单片机课程设计（论文）16X16点阵LED电子显示屏.doc

16*16点阵LED电子显示屏 学号： 姓名： 指导老师： 设计时间：2011/06/052011/06/18 目 录 (一) 设计意义1（二）设计要求1（三）方案设计23.1 总体设计23.2 设计论证3（四）原理简介4.4.1单片机基本原理44.2最小系统设计方法54.3、74HC138功能及其管脚64.4、74HC595介绍8（五）设计思路和硬件设计95.1课题的设计思路、实施方法105.2、硬件设计：系统电路图、关键元器件的性能、参数及外形封装等10（六）软件设计116.1.6.1流程图：116.2.6.2程序：11（七）心得体会18参考文献：单片机原理与应用例说805119 (一) 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。 （二）设计要求16X16点阵LED电子显示屏设计。通过串行口进行扩展，驱动8个16X16的LED显示器，可以实现8个汉字的显示 （三）方案设计3.1 总体设计列驱动器 单片机电源16X16LED显示点阵 行驱动器3.2 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 （四）原理简介4.1单片机基本原理MCS-51系列单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 4.2最小系统设计方法51单片机的时钟电路，复位电路。AT89C52芯片及其引脚4.3、74HC138功能及其管脚概述74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。 74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E2和E3）和一个高有效（E1）。除非E2和E3置低且E1置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。 74HC138与74HC238逻辑功能一致，只不过74HC138为反相输出。 功能CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ， CD74HCT238是高速硅栅CMOS解码器，适合内存地址解码或数据路由应用。74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在 高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个 低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。 译码/真值表 输入()输出CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7LLLLHHHHHHHLLHHLHHHHHHLHLHHLHHHHHLHHHHHLHHHHHLLHHHHLHHHHLHHHHHHLHHHHLHHHHHHLHHHHHHHHHHHL4.4、74HC595介绍描述 74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有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SHcp的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp的上升沿输入到存储寄存器中去。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。 8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。 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 595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。 参考数据 Cpd决定动态的能耗， Pd=Cpd×VCC×f1+(CL×VCC2×f0) F1=输入频率，CL=输出电容 f0=输出频率（MHz） Vcc=电源电压 引脚说明符号 引脚 描述 Q0Q7 第15脚， 1， 7 并行数据输出 GND 第8脚 地 Q7 第9脚 串行数据输出 MR 第10脚 主复位（低电平） SHCP 第11脚 移位寄存器时钟输入 STCP 第12脚 存储寄存器时钟输入 OE 第13脚 输出有效（低电平） DS 第14脚 串行数据输入 VCC 第16脚 电源 功能表输入 输出 功能 SHCP STCP OE MR DS Q7 Qn × × L × L NC MR为低电平时仅仅影响移位寄存器 × L L × L L 空移位寄存器到输出寄存器 × × H L × L Z 清空移位寄存器，并行输出为高阻状态 × L H H Q6 NC 逻辑高电平移入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态 移入，例如，以前的状态6（内部Q6”）出现在串行输出位。 × L H × NC Qn 移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出 L H × Q6 Qn 移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持寄存器并出。 注释H=高电平状态 L=低电平状态 =上升沿 =下降沿 Z=高阻 NC=无变化 ×=无效 当MR为高电平，OE为低电平时，数据在SHCP上升沿进入移位寄存器，在STCP上升沿输出到并行端口。 （五）设计思路和硬件设计5.1课题的设计思路、实施方法本次课程设计主要是通过使用AT89C51与LED16*16组成一个发光点阵屏来显示文字和图形，是通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。通过编程对其实现一个亮灭变化，由于人眼分辨原因，我们就能看到LED是显示的一个连续的亮灯，从而得到我们想要的图形或字形。将LED的行接在一起。将LED的列接在一起。对其进行逐行扫描或者是逐列扫描。显示完一行或一列将其关闭，然后再次扫描。由于人眼的分辨率，在每次显示完后给定一个延时，就能清晰的得到想要的字形和图形了。5.2、硬件设计：系统电路图、关键元器件的性能、参数及外形封装等 （六）软件设计6.1流程图：6.2程序：#include"reg52.h"#include"intrins.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit DS=P20;sbit CLK=P21;sbit STB=P22;/取模软件:PCtoLCD2002/取模方式： 阳码逐行逆向uchar code Hz32=0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*" ",1*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*" ",2*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*" ",3*/0x7F,0xFF,0x7B,0x87,0x77,0xB7,0x17,0xB4,0x7E,0xB7,0x7D,0x87,0x7D,0xB7,0x17,0xB4,0xD7,0xB5,0xDB,0x85,0xD8,0xB5,0x1B,0xB4,0xDB,0xB5,0xFB,0xBB,0xFB,0xAB,0xFF,0xDD,/*"湖",0*/0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x00,0x80,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x01,0xC0,0xED,0xDB,0xDD,0xDD,0x0D,0xD8,0x7D,0xDF,0x7D,0xDF,0x05,0xD0,0x7D,0xDF,0x7D,0xDF,0x7D,0xD7,0xFD,0xEF,/*"南",1*/0xBF,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x00,0x80,0xF7,0xF7,0xF7,0xF7,0xEF,0xFB,0xEF,0xFB,0xDF,0xFD,0xBF,0xFE,0x7F,0xFF,0xBF,0xFE,0xDF,0xFD,0xEF,0xFB,0xF3,0xE7,0xFC,0x9F,/*"文",2*/0xFF,0xFF,0x7F,0xC0,0x40,0xDB,0x77,0xDB,0x77,0xC0,0x77,0xDB,0x77,0xDB,0x41,0xC0,0xF7,0xFB,0xF7,0xFB,0x77,0xC0,0xF7,0xFB,0xC7,0xFB,0xF8,0xFB,0x3D,0x80,0xFF,0xFF,/*"理",3*/0xBB,0xEF,0x77,0xEF,0x77,0xF7,0xFF,0xFB,0x01,0x80,0xFD,0xBF,0xFE,0xDF,0x07,0xF8,0xFF,0xFD,0x7F,0xFE,0x00,0x80,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x5F,0xFF,0xBF,0xFF,/*"学",4*/0xFF,0xFD,0xE1,0xFB,0x2D,0x80,0xB5,0xBF,0xD5,0xDF,0x79,0xE0,0xF5,0xFF,0xED,0xFF,0x2D,0x80,0xED,0xF6,0xE9,0xF6,0xF5,0xF6,0x7D,0xB7,0x7D,0xB7,0xBD,0x8F,0xDD,0xFF,/*"院",5*/0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x03,0xE0,0x7B,0xEF,0x7B,0xEF,0x7B,0xEF,0x03,0xE0,0x7B,0xEF,0x7B,0xEF,0x7B,0xEF,0x03,0xE0,0x7B,0xAF,0x7F,0xBF,0x7F,0xBF,0xFF,0x80,/*"电",6*/0xEF,0xFD,0xEF,0xFB,0x2F,0x80,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0x73,0xC0,0xF3,0xFF,0xF5,0xFF,0x76,0xC0,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0x77,0xC0,0x77,0xDF,0x77,0xDF,0x77,0xC0,0x77,0xDF,/*"信",7*/0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x03,0xE0,0xBF,0xFF,0xBF,0xFF,0x00,0x80,0xDF,0xFF,0xEF,0xFF,0x0F,0xF0,0xFF,0xF7,0xFF,0xFB,0x9F,0xFD,0x7F,0xFE,0xFF,0xFD,0xFF,0xFB,/*"专",8*/0xDF,0xFD,0xDF,0xFD,0xDF,0xFD,0xDF,0xFD,0xDD,0xDD,0xDB,0xDD,0xDB,0xED,0xD7,0xED,0xD7,0xF5,0xD7,0xF9,0xDF,0xFD,0xDF,0xFD,0xDF,0xFD,0xDF,0xFD,0x00,0x80,0xFF,0xFF,/*"业",9*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"一",10*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,/*"！",11*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*" ",1*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,/*"！",11*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*" ",2*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF;/*" ",3*/void delay() /延时程序 uint i=150; while(i-);void delayms(uint x)uint y;while(x-)for(y=0;y<125;y+);void write_byte(uchar dat)/数据输入程序即写程序，每次写入一个八位数据 uchar i; for(i=0;i<8;i+) CLK=0; STB=0; DS=dat%2; dat=dat>>1; _nop_(); _nop_(); CLK=1; STB=1; void stop()/开始的初始化显示uchar line,i,n,speed;for(n=0;n<3;n+)for(speed=0;speed<20;speed+) /速度控制 for(line=0;line<16;line+)/行控制 P1=line; for(i=3;i<7;i+)/写入字模控制 write_byte(Hzi+4*n2*line); write_byte(Hzi+4*n2*line+1); delay(); void left()/左移程序uchar n,speed;uint line;for(n=0;n<12;n+)/写入字模控制for(speed=0;speed<10;speed+)/速度控制 for(line=0;line<16;line+)/行控制P1=line;write_byte(Hzn2*line);write_byte(Hzn2*line+1);write_byte(Hzn+12*line);write_byte(Hzn+12*line+1);write_byte(Hzn+22*line);write_byte(Hzn+22*line+1);write_byte(Hzn+32*line);write_byte(Hzn+32*line+1);delay(); void main()/主程序 while(1) stop(); delayms(1000); left(); delayms(1000); （七）心得体会 为期两周的的单片机课程设计很快就结束了，这两周给我的感触很深、收获很多。经过了查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我得到一次较全面的实践训练。理论联系实际，提高和培养了我的创新能力和动手能力，为以后课程的学习，为我以后的毕业设计打下扎实的基础。 我的单片机课程设计是点阵LED电子显示屏的设计。首先经过查资料，我弄懂了led点阵的工作原理，就是利用发光二极管，利用了人的视觉暂留。然后我查找了74HC595芯片的有关资料，而本次课程设计利用了它的串口输入，并口输出原理。即开始一位一位的移入芯片并锁存，当移入8位后一起并行输出。当我弄懂芯片的原理之后，就是显示的问题了，而显示中左右移动比较简单，因为此次是编程是一列一列扫扫描的，所以只要送给显示程序数据始地址移动，则汉字就会相应的移动，而上下移则必须将相邻两个字每列的两个数据组成一个16位数据，然后将同一列每个字组成的16位数根据上下移动的行数，将这两个16位数组成一个新的16位数，之后再将每列新组成的16位数分成高低八位存入数组中，然后再送显示程序。经过此次课程设计，让我知道真正的动手能力是靠多动手去提高的，光靠理论不动手是不行的。此次课程设计不仅巩固了单片机方面的理论知识，同时也提高的自己的动手能力、分析问题和解决问题的能力。在此次的电路设计过程中,我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.积极地参与单片机课程设计设计，不仅让我充分的体会到自己动手实践的乐趣，获得哪怕是前进一小步时候的那种成功的喜悦，还能学到很多我们在理论课中学不到的知识。同时要感谢各位老师在这次课程设计过程中，给我的耐心指导与帮助，这样我才能圆满的完成了此次单片机课程设计，真心的谢谢你们。 参考文献：单片机原理与应用例说80511 曾屹.单片机原理与应用，中南大学出版社.20092 余锡存.微机原理及接口技术，西安电子科技大学版社.20083 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社.1999