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文檔簡介
點陣LED電子顯示屏的設計
摘要在當今社會,電子信息工程技術得到了前所未有的發(fā)展,作為現(xiàn)代的信息顯示裝置的重要傳播載體的點陣顯示裝置已經(jīng)大量的在醫(yī)療,公共交通,商業(yè)場所,廣告宣傳等許多領域得到很好的應用。因此,點陣顯示裝置的開發(fā)和生產(chǎn)也迅速發(fā)展,并且已經(jīng)成為電子工業(yè)中的新興產(chǎn)業(yè)。本設計是在利用STC89C51單片機的基礎上,用四塊8*8的電子顯示屏組合成一個16*16的電子顯示屏進行顯示的設計。通過這個單片機芯片來控制兩個列驅動器74HC138和兩個行驅動器74HC595的驅動顯示。該電子顯示屏可以顯示文字或圖像并滾動顯示,使圖形或文字能夠實現(xiàn)靜止、左移右移,閃爍等多種顯示方式。文中介紹了LED點陣顯示部分、硬件電路各個部分的功能原理、相應軟件的程序設計等。在最后的設計結果顯示可以看出這個設計的系統(tǒng)誤差比較小,它的性能也比較穩(wěn)定,能夠良好的進行結果顯示。關鍵詞:SCT89C51芯片,點陣顯示,16*16顯示屏,74系列驅動器
目錄TOC\o"1-3"\h\u3682摘要 218542目錄 34397第1章緒論 543971.1項目背景,目的和意義 543971.2項目的主要內容和預期成果 59015第2章設計方案 6138102.1設計任務 6138102.2系統(tǒng)模塊設計 613810第3章硬件電路設計 7138103.1單片機的最小系統(tǒng) 7138103.1.1STC89C51單片機簡介 7138103.1.2復位電路 9138103.1.3時鐘電路 10138103.2行驅動 10138103.3列驅動 13138103.4LED電子顯示屏顯示 15138103.4.1LED電子顯示屏結構 15138103.4.2顯示原理 16138103.4.34個8*8顯示屏構成一個16*16的顯示屏 17138103.5按鍵模塊設計 18第4章軟件設計14887 204.1系統(tǒng)主程序流程圖設計14887 2043974.2系統(tǒng)子程序流程圖設計 2024727第5章安裝與調試 225.1安裝14887 225.2調試16449 2316449總結與展望 26參考文獻16449 27388致謝 28附錄A:程序16449 29附錄B:清單和原理圖16449 38
緒論1.1項目背景,目的和意義電子信息技術不斷發(fā)展的前景下,LED行業(yè)已成為快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè),市場需求也在不斷增長。LED制造工藝和技術越來越完善和提高,并且在國內外大面積的應用。我們國家在經(jīng)濟的快速發(fā)展的同時也對它有很大的需求,很多領域都需要發(fā)布信息的需求越來越多,為了更好的適應社會的發(fā)展和需求,傳統(tǒng)的傳媒顯示已經(jīng)不能很好的適應人們的需求,因此LED顯示器的出現(xiàn),滿足了社會的這一需求。也正因為需求越來越多,要求也越來越高,促進著LED的制造也有很大的提高。而且LED顯示屏它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、功耗低,性能也穩(wěn)定并且能夠很好的適應外部環(huán)境等優(yōu)點。如今,LED顯示已經(jīng)融入我們生活的方方面面,為我們的生活提供了很大的便利,例如:在車站的時刻表、商場的商品促銷、交通信號燈等公共場所都有廣泛的應用,慢慢的逐漸成為了社會現(xiàn)代化的重要標志。1.2項目的主要內容和預期結果用SCT89C51、74HC138、74HC595單片機和4個8×8的點陣顯示屏,構成一個完整的16*16的點陣LED電子顯示屏系統(tǒng)。利用單片機進行LED漢字顯示,通過按鍵和程序來控制LED所要顯示的內容。本設計中,我使用了74HC138和74HC595來驅動掃描并通過程序寫入代碼進行點陣的顯示,所以,我們要知道點陣是如何顯示的原理,并且還要清楚行,列掃描系統(tǒng)和驅動掃描。通過這次設計,讓我更加明白74HC138和74HC595的功能特性,知道了16*16點陣LED是如何工作的原理和對漢字顯示的編程方法以及電子顯示屏的應用。我們可以通過程序來控制STC89C51單片機輸出的是高電平還是低電平,以用來控制LED的燈是亮還是滅,來讓我們看到最后想要達到的結果。我們可以通過每個按鍵的不同作用,根據(jù)自己需要顯示什么,來進行顯示的選擇,并能夠實現(xiàn)漢字的平移,改變平移方向,逐字顯示和屏幕正常閃爍。
第二章方案設計2.1設計任務1.實現(xiàn)用4個8*8的顯示屏構成1個16*16的點陣LED電子顯示屏的設計并且可以滾動顯示文字內容。2.能在LED顯示屏上顯示所要的圖形和漢字并逐字顯示,顯示的漢字能夠左移,右移和暫停,并且使屏幕亮度穩(wěn)定無閃爍。2.2系統(tǒng)模塊設計本設計介紹了使用4個8*8的點陣顯示屏組成一個16行16列的發(fā)光點陣的實用漢字顯示屏的產(chǎn)生過程。通過上位機和串口電平通電,把想要顯示的文字輸送到單片機中,最后通過驅動模塊傳輸?shù)絃ED顯示屏上顯示。設計框圖2.1所示。上位機上位機時鐘電路電源模塊按鍵模塊串口電平轉換電路STC89C51單片機復位電路LED顯示屏驅動電路圖2.1設計框圖
第三章硬件電路設計3.1單片機的最小系統(tǒng)3.1.1STC89C51單片機簡介我使用的是STC89C51單片機,成本比較低,也比較容易操作。是一種低壓,高性能的CMOS8位微處理器,STC89C51是具有8051內核的ISP,該芯片包括一個標準的MCS-51指令系統(tǒng),一個內置的通用8位中央處理器,4K字節(jié)的可重寫閃存只讀程序存儲器以及128個與閃存兼容的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。它可執(zhí)行1000個刪除周期,數(shù)據(jù)保留時間為10年。為嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活高效多種選擇的解決方案。它的引腳排列和功能介紹,如圖3.1所示:主要特點:◆兼容MCS51指令系統(tǒng)◆32個雙向I/O口◆128x8位的內部RAM◆時鐘頻率0-24MHz◆2個串行中斷◆共6個中斷源◆2個讀寫中斷口線◆低功耗空閑和掉電模式圖3.1STC89C51的引腳圖1.電源和地的引腳把40腳的VCC引腳接到5V的電源端,把20腳的GND引腳連接到地。2.外部振蕩器引腳18腳的X1是單片機內必須用到的端口,一直是被用來連接外部晶振的引腳。作為單片機的反相放大器的輸入端,如果使用端口時,需要引腳接地。19腳的X2是連接晶振的另一個引腳。主要是用來作為時鐘電路的輸出端口。3.控制信號線第9腳RST是復位的端口引腳,主要是用來連接電路的復位的接口。第30腳ALE是用來當做從P0端口輸出的8位低地址鎖存脈沖的輸入端。第29腳PSEN外部存儲器是低電平有效的單片機選通信號。4.多功能I/O口引腳STC89C51單片機有P0到P3,4個能夠用于輸入或者輸出的雙向的I/O接口。P0端口可用來當做輸入/輸出端口,并且能夠驅動門電路。當在處理外部程序和數(shù)據(jù)存儲器的時候,數(shù)據(jù)總線起到分時使用。P1端口可以用來驅動電路。當它被用來作為輸入線的時候,必須由單片機先寫入“1”并且可以將每個位編程為輸入或輸出。P2端口能被用做驅動門電路的使用也可以用來當做輸入/輸出端口,在現(xiàn)實情況下一般用來當做地址總線的外部存儲器的接口電路的高8位并且和P0端口一起構成的16位地址總線。P3端口是一個帶有向上拉的電阻的8路的I/O端口,如果我們把P3口寫入“1”的時候,它的內部將會被拉高并用于輸入并可以用于收輸出柵極電流。當被用來作第二個功能的時候(10~17腳),它的另一種的用途如下表中的3.1。表3.1P3口的另一種用途引腳第二功能作用P3.0RXD是作為串口數(shù)據(jù)接收端P3.1TXD是作為串口數(shù)據(jù)傳輸端P3.2/INT0是作為外中斷請求0P3.3/INT1是作為外中斷請求1P3.4T0是作為外部計數(shù)信號輸入0定時/計數(shù)器P3.5T1是作為外部計數(shù)信號輸入1定時/計數(shù)器P3.6/WR是作為寫入選通信號輸出在外部的RAMP3.7/RD是作為讀取選通信號輸出在外部的RAM3.1.2復位電路單片機復位電路是在我們接通電源的時候為系統(tǒng)同來供復位信號,當系統(tǒng)正在平穩(wěn)運行的時候被環(huán)境中斷時,按一下復位的按鍵,就會自動從頭開始內部程序的運行。當系統(tǒng)的電源穩(wěn)定的時候,將會取消復位信號。在單片機剛上電的時候,需要復位一次才能夠可靠的工作,該電容連接VCC,利用10U的電容蓄電,通過10K左右的下拉電阻將其接地,讓RES保持低電平的狀態(tài),使單片機能正常的工作。如圖3.2所示。圖3.2單片機復位電路3.1.3時鐘電路時鐘電路在單片機中是最小的電路系統(tǒng),在單片機中,引腳的18腳和19腳是用來連接到時鐘電路的,電路中使用12M的晶振和兩個22P的電容器C2和C3,并且把X1和X2連接到外部晶體和電容器的兩端,在系統(tǒng)中起到提供時鐘信號的作用,用來當做振蕩器倒向放大器的輸出,如圖3.3所示。圖3.3單片機時鐘電路3.2行驅動74HC595移位寄存器是一個能夠寄存8位的數(shù)據(jù)/地址鎖存器,具有一個并行的8位和用于輸出的3狀態(tài)總線和清除功能的8D觸發(fā)器。經(jīng)常被用來當做可以控制的輸出的三態(tài)端口,它采用的輸出方式是進行開路的漏級輸出,并且能夠控制到串聯(lián)下一級的級聯(lián)芯片。74HC595它的性質是標準的串行接口,并且采用的是CMOS的串行的輸出效果來級聯(lián)若干個設備,它的快移的時鐘頻率范圍在最大是大于25MHz。74HC595是具有高低電平,高阻抗三種輸出狀態(tài)的輸出功能的門電路。它的工作方式是內部的聯(lián)級把兩個寄存器連接起來,我們把SHcp串聯(lián)到另一個SHcp同時接到P11,把STcp也串聯(lián)到一起連接到P12,我們再將16腳和MR連接到VCC,8號引腳和OE連接到地。如圖3.4和表3.2所示的引腳說明和介紹以及它的真值表如表3.3所示。圖3.474HC595引腳圖表3.274HC595引腳表3.374HC595真值表行驅動電路中的74HC595它的工作方式是內部的聯(lián)級把兩個寄存器連接起來,我們把SHcp串聯(lián)到另一個SHcp同時接到P11,把STcp也串聯(lián)到一起連接到P12,連接的輸出的寄存器能夠直接進行清除,由總線驅動的并行輸出的輸出能力,我們再將16腳和MR連接到VCC,8號引腳和OE連接到地。74HC595電路的原理圖,如圖3.5所示。圖3.574HC595原理圖3.3列驅動74HC138是一種具有3通道輸入,8通道輸出的驅動器,經(jīng)常用在數(shù)字電路的3-8譯碼功能,它的特性是功耗比較低且是在3到5伏的電壓下工作的,采用了CMOS的工藝來使用。74HC138管腳定義和它的每個腳的說明和真值表,如圖3.6和表3.4,3.5所示。圖3.674HC138引腳圖表3.474HC138管腳說明表表3.574HC138真值表列驅動電路中74HC138是一種具有3通道輸入,8通道輸出的驅動器,經(jīng)常用在數(shù)字電路的3-8譯碼功能。其在電路中的工作方式是兩個驅動器16引腳連接VCC,A0,A1,A2和另一組的A0,A1,A2對應相連,將一個E1連接到E3,E2連接E2和E1連接到地再把另一個E3連接到VCC。74HC138設計電路圖,如圖3.7所示。圖3.774HC138原理圖3.4LED電子顯示屏顯示3.4.1LED電子顯示屏結構下圖為8*8矩陣屏幕內部結構圖,如圖3.8所示。圖3.88*8顯示屏的內部結構圖從這個內部的結構中,我們可以看到電路中每一列都連接到同一條列線,每一行也都是連接到同一根行線。如果我們把每一行的路與高電平相連,再把每一列的路連接在低電平上面,那么所對應的二極管就會變亮。一般情況下8*8的顯示屏并不是能夠很好的用來顯示我們需要的文字,所以,我們可以用四塊8*8的電子顯示屏進行組合,構成一個16*16顯示屏,來很好的顯示想要的漢字。3.4.2顯示原理如果需要讓點陣顯示一個字符的話,則首先需要了解掃描的概念:掃描是該時間應該足夠短,因為掃描將在不同的時間間隔發(fā)送代碼集。多次掃描后,字符就可以可靠地顯示在點陣中。用掃描的方法,包括行掃描和列掃描,我們隨便選用其中的一種來操作。如果我們使用行掃描進行操作的話,我們需要將05先設置為0,也就是說這里的P00=0x80,我們再觀察在這條線上哪個二極管是亮的,如果在這一列中有亮的,那么這個列中的相應端口為0,并且不亮的端口就是1,那么就在這個點的位置延遲為P06=1后記下P2的值,P00=0x40,我們再看在這一行上有哪些二極管是亮的,如果有亮的就為0,不亮的就為1。按照這樣的操作一直重復下去我們就能得到文字了。我們也可以根據(jù)程序中的時間延遲時間來發(fā)送設置代碼,我們就能在點陣上看到字符了。我們使用單片機來控制漢字的顯示。我們把漢字“師”做為例子來顯示,為了更好的看清每一個字,我們用剛剛弄好的16*16的點陣來顯示。我們先用STC89C51單片機來控制,74系列微控制器進行驅動,在本設計中,單片機第一步需要在左邊的地方,也就是看到的第0列中顯示P00至P07。如果能夠顯示漢字“師”并且P00到P04都是關閉的狀態(tài)而P05卻是接通的時候,那么這一部分的操作完成之后,然后就是下面一部分的操作了,而第一列將會被持續(xù)掃描。我們把掃描的方式設置成從上往下的掃描方式,這樣的方式方便我們連接線路。當我們從P27向P20的方向進行掃描,我們會發(fā)現(xiàn),這一列都并沒有變亮,然后單片機就會從上面的第二列開始掃描,然而P05則是處于打開狀態(tài)并且沒有其他設備處于打開狀態(tài),這部分掃描中,除了P21是處于打開狀態(tài),其他都不亮。我們遵循這樣的掃描方式,可以對下面其他的字都來進行這樣的掃描,并且掃描32個8位的方式,就可以獲得漢字“師”了,如圖3.9所示。圖3.9漢字顯示3.4.34個8*8顯示屏構成一個16*16的顯示屏LED顯示屏是由多個控制器單元組成,可以讓我們自己根據(jù)需要來配置屏幕和配置所需的控制器。因此,具有不同技術的控制器可以形成多個LED顯示器。為了能更好地顯示漢字,需要用16×16點陣。下面我們就首先介紹8×8點陣構,如圖3.10,我們使用的是4個點陣共陽顯示屏,構建一塊16×16LED點陣。圖3.108×8點陣屏在電路中,顯示屏之間的連線太多,會很復雜,看起來不方便,打印出來更模糊,所以用網(wǎng)絡標號比較簡單如圖3.11用于本次的顯示任務,在電路中,我們使用網(wǎng)絡標號來對電路進行連接,利用行和行之間相互并在一起,列和列之間相連可以得到,Y00到Y07和另一端的Y00到Y07依次串聯(lián),另一組的Y10到Y17和相對應的Y10到Y17也是依次相連,在另一端的X00到X07則和同一端的X00到X07相連,另一組的也是這樣操作。圖3.11四塊8×8顯示屏組成16×16的顯示屏3.5按鍵模塊設計按鍵模塊:包擴多個功能按鍵,分為復位鍵、加減速鍵,閃爍和正倒平移鍵等。為了使操作能夠簡單一點,本設計中采用的按鍵開關的操作是用來控制顯示。其他的按鍵則是用來控制每一種顯示的功能的按鍵。把這些按鍵都統(tǒng)一連接到電源+Vcc上面,把它們的另一端接到地。當按我們下SW1按鍵時,是復位鍵。按下SW2鍵時是平移按鍵,按下SW3是倒退鍵,SW4是暫停按鍵,SW5是逐字顯示按鍵,SW6是加減速按鍵,這些對應的按鍵處理的程序并且顯示出按下這個鍵顯示的內容。如下圖3.12所示。圖3.12按鍵設計電路圖
第四章軟件設計用匯編語言程序設計來實現(xiàn)LED點陣的顯示內容,使顯示的內容在屏幕上從左至右的滾動平移顯示。4.1系統(tǒng)主程序流程圖設計點陣顯示屏顯示的系統(tǒng)主程序的流程圖如圖4.1,當程序開始運行,系統(tǒng)接收到指令的時候,系統(tǒng)就要進行初始化的程序處理,電子顯示屏的這個模塊將會被調用來顯示,然后再來進行數(shù)據(jù)處理,當我們按下開始鍵的時候,文字就會平移顯示出來,顯示的方式是從右到左地平移顯示,當然也可以進行從左到右的平移的操作進行切換,也可以逐字進行顯示,每次顯示一個字。如果不暫停的話,將會一直進行循環(huán)的平移顯示文字。初始化初始化調用顯示程序調整數(shù)據(jù)指針開始是否顯示完YN圖4.1主程序的流程圖4.2系統(tǒng)子程序流程圖設計當程序開始運行的時候,出現(xiàn)在顯示屏上所顯示的文字需要在間隔一段時間然后再進行下一個文字的顯示,掃描文字并且進行上下的掃描的顯示,在這時會延時10ms的時間來顯示文字。如果能夠很好的顯示的話就會繼續(xù)到下一步驟,如果不行則會返回到查詢漢字重新進行運行。在所有程序運行無誤后文字顯示結束將會繼續(xù)進行循環(huán),子程序的流程圖如圖4.2所示。開始開始設1幀顯示時間設片選及數(shù)據(jù)指針查漢字上部數(shù)據(jù)及顯示查漢字下部數(shù)據(jù)及顯示延時10ms關顯示并調整時針1幀時間是否到是否顯示完漢字結束YYNN圖4.2子程序的流程圖
第五章安裝與調示5.1安裝安裝的步驟是,我們要先根據(jù)自己課題的設計要求,并把所需要焊接的各個元件和模塊給焊好,焊接完每個元件模塊后,我們再對模塊進行單獨的測試,保證我們焊好的元件在整個系統(tǒng)焊接完能夠正常工作,我們把硬件安裝完成后,再把寫好的軟件程序燒到STC89C51的芯片中,然后對驅動模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊進行調試,再對STC89C51和PC機間的串口通訊進行調試。實物組裝與調試:1.將各組件合理的放置,焊接在PCB板上,注意焊接時不要粘連和虛焊。實物如圖4.1所示。2.將焊接完成的實物進行硬件的調試,一定要使每個模塊都能夠正常工作,然后達到顯示要求。3.按照流程圖把編寫好的程序進行編譯,看看是否有錯誤,若顯示錯誤,進行改正,再進行編譯。圖5.1焊接實物圖5.2調試最后,我們把調試好的電路和程序進行調試,將串口連接到電源和上位機給單片機通電后按開關,再按一次復位按鈕,使電平穩(wěn)定。當我們按下按下SW2鍵時是能夠顯示文字的平移,按下SW3是倒退鍵,文字能夠左右移動,SW4是暫停按鍵,SW5是逐字顯示按鍵,SW6是加減速按鍵,看顯示屏上是否能夠按照要求顯示文字,是否能夠平移顯示和逐個顯示。當文字能夠按照要求滾動循環(huán)顯示時則為成功。如圖5.2所示。圖5.2顯示結果
總結與展望一.總結經(jīng)過幾個月的時間,本次畢業(yè)設計的任務已經(jīng)完成,從中體驗到完成一個整個系統(tǒng)的開發(fā)設計過程,這是一次難得的實踐機會。通過瀏覽相關的專業(yè)知識,提高并且也培養(yǎng)了我的自學能力和實踐技能,極大的改善了我的學習方法,通過這次的設計,讓我學會了如何更好的讓理論與實踐相結合。通過這次畢業(yè)設計,讓我既更豐富了專業(yè)技能與知識,又懂得了理論與實踐之間的意義。二.展望雖然此次設計已經(jīng)完成,但是始終要去學習和多去了解自己的缺陷,有不足的地方加以改進。畢業(yè)設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴展的過程,自己對知識運用的不是很靈活和不太了解的地方,將會在以后的學習中不斷的充實自己,為自己加深實踐能力,在以后的學習中取得更大的進步。
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致謝三年大學生活如白駒過隙般一晃而過,留不住的青春,留下的只能是回憶。三年后的我,站在了大學生涯的終點。三年的時間,我學到了很多東西。三年是那么短暫,轉眼就到了和老師,同學們說再見的時候。回首這三年,我有過開心,也有失落。就在今天,過去的一切都是銘記于心,是段美好的回憶。在這里,我要感謝導師,擁有很高的學術造詣,在個人修養(yǎng)和認真對于工作的精神值得我學習。在學習上指點我不斷進步。論文能順利的完成離不開孫老師在百忙之中對我論文的審核與指導,在這里向孫老師道一聲:老師您辛苦了!我要感謝的室友和同學們,他們在我生活中給予了我很大的幫助。因為個人身體原因,我的室友給了我很大的幫助,讓我感受到了友情的可貴。最后,衷心的感謝各位老師在百忙之中評閱我的畢業(yè)答辯。3年的學習,讓我受益匪淺。在未來的學習生活工作中,我將謹記母校的教誨,努力工作,回報社會。
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