點(diǎn)陣顯示畢業(yè)論文

1、漢字點(diǎn)陣系統(tǒng)的制作與應(yīng)用作者 摘 要本文介紹一個(gè)點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)以美國ATMEL 公司生產(chǎn)的40腳單片機(jī)AT89S51為核心，采用串行傳輸、動態(tài)掃描技術(shù)。以LED屏的顯示電路和單片機(jī)控制電路為核心，采用C語言編程通過串行通信接口對LED顯示系統(tǒng)顯示參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣LED屏顯示簡單的數(shù)字、字母、漢字、圖形等。該系統(tǒng)是通過S51芯片控制一個(gè)行驅(qū)動器74HC154和四個(gè)列驅(qū)動器74HC595來驅(qū)動顯示屏顯示。設(shè)計(jì)過程中綜合應(yīng)用了數(shù)字電路，模擬電路，單片機(jī)等方面的知識，并且還要學(xué)習(xí)protel軟件和新的器件。 該系統(tǒng)特點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)新穎、顯示效果好、實(shí)用性強(qiáng)。理論與實(shí)際結(jié)合，本設(shè)計(jì)符合應(yīng)用

2、電子專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。關(guān)鍵字：AT89S51單片機(jī)； LED 點(diǎn)陣顯示； 動態(tài)顯示目 錄引言11系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與制作22.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)22.2系統(tǒng)總電路32.3 16×32點(diǎn)陣屏42.4行驅(qū)動電路42.5列驅(qū)動電路42.6電源模塊52.7系統(tǒng)PCB模塊63程序流程圖74結(jié)果調(diào)試與討論8總結(jié)9致謝10參考文獻(xiàn)11附 錄12附件1實(shí)物照片12引言隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對公共場合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場需求。目前LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。其已經(jīng)廣泛應(yīng)用到銀行、郵電、稅務(wù)、機(jī)場、車站、證券

3、市場及其它交易市場、醫(yī)院、電力、海關(guān)、體育場等多種需要進(jìn)行公告、宣傳的場所。由AT89S51為核心的點(diǎn)陣式LED漢字顯示屏，在公共場所的應(yīng)用也是非常廣泛的。LED點(diǎn)陣顯示器較為經(jīng)濟(jì)適用，它可以顯示字符、數(shù)字、漢字和簡單圖形，可以根據(jù)需要使用不同字號、字型，顯示亮度高低，并且對環(huán)境條件要求也比較低。LED顯示又可以分為單色顯示和雙色顯示，可以按照需要的大小、形狀和顏色進(jìn)行組合，并用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)各種文字或圖形的變化，達(dá)到宣傳和提示的目的。本設(shè)計(jì)雖僅僅顯示兩個(gè)漢字，但通過擴(kuò)展和程序編寫，它可以顯示8到10個(gè)，甚至更多。該LED顯示屏用途廣泛，一般用于各種公共場所，作為宣傳和廣告的工具。對于公共設(shè)施

4、服務(wù)有著極為重要的意義。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由AT89S51、1個(gè)74HC154、4個(gè)74HC595及LED顯示屏為核心組成的點(diǎn)陣式LED漢字顯示屏，主要由24MHZ晶振電路、復(fù)位電路、51單片機(jī)、點(diǎn)陣陽極驅(qū)動電路、點(diǎn)陣陰極驅(qū)動電路、16×32顯示屏6部分組成。采用的AT89S51單片機(jī)最小化應(yīng)用設(shè)計(jì)，P1口作為I/O口，輸出行數(shù)據(jù)和控制信號，P2口作為I/O口，與“寫”控制信號配合，輸出列控制信號。LED顯示采用動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)，控制電路部分由1片74HC154和4片74HC595傳輸信號，傳輸出來的信號通過74HC595輸出。再通過編譯最終達(dá)到依次顯示漢字的目的。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如

5、圖1所示圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與制作2.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控

6、制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。若將LED點(diǎn)陣的行列端口全部直接接入89S51單片機(jī)，則需要使用32條I/O口，這樣會造成I/O資源的耗盡，系統(tǒng)也再無擴(kuò)充的余地，因此，我們在實(shí)際應(yīng)用中只是將LED點(diǎn)陣的4-16線譯碼器74HC154來選擇控制，至于列選掃描信號則是由74HC595譯碼器來選擇，這樣一來列選擇控制只使用了單片機(jī)的4個(gè)I/O口，節(jié)約了很多I/O口資源，為單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充使用功能提供了條件。該電路總共用到12個(gè)I/O口，采用P1口作為輸出行數(shù)據(jù)和控制信號。P2口的4個(gè)口與“寫”控制信號配合，輸出列控制信號。P2口的另外4個(gè)I/O口是用作按鍵開關(guān)。單片機(jī)模塊電路

7、如圖2所示。圖2 單片機(jī)模塊電路2.2 系統(tǒng)總電路本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)作控制器，整個(gè)電路主要由單片機(jī)控制及其接口電路、驅(qū)動顯示電路、電源電路等部分組成。總電路原理圖如圖3所示。圖3 總電路原理圖2.3 16×32點(diǎn)陣屏采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每一行有一個(gè)行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個(gè)驅(qū)動器。驅(qū)動器采用74HC154。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，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)，而不會影響本行的顯示。故在此我們采用74HC595作為列驅(qū)動。當(dāng)74

8、HC154掃描到某一行時(shí)，74HC595決定哪一列該亮，就這樣快速掃描，就形成了圖像。2.4 行驅(qū)動電路此電路采用4/16譯碼器74HC154作為點(diǎn)陣的行驅(qū)動。將從RAM輸出四個(gè)信號分別輸入到74HC154譯碼器，然后輸出16位行信號，經(jīng)過16個(gè)1K的電阻，再輸入16個(gè)PNP8550三極管的B極來進(jìn)行對行信號的放大，其中所有的三極管的E極相連接+5V的電源，所有的C極接16個(gè)1K歐姆的電阻，得到的信號作為點(diǎn)陣LED的行輸入信號，通過對154的四個(gè)輸入信號進(jìn)行控制，改變行信號。由154和595的信號，控制二極管的亮、滅來顯示出所要求的字符、漢字。每個(gè)LED管亮需要7mA的電流，那么32個(gè)同時(shí)亮就

9、需要224mA的電流，所以我們要對行進(jìn)行驅(qū)動，我們采用晶體管8550對行信號進(jìn)行放大，使LED點(diǎn)陣能夠正常顯示。其行驅(qū)動電路如圖4所示：圖4 行驅(qū)動電路2.5 列驅(qū)動電路16行×32列為一個(gè)基本單元，則列驅(qū)動需用4片74HC595，其工作原理為：將八片74HC595級連，共用一個(gè)串行時(shí)鐘CLK及數(shù)據(jù)鎖存信號STR。當(dāng)?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過8×4=32個(gè)CLK時(shí)鐘后將全部移入74HC595中，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號STR，使數(shù)據(jù)鎖存在74HC595的后級鎖存器中，同時(shí)由行掃描控制電路產(chǎn)生信號使第一行掃描管導(dǎo)通，相當(dāng)于第一行LED的正端都接高平，顯然第一行LED管子的亮、滅

10、取決于74HC595中所鎖存的信號；在第一行LED管子點(diǎn)亮的同時(shí)，在74HC595中移入第二行需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，并同時(shí)由行掃描控制電路將第一行掃描管關(guān)閉而接通第二行，使第二行LED管子點(diǎn)亮以此類推，當(dāng)?shù)谑袙呙柽^后再回到第一行，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像，其列驅(qū)動電路如圖5所示：圖5 列驅(qū)動電路2.6 電源模塊設(shè)計(jì)采用5V電源電壓為其供電。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波器電路以及穩(wěn)壓電路所組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰闹?，然后?jīng)過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須經(jīng)過濾波電路加以濾

11、波（一般有10%左右的波動）負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。選用輸出電壓固定為+5V的三端集成穩(wěn)壓器7805.變壓器將電網(wǎng)220V電壓變?yōu)?6V電壓，經(jīng)橋式整流后，送入7805的輸入端，電容C1和C2用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償防止穩(wěn)壓器7805產(chǎn)生高頻自激和抑制電路引入的高頻干擾，C3是點(diǎn)解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。其電源電路圖如圖6所示：圖6 電源電路圖2.7 系統(tǒng)PCB模塊本作品采用通用的Protel 99SE版軟件完成PCB圖的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)用的元件數(shù)量不算多，用到2塊

12、集成塊、一片單片機(jī)與多個(gè)電阻和三極管及16*32的點(diǎn)陣屏，但是他們的連接卻是相當(dāng)復(fù)雜的，因此我們設(shè)計(jì)兩塊PCB圖，即主控制電路圖和點(diǎn)陣屏電路圖。我們采用的是單面布線策略，多處還使用到跳線、排針與排線來連接。已設(shè)計(jì)好的PCB圖如圖7所示。圖7 系統(tǒng)PCB圖3 程序流程圖程序在初始化后將存儲在ROM內(nèi)部的站點(diǎn)信息讀出，送至單片機(jī)的RAM，初步的進(jìn)行漢字點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理送至行驅(qū)動和列驅(qū)動，一般行的用74LS154，列用74HC595控制，工作原理是當(dāng)154掃描到某一行時(shí)，595決定哪一列該亮，就這樣快速掃描，形成了圖像了。它是用動態(tài)顯示的原理工作的，即每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)LED被點(diǎn)亮,因?yàn)樗?/p>

13、工作頻率很高,所以人的眼睛看不出來它是動態(tài)的,LED點(diǎn)陣輸入端有行和列,在不同的行和列之間接入信號相應(yīng)的LED就會被點(diǎn)亮,但同時(shí)只能有一個(gè)行和列被接入信號,否則會亂碼. 為讓人眼能看清楚字的顯示，對它進(jìn)行延時(shí)以控制顯示效果，使其循環(huán)處理。當(dāng)按下不同的按鍵時(shí)，即可讓字不同的滾動，當(dāng)顯示完畢就可結(jié)束。其流程圖如圖8所示：圖8 系統(tǒng)流程圖4 結(jié)果調(diào)試與討論根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對個(gè)電路模塊功能進(jìn)行逐級測試，LED驅(qū)動模塊的調(diào)試，程序模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測試。點(diǎn)陣屏測試：用2節(jié)1.5V直流

14、干電池串聯(lián)的到3V電壓，連接點(diǎn)陣屏測試各行各列點(diǎn)陣工作是否正常，顯示順序是否正確。測試結(jié)果無誤。主電路測試：將主電路連接到顯示正常的點(diǎn)陣屏上，接上電源，結(jié)果點(diǎn)陣屏無法正常顯示，點(diǎn)陣屏出現(xiàn)零散幾個(gè)亮點(diǎn)。估計(jì)原因：（1）電路是否有出現(xiàn)斷路現(xiàn)象。經(jīng)萬用表測試，各導(dǎo)線連接全部正常。（2）行驅(qū)動74HC154行驅(qū)動是否正常。我們換用另一塊同樣型號的74HC154，結(jié)果點(diǎn)陣屏還是無法正常顯示。（3）晶振電路不起振。我們將原電路的12M晶振換為16M晶振。結(jié)果點(diǎn)陣屏能正常顯示預(yù)期的字樣，但閃爍感強(qiáng)烈。這時(shí)，我們估計(jì)是晶振頻率不夠，后相繼換上24M個(gè)27M晶振，結(jié)果采用27M晶振點(diǎn)陣屏同樣出現(xiàn)閃爍感，而采用2

15、4M晶振，點(diǎn)陣屏顯示正常而且穩(wěn)定，無閃爍感現(xiàn)象。最后測試：最后測試左、右、上、下移動，移動正常。最后畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物調(diào)試成功?？偨Y(jié)雖然本設(shè)計(jì)只是一塊16*32漢字點(diǎn)陣電路的這幾，但是通過這兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺，它是我大學(xué)三年所學(xué)知識很好的總結(jié)。它的制作過程使我認(rèn)識到應(yīng)用電子的重要性，讓我知道時(shí)態(tài)的變化是多么的快，也讓我知道應(yīng)用電子在社會是處于一個(gè)什么樣的地位。這些更讓我堅(jiān)定不移的繼續(xù)學(xué)習(xí)應(yīng)用電子技術(shù)，選擇它是一個(gè)明確答案。以下是我在制作過程中，主要做了下面幾點(diǎn)較突出的工作：一、通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了LED的發(fā)光原理和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(diǎn)，明確了研究目標(biāo)。二、本文設(shè)計(jì)的LED顯示屏能