基于51的LED漢字顯示系統(tǒng)設(shè)計制作

1、LED漢字點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)1課題任務(wù)： 基本要求：采用單片機(jī)和LED點(diǎn)陣顯示模塊設(shè)計實(shí)現(xiàn)組合點(diǎn)陣信息顯示。提高要求：具有顯示內(nèi)容自動更新的功能以完成對任意存儲的信息內(nèi)容進(jìn)行完整的顯示。 設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一塊16x48的組合點(diǎn)陣顯示屏,能夠平滑滾動顯示編程設(shè)定的數(shù)量較多的漢字，并在一段時間間隔內(nèi)循環(huán)顯示時間、年、月、日與星期。2、方案比較與選擇： 方案一： 1、采用89C52單片機(jī)為核心器件； 2、顯示屏由三塊1616LED點(diǎn)陣顯示器組成，可一次動態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方式可顯示四個或更多的漢字；3、行掃描采用74HC154 4-16線譯碼器。列驅(qū)動采用SN74HC595 8位傳入并處移

2、位寄存器。 4、通過編程能夠隨時對漢字進(jìn)行修改、調(diào)整。5、采用DS1302進(jìn)行實(shí)時時間的存取。 方案二： 1、采用89C52單片機(jī)為核心器件； 2、 顯示屏由12個88的點(diǎn)陣顯示器組成1個1648點(diǎn)陣LED電子顯示器，可動態(tài)顯示，使文字能夠平滑左移顯示； 3、通過89C52單片機(jī)控制一個由兩片74LS138組成的行驅(qū)動器和六個列驅(qū)動器74HC595來驅(qū)動顯示屏顯示 ；4、通過編程能夠隨時對漢字進(jìn)行修改、調(diào)整。 5、采用DS1302進(jìn)行實(shí)時時間的存取。方案實(shí)現(xiàn)： 設(shè)計思路：從盡可能降低成本的角度考慮，由于88的點(diǎn)陣更經(jīng)濟(jì)，74HC138與74HC154相比僅需要增加23根連線即可實(shí)現(xiàn)相同功能且價

3、格很低，并且能夠達(dá)到相同的顯示效果，故采用方案二，用12個88的點(diǎn)陣顯示器組成1個1648點(diǎn)陣LED電子顯示器。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：1）用兩片74LS138作為1648點(diǎn)陣LED顯示器的行選通信號，六片級聯(lián)的74HC595作為列選通信號；2）P0口作為I/O口；3）P1口用來驅(qū)動74LS138；4）P3.5、P3.6、P3.7分別作為SN74HC595的串行輸入端、串行輸入時鐘端和并行輸出時鐘端；5）通過取模軟件來得到所需顯示漢字的陽碼顯示字模，替換程序相應(yīng)位置，來實(shí)現(xiàn)漢字的顯示。 6）通過對DS1302進(jìn)行一次初始化在保持有微小電源供電情況下即可實(shí)現(xiàn)時間的實(shí)時更新、存儲與讀取。3電路設(shè)計:3.

4、1 電路的工作原理3.1.1 硬件電路設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求與設(shè)計思路，硬件電路設(shè)計框圖如圖3.1所示。硬件電路由七部分組成：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、AT89C52單片機(jī)、點(diǎn)陣顯示器陽極驅(qū)動電路、陰極驅(qū)動電路和1648點(diǎn)陣顯示電路。圖3.1 硬件電路設(shè)計框圖在單片機(jī)電路中，P0口作為I/O口，輸出行數(shù)據(jù)和控制信號。P1.0到P1.3口作為I/O口輸出列控制信號。用兩片74HC138作為1648點(diǎn)陣LED顯示器的行選通信號，六片級聯(lián)的74HC595作為列選通信號。在16片74HC138和點(diǎn)陣之間分別DS1302：DS1302 是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日

5、、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字。此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次

6、性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302時鐘精準(zhǔn)，僅需要一次初始化即可，節(jié)省了后續(xù)手動調(diào)整時間的環(huán)節(jié)。74HC138：74HC138 為3線8 線譯碼器，當(dāng)一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（(/E2)和(/E3)）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。74HC595：74HC595是具有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(jù)在SHcp（移位寄存器時鐘輸入）的上升沿輸入到移位寄存器中，在STcp（存儲器時鐘輸入）的上升沿輸入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總

7、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(fù)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(dāng)使能OE時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。當(dāng)MR為高電平，數(shù)據(jù)在SHCP上升沿進(jìn)入移位寄存器，在STCP上升沿輸出到并行端口，OE為使能端，低電平有效，當(dāng)OE為低時，輸出使能，為高關(guān)閉使能，并不影響其他輸入端。3.1.2 88點(diǎn)陣LED顯示器漢字顯示工作原理88點(diǎn)陣LED顯示器有兩種接線方式，即共陰極接法和共陽極接法。我們采用共陽極接法，原理圖如圖3.2所示。每一行發(fā)光二級管的陽極接在一起，有一個引出端，每一列發(fā)光二級管的

8、陰極接在一起，有一個引出端。在某一時刻只有某一行的選通線上輸出高電平，該行二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，其他各行的二極管熄滅，列選通線上的電平信號控制該行數(shù)碼管的亮滅。輪流向各位數(shù)碼管送出相應(yīng)的段選和位選，利用發(fā)光管余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。給發(fā)光二級管陽極引出端加高電平，陰極引出端加低電平時，左上角的二極管點(diǎn)亮。因此，對行和列的電平進(jìn)行掃描控制時，可以實(shí)現(xiàn)顯示不同漢字的目的。圖3.2 共陽極接法原理圖3.1.3 控制電路工作原理由單片機(jī)的P3.4口向74HC595串行發(fā)送字模數(shù)據(jù)，每次發(fā)送8個字節(jié)，前6字節(jié)由前6個74HC595并行輸出，作為點(diǎn)陣的列選通信號，后面兩

9、個74HC595作為后一個將要移入漢字兩字節(jié)移入數(shù)據(jù)的暫存器。通過定時器中斷程序與74HC595的串入時鐘信號組合來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的平滑左移。P1.0至P1.3通過由兩片74HC138構(gòu)成的4-16譯碼器輸出行數(shù)據(jù)，并經(jīng)由三極管8550控制16行，最終達(dá)到顯示漢字的目的，用控制電路來控制其電路的開始和結(jié)束。3.2 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.2.1 顯示驅(qū)動部分LED點(diǎn)陣采用26模塊，每4塊排列成一個1616的點(diǎn)陣，用于顯示一個漢字。點(diǎn)陣的每一列的所有的LED共陽極，每一列的LED共陰極。系統(tǒng)由單片機(jī)控制。行線用兩個74LS138譯碼，將行信號作為兩個譯碼器地址輸入，可以得到16行的行值信號，如

10、圖3.3所示。而列驅(qū)動部分則用6個74HC595驅(qū)動，由單片機(jī)的P3.4口向74HC595串行發(fā)送字模數(shù)據(jù)，可以得到16列的列值信號，如圖3.4所示。圖3.3 行驅(qū)動電路圖3.4 列驅(qū)動電路3.2.2 LED點(diǎn)陣顯示方式LED點(diǎn)陣顯示方式由動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示之分。靜態(tài)顯示只需在定時中斷處理程序中從顯示緩沖區(qū)調(diào)入相應(yīng)的一行顯示數(shù)據(jù)，然后選中該行即可實(shí)現(xiàn)該行的顯示，如此循環(huán)，便可顯示整個內(nèi)容。我們設(shè)計的這個電路的顯示則采用逐行掃描方式，即動態(tài)顯示的方式。工作時，由單片機(jī)從緩沖區(qū)取出第一行需要顯示的8字節(jié)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，再由列點(diǎn)陣數(shù)據(jù)輸入端P0.0口按位依次串行輸入至列移位寄存器，其數(shù)據(jù)輸入的順序與顯示內(nèi)

11、容的順序相反。經(jīng)延時一段時間后再進(jìn)行下一行點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的顯示。每次選通一行數(shù)據(jù)，通過不斷的逐行掃描來實(shí)現(xiàn)漢字或字符的顯示。由于人眼的視覺滯留現(xiàn)象及二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但我們所觀察到的是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)即完整的漢字顯示。3.3 LED點(diǎn)陣外圍電路3.3.1 電源電路電路主要分為：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個部分。電流進(jìn)入電路，通過一個220V變5V的電源變壓器把220V的交流電壓變?yōu)?V的交流電壓，然后將變壓器次級線圈輸出的5V交流電壓經(jīng)過全橋QD2進(jìn)行全波整流,C19濾波，LM7805穩(wěn)壓后，輸出穩(wěn)定的+5V直流工作電壓，如圖3.5所示。圖3.5 電源電路3.3.2

12、 復(fù)位電路89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。AT89C52的復(fù)位引腳RST通過一個施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來控制噪音，當(dāng)在80C51單片機(jī)的RST引腳入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作（若引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。我們采用的是按鈕復(fù)位按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位由電平方式和脈沖方式兩種，我們采用的是電平復(fù)位。電平復(fù)位是通端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的，如圖3.6復(fù)位所示。時鐘頻率取12MHZ, R為10K

13、歐姆，C為10F。圖3.6 復(fù)位電路 時鐘電路AT89C52單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。采用內(nèi)部時鐘方式89C52單片機(jī)各功能的運(yùn)行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)、有條不紊的工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，始終電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖時鐘電路所示，是89C52內(nèi)部時鐘方式的振蕩器電路。電路中的電容C3、C2典型值通常選擇30

14、pF，對外接電容雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快，所以我選用的晶振是24MHZ晶振。晶振為24MHZ時的機(jī)器周期的計算：一個機(jī)器周期=12個振蕩周期，時鐘頻率f=1/T, 一個機(jī)器周期=1/T*12,若晶振=24MHZ,一個機(jī)器周期=1/24M*12=0.5s 外部時鐘方式時把外部已有的時鐘信號引入到單片機(jī)內(nèi),此方式常用與多片80C52單片機(jī)同時工作,以便各單片機(jī)的同步。圖3.7 時鐘電路3.4 1648LED點(diǎn)陣顯示屏硬件電路圖由以上分析可得出我們所設(shè)計的點(diǎn)陣顯示屏硬件電路圖，此

15、硬件電路圖以89C52單片機(jī)為核心，輔以外圍電路連接到1648LED點(diǎn)陣顯示屏上，如圖3.8所示。圖3.8 單片機(jī)、鎖存器與LED顯示器連接4程序設(shè)計：4.1 程序設(shè)計任務(wù) 所設(shè)計程序應(yīng)能夠滿足設(shè)計任務(wù)需要，在程序中應(yīng)有顯示掃描程序、時鐘數(shù)據(jù)讀取子程序、顯示移動子程序、漢字字模數(shù)據(jù)發(fā)送、行列驅(qū)動程序等模塊。能夠使顯示屏上的顯示內(nèi)容穩(wěn)定清晰顯示、平滑移動，實(shí)時更新內(nèi)容。4.2 程序流程圖4.2.1 主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖4.2.2 顯示程序流程圖圖4.2 顯示程序流程圖4.3 漢字動態(tài)顯示的具體實(shí)現(xiàn) 5測試方案(1)軟件仿真測試 利用Proteus軟件對所設(shè)計原理電路進(jìn)行加載程序仿真，進(jìn)行相關(guān)程序參