16X16點陣LED電子顯示屏設計

1、 單片機應用系統(tǒng)實驗設計 16X16點陣LED電子顯示屏設計班級：物電學院電信2班組員：呂勇軍 學號：201011020219 黃 波 201011020220指導老師：彭建英 日期：2012年12月1號第一章 緒論1.1 單片機的應用單片機是生活必不可缺的，顧名思義單片機的應用是很廣泛的，導彈的導航裝置、飛機上各種儀表的控制、計算機的網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動化過程和實時控制數(shù)據(jù)處理、廣泛使用的智能IC卡、民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)、錄像機和攝像機、全自動洗衣機的控制、以及程控玩具、電子寵物等等。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域。

2、1.2電子顯示屏隨著現(xiàn)代光電技術、微電子技術及計算機技術的飛速發(fā)展和普及，LED顯示屏已遍及社會的各個領域。簡單的講，顯示屏就是由若干個可組合拼接的顯示單元構成屏體，再加上一套適當?shù)目刂破?。所以多種規(guī)格的顯示板配合不同技術的控制器就可以組成許多種LED顯示屏，以滿足不同環(huán)境，不同顯示要求的需要。LED顯示屏是由幾萬到幾十萬個半導體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發(fā)已經達到了實用階段。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶

3、顯示屏無法比擬的優(yōu)點。LED顯示屏的分類：按顏色可以分為單基色顯示屏、雙基色顯示屏、全基色顯示屏；按顯示器分類LED數(shù)碼顯示屏、LED點陣圖文顯示屏；按實用場合分類有室內顯示屏和室外顯示屏。仔細分解一個LED顯示屏，它有以下一些要素構成：金屬結構框架、顯示單元、掃描控制板、開關電源、雙絞線傳輸電纜、主控制儀、專用顯示卡及多媒體卡、電腦及其外設、其它信息源。 第二章 系統(tǒng)整體方案2.1 需要實現(xiàn)的功能用移動顯示屏來顯示漢字，通過單片機AT89C52的行掃描和74LS138芯片的列掃描使點陣顯示屏移動顯示“湖南文理學院物電”的字幕。點陣模塊：此點陣模塊由四個8*8點陣組成，圖為8×8點陣

4、LED外觀及引腳圖，只要其對應的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。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軸。8*8LED點陣等效電路如圖2.1.2所示 8X8點陣LED工作原理說明 :8X8點陣共需要64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：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

5、能如下圖流程圖圖2.1.3所示：四個8*8點陣三極管列掃描模塊顯示模塊行掃描模塊時鐘電路復位電路本電路使用AT89C52實現(xiàn)行驅動，對顯示模塊從上至下的掃描，用74LS138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74ls138譯碼器，74ls138譯碼器的輸出是低電平有效，故實現(xiàn)邏輯功能時，輸出端不可接或門及或非門（因為每次僅一個為低電平，其余皆為高電平）；74ls138譯碼器有使能端，故使能端必須加以處理，否則無法實現(xiàn)需要的邏輯功能。在片選使用狀態(tài)下輸入中8線始終只有1線為0， 此74ls138芯片在單片機系統(tǒng)中極大限

6、度的起到了擴展IO資源的作用，只要用單片機的2個IO引腳資源就能控制8個輸出，而且程序的編制也容易實現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)軟件的設計軟件程序是整個控制系統(tǒng)的核心部分。顯示部分采用動態(tài)掃描的方式，實現(xiàn)對顯示屏要顯示的漢字、圖像、字符等數(shù)據(jù)信息進行傳輸控制以及顯示等功能。程序中將數(shù)據(jù)存儲器分為三個區(qū)：顯示緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)和接收緩沖區(qū)。單片機通過串口中斷接收PC機傳來的數(shù)據(jù)，暫時存放在接收緩沖區(qū)，經分析處理后按一定的規(guī)律放入數(shù)據(jù)存儲區(qū)保存起來，然后再根據(jù)顯示方式依次從數(shù)據(jù)存儲器中取出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)中用于顯示。顯示采用逐行掃描的方式，圖5是顯示一屏字符的程序流程圖。與PC機的實時通信部分主要是利用單片

7、機串口中斷接收數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)與計算機的數(shù)據(jù)信息傳輸。其程序流程圖如圖5和6附錄所示。第三章 系統(tǒng)硬件電路的設計3.1單片機系統(tǒng)及外圍電路3.1.1 單片機的選擇本設計選用了AT89C52單片機作控制3.1.2 AT89C52芯片介紹概述：AT89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、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通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2

8、（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，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整狀態(tài)進入的控制功能

9、。AT89C52的引腳圖如下圖3.2所示： 3.1.3 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3.2.3）和復位電路（3.2.4）時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產生時鐘頻率復位電路由一個電阻、按鍵和一個電容組成，用來產生復位信號，使單片機上電的時候復位。AT89C52單片機芯片內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，時鐘可由內部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內部振蕩電路就會產生自激振蕩。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

10、,電容的大小頻率起微調的作用 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)單片機錯誤復位，而可能會引起內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。3.2 驅動電路3.2.1 74LS138芯片簡介74LS138 為3 線8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結構型式，其工作原理如下：當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（E2)和/(E3)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進

11、制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 利用 E1、E2和E3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。74LS138的引腳圖如圖3.3所示：圖 3.33.2.2 驅動電路的構成本設計的驅動電路由電阻和PNP的三極管構成，由三極管將電流放大，再通過三極管的集電極輸出給點陣顯示屏，使其足夠亮。其驅動電路的電阻值是采用4.7K歐姆的電阻，其驅動電壓為5V。行驅動電路如圖3.3.2所示，列驅動電路如圖3.3.3所示：3.316*16LED顯示屏電路和原理16*16LED顯示屏電路由四個8*8LE

12、D點陣組成的，其中二極管的正極控制器也就是AT89C52，負極接譯碼器也就是74LS138。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IO口資源使整機硬件達到最簡。8*8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16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三種方式，則頻率必須大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合視覺暫留要求。此外一次驅動一列或一行（8顆LED）時需外加驅動電路提高電流，否則LED亮度會

13、不足。8X8點陣LED工作原理說明 :8X8點陣共需要64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：對應的行置0，而列則采用掃描的方法來實現(xiàn)。電路如圖3.4所示： 第四章 系統(tǒng)程序的設計系統(tǒng)主程序 #include<reg52.h>sbit SH_CP=P20;sbit DS=P21;sbit ST_CP=P22;unsigned ch

14、ar code display=0x10,0x04,0x60,0x04,0x02,0x7E,0x8C,0x01,0x00,0x00,0x88,0x1F,0x88,0x08,0xFF,0x08,0x88,0x08,0x88,0x9F,0x00,0x60,0xFE,0x1F,0x22,0x42,0x22,0x82,0xFE,0x7F,0x00,0x00,/*"湖",0*/0x04,0x00,0xE4,0xFF,0x24,0x00,0x24,0x08,0x64,0x09,0xA4,0x09,0x24,0x09,0x3F,0x7F,0x24,0x09,0xA4,0x09,0x64,

15、0x09,0x24,0x48,0x24,0x80,0xE4,0x7F,0x04,0x00,0x00,0x00,/*"南",1*/0x08,0x80,0x08,0x80,0x08,0x40,0x38,0x40,0xC8,0x20,0x08,0x11,0x09,0x0A,0x0E,0x04,0x08,0x0A,0x08,0x11,0xC8,0x20,0x38,0x40,0x08,0x40,0x08,0x80,0x08,0x80,0x00,0x00,/*"文",2*/0x04,0x20,0x84,0x60,0x84,0x20,0xFC,0x1F,0x84,0x

16、10,0x84,0x10,0x00,0x40,0xFE,0x44,0x92,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x7F,0x92,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x44,0x00,0x40,0x00,0x00,/*"理",3*/0x40,0x04,0x30,0x04,0x11,0x04,0x96,0x04,0x90,0x04,0x90,0x44,0x91,0x84,0x96,0x7E,0x90,0x06,0x90,0x05,0x98,0x04,0x14,0x04,0x13,0x04,0x50,0x04,0x30,0x04,0x00,0x00,/*"

17、學",4*/0x00,0x00,0xFE,0xFF,0x22,0x04,0x5A,0x08,0x86,0x07,0x10,0x80,0x0C,0x41,0x24,0x31,0x24,0x0F,0x25,0x01,0x26,0x01,0x24,0x3F,0x24,0x41,0x14,0x41,0x0C,0x71,0x00,0x00,/*"院",5*/0x40,0x02,0x3C,0x06,0x10,0x02,0xFF,0xFF,0x10,0x01,0x10,0x01,0x20,0x04,0x10,0x42,0x8F,0x21,0x78,0x18,0x08,0x46,

18、0xF8,0x81,0x08,0x40,0xF8,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,/*"物",6*/0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x1F,0x88,0x08,0x88,0x08,0x88,0x08,0x88,0x08,0xFF,0x7F,0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0x88,0xF8,0x9F,0x00,0x80,0x00,0xF0,0x00,0x00,/*"電",7*/;void hc595_senddat(unsigned char dat)unsigned char i;for(i=0;i<8;i+)DS=dat&0x80;SH_CP=1;SH_CP=0;dat<<=1;main()unsigned char i;char j;SH_CP=0;ST_CP=0;while(1)for(i=0;i