LED點(diǎn)陣顯示屏實(shí)驗(yàn)報告

1、1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計 摘要：文章介紹了基于單片機(jī)AT89C51的1616點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計。分別闡述了顯示屏顯示的基本原理，硬件設(shè)計、控制方法及其程序的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過調(diào)試和分析，設(shè)計的結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)對漢字的靜態(tài)和動態(tài)顯示，動態(tài)顯示的內(nèi)容有多種方式，同時又可通過上位機(jī)更新顯示的內(nèi)容。關(guān)鍵字：AT89C51；1616點(diǎn)陣；LED；顯示屏一 緒論 LED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、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并廣泛的應(yīng)用于公交汽車，碼頭，商店，學(xué)校和銀行等公共場合的信息發(fā)布和廣告宣傳。LED顯示屏

2、經(jīng)歷了從單色，雙色圖文顯示屏到現(xiàn)在的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過程，自20世紀(jì)八十年代開始，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍布交通、電信、教育、證券、廣告宣傳等各方面。1 LED點(diǎn)陣顯示屏概述LED點(diǎn)陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示的廣告信息燒寫固化到EPROM芯片內(nèi)，能進(jìn)行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機(jī)內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫，具有程序編制能力，能進(jìn)行內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。目前，國內(nèi)的LED點(diǎn)陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對較少，顯示花樣較單一。一般在產(chǎn)品出廠時，顯示內(nèi)容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的EPROM芯片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時

3、就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種LED顯示屏可編程序型LED顯示屏，雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內(nèi)容不便的缺點(diǎn)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點(diǎn)。因此傳統(tǒng)的LED顯示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機(jī)通信技術(shù)控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點(diǎn)。2 LED顯示屏控制技術(shù)狀況顯示屏的控制系統(tǒng)包括輸入接口電路、信號控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路及輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其關(guān)鍵技術(shù)包括串行傳輸與并行傳輸技術(shù)

4、、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存技術(shù)、自動檢測及遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。二 系統(tǒng)總體設(shè)計方案1硬件框圖漢字點(diǎn)陣的控制電路采用C51系列單片機(jī)，硬件電路可分為單片機(jī)控制器、LED顯示屏行列驅(qū)動電路、LED點(diǎn)陣顯示屏三部分，如下圖所示。單片機(jī)AT89C51列驅(qū)動74HC595行驅(qū)動譯碼器74HC154 3個16X16點(diǎn)陣振蕩電路復(fù)位電路 系統(tǒng)設(shè)計硬件框圖2基本原理點(diǎn)陣LED掃描法介紹點(diǎn)陣LED一般采用掃描式顯示，實(shí)際運(yùn)用分為三種方式： （1）點(diǎn)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

5、=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。漢字的存儲用動態(tài)分時掃描技術(shù)使LED點(diǎn)陣模塊顯示圖像，需要進(jìn)行兩步工作。第一步是獲得數(shù)據(jù)并保存，即在存貯器中建立漢字?jǐn)?shù)據(jù)庫。第二步是在掃描模塊的控制下，配合行掃描的次序正確地輸出這些數(shù)據(jù)。獲得圖像數(shù)據(jù)的步驟是，先將要顯示的每一幅圖像畫在一個如圖所示的被分成16×16共256個小方格的矩形框中，這樣就形成了與這個漢字所對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)在該矩形框上的分布，再將此分布關(guān)系以32×16的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成64個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并保存在只讀存貯器ROM中。以

6、這種方式將若干個漢字的數(shù)據(jù)貯存在存貯器內(nèi)，就完成了圖像數(shù)據(jù)庫的建立工作。然后，依次對多漢字抽取像素信息，并按序排隊(duì)存放起來，便可得到一個待顯示數(shù)據(jù)序列。將這個序列存到ROM中進(jìn)一步通過尋址的方法來控制該數(shù)據(jù)序列的釋放過程，就可實(shí)現(xiàn)在LED 發(fā)光二極管點(diǎn)陣上顯示多漢字信息的目的。 第二步工作的步驟是：先在掃描模塊的控制下，由地址線確定每次由ROM送出某一列的16個LED所要顯示的漢字的控制字節(jié)數(shù)據(jù)，同時由掃描模塊輸出的5位掃描碼經(jīng)兩個4-16譯碼器解碼后決定相應(yīng)的某一列可以被點(diǎn)亮，而另外31列都不能被點(diǎn)亮。該狀態(tài)持續(xù)約0.4毫秒后，就接著進(jìn)行下一行的掃描。當(dāng)完成了一次32行的掃描后，也就完成了一

7、幀畫面的顯示。重復(fù)上述過程不斷修改ROM的地址區(qū)間的起始地址，轉(zhuǎn)向下一幅畫面的數(shù)據(jù)傳送和顯示。如此進(jìn)行，就可以在LED點(diǎn)陣模塊上顯示ROM中存儲的漢字。三 硬件系統(tǒng)設(shè)計1 硬件原理圖利用Proteus仿真軟件制作出詳細(xì)的硬件原理圖如下： 硬件原理圖2元器件的選擇元件編號規(guī)格參數(shù)LED16x16點(diǎn)陣PCB板10cm*10cm環(huán)氧板U1U674HC595U7AT89C51U874HC154R12K歐姆C1、C233pFC310uF3 芯片簡介(1)AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read On

8、ly Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。時鐘電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端(XTAL1及XTAL2)以及12 MHz晶振

9、X1、電容C2，C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。 復(fù)位電路采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R1，R2，電容C1，開關(guān)K1組成，分別接至AT89C51的RST復(fù)位輸入端。 外形及引腳排列如圖所示AT89C51外形及引腳排列(2)74HC15474HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC154譯碼器可接受4位高有效二進(jìn)制地址輸入，并提供16個互斥的低有效輸出。74HC154的兩個輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能

10、輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當(dāng)一個1-16的多路分配器。當(dāng)其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。(3)74HC59574HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595是具有8位移位存儲器和一個存儲器，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

11、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。其特點(diǎn)：1.是8位串行輸入 /8位串行或并行輸出 存儲狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài)。2.輸出寄存器（三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。）可以直接清除 100MHz的移位頻率四 系統(tǒng)軟件設(shè)計1 編程思路根據(jù)以上硬件電路和單片機(jī)控制原理，編程思路為：a先對相關(guān)變量進(jìn)行初始化。b調(diào)用顯示程序c裝載三個漢字的第一行數(shù)據(jù)，并顯示出來。d依次顯示三個漢字的第二行至第十六行。e結(jié)束2 流程圖：調(diào)用顯示程序序調(diào)用發(fā)送字節(jié)程序發(fā)送第一個字顯示漢字延時調(diào)用發(fā)送字節(jié)程序發(fā)送第二個字調(diào)用發(fā)送字節(jié)程序發(fā)送

12、第三個字結(jié)束開始3系統(tǒng)的仿真調(diào)試1） 將上述程序原代碼用Keil軟件編譯產(chǎn)生一個“.hex”為后綴的用于燒寫芯片的文件。2）把生成的hex文件添加到硬件電路圖中的單片機(jī)驅(qū)動程序中。3） 在ISIS電路圖中點(diǎn)擊左下角的運(yùn)行按鈕，則可在LED顯示點(diǎn)陣中看到圖結(jié)果。仿真調(diào)試結(jié)果五 設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計的制作使我對Proteus、Keil uvision2等軟件的認(rèn)識有了進(jìn)一步的加深，對它們的使用能力也得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)。同時也加深對單片機(jī)課程的全面掌握和認(rèn)識，對單片機(jī)課程的應(yīng)用得到了更深的了解。雖然本設(shè)計只使用了一塊16×16LED點(diǎn)陣，電路簡單，但是已經(jīng)包涵了LED漢字滾動顯示屏的電路基

13、本原理、基本程序和Proteus軟件仿真，只要擴(kuò)展單片機(jī)的10接口，并增加一些LED點(diǎn)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。在一開始做課程設(shè)計的時候由于缺乏經(jīng)驗(yàn)和資料，沒有找準(zhǔn)目標(biāo)，思路和設(shè)計都缺乏針對性，在一些小細(xì)節(jié)上浪費(fèi)了很多時間。通過和同學(xué)的交流，找準(zhǔn)了此次課程設(shè)計的重點(diǎn)，在網(wǎng)上有目的的找到了相關(guān)的資料，在同學(xué)的幫助和自己的努力下完成了最后的課程設(shè)計。雖然還有很多地方需要完善，但通過本次課程設(shè)計使我對自己的動手能力更加的有自信，同時也了解到人多力量大的道理，和同學(xué)的交流以及上網(wǎng)搜索資料能更快更好的完成任務(wù)。參考文獻(xiàn):1） 謝龍漢，莫衍，Protues電子電路設(shè)計及仿真

14、.電子工業(yè)出版社2012.12） 樓然苗,李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計指導(dǎo)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.7.3） 周興華. 單片機(jī)智能化產(chǎn)品C語言設(shè)計實(shí)例詳解 北京航空航天大學(xué)出版社，2005.4） 戴俊峰.嵌入式系統(tǒng)大屏幕LED點(diǎn)陣顯示器J.現(xiàn)代電子技術(shù),2004,27(19).5） 馮壽鵬.基于嵌入式系統(tǒng)的LED信息顯示技術(shù)研究J.現(xiàn)代電子技術(shù),2005(1).6） 金炯泰，金奎煥. 如何使用KEIL8051C編譯器M 北京航空航天大學(xué)出版社，2002.7） 楊世品. 基于Proteus的單片機(jī)出租車計價器的設(shè)計. 微計算機(jī)信息,2007.附錄：#include<reg51.

15、h>#include <intrins.h>unsigned char code FONT16x16332= 0x12, 0x48, 0x12, 0x48, 0x13, 0xC8, 0x12, 0x48, 0x10, 0x08, 0x10, 0x08, 0x10, 0x28, 0x10, 0x10,0x08, 0x00, 0x08, 0x04, 0x0F, 0xFE, 0x10, 0x08, 0x10, 0x48, 0x33, 0xE8, 0x52, 0x48, 0x92, 0x48,/何 0x01, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01, 0

16、x00, 0x01, 0x00, 0x01, 0x00, 0x05, 0x00, 0x02, 0x00,0x02, 0x00, 0x01, 0x00, 0x7F, 0xFE, 0x40, 0x02, 0x80, 0x04, 0x00, 0x00, 0xFF, 0xFE, 0x01, 0x00,/寧 0x14, 0x08, 0x25, 0x10, 0xE4, 0xA0, 0x24, 0x40, 0x28, 0xA0, 0x29, 0x10, 0x32, 0x0E, 0x24, 0x04,0x00, 0x40, 0x40, 0x40, 0x30, 0x40, 0x17, 0xFC, 0x04, 0

17、x44, 0x84, 0x48, 0x44, 0x40, 0x0F, 0xF8,;/波sbit SDI=P21;sbit SRCLK=P20;sbit RCLK=P22;#define LineCtrl P1void delay(unsigned int us)while(us-);void SendByte(unsigned char dat)unsigned char i;for(i=0;i<8;i+)SRCLK=0;if(dat&0x80)SDI=1;elseSDI=0;SRCLK=1;dat=dat<<1;void Display(unsigned char *dat1,unsigned char *dat2,unsigned char *dat3)unsigned char i