基于單片機(jī)16X16顯示屏的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計論文

目錄TOC\o"1-3"\h\u30491緒論 4290331.1課題背景 4196031.2現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4157501.3課題意義 5130683系統(tǒng)硬件設(shè)計 6190203.1單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 6272073.2列驅(qū)動器 7126923.3行驅(qū)動器

873313.4元件清單 9134424系統(tǒng)軟件設(shè)計 10199494.1顯示驅(qū)動程序 10230444.2系統(tǒng)程序清單 10313375系統(tǒng)調(diào)試及性能分析 1687515.1開發(fā)環(huán)境介紹 16192445.2系統(tǒng)調(diào)試

1632180結(jié)束語 1629268主要參考文獻(xiàn) 1729116致謝 175594附錄作品實物圖 17

基于單片機(jī)16*16顯示屏的設(shè)計與實現(xiàn)摘

要

：隨著時代的快速發(fā)展，人們需要傳遞的信息也越來越多，而如何實現(xiàn)信息的快速傳遞以及讓人們很好的去接受是發(fā)展中需要著重考慮的問題。而本文介紹的是一個16*16點陣LED顯示屏的設(shè)計。LED點陣顯示屏作為新興的顯示器件，應(yīng)用非常廣泛，是由多個獨立的發(fā)光二極管組合而成，LED顯示屏可以顯示數(shù)字和符號，能直觀、有效的進(jìn)行信息傳播。本文設(shè)計以單片機(jī)AT89S51為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動由4塊8*8點陣組成16*16的點陣顯示屏。該電子顯示屏可以按需顯示各種文字。在本設(shè)計中主要用74HC595來驅(qū)動16*16點陣顯示屏的列，用74HC164來驅(qū)動16*16點陣顯示屏的行，最終可以實現(xiàn)在顯示屏上顯示“湘信院電子信息系歡迎您！”。關(guān)鍵詞：AT89S51單片機(jī)；74HC595驅(qū)動；LED點陣顯示

1緒論1.1課題背景近年來隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，點陣顯示器件作為現(xiàn)代信息顯示的重要媒體，在各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。因此點陣顯示器件的研制、生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展，形成了光電子行業(yè)新興的產(chǎn)業(yè)。LED顯示屏以其外形美觀大方，顯示內(nèi)容信息量大，操作使用靈活方便著稱，主要應(yīng)用在金融證券、廣告宣傳、公交、車站、體育、軍事等許多領(lǐng)域。在各種公共場所，我們幾乎都能看到LED顯示屏，可見其在我們的日常生活中的重要性。由于我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對信息的傳播要求也越來越高，而LED顯示屏憑借其顯示信息量大、壽命長、能耗小、重量輕、空間尺寸小、穩(wěn)定性能高、便于維護(hù)操作和安裝等特點，在社會中有著非常重要的作用。1.2現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢現(xiàn)狀：目前由于LED顯示屏造價偏貴，所以其主要應(yīng)用于比較高檔的場所，一般在城市的繁華地區(qū)比較常見，作為多媒體廣告和信息傳遞的一部分。而單雙色LED顯示屏主要應(yīng)用于交通,商場，銀行，證券交易所等公眾場所。

而國內(nèi)的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的快速發(fā)展，已經(jīng)初步形成了具有一定規(guī)模的企業(yè)。而這些企業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，不斷對產(chǎn)品進(jìn)行研究，進(jìn)而推陳出新，正在縮小與國外的技術(shù)差距。

發(fā)展趨勢：現(xiàn)代信息化社會中，作為人—機(jī)信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅猛發(fā)展。而二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將會是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑將有更大的發(fā)展，并且有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。在未來幾年中，LED顯示屏?xí)呌跇?biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。而隨著全球?qū)Νh(huán)境的重視以及節(jié)能減排的盛行，環(huán)保和節(jié)能將成為市場的共識，加上更多相關(guān)利好政策的引導(dǎo)，LED顯示屏的市場需求量將會越來越大；另一方面，隨著LED顯示屏技術(shù)難關(guān)的攻克，發(fā)光顯示器件的質(zhì)量、亮度日趨完美，價格也進(jìn)一步降低，這也會擴(kuò)大市場的需求。由此可以預(yù)測在未來，LED顯示屏行業(yè)將更加炫燦。1.3課題意義如今走在城市的大街小巷，到處都可以看到閃爍的點陣電子顯示屏，這些顯示屏上流動的字符讓我們能夠以最快的速度了解當(dāng)前的一些信息。對點陣電子顯示屏的制作與改進(jìn)也成為了一項熱門的技術(shù)。而通過本課題的設(shè)計，讓我對LED顯示屏這個行業(yè)有了比較深刻的認(rèn)知，并擴(kuò)寬了知識面，對大學(xué)期間所學(xué)的理論知識也進(jìn)行了很好的實踐。并且掌握了51單片機(jī)的軟硬件開發(fā)工具的使用，為以后從事相關(guān)的工作積累了經(jīng)驗。2功能要求及方案介紹2.1功能要求本文設(shè)計的是一個采用51單片機(jī)作為微控制器的16*16的點陣顯示屏顯示效果的實現(xiàn)，要求在目測的情況下，LED點陣顯示屏的亮點均勻、充足，能清晰的觀看到字符在顯示屏上穩(wěn)定、無串?dāng)_的顯示。2.2方案介紹理論上，在LED顯示屏上無論是顯示文字還是圖形，只要控制了與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應(yīng)的器件發(fā)光，就可以取得我們想要的顯示效果，而我們的設(shè)計是由四個8×8的點陣構(gòu)成一個16×16的點陣的顯示屏。每個發(fā)光二極管是放置在列線和行線的交叉點上行，如果LED的而陰極與列相連，陽極與行相連，那么只要給該LED相對應(yīng)的列以低電平，行以高電平，那么相對應(yīng)的LED就會亮。這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)顯示方式。而本文設(shè)計所采用的數(shù)據(jù)顯示方式卻是：動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示方式顯示時，每行都有一個驅(qū)動器，其是根據(jù)數(shù)據(jù)對相應(yīng)的LED點陣進(jìn)行逐行輪流點亮。因點亮的輪回速度夠快，所以視覺上，我們并不會覺得顯示的字符不穩(wěn)定、不清晰。顯示的數(shù)據(jù)一般按8位一個字節(jié)順序排放存儲在單片機(jī)的存儲器中。而顯示時要把數(shù)據(jù)傳到相應(yīng)的列驅(qū)動上，這里就需要考慮數(shù)據(jù)的傳輸方式：并行方式傳輸還是串行方式傳輸。并行方式傳輸數(shù)據(jù)時，各個位同時傳送，速度快，但通信線多，所需硬件也多，成本高，故不適于遠(yuǎn)距離通信。所以一般情況下，我們采用的是串行傳輸?shù)姆绞健?系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路單片機(jī)最小系統(tǒng)采用的是ATMEL公司生產(chǎn)AT89S51芯片，它是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytes的Flash只讀程序存儲器，因其功能強大且價格低廉，故應(yīng)用于許多嵌入式控制系統(tǒng)中。單片機(jī)控制顯示屏顯示的設(shè)計方案：單單片機(jī)列驅(qū)動器行驅(qū)動器LED顯示點陣列驅(qū)動器行驅(qū)動器LED顯示點陣最小系統(tǒng)：1K1KUSB供電電路：注：單片機(jī)40腳要求的+5V電源從SW_VCC引出（即二極管陽極）硬件設(shè)計整體電路圖：3.2列驅(qū)動器因為掃描行線，列線輸入數(shù)據(jù)，需要引腳眾多，所以采用移位寄存器74HC595為列驅(qū)動器。它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。74HC595的主要優(yōu)點是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場合非常實用，數(shù)碼管不會有閃爍感。而74HC595還有輸出端時能/禁止控制端，可以使輸出為高阻態(tài)。74HC595結(jié)構(gòu)及引腳說明：符號引腳說明Q0...Q715,1-7并行數(shù)據(jù)輸出Q7’9串行數(shù)據(jù)輸出MR10主復(fù)位GND8地SH_CP11移位寄存器時鐘輸入ST_CP12存儲寄存器時鐘輸入OE13輸出Ds14串行數(shù)據(jù)輸入筆記VCC16電源羅在74HC595控制LED顯示時，LED選碼由一個74HC595并行輸出口控制，因此，LED采用掃描的方法來實現(xiàn)不同字符的顯示。在顯示字符的瞬間，74HC595并行輸出口輸出相應(yīng)字符選碼，而位選則控制I/O口在該顯示位送入低電平。如此輪流，達(dá)到用戶想要的效果。3.3行驅(qū)動器

為了充分利用單片機(jī)的接口，本設(shè)計采用了一個74HC164譯碼器，其輸入是一個16進(jìn)制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號。74HC164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（DSB或DSA）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端不連接在一起時，一定要把不用的輸入端接高電平。74HC164結(jié)構(gòu)及引腳說明：符號引腳說明DSA1數(shù)據(jù)輸入DSB2數(shù)據(jù)輸入Q0~Q33~6數(shù)據(jù)輸出GND7地(0V)CP8時鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)）/M/R9中央復(fù)位輸入（低電平有效）Q4~Q710~13數(shù)據(jù)輸出VCC14正電源羅畝的筆記管腳1和管腳2是兩個串行數(shù)據(jù)輸入，管腳3,4,5,6,10,11,12,13（ Q0-Q7）為8位并行數(shù)據(jù)輸出，Q7為最高位，Q0為最低位。3.4元件清單本設(shè)計中所用到的元件清單如下：耗材名稱說明規(guī)格（型號）萬能板16位數(shù)據(jù)線用于輸入數(shù)據(jù)，16根掃描線用于控制對應(yīng)列的LED亮與不亮140cm×90cm單片機(jī)AT89S51IC插座16腳40腳晶振12M瓷片電容22PF電解電容10μ芯片74HC59574HC164排阻1K電阻1KLED發(fā)光二極管開關(guān)按鍵開關(guān)撥動開關(guān)8*8LED點陣4個USB母口A型USB延長線公—公4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1顯示驅(qū)動程序顯示驅(qū)動程序在進(jìn)入中斷后首先要對定時器T0重新賦初值以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前亮的行號，從顯示緩存區(qū)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。顯示驅(qū)動程序流程圖：進(jìn)進(jìn)入中斷定時器賦初值讀取行號并加讀取行號并加1送新行顯示數(shù)據(jù)送新行顯示數(shù)據(jù)切換顯示數(shù)據(jù)切換顯示數(shù)據(jù)退出中斷退出中斷4.2系統(tǒng)程序清單本文設(shè)計是通過4個8*8點陣顯示屏組成一個16*16的點陣顯示屏，要求能在顯示屏上顯示“湘信院電子信息系歡迎您！”。采用C語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)，具體程序如下：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineNUM15//要顯示的字的最大數(shù)目sbitsclk=P1^0;//595移位時鐘信號輸入端sbitda=P1^1;//595數(shù)據(jù)信號輸入端sbitst=P1^2;//595鎖存信號輸入端uintk,n;//k：要顯示的字的編號；n：定時中斷次數(shù)//點陣字模表ucharcodecol[][32]={//“湘”{0x02,0x00,0x42,0x04,0x32,0x7E,0x12,0x44,0x8F,0xC4,0x62,0x44,0x26,0x7C,0x07,0x44,0x1A,0xC4,0x2A,0x44,0xF2,0x7C,0x22,0x44,0x22,0x44,0x22,0x44,0x22,0x7C,0x22,0x44},//“信”{0x08,0x80,0x08,0x44,0x0F,0xFE,0x10,0x00,0x10,0x08,0x37,0xFC,0x50,0x00,0x90,0x08,0x17,0xFC,0x10,0x00,0x13,0xF8,0x12,0x08,0x12,0x08,0x12,0x08,0x13,0xF8,0x12,0x08},//“院”{0x00,0x80,0x78,0x40,0x4F,0xFE,0x54,0x02,0x58,0x14,0x63,0xF8,0x50,0x00,0x48,0x08,0x4F,0xFC,0x48,0xA0,0x68,0xA0,0x50,0xA0,0x41,0x22,0x41,0x22,0x42,0x1E,0x4C,0x00},//"電"{0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x10,0x7F,0xF8,0x42,0x10,0x42,0x10,0x7F,0xF0,0x42,0x10,0x42,0x10,0x7F,0xF0,0x42,0x10,0x02,0x00,0x02,0x04,0x02,0x04,0x01,0xFC,0x00,0x00},//"子"{0x00,0x00,0x3F,0xF0,0x00,0x10,0x00,0x20,0x00,0x40,0x01,0x80,0x01,0x04,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x05,0x00,0x02,0x00},//"信"{0x08,0x80,0x08,0x44,0x0F,0xFE,0x10,0x00,0x10,0x08,0x37,0xFC,0x50,0x00,0x90,0x08,0x17,0xFC,0x10,0x00,0x13,0xF8,0x12,0x08,0x12,0x08,0x12,0x08,0x13,0xF8,0x12,0x08},//"息"{0x02,0x00,0x04,0x10,0x1F,0xF8,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x02,0x00,0x51,0x84,0x50,0x92,0x90,0x12,0x0F,0xF0},//"系"{0x00,0x38,0x7F,0xC0,0x04,0x00,0x04,0x10,0x08,0x20,0x3F,0xC0,0x01,0x00,0x02,0x20,0x04,0x10,0x3F,0xF8,0x01,0x08,0x09,0x20,0x09,0x10,0x11,0x08,0x25,0x08,0x02,0x00},//"歡"{0x00,0x80,0x00,0x80,0xFC,0x80,0x04,0xFC,0x45,0x04,0x46,0x48,0x28,0x40,0x28,0x40,0x10,0x40,0x28,0x40,0x24,0xA0,0x44,0xA0,0x81,0x10,0x01,0x08,0x02,0x0E,0x0C,0x04},//"迎"{0x00,0x00,0x41,0x84,0x26,0x7E,0x14,0x44,0x04,0x44,0x04,0x44,0xF4,0x44,0x14,0xC4,0x15,0x44,0x16,0x54,0x14,0x48,0x10,0x40,0x10,0x40,0x28,0x46,0x47,0xFC,0x00,0x00},//"您"{0x09,0x00,0x09,0x00,0x13,0xFC,0x12,0x04,0x34,0x48,0x59,0x40,0x91,0x50,0x12,0x4C,0x14,0x44,0x11,0x40,0x10,0x80,0x02,0x00,0x51,0x84,0x50,0x92,0x90,0x12,0x0F,0xF0},//"!"{0x00,0x00,0x01,0x80,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x03,0xC0,0x01,0x80,0x01,0x80,0x01,0x80,0x00,0x00,0x01,0x80,0x03,0xC0,0x01,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00}};//毫秒級延時子程序voiddelay(uintx){uinti,j;for(i=0;i<x;i++)for(j=0;j<120;j++);}//寫74HC595voidwrite595(ucharwrdata){ uchari,kdat; kdat=wrdata; for(i=8;i>0;i--){//從高位到低位送數(shù)據(jù)輸入端 sclk=0;//時鐘信號拉低 da=kdat&0x80;//送當(dāng)前數(shù)據(jù)信號 kdat=kdat<<1;//處理下一次要送的數(shù)據(jù) sclk=1;//時鐘信號拉高 }}//74HC595送內(nèi)容到鎖存器voidout595(void){ st=0; _nop_(); _nop_(); st=1;//上升沿將數(shù)據(jù)送到輸出鎖存器 _nop_(); _nop_(); st=0;}//T0中斷，定時2s，更改要顯示的字編號voidtime()interrupt1{n--;//中斷次數(shù)減1 if(n==0){//需要的定時時間到k++;//顯示字編號更改n=4000;//中斷次數(shù)重新設(shè)定 //字全部顯示完，則回到第一個數(shù)繼續(xù)顯示if(k==15)k=0;}}main(){uinti; uchartemp; TMOD=0x02;//T0定時，工作方式2TL0=0x06;TH0=0x06;//定時初值TR0=1;//啟動T0EA=1;//總中斷開ET0=1;//T0中斷開n=4000;//中斷次數(shù)初值while(1){ temp=0xfe;for(i=0;i<16;i++){ //選擇行 if(i<8){ P2=0xff;//行高8位 P0=temp;//行低8位 } else{ P2=temp;//行高8位 P0=0xff;//行低8位 }write595(col[k][2*i]);//寫列高8位 write595(col[k][2*i+1]);//寫列低8位 out595();//送數(shù)據(jù)到鎖存器 delay(2); temp=_crol_(temp,1);//行修改 }}}5系統(tǒng)調(diào)試及性能分析5.1

開發(fā)環(huán)境介紹