点阵LED电子显示屏[单片机课程设计]

本科生课程设计 题题 目目 名名 称称 点阵点阵 LED 电子显示屏电子显示屏 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 0909 级级 2 2 班班 学学 生生 姓姓 名名 赵晨赵晨 王琛王琛 张显飞张显飞 王永涛王永涛 陈志华陈志华 联联 系系 方方 式式 20122012年年 6 6 月月 目录目录 概述概述 1 一 设计要求与总体分析一 设计要求与总体分析 1 1 1 设计要求 1 1 2 基本工作原理及框图 1 二 硬件电路设计及说明二 硬件电路设计及说明 2 2 1 AT89C51 芯片 2 2 2 74HC138 译码器 3 2 3 16 16 点阵 4 三 软件设计分析三 软件设计分析 6 3 1 设计基本思路 6 3 2 软件设计流程图 6 3 3 程序 6 四 系统仿真与结果分析四 系统仿真与结果分析 10 4 1 PROTEUS软件基本概述 10 4 2 PROTEUS软件仿真电路图及结果 10 4 3 软件仿真分析 11 五 课程设计总结五 课程设计总结 12 概述概述 随着电子技术 特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术 的飞速发展 人类生活发生了根本性的改变 如果说微型计算机的出现使现代 科学研究得到了质的飞跃 那么可以毫不夸张地说 单片机技术的出现则是给 现代工业测控领域带来了一次新的技术革命 目前 单片机以其体积小 重量 轻 抗干扰能力强 对环境要求不高 高可靠性 高性能价格比 开发较为容 易 在工业控制系统 数据采集系统 智能化仪器仪表 办公自动化等诸多领 域得到极为广泛的应用 并已走人家庭 从洗衣机 微波炉到音响 汽车 到 处都可见到单片机的踪影 因此 单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个 国家工业发展水平的标志之一 本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元 件 驱动 LED 点阵显示所想要现实的汉字 一 设计要求与总体分析一 设计要求与总体分析 1 11 1 设计要求设计要求 1 设计 4 个 16 16 的 LED 电子显示屏 能稳定 清晰地显示图形或文字 2 图形或文字显示通过编程能实现静止 左移和右移等多种显示方式 3 采用动态扫描方式 保证在目测条件 LED 显示屏可亮度均匀地显示图形和 文字 并且稳定 清晰 无串扰 1 21 2 基本工作原理及框图基本工作原理及框图 LED 点阵总体框图如图 1 1 所示 点阵电路大体上可以分成微机本身的硬 件 显示驱动电路 控制信号电路三部分 控制电路部分包括一个 51CUP 和一 些外围电路 在整个电路当中单片机负责控制整个电路以及相应的程序的运行 与 PC 机的串行通讯 以及给屏体电路部分发送命令 点阵显示屏体 以及它的 行和列的各个驱动电路 2 此显示电路采用扫描方式进行显示时 每行有一个行驱动器 各行的同名 列共用一个列驱动器 由行译码器给出的行选通信号 从第一行开始 按顺序 依次对各行进行扫描 把该行与电源的一端接通 另一方而 根据各列锁存的 数据 确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通 接通的列 就在 该行该列点燃相应的 LED 未接通的列所对应的 LED 熄灭 可通过扫描输出口 的控制实现颜色的转换 图 1 1 基本工作原理框图 二 硬件电路设计及说明二 硬件电路设计及说明 2 12 1 AT89C51AT89C51 芯片芯片 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内 含 4k bytes 的反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据 存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司高密度 非易失性存储技术生产 兼容标 准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中央处理器 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合 可灵活应用于 各种控制领域 AT89C51 引脚如图 2 1 所示 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 3 单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型机 这些部件包括中央处理 器 CPU 数据存储器 RAM 程序存储器 ROM 定时器 计数器和多种 I O 接口 电路 8051 单片机的基本结构见图 2 2 图 2 2 8051 单片机的基本结构 2 22 2 74HC13874HC138 译码器译码器 4HC138 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 A3 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 E1 和 E2 和一个高有效 E3 除非 E1 和 E2 置低且 E3 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 图 2 3 74HC138 封装图 图 2 1 AT89C51 引脚 图 4 2 32 3 16 1616 16 点阵点阵 16 16LED 点阵其实就是 4 块 8 8 点阵 LED 级联而成的 因此特给出 8 8 点阵 LED 的工作原理 图 2 4 为 8 8 点阵 LED 外观及引脚图 其等效电 路如图 2 5 所示 只要其对应的 X Y 轴顺向偏压 即可使 LED 发亮 例如如果 想使左上角 LED 点亮 则 Y0 1 X0 0 即可 应用时限流电阻可以放在 X 轴或 Y 轴 而 16 16 就是在 8 8 原理的基础上将四块 8 8 级联而成 如图 2 6 图 2 4 8 8 点阵 LED 外观及引脚图 图 2 5 8 8 点阵 LED 等效电路 5 图 2 6 四块 8x8 点阵 LED 级联成 16x16 点 LED 驱动显示采用动态扫描方法 动态扫描方式是逐行轮流点亮 这样扫 描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器 以 16 16 点阵为例 把所有同一行的发光管的阴极连在一起 把所有同一列的发光管的阳极连在一 起 共阴的接法 先送出对应第 1 列发光管亮灭的数据并锁存 然后选通第 1 列使其燃亮一定的时间 然后熄灭 再送出第 2 列的数据并锁存 然后选通第 2 列使其燃亮相同的时间 然后熄灭 第 16 列之后 又重新燃亮第 1 列 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 就能看到显示屏上稳定的图形 显示数据可通过单片机的 P0 P2 口接驱 动电路传输到点阵行引脚 点阵的移动列扫描方式左移动 列向组字显示字符水平方向的移动 将原来字符点阵数组的 16 个数据重复一遍延长 点阵数组的数据个数为 32 个 每扫描一帧取 8 个数据显示 下一帧取数要在数组中后移一个数取数 循环一遍扫 16 帧 可以假想有两块 16 16 的点阵模块 共 32 帧 水平平行排 列 用一个恰好能罩住 16 列点阵的中空方框去罩这个点阵 第 1 第 1 帧 罩 住最左边数起第一列开始的 16 列 就扫描显示这 16 列 第 2 次 第 2 帧 使 方框右移一列 罩住做左边数起第 2 列开始的 16 列 就扫描显示这 16 列 这样每扫描完一帧使方框右移一列 最后第 16 次 第 16 帧 时 罩住左边数起的第 16 列开始的 16 列 就扫描显示这 16 列 如此完成 16 帧画面的扫描显示 也就完成了整个一次移动循环扫描 之后反复循环 即可 呈现显示字符沿水平向左移动的图像 因为是列向组字 列扫描方式 点阵数据为行码 上边为低位下面为高位 希望显示移动的一个字符 第 1 次扫描从行码的点阵数组中取第 1 16 个数 据 送行码输出口 对应于这 8 个数据 同时用列码输出口输出列码 分别控 制第 1 16 列 扫描完前 16 个数据之后 第 2 次扫描从点阵数组中取第 3 18 个数据 第 18 个数据与第 1 个数据同 送行码输出口 对应于这 16 个数据 同时用列码输出口输出列码 仍分别控制扫第 1 16 列 第 3 次扫描从点阵数 组中取第 5 20 个数据 第 20 个数据码与第 2 个数据码相同 扫 描 如此实现字符向左移动 6 以上完成一个图形移动的方法 也可以看成是移动 16 个不同的字形 首 先扫描第一个字型 同样是 16 行 16 次扫描 16 次显示 完成一个字型的扫 描以后 再扫描第二个字型 完成第二个字型的扫描之后 再扫描第三个字 型 依此类推 即可产生该文字的左移的感觉 三 软件设计分析三 软件设计分析 3 13 1 设计基本思路设计基本思路 在硬件方面基于 AT89C51 单片机的基础上 采用动态扫描的方式对 LED 点 阵进行扫描显示 运用 74HC138 对点阵进行列驱动 通过加上拉电阻对点阵进 行行驱动 在软件方面 通过定时中断让显示的文字更加稳定 更加清晰 由 字模生成软件得到所要的文字 图片在 LED 点阵中显示的代码 不断扫描各行 各列 通过人的视觉误差达到文字 图片的稳定显示 3 23 2 软件设计流程图软件设计流程图 3 33 3 程序程序 include 7 define uchar unsigned char define uint unsigned int define ulong unsigned long uchar flag uchar n uchar code table 32 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x0 0 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x 00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 xF0 0 x1F 0 x20 0 x12 0 x20 0 x12 0 x20 0 x12 0 x20 0 x1 2 0 xFC 0 xFF 0 x22 0 x12 0 x22 0 x12 0 x22 0 x12 0 x22 0 x12 0 xF2 0 x1F 0 x02 0 x 00 0 x0E 0 x00 0 x00 0 x00 电 0 16 X 16 新宋体 0 x00 0 x01 0 x00 0 x02 0 x00 0 x0C 0 xFE 0 x3F 0 x00 0 xE0 0 x00 0 x50 0 x7E 0 x1 5 0 x44 0 x15 0 x44 0 x95 0 x44 0 x75 0 x44 0 x55 0 x44 0 x15 0 x7E 0 x15 0 x00 0 x 10 0 x00 0 x10 0 x00 0 x00 信 1 16 X 16 新宋体 0 x00 0 x00 0 x08 0 x00 0 x08 0 x20 0 x08 0 x20 0 x08 0 x20 0 x08 0 x20 0 x08 0 x2 0 0 x08 0 x20 0 x08 0 x20 0 x08 0 x20 0 x08 0 x20 0 x08 0 x60 0 x08 0 x20 0 x18 0 x 00 0 x08 0 x00 0 x00 0 x00 二 2 16 X 16 新宋体 0 x08 0 x42 0 x08 0 x42 0 xF0 0 x7F 0 x11 0 x42 0 x92 0 x42 0 x04 0 x07 0 x18 0 x0 0 0 xE0 0 xFF 0 x04 0 x00 0 x04 0 x42 0 x04 0 x42 0 xFC 0 x7F 0 x04 0 x42 0 x04 0 x 42 0 x04 0 x42 0 x00 0 x00 班 3 16 X 16 新宋体 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x0 8 0 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x 00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 void delay void ulong offset void main void uchar i uchar p flag 0 x10 n 0 TMOD 0 x01 TH0 0 xb0 TL0 0 xf0 ET0 1 EA 1 TR0 1 p while 1 for i 0 i 8 i 显示左半边屏幕 P0 p offset 2 i P2 i 0 x08 P2 4 0 P2 3 1 选中 U2 输出扫描码给 U6 delay P0 0 x00 P0 p offset 2 i 1 P2 i 0 x10 P2 4 1 P2 3 0 选中 U3 输出扫描码给 U7 delay 9 P0 0 x00 for i 8 i 16 i 显示右半边屏幕 P0 p offset 2 i P2 i 8 0 x20 P2 5 1 P2 4 0 P2 3 0 选中 U4 输出扫 描码 U8 delay P0 0 x00 P0 p offset 2 i 1 P2 i 8 0 x40 P2 6 1 P2 5 0 P2 4 0 选中 U5 输出扫 描码 U9 delay P0 0 x00 void delay void uchar i j for i 0 i 100 i for j 0 j 100 j void timer0 interrupt 1 using 3 TF0 0 TH0 0 xb1 10 TL0 0 xf0 if n160 offset 0 n 0 四 系统仿真与结果分析四 系统仿真与结果分析 4 14 1 ProteusProteus 软件基本概述软件基本概述 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它 能从原理图布图 代码调试到单片机与外围电路协同仿真 一键切换到PCB 设计 真正实现了从概念到产品的完整设计 是目前世界上唯一将电路仿真 软件 PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台 其处理器模型支 持 8051 HC11 PIC10 12 16 18 24 30 DsPIC33 AVR ARM 8086 和 MSP430 等 4 24 2 ProteusProteus 软件仿真电路图及结果软件仿真电路图及结果 仿真电路图如下图 5 1 所示 11 图 5 1 仿真电路图 仿真结果如图 5 2 所示 仿真结果 4 34 3 软件仿真分析软件仿真分析 基于 Proteus 软件的模拟仿真