ociety,LED dot matrix display is the use of plane composition LED lattice module or pixel unit display screen ,It has the advantages of high light efficiency ,long. 

5、The designed is a digital design of a 16*16 LED dot matrix display ,control the core piece of electronic display is the 40 pin of the microcontroller AT89C51.Describ

6、es the specific process of the design and development of LED dot matrix display with AT89C51 as the control system dynamic.Through the control two columns drive chip 

7、;74HC595 are needed to drive the display shows that this design is to use 4 pieces of 8 x 8 dot matrix display module to form a 16 * 16 dot matri

8、x display screen, a dynamic scans showed that the realization of the programming is simple to use strong liquidity of C language, and the design results show that

9、60;the system shows clear, reasonable structure, little error and extension ability strong, stable performance.  Key words  AT89C51  dot matrix LED the digital display screen煙臺(tái)南山學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)目

10、 錄第1章 緒論11.1設(shè)計(jì)意義11.2系統(tǒng)功能要求1第2章 方案設(shè)計(jì)2第3章 硬件設(shè)計(jì)43.2行驅(qū)動(dòng)器43.3列驅(qū)動(dòng)電路5第4章 軟件設(shè)計(jì)74.1顯示驅(qū)動(dòng)程序74.2系統(tǒng)主程序8第5章 系統(tǒng)調(diào)試95.1 性能分析95.2調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案9結(jié)論11附 錄 程序12參考文獻(xiàn)13煙臺(tái)南山學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 第11頁第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)意義LED點(diǎn)陣顯示屏在我們的日常生活中隨處可見，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場(chǎng)、建筑市場(chǎng)、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場(chǎng)所。它的優(yōu)點(diǎn)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)

11、、耐沖擊、性能穩(wěn)定。我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了單片機(jī)及相關(guān)的課程，可以利用單片機(jī)來控制LED，以達(dá)到我們所需要的顯示效果。通過16x16點(diǎn)陣顯示屏的課程設(shè)計(jì)，我們能更好的掌握單片機(jī)工作原理，把理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來，達(dá)到學(xué)以致用的目的。課程設(shè)計(jì)能夠提高我們的動(dòng)手能力與解決實(shí)際問題的能力。 對(duì)于單片機(jī)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了很多與之相關(guān)的理論知識(shí)，但是我們還沒有機(jī)會(huì)來實(shí)際操作它，課程設(shè)計(jì)給我們提供了一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，讓我們更深入的去學(xué)習(xí)它，掌握它。通過課程設(shè)計(jì)我們能基本掌握單片機(jī)硬件與軟件相關(guān)的知識(shí)，掌握16X16LED點(diǎn)陣的工作原理。1.2系統(tǒng)功能要求 設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)用1616的點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，要求在目測(cè)條件下L

12、ED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有上移、簾入簾出、左移、右移等顯示方式。第2章 方案設(shè)計(jì)從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在的位置相對(duì)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(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。1616的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計(jì)算，1616的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是1616的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成

13、本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就1616的點(diǎn)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(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)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，

14、就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每一行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹２捎么袀鬏數(shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有

15、當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時(shí)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(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)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(shí)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具有的功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對(duì)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(zhǔn)備好

16、的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。圖2.1 顯示屏電路框圖第3章 硬件設(shè)計(jì) 。 圖3.1 一個(gè)16x16點(diǎn)陣顯示屏硬件原理圖3.2行驅(qū)動(dòng)器 單片機(jī)P1口低4位輸出的行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器74159譯碼后生成16條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。一條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20MA電流計(jì)算，16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要320MA電流，選通三極管8550作為驅(qū)動(dòng)管可滿足要求.3.3列驅(qū)動(dòng)電路列驅(qū)動(dòng)電路有集成電路74159構(gòu)成。它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器

17、和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。74159的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。它的輸入側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)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(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號(hào)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(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高組態(tài)。SCLR信號(hào)是移位寄存器清零輸入端，當(dāng)其為低

18、時(shí)移位寄存器的輸出全部為零。由于SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)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QH可作為多片74159級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因?yàn)镼H受輸出鎖存器的打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出QH，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。圖3.7 74159外形第4章 軟件設(shè)計(jì)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(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可以把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其他控

19、制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)器程序由定時(shí)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(shí)現(xiàn)。從有利于實(shí)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，顯示屏程序適宜采用C語言編寫。4.1顯示驅(qū)動(dòng)程序顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)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(jì)算公式如下： 刷頻率（幀頻）=1/16×T0溢出率 =1/16×f/12（65536-t） 其中f位晶振頻率，t為定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，

20、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(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)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(hào)，重新打開顯示。圖4為顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。進(jìn)入中斷定時(shí)器賦初值讀取行號(hào)并增加1送新行顯示數(shù)據(jù)發(fā)送新行號(hào)，打開顯示消 隱退出中斷切換顯示數(shù)據(jù)圖 4.1 顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖4.2系統(tǒng)主程序本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。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(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包

21、括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約3s；接著向上滾動(dòng)顯示“悅”然后以“卷簾入”效果隱去圖形。由于單片機(jī)沒有停機(jī)指令，所以可以設(shè)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(jí)顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示模塊單元中，因此顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。第5章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 性能分析LED顯示屏硬件電路只要器件質(zhì)量可靠，管腳焊接正確，一般無需調(diào)試即可正常工作。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

22、由定時(shí)器T0的溢出率和單片機(jī)的晶振頻率決定，表5.1給出了實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)采用的頻率及其對(duì)應(yīng)的定時(shí)器T0初值。表5.1 顯示屏刷新率（幀頻）與T0初值關(guān)系表（24M晶振）刷新率（Hz）255062.57585100120T0初值0xec780xf63c0xf8300xf97e0xfa420xfb1e0xfbee從理論上來說，24Hz以上的刷新率就能看到連續(xù)穩(wěn)定的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時(shí)刷新率越高，顯示驅(qū)動(dòng)程序占用的CPU時(shí)間也越多。實(shí)驗(yàn)證明，在目測(cè)條件下刷新率40Hz以下的畫面看起來閃爍較嚴(yán)重，刷新率50Hz以上的已基本覺察不出畫面閃爍，刷新率達(dá)到85Hz以上時(shí)再增加畫面閃爍將沒有明顯改善

23、。顯示效果處理程序的內(nèi)容及方法非常廣泛，其調(diào)試過程在此不作具體討論，讀者可對(duì)照源程序自行分析。這個(gè)方案設(shè)計(jì)的16×16點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，電路簡(jiǎn)單，成本較低，且較容易擴(kuò)展成更大的顯示屏；顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用靜止、移入移出等多種顯示方式顯示圖形或文字。5.2調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案 （1） 當(dāng)我把所有的線都接好之后，接上電源卻沒有看到任何現(xiàn)象，LED顯示屏沒有一個(gè)燈是亮的，用萬用表檢測(cè)之后發(fā)現(xiàn)，LED行驅(qū)動(dòng)電路沒有接好，三級(jí)管的C級(jí)沒有接上高電平，當(dāng)接上高電平之后，LED開始發(fā)光了。 （2） 調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)點(diǎn)陣的1行永遠(yuǎn)是亮的，按復(fù)位鍵

24、還是高亮的。用萬用表的歐姆檔測(cè)點(diǎn)陣的第1行和高電平線是否連在一起，并檢測(cè)與點(diǎn)陣第1行的相連的三極管是否好壞。經(jīng)過我多次的檢測(cè)，終于發(fā)現(xiàn)了第1行與三極管相連的線與一個(gè)高電平的觸電連在一起了。 （3） 調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)有一塊點(diǎn)陣LED圖文顯示不是很穩(wěn)定，有點(diǎn)閃爍。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，一些電平漏接了，該接高電平或者低電平的引腳沒有接上。用萬用表的歐姆檔測(cè)引腳和電源之間的電阻值，經(jīng)過幾次檢測(cè)，找到了74LS595的13號(hào)引腳沒有接地。解決好上述問題之后，16X16點(diǎn)陣顯示屏就能夠穩(wěn)定的工作了。只不過現(xiàn)在的程序還是使用的是書上的源程序，書上的程序是為4快16X16點(diǎn)陣設(shè)計(jì)的，而我們的硬件電路只有一塊16X16LED

25、點(diǎn)陣，所以必須修改源程序。結(jié)論通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題