基于單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示課程設(shè)計(jì)

1、1 LED電子顯示屏原理1.1 L ED電子顯示屏概述 LED電子顯示屏（Light Emitting Diode Panel）是由幾百-幾十萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點(diǎn)，按矩陣均勻排列組成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。 LED顯示屏是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮度的方式，來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。 LED顯示屏分為圖文顯示屏和條幅顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；而條幅顯示屏則適用于小容量的

2、字符信息顯示。LED顯示屏因?yàn)槠湎袼貑卧侵鲃?dòng)發(fā)光的，具有亮度高，視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(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。 LED顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、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。 1.2 LED顯示屏動(dòng)態(tài)顯示原理 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，

3、從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。 點(diǎn)陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于24幀/秒，人眼看起來(lái)就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫面。最典型的例子就是電影放映機(jī)。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。 以88點(diǎn)陣模塊為例，說(shuō)明一下其使用方法及控制過(guò)程。圖1中,水平線Y0、Y1Y7叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽(yáng)極，每一行8個(gè)LED

4、的陽(yáng)極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，豎直線X0、X1X7叫做列線，接內(nèi)部每列8個(gè)LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。 在這種形式的LED點(diǎn)陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用“1”表示），在某列線上施加低電平（用“0”表示）。則行線和列線的交叉點(diǎn)處的LED就會(huì)有電流流過(guò)而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點(diǎn)亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個(gè)LED全點(diǎn)亮。 圖1： (88)點(diǎn)陣LED顯示模塊結(jié)構(gòu)原理及引腳圖 LED點(diǎn)陣顯示器單塊使用時(shí)，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號(hào)如5x7點(diǎn)陣顯示器用于顯示西文字母58點(diǎn)陣顯示器用于顯示中西文，8x8

5、點(diǎn)陣可以用于顯示簡(jiǎn)單的中文文字，也可用于簡(jiǎn)單圖形顯示。用多塊點(diǎn)陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實(shí)用裝置常通過(guò)PC機(jī)或單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)。 1.3 Proteus簡(jiǎn)介 Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到

6、單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS） （2）完善的電路仿真功能（Prospice） （3）獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（VSM）（4）實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái) 2 硬件設(shè)計(jì)2

7、.1 總體設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路如圖2： 圖2： 總體思路框圖2.2 設(shè)計(jì)論證 圖文顯示一般有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方案，靜態(tài)方案雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但其使用的管腳太多，如本設(shè)計(jì)中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(lái)擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來(lái)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(shuō)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)

8、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(lái)說(shuō)，把所有同1行的發(fā)光管的陽(yáng)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(yáng)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，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。

9、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?wèn)題。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?采用串行傳輸?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(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)

10、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(wèn)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(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。2.3系統(tǒng)硬件選擇 由圖2可知此次設(shè)計(jì)的硬件選擇如下： AT89C52單片

11、機(jī)1個(gè), 鎖存器74LS373芯片1片,非門74LS04芯片1片，4線-16線譯碼器741454芯片2片，移位寄存器74LS595芯片2片，最后需要構(gòu)成16*32點(diǎn)陣的MATRIX-8X8-RED芯片4片以及電源和地。2.4 電路設(shè)計(jì)原理圖 本設(shè)計(jì)的電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示：圖3：16*32 LED點(diǎn)陣設(shè)計(jì)電路原理圖 由于proteus里沒有現(xiàn)成的16*32的點(diǎn)陣芯片，所以我選擇4片MATRIX-8X8-RED芯片拼成一塊16*32的點(diǎn)陣芯片。3 軟件設(shè)計(jì) 顯示屏軟件模塊包括：初始化程序、主程序、多字滾動(dòng)、顯示程序、掃描程序。顯示程序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

12、設(shè)計(jì)的要求顯示。軟件設(shè)計(jì)中，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(lái)實(shí)現(xiàn)。3.1 顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 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）=1/16T0溢=1/16f/12（65536-t） 其中f位晶振頻率，t為定時(shí)器T0初值（工作在

13、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)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)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。顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖如圖4所示： 圖4：顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖 3.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)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(wú)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，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然后以“卷

14、簾出”效果顯示圖形，停留約幾秒；接著向上滾動(dòng)顯示“-”這幾個(gè)漢字及一個(gè)圖形，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(lái)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(lái)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。如果想改變些事內(nèi)容，先用字模產(chǎn)生字代碼，將用這段代碼覆蓋原來(lái)的代碼，即可顯示你想要的內(nèi)容。 系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示：圖5：系統(tǒng)主程序流程圖3.3 源程序 ;主程序如下： ORG 0000H S

15、JMP START ;程序開始從START執(zhí)行 ORG 0030H ;程序從0030H單元開始存放 START : MOV 60H , #0 ;60H單元清0，60H單元用于軟件延時(shí)時(shí)的計(jì)數(shù) MOV 61H , #0 ;61H單元清0，61H單元用于軟件延時(shí)時(shí)的計(jì)數(shù)D0: MOV R0,#165 ;中文字幕往左滾動(dòng)一次需要讀取數(shù)據(jù)165次 MOV DPTR,#TABLE1 ;字模表1首址賦指針 ACALL DISPLAY ;調(diào)用顯示子程序 MOV R0 , #256 ;英文部分往左滾動(dòng)顯示完一次需讀取數(shù)據(jù)256次 MOV DPTR,#TABLE2 ;字模表2首址賦指針 ACALL DISPLA

16、Y ;調(diào)用顯示子程序 AJMP D0 ;反復(fù)顯示 ;顯示程序如下： DISPLAY: MOV R2 , #10 ;每屏字幕掃描顯示10次LOOP0: MOV R3 , #32 ;總共掃描32列 CLR P3.2 ;移位寄存器74LS595鎖存信號(hào)無(wú)效（為0） MOV R5,#00H ;列序號(hào)送寄存器，從第0列開始顯示SCAN1: MOV R1,#00H ;偏移量初值為0LOOP1: MOV R4,#2 ;每列顯示數(shù)據(jù)有兩字節(jié)，每次發(fā)送一字節(jié)，發(fā)兩次LOOP2: MOV A,R1 ;偏移量寄存器內(nèi)容送A MOVC A,A+DPTR ;取字模數(shù)據(jù)送A MOV SBUF,A ;A中內(nèi)容送串行口輸出

17、JNB TI,$ ;檢查數(shù)據(jù)是否已發(fā)送完，沒發(fā)送完，繼續(xù)等待 CLR TI ;發(fā)送完畢，清串行口中斷標(biāo)志 INC R1 ;偏移量加1 DJNZ R4,LOOP2 ;還沒發(fā)送完兩字節(jié)，繼續(xù)發(fā)送 NOP SETB P3.2 ;移位寄存器74LS595數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)有效（為1）,鎖存單片機(jī)送出的數(shù)據(jù) CLR P3.3 ;移位寄存器74LS595輸出允許信號(hào)有效，將鎖數(shù) 據(jù)輸出 NOP NOP MOV P1 , R5 ;列編號(hào)送P1口，使該列顯示數(shù)據(jù) MOV 60H , #5 ;開始軟件延時(shí)，60H單元置初值5DL1: MOV 61H , #20 ;61H單元置初值20DL2: DJNZ 61H , D

18、L2 DJNZ 60H , DL1 ;軟件延時(shí)，讓一列數(shù)據(jù)的顯示維持一點(diǎn)時(shí)間 INC R5 ;列編號(hào)加1 CLR P3.2 ;移位寄存器74LS595鎖存信號(hào)無(wú)效（為0） SETB P3.3 ;移位寄存器74LS595輸出允許信號(hào)無(wú)效（為1） DJNZ R3,LOOP1 ;32列還沒掃完，繼續(xù)掃描 DJNZ R2,LOOP0 ;每屏字幕沒掃完10次，繼續(xù) INC DPTR ;指針加1 INC DPTR ;指針加1，使顯示字幕往左移動(dòng) DJNZ R0,DISPLAY ;R0不為0，繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)掃描顯示 RET ;子程序返回TABLE1:;黑屏DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,

19、00H,00H,00H,00H,DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;天DB 02H,01H,42H,01H,42H,02H,42H,04H,42H,08H,42H,30H,42H,0C0H,7FH,00H,DB 42H,0C0H,42H,30H,42H,08H,42H,04H,0C2H,02H,46H,03H,02H,02H,00H,00H;道DB 02H,00H,42H,02H,22H,04H,33H,0FH,00H,04H,20H,02H,0AH,0FDH,6DH,25H,DB 35H,25H,25H,25H,25H,25H,65H,25

20、H,0AFH,0FDH,24H,03H,00H,02H,00H,00H;酬DB 4FH,0FEH,48H,0A4H,7FH,24H,48H,24H,7FH,DB 24H,48H,0A4H,0DFH,0FFH,48H,02H,DB 02H,0CH,0FFH,0F0H,02H,00H,3FH,0FCH,DB 02H,00H,0FFH,0FFH,00H,00H,00H,00H;勤DB 40H,02H,47H,0A2H,0F4H,0AAH,54H,0AAH,DB 5FH,0FEH,54H,0AAH,0F4H,0AAH,47H,0A3H,DB 48H,02H,08H,0CH,0FFH,0F0H,08H,

21、02H,DB 08H,01H,1FH,0FEH,08H,00H,00H,00HTABLE2:;hDB 00H,00H,00H,00H,30H,04H,7FH,0FCH,DB 0FFH,0FCH,03H,04H,03H,00H,03H,00HDB 03H,00H,03H,00H,03H,04H,03H,0FCH,01H,DB 0FCH,00H,04H,00H,00H,00H,00H ;nDB 00H,00H,00H,00H,03H,04H,03H,0FCH,DB 03H,0FCH,03H,04H,03H,00H,03H,00HDB 03H,00H,03H,00H,03H,04H,03H,0FCH

22、,DB 01H,0FCH,00H,04H,00H,00H,00H,00H ;iDB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,DB 00H,00H,04H,03H,04H,1BH,0FCHDB 1BH,0FCH,1BH,0FCH,00H,04H,00H,04H,00H,DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;eDB 00H,00H,00H,00H,01H,0F0H,03H,0F8H,DB 06H,0CCH,0CH,0CCH,0CH,0CCH,0CH,0CCHDB 0CH,0CCH,0CH,0CCH,0CH,0CCH,06H,0CCH,DB 03H,0C8H,01H,0C0H,00H,00H,00H,00H4 Proteus仿真 本課程設(shè)計(jì)仿真利用proteus仿真步驟如下： （1）選擇設(shè)計(jì)圖紙的到小 （2）選取仿真所需的元器件 選取元器件的方式是，單擊元器件放置按鈕“P”。 （3）把元器件放到圖紙的合適位置，進(jìn)行布線。