題目：16×16點陣LED電子顯示屏的設計

1、機器人創(chuàng)新設計課程設計報告書題目：16 X 16點陣LED電子顯示屏的設計姓名：張津學號：1613010320 專業(yè)：國際經(jīng)濟與貿(mào)易指導老師：于大泳設計時間：2017年3月管理學院目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 引言3設計意義3系統(tǒng)功能要求3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 方案設計4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 硬件設計5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Docume

2、nt 軟件設計8 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 系統(tǒng)調(diào)試9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 設計總結11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 附錄A.:源程序11 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 附錄B.:作品實物照片 16 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 參考文獻1716X 16點陣LED電子顯示屏的設計.引言設計意義目前廣告牌具有顯示內(nèi)

3、容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點。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機通信技術控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點系統(tǒng)功能要求本設計是一 16X16點陣LED電子顯示屏的設計。整機以40腳單片機AT89C51為核心，通過該芯片控制列驅動器74HC595來驅動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像，全屏能顯示1個漢字。顯示可以采用動態(tài)顯示，使得圖形或文字能夠實現(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方 式。開關控制顯示“礦大電氣五班”、“電子綜合設計”的字幕。同時還要實現(xiàn)的功能：5V的電壓輸入，時鐘電路的設置，復位電路的設置

4、，單片機給 74HC154芯片同時給 E1和E2低電平，74LS154才能正常的 工作。例如如果想使左上角LED點亮，則Y0=1, X0=0即可。應用時限流電阻可以放在 X軸或Y, 16*16LED點陣如圖1.2.1所示。圖 1.2.1.方案設計16X16點陣LED工作原理說明：16X16點陣共需要256個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一列置1電平，某一行置 0電平，則相應的二極管就亮；因此要實現(xiàn)一根柱形的亮法，對應的一列為一根豎柱，或者對應的一行為一根橫柱，因此實現(xiàn)柱的亮的方法如下所述：一根豎柱：對應的列置 1,而行則采用掃描的方法來實現(xiàn)。 一根橫柱

5、：對應的行置 0,而列則采用掃描的方法來實現(xiàn)。需要實現(xiàn)的功能如下圖流程圖圖 2.2所示圖2.2本電路使用AT89C51實現(xiàn)行驅動，對顯示模塊從上至下的掃描，用 74HC154和三極管實現(xiàn)列驅動，對顯示模塊從左至右的掃描，然后顯示字符。 在中規(guī)模集成電路中譯碼器有幾種型號，使用最廣的通常是74HC154譯碼器，74HC154是一款高速 CMO端件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列J。2.硬件設計單片機系統(tǒng)及外圍電路單片機的選擇本設計選用了 AT89C51單片機作控制3.1.2 AT89C51芯片介紹概述：AT89C51為40腳雙列直插封裝的 8位通用微處理器，采用工業(yè)

6、標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外 遙控信號IR的接收解碼及與主板 CPU!信等。主要管腳有：XTAL1（19腳） 和XTAL2 （18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST（9腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接 +5V電源的正負端。P0P3為可編程通用I/O 腳， 其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0端口（3239腳）被定義為N1功能控制端口，

7、分別與 N1的相應功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS （18腳）和SCLS （19腳）端口， 12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連 接主板CPU的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控 制功能。AT89C51的弓I腳圖如下圖 3.1所示：UI19VTAL1TAL2RSTPSEURLE EaP1,0P1,2P1,3P1.4P1.3 F1.SP1.7PO.O/ADO PO.1/AD1 PQ.2/AD2 P0.3/AD3 PQWg Pa.57AD5 FO.Qi/ADS PO.77AD7P2.12 F*Z.2

8、W-10 P231AA1 羯鼻A1ZP2.6/A14 P2.7/A15P3,0/RXE P381/TX P3.2JINTO P3.3/INT1P* 卬 TO F3.5TT1P3.BM/R- P3.7JRD39371836263433Q3221 2223292430 31252027.；1 102114-LL 135s五 U I-.78 17AT0OC51=TEE圖3.1單片機系統(tǒng)外圍電路單片機外圍電路一般有兩塊：時鐘電路(如圖3.1.3 )和復位電路 (3.1.4 )時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產(chǎn)生時鐘頻率。復位電路由一個電阻、按鍵和一個電容組成，用來產(chǎn)生復位信號，使 單片機上電的

9、時候復位。圖 3.1.3AT89C52單片機芯片內(nèi)部有一個反向放大器構成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系 統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇 12MHz C1、成的電容值取 22PF,電容的大小頻率起微調(diào)的作用圖 3.1.4單片機有多種復位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關復位與上電復位方 式，當上電時，C1相當于短路，使單片機復位，在正常工作時，按下復位 時單片機復位。在有時碰到干擾時會造成錯誤復位，但是大多數(shù)條件下， 不會出現(xiàn)單片機錯誤

10、復位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復位，在復 位端加一個去耦電容，則會得 到很好的效果驅動電路74HC154芯片簡介74HC154譯碼器可接受4位高有效二進制地址輸入，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。任選一個使能輸入 端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當一個1-16的多路分配器。當其余的使能 輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應用的狀態(tài)。驅動電路的構成本設計的驅動電路由三極管的集電極輸出給點陣顯示屏，使其足夠亮。其 驅動電

11、壓為5V。行驅動由P0 口列驅動電路如圖 3.3.2所示：圖 3.2.216*16LED顯示屏電路和原理16*16LED顯示屏電路在 proteus仿真中由四個 8*8LED點陣組成的，其 中二極管的正極控制器也就是 AT89C51,負極接譯碼器也就是 74HC154顯 示屏可以顯示字符、漢字、動畫等任何圖形。該電路充分利用了單片機的/O口資源.使整機硬件達到最簡。16*16點陣的原理：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16X64=1024Hz,周期小于1ms即可.電路如圖3

12、.3所示：圖3.3電源電路本設計采用電源線直接從家用電路中接入電源，經(jīng)變壓為5V,為電路供電。3.軟件設計本軟件要求實現(xiàn)如下要求：漢字要穩(wěn)定、明亮并且文字要以一定速度上升滾動顯 示。顯示屏軟件模塊：初始化程序、主程序、多字滾動、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，使屏幕按設 計的要求顯示。軟件設計中，顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應用程序。顯示驅動程序負責向屏體送顯示數(shù)據(jù)， 并負責產(chǎn)生行掃描信號和其他控制信號，配合完成 LED顯示屏的掃描顯示工作。 顯示驅動器程序由定時器T0中斷程序實現(xiàn)。系統(tǒng)應用程序完成系統(tǒng)

13、環(huán)境設置（初 始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實現(xiàn)。顯示驅動程序顯示驅動程序在進入中斷后首先要對定時器 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）計算公式如下：刷頻率（幀頻）=1/16XT0溢=1/16Xf/12 （65536-t ）其中f位晶振頻率，t為定時器T0初值（工作在16位定時器模式）。然后顯示驅動程序查詢當前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過用口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn) 象，驅動程序先要關閉顯示屏，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，重新打開顯示。圖六為顯示驅動程

14、序（顯示屏掃描函數(shù)）流送新行顯示數(shù)據(jù)發(fā)送新行號，打開顯示圖 4.1.1系統(tǒng)主程序本設計的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和 文字,顯示圖形和文字應穩(wěn)定、清晰無用擾。圖形或文字顯示有靜止、移入移出 等顯小方式。系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設置用口、定時器、 中斷和端口；然后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約幾秒；接著向上滾動顯示“”這幾個漢字及一個圖形，然后以“卷簾入”效果隱去圖形。由于單片機沒有停機指令，所以可以設置系統(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）或上一級顯示單元模塊傳 輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可

15、將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地 再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴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 覆蓋原來的代碼，即可顯示你想要的內(nèi)容。圖4.2.1是系統(tǒng)主程序流程圖。開始系統(tǒng)初始化“卷簾出”顯示效果“上滾屏”顯示效果“卷簾入”顯示效果圖 4.2.1.系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試：硬件調(diào)試：在焊接電路板的時候，應該從最基本的最小系統(tǒng)開始，分模塊，逐個 進行焊接測試。在對各個硬件模塊進行測試時，要保證軟件正確的情況下去測試 硬件，要不然發(fā)生錯誤時，不知道到底是哪一方出錯了。當然，在設計的過程中 也存

16、在著失誤和不足，在調(diào)試中進行修改了。焊接完成后，檢驗點陣、及線路的 好壞：燒進檢驗程序，點陣將自第一排向下（上）點亮。檢驗無異常，下載主程 序軟件調(diào)試：軟件為老師所提供提供，其原理在上一模塊以作說明，在這里再作說明，軟件經(jīng)調(diào)試無誤，直接將其下再到單片機中，看是否達到所要的效果軟件部分是先參考書上的例子，然后自己根據(jù)硬件電路寫程序，由于以前所學是單片機匯編語言，所以這個系統(tǒng)在編寫程序過程中都采用匯編語 言編寫。剛剛開始，編寫不會一次性通過，經(jīng)過仔細分析修改最后編譯成功。但 是，在實際寫如S51中，LED顯示屏出現(xiàn)各種各樣的亂碼，通過再次認真仔細分 析多次修改程序后，程序能夠正常運行.設計總結本文

17、設計的點陣LED圖文顯示屏，能夠在目測條件下 LED顯示屏各點亮度 均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示的圖形和文字較穩(wěn)定、清晰。在本次設計過程中，我們得到以下體會：通過兩個星期和大家的一起的努力， 我收獲了很多， 本設計是用四個8x8的點陣顯示模塊組成的16x16的點陣LED圖文顯示屏，能夠 在目測條件下LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和 文字應穩(wěn)定、清晰無用擾。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系 統(tǒng)具有硬件少，結構簡單，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點?？偨Y本文的研究工作，主要做了下面幾點工作：一、通過查閱大量的相關資料，詳細了解了 LED的發(fā)光原理

18、和LED顯示屏 的原理，了解了 LED的現(xiàn)狀，清楚地了解了 LED顯示屏與其它顯示屏相比較有那 些優(yōu)點，明確了研究目標。并且通過對單片機資料的查閱和應用， 更進一步增加 了對單片機知識的理解和運用能力。 并證實了自己的思路：“查資料一思考總結 一運用一找出差錯，再查資料和向別人詢問一再次運用”的正確性。二，本文設計的LED顯示屏能夠實現(xiàn)在目測條件下 LED顯示屏各點亮度均勻、充 足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應穩(wěn)定、清晰無用擾。圖形或文字顯示 有靜止、移入移出等顯示方式。三，本文列出了系統(tǒng)具體的硬件設計方案，硬件結構電路圖，軟件流程圖和 具體C語言程序設計與調(diào)試等方面。四，通過這次課程設

19、計，重新復習并進一步增強了動手的能力，學以致用，把只 是運用到實際生活中才是根本目的總體來說這次的課程設計不算成功， 沒達到預想的目的：但學到了知識，提高了 能力，完成了任務。有點缺憾是時間有限，實物沒能做成功，不能進一步深入和 擴散學習和研究。希望有時間可以對程序和電路圖作更進一步的改進.附錄A:源程序*單個16 x 16的點陣電子屏字符顯示器 2004.2.11 LRM*;顯示享用查表法，不占用內(nèi)存，字符用 16x 16共陽LED點陣,ATA89C52 12MHz晶振;效果：向上滾動顯示5個字，再重復循環(huán);R1:查表偏址寄存器，B:查表首址，R2:掃描地址（從000FH）;R3:滾動顯示時

20、控制移動速度，單字顯示可控制靜止顯示的時間。 *;中斷入口程序； *ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHLJMP INTTOORG 0013HERTIORG 001BHERTIORG 0023HRETIORG 002BHRETI； *;初始化程序；* 55主程序* 55START: MOV 20H,#00H;清零標志，00H為第16行開始掃描標志，01為1幀MOV A,#0FFHMOV P1,AMOV P1,AMOV P3,AMOV P0,ACLR P1.6MOV TMOD,#01HMOV TH0,#0FCHMOV TL0,#18HMOV SCON

21、,#00HMOV IE , #82HMOV SP, #70HMAIN LCALL DISIMOV DPTR,#TABLCALL MOVDISP;掃描結束標志;端口初始化;串行寄存器輸入打入輸出控制位;使用T0做16位定時器，行掃描用;1ms初值（12MHZ;串口 0方式傳送顯示字節(jié);T0中斷允許，總中斷允許;顯示準備，黑屏，1.5s;向上滾動顯示一頁（8個字）INC DPHLCALL MOVDISP ;向上滾動顯示一頁（8個字） INC DPHLACLL MOVDISP ;向上滾動顯示一頁（8個字） AJMP MAIN ? ? *; 多字滾動顯示程序； * .55;每次8個字，入口時定義好 D

22、PTRfiMOVDISP: MOV B,#00HDISLOOP: MOV R3,#07HDISMOV MOV R2,00HMOV R1,BSETB TR0WAITMOV: JBC 01H,DISMOV1 行1mAJMP WAITMOVDISMOV1: DJNZ R3,DISMOVINC BINC BMOV A,R1JZ MOVOUTAJMP DISLOOP向上移動顯示，查表偏值暫存（從 00開始）移動速度第0行開始；開掃描（每次一幀）;標志為1掃描一幀結束（16ms為1幀，每;1幀重復顯示（控制移動速度）;顯示字的下一行（每行2字節(jié)）;R1為0, 8個字顯示完MOVOUT: RET;移動先是結

23、束* . TOC o 1-5 h z 55;單字顯示程序；* .55;顯示表中某個字；*.;靜止顯示時間控制（16ms*#=1.6s）;一幀掃描初始值（行地址從000FH）;取表首址;查表偏址（顯示第一個字）;開掃描（每次一幀）;為1,掃描一幀結束DIS1:MOV R3,#5AHDIS11:MOV R2,#00HMOV DPTR,#TABMOV R1,#00HSETB TR0WAIT11: JBC 01H,DIS111AJMP WAIT11DIS111: DJNZ R3,DIS11RETMOV TH0,#0FCH;1ms初值重裝MOV TL0,#18HJBC 00H,GOEND;16行掃描標志

24、為1,結束INC R1;取行右邊字節(jié)偏址MOV A,R1MOVC A,A+DPTR;查表MOV SBUF,A;串口 0方式發(fā)送WAITJBC TI,GO；等待發(fā)送完畢AJMP WAIT1GO:DEC R1；取行左邊字節(jié)偏址MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AWAIT1:JBC T1,GO1AJMP WAIT1GO1:SETB P1.7;關行顯示，準備刷新NOP;串口寄存器數(shù)據(jù)穩(wěn)定SETB P1.6；產(chǎn)生上升沿，行數(shù)據(jù)打入輸出端NOPNOPCLR P1.6；恢復低電平MOV A,R2;修改顯示行地址ORL A,#0F0H;修改顯示行地址MOV R2,A;修改顯示行地址M

25、OV A,P1;修改顯示行地址ORL A,#0FH;修改顯示行地址;修改顯示行地址;修改完成;開行顯示;下一行掃描地址值;下一行數(shù)據(jù)地址;R2為01H,現(xiàn)為末行掃描，置標志;一幀掃描完畢，關掃描;一幀掃描完畢，置結束標志;退出ANL A,R2MOV P1,ACLR P1.7INC R2INC R1INC R1MOV A,R2ANL A,#0FHJNZ GO2SETB 00HGO2 POP ACCRETIGOEND:CLR TR0SETB 01HPOP ACCRETI* 55掃描文字表* 55TAB:DB0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0

26、FFH,0FFH,0FFH,0FFH,00FFH,0FFH,0FFH ;黑屏DB0F9H,0BFH,0C7H,0AFH,0F7H,0B7H,0F7H,0B7H,0F7H,0BFH,000H,001H,0F7H,0BFH ,0F7H,0B7H ;我DB0F1H,0D7H,0C7H,0CFH,037H,0DFH,0F7H,0AFH,0F6H,06DH,0F7H,0F5H,0D7H,0F9H ,0EFH,0FDH ;DB0FFH,007H,0C0H,06FH,0EDH,0EFH,0F6H,0DFH,0C0H,001H,0DDH,0FDH,0BDH,0FFH ,0C0H,003H;愛DB0FBH,0FFH,0F8H,00FH,0F3H,0DFH,0F4H,0BFH,0EFH,03FH,09CH,0CFH,073H,0F1H ,0CFH,0FBH ;DB0F7H,0DFH,0F9H,0CFH,0FBH,0BFH,0C0H,007H,0DEH,0F7H,0C0H,007H,0DEH,0F7H ,0DEH,0F7H ;單DB0C0H,007H,0DEH,0F7H,0FEH,0FFH,000H,001H,0FEH,0FFH,0FEH