论文点阵式汉字电子显示屏的设计.doc
学 年 论 文点阵式汉字电子显示屏的设计Character dot matrix display design of electronic专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 指导老师： 2011年1 月 29 日信息与通信技术系摘要LED显示屏作为一种新型的显示器件，是由多个发光二极管按矩阵形式排列封装而成，通常用来显示时间、图文等信息。本设计是基于ATS52单片机的16x16显示屏，其中包含了硬件、软件、调试等方案的设计。此外、该设计只需简单的级联就能实现显示屏的拓展，但级联时要注意不要超过驱动负载范围。关键词：Ats52；LED；单片机AbstractLED display as a new type of display, is composed of multiple light-emitting diode packages arranged by matrices formed, often used to display the time, graphics and other information. The design is based on the ATS52 MCU 16x16 display, which includes hardware, software, and debugging the design. In addition, the design of the cascade can be achieved by simply expanding the display, but be careful not to cascade more than drive the load range.Key words: Ats52; LED; SCM一 引 言 1.1设计意义LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。 1.2系统功能要求设计一个能显示16X16点阵图文LED显示屏，要求能显示图文或文字，显示图文或文字应稳定、清晰，图文或文字显示，以单字变换方式显示。二 方案设计 2.1总体设计列驱动器 单片机电源16X16LED显示点阵 行驱动器 2.2设计论证图文显示一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简单，但其使用的管脚太多，如本设计中1616的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，1616的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是1616的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套驱动器。具体就1616的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示三 硬件设计 3.1 电源、单片机系统及其管脚u 电源部分说明：此部分为为电源部分。若电源为家用电源，则需经过降压，整流滤波，稳压等步骤得到一个稳定的5V电压，此电压可作为主电路的电压源。电路中二极管为电源指示灯。 说明（如果没有稳压电源也可用4节5号干电池代替。）u 单片机系统及其管脚常用的时钟电路设计有两种方式,一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。本实验采用内部时钟方式，将XTAL1与XTAL2之间跨接一个石英晶振和微调电容，从而构成一个稳定的自激震荡器。电容值取30pF左右，其大小将影响震荡频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。为减少线间的寄生电容，晶振和电容应尽能安装得与单片机靠近，保证晶振稳定可靠的工作。 另一部分是复位部分。上电自动复位电路是最简单的复位电路，只需要一个1K左右电阻、一个22pF左右的电容及12MHZ的晶振。有时还需要按键手动复位，此时只要在电容上并联一个按键即可。 单片机信号输出采用串行输出，因此在下一模块的移位寄存器要与该部分的串行口P3.0（RXD）及P3.1（TXD）相连其图形如下图 图一 单片机线图 图二 单片机管脚图 3.2点阵及其驱动部分点阵显示用是动态扫描来实现的。各行的同名列共用一个列驱动，数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式存放。由于列线过多，故多采用串行传输。由于每次要传输16位，而且数据要逐位输给驱动器，只有当一行中各列数据都已传输到位后，这一行的各列才能进行并行显示，耗时较长。为了满足以上要求，驱动选择74LS595移位寄存器。74HC595是硅结构的CMOS器件，。74HC595是有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。其特点：8位串行输入 /8位串行或并行输出 存储状态寄存器，三种状态; 输出寄存器可以直接清除 100MHz的移位频率。输出能力： 并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路 。74LS595的管脚图及其说明如图四。管脚及其说明：QA-QH: 八位并行输出端。QH': 级联输出端。SI: 串行数据输入端。74595的控制端说明：/SCLR(10脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。SCK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。QA->QB->QC->.->QH；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了）RCK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。（5V时，大于几十纳秒就行了），更新显示数据。/G(13脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力 图四: 74LS595管脚图 3.3 点阵设计总电路图四 软件设计 本软件要求实现如下要求：汉字要稳定、明亮并且文字要以一定速度上升滚动显示。显示屏软件模块：初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示程序的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。软件设计中，显示屏的软件系统分为两层；第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器T0中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现 五 设计总结 本文设计的616的点阵LED图文显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示的图形和文字较稳定、清晰。图形或文字向上滚动显示。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。 在此次设计中，我们得到以下体会：一、在这次点阵设计的过程让我进一步熟悉KEIL及Proteus的使用。二、本次设计结果仍有缺陷，有一行总是全亮，干扰显示。三、本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字以移入移出方式显示。四、在后的设计中，既要想到电路器件的联合使用，又要灵活变通，举一反三。在焊接方面，我们了解到焊接某些器件时，要先消去电烙铁上的静电，防止静电对芯片特别是放大器件造成伤害，焊接二极管、三极管等芯片时要快，防止持续高温损坏芯片 附录 源程序 利用KELL软件将源程序植入单片机，源程序如下：（单字变换显示5个字：安徽三联学院）#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar a=0,b=0,tt=0;sbit h=P31;sbit l=P32;void delay(uint);uchar code c=0x02,0x00,0x01,0x00,0x3F,0xFE,0x20,0x04,0x44,0x08,0x06,0x00,0x04,0x00,0xFF,0xFE,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x40,0x06,0x80,0x01,0x00,0x06,0xC0,0x18,0x38,0xE0,0x10;uchar code v=0x21,0x10,0x35,0x58,0x25,0x50,0x57,0xE0,0x98,0x3E,0x2F,0xA4,0x64,0x64,0xAF,0xA4,0x22,0x14,0x24,0x14,0x2F,0xD8,0x22,0x08,0x2A,0x88,0x32,0x54,0x2A,0x26,0x24,0x44;uchar code s=0x00,0x00,0x00,0x00,0x7F,0xFC,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7F,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code m=0x01,0x08,0xFE,0x8C,0x44,0x48,0x44,0x50,0x7F,0xFE,0x44,0x20,0x44,0x20,0x7C,0x20,0x47,0xFE,0x44,0x20,0x4E,0x20,0xF4,0x20,0x44,0x50,0x04,0x48,0x04,0x86,0x05,0x04;uchar code x=0x01,0x08,0x10,0x8C,0x0C,0xC8,0x08,0x90,0x7F,0xFE,0x40,0x04,0x8F,0xE8,0x00,0x40,0x00,0x80,0x7F,0xFE,0x00,0x80,0x00,0x80,0x00,0x80,0x00,0x80,0x02,0x80,0x01,0x00;uchar code y=0x00,0x80,0xF8,0x40,0x8F,0xFE,0x94,0x04,0xA0,0x00,0xA3,0xF8,0x90,0x00,0x88,0x00,0x8F,0xFE,0xA9,0x20,0x91,0x20,0x81,0x20,0x82,0x22,0x82,0x22,0x84,0x22,0x88,0x1E;uchar code tab=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;void main()TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1) if(tt<=20) P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=ca;a+;P2=ca;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2); if(tt>20)&&(tt<=40)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=va;a+;P2=va;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>40)&&(tt<=60)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=sa;a+;P2=sa;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>60)&&(tt<=80)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=ma;a+;P2=ma;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>80)&&(tt<=100)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=xa;a+;P2=xa;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>100)&&(tt<120)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=ya;a+;P2=ya;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt=120)tt=0;void exter0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;tt+;void delay(uint z) uint x,y;for(x=10;x>0;x-)for(y=z;y>0;y-);#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar a=0,b=0,tt=0;sbit h=P31;sbit l=P32;void delay(uint);uchar code c=0x02,0x00,0x01,0x00,0x3F,0xFE,0x20,0x04,0x44,0x08,0x06,0x00,0x04,0x00,0xFF,0xFE,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x40,0x06,0x80,0x01,0x00,0x06,0xC0,0x18,0x38,0xE0,0x10;uchar code v=0x21,0x10,0x35,0x58,0x25,0x50,0x57,0xE0,0x98,0x3E,0x2F,0xA4,0x64,0x64,0xAF,0xA4,0x22,0x14,0x24,0x14,0x2F,0xD8,0x22,0x08,0x2A,0x88,0x32,0x54,0x2A,0x26,0x24,0x44;uchar code s=0x00,0x00,0x00,0x00,0x7F,0xFC,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7F,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code m=0x01,0x08,0xFE,0x8C,0x44,0x48,0x44,0x50,0x7F,0xFE,0x44,0x20,0x44,0x20,0x7C,0x20,0x47,0xFE,0x44,0x20,0x4E,0x20,0xF4,0x20,0x44,0x50,0x04,0x48,0x04,0x86,0x05,0x04;uchar code x=0x01,0x08,0x10,0x8C,0x0C,0xC8,0x08,0x90,0x7F,0xFE,0x40,0x04,0x8F,0xE8,0x00,0x40,0x00,0x80,0x7F,0xFE,0x00,0x80,0x00,0x80,0x00,0x80,0x00,0x80,0x02,0x80,0x01,0x00;uchar code y=0x00,0x80,0xF8,0x40,0x8F,0xFE,0x94,0x04,0xA0,0x00,0xA3,0xF8,0x90,0x00,0x88,0x00,0x8F,0xFE,0xA9,0x20,0x91,0x20,0x81,0x20,0x82,0x22,0x82,0x22,0x84,0x22,0x88,0x1E;uchar code tab=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;void main()TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1) if(tt<=20) P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=ca;a+;P2=ca;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2); if(tt>20)&&(tt<=40)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=va;a+;P2=va;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>40)&&(tt<=60)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=sa;a+;P2=sa;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>60)&&(tt<=80)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=ma;a+;P2=ma;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>80)&&(tt<=100)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=xa;a+;P2=xa;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt>100)&&(tt<120)P1=0xff;P2=0xff;l=1;if(b<8)P1=tabb;P2=0xff;if(b>=8)P1=0xff;P2=tabb;b+;if(b=16)b=0;l=0;P1=0x00;P2=0x00;h=1;P1=ya;a+;P2=ya;a+;if(a=32)a=0;h=0; delay(2);if(tt=120)tt=0;void exter0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;tt+;void delay(uint z) uint x,y;for(x=10;x>0;x-)for(y=z;y>0;y-); 参考文献刘欣铭,张广斌.LED显示屏技术综述J.黑龙江电力，2003, 25(4):294-296.阳进.基于单片机的LED显示屏的汉字显示J.中国科技信息，2005，（12）：112.Mark Nelson著.潇湘工作室译.串行通信开发指南M.中国水利水电出版社，2002. 王宜怀.单片机原理及其嵌入式应用教程M.北京希望电子出版社，2002. 韩润萍,陈小萍.点阵LED显示屏控制系统J.微计算机信息，2003，19（10）：50-51.
