基于51的LED汉字显示系统设计制作

1、LED汉字点阵显示系统1课题任务： 基本要求：采用单片机和LED点阵显示模块设计实现组合点阵信息显示。提高要求：具有显示内容自动更新的功能以完成对任意存储的信息内容进行完整的显示。 设计内容：设计一块16x48的组合点阵显示屏,能够平滑滚动显示编程设定的数量较多的汉字，并在一段时间间隔内循环显示时间、年、月、日与星期。2、方案比较与选择： 方案一： 1、采用89C52单片机为核心器件； 2、显示屏由三块1616LED点阵显示器组成，可一次动态显示，实现静止、移入移出等多种显示方式可显示四个或更多的汉字；3、行扫描采用74HC154 4-16线译码器。列驱动采用SN74HC595 8位传入并处移

2、位寄存器。 4、通过编程能够随时对汉字进行修改、调整。5、采用DS1302进行实时时间的存取。 方案二： 1、采用89C52单片机为核心器件； 2、 显示屏由12个88的点阵显示器组成1个1648点阵LED电子显示器，可动态显示，使文字能够平滑左移显示； 3、通过89C52单片机控制一个由两片74LS138组成的行驱动器和六个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示 ；4、通过编程能够随时对汉字进行修改、调整。 5、采用DS1302进行实时时间的存取。方案实现： 设计思路：从尽可能降低成本的角度考虑，由于88的点阵更经济，74HC138与74HC154相比仅需要增加23根连线即可实现相同功能且价

3、格很低，并且能够达到相同的显示效果，故采用方案二，用12个88的点阵显示器组成1个1648点阵LED电子显示器。具体实现方法如下：1）用两片74LS138作为1648点阵LED显示器的行选通信号，六片级联的74HC595作为列选通信号；2）P0口作为I/O口；3）P1口用来驱动74LS138；4）P3.5、P3.6、P3.7分别作为SN74HC595的串行输入端、串行输入时钟端和并行输出时钟端；5）通过取模软件来得到所需显示汉字的阳码显示字模，替换程序相应位置，来实现汉字的显示。 6）通过对DS1302进行一次初始化在保持有微小电源供电情况下即可实现时间的实时更新、存储与读取。3电路设计:3.

4、1 电路的工作原理3.1.1 硬件电路设计根据设计要求与设计思路，硬件电路设计框图如图3.1所示。硬件电路由七部分组成：电源电路、时钟电路、复位电路、AT89C52单片机、点阵显示器阳极驱动电路、阴极驱动电路和1648点阵显示电路。图3.1 硬件电路设计框图在单片机电路中，P0口作为I/O口，输出行数据和控制信号。P1.0到P1.3口作为I/O口输出列控制信号。用两片74HC138作为1648点阵LED显示器的行选通信号，六片级联的74HC595作为列选通信号。在16片74HC138和点阵之间分别加入16片8550三极管，以增加138的驱动能力，防止灌入138的电流过大。DS1302：DS13

5、02 是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字。此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存

6、器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302时钟精准，仅需要一次初始化即可，节省了后续手动调整时间的环节。74HC138：74HC138 为3线8 线译码器，当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和(/E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。74HC595：74HC595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（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp（存储器

7、时钟输入）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。当MR为高电平，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，OE为使能端，低电平有效，当OE为低时，输出使能，为高关闭使能，并不影响其他输入端。3.1.2 88点阵LED显示器汉字显示工作原理88点阵LED显示器有两种接线方式，即共阴极接法和共阳极接法。我们采用共阳极接法，原理图如图

8、3.2所示。每一行发光二级管的阳极接在一起，有一个引出端，每一列发光二级管的阴极接在一起，有一个引出端。在某一时刻只有某一行的选通线上输出高电平，该行二极管处于导通状态，其他各行的二极管熄灭，列选通线上的电平信号控制该行数码管的亮灭。轮流向各位数码管送出相应的段选和位选，利用发光管余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。给发光二级管阳极引出端加高电平，阴极引出端加低电平时，左上角的二极管点亮。因此，对行和列的电平进行扫描控制时，可以实现显示不同汉字的目的。图3.2 共阳极接法原理图3.1.3 控制电路工作原理由单片机的P3.4口向74HC595串行发送字模数据，每次发送8

9、个字节，前6字节由前6个74HC595并行输出，作为点阵的列选通信号，后面两个74HC595作为后一个将要移入汉字两字节移入数据的暂存器。通过定时器中断程序与74HC595的串入时钟信号组合来实现数据的平滑左移。P1.0至P1.3通过由两片74HC138构成的4-16译码器输出行数据，并经由三极管8550控制16行，最终达到显示汉字的目的，用控制电路来控制其电路的开始和结束。3.2 LED点阵显示系统的硬件设计3.2.1 显示驱动部分LED点阵采用26模块，每4块排列成一个1616的点阵，用于显示一个汉字。点阵的每一列的所有的LED共阳极，每一列的LED共阴极。系统由单片机控制。行线用两个74

10、LS138译码，将行信号作为两个译码器地址输入，可以得到16行的行值信号，如图3.3所示。而列驱动部分则用6个74HC595驱动，由单片机的P3.4口向74HC595串行发送字模数据，可以得到16列的列值信号，如图3.4所示。图3.3 行驱动电路图3.4 列驱动电路3.2.2 LED点阵显示方式LED点阵显示方式由动态显示和静态显示之分。静态显示只需在定时中断处理程序中从显示缓冲区调入相应的一行显示数据，然后选中该行即可实现该行的显示，如此循环，便可显示整个内容。我们设计的这个电路的显示则采用逐行扫描方式，即动态显示的方式。工作时，由单片机从缓冲区取出第一行需要显示的8字节点阵数据，再由列点阵

11、数据输入端P0.0口按位依次串行输入至列移位寄存器，其数据输入的顺序与显示内容的顺序相反。经延时一段时间后再进行下一行点阵数据的显示。每次选通一行数据，通过不断的逐行扫描来实现汉字或字符的显示。由于人眼的视觉滞留现象及二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但我们所观察到的是一组稳定的显示数据即完整的汉字显示。3.3 LED点阵外围电路3.3.1 电源电路电路主要分为：变压、整流、滤波、稳压四个部分。电流进入电路，通过一个220V变5V的电源变压器把220V的交流电压变为5V的交流电压，然后将变压器次级线圈输出的5V交流电压经过全桥QD2进行全波整流,C19滤波，LM7805稳压后

12、，输出稳定的+5V直流工作电压，如图3.5所示。图3.5 电源电路3.3.2 复位电路89C52的复位是由外部的复位电路来实现的。AT89C52的复位引脚RST通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来控制噪音，当在80C51单片机的RST引脚入高电平并保持2个机器周期时，单片机就执行复位操作（若引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。我们采用的是按钮复位按键手动复位。按键手动复位由电平方式和脉冲方式两种，我们采用的是电平复位。电平复位是通端经电阻与电

13、源VCC接通而实现的，如图3.6复位所示。时钟频率取12MHZ, R为10K欧姆，C为10F。图3.6 复位电路3.3.3 时钟电路AT89C52单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。采用内部时钟方式89C52单片机各功能的运行都是以时钟控制信号为基准、有条不紊的工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，始终电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器，如图时钟电

14、路所示，是89C52内部时钟方式的振荡器电路。电路中的电容C3、C2典型值通常选择30pF，对外接电容虽然没有严格要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器稳定性和起振的快速性。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也越快，所以我选用的晶振是24MHZ晶振。晶振为24MHZ时的机器周期的计算：一个机器周期=12个振荡周期，时钟频率f=1/T, 一个机器周期=1/T*12,若晶振=24MHZ,一个机器周期=1/24M*12=0.5s 外部时钟方式时把外部已有的时钟信号引入到单片机内,此方式常用与多片80C52单片机同时工作,以便各单片机的同步。图3.7 时钟电路3.4

15、1648LED点阵显示屏硬件电路图由以上分析可得出我们所设计的点阵显示屏硬件电路图，此硬件电路图以89C52单片机为核心，辅以外围电路连接到1648LED点阵显示屏上，如图3.8所示。图3.8 单片机、锁存器与LED显示器连接4程序设计：4.1 程序设计任务 所设计程序应能够满足设计任务需要，在程序中应有显示扫描程序、时钟数据读取子程序、显示移动子程序、汉字字模数据发送、行列驱动程序等模块。能够使显示屏上的显示内容稳定清晰显示、平滑移动，实时更新内容。4.2 程序流程图4.2.1 主程序流程图如图4.1所示。图4.1 主程序流程图4.2.2 显示程序流程图图4.2 显示程序流程图4.3 汉字动

16、态显示的具体实现 通过取模软件取出所需汉子的两个字节数据，每次分上下屏发送所对应汉字数据，并循环扫描显示使其呈现汉字稳定显示效果，设置相应定时器中断服务相应时间到达后再次发送上述同样数据但根据所需要左移个数向74HC595构成的列驱动中发送对用数量串行移动脉冲后再发送一个并行输出脉冲，在显示屏上就会呈现左移显示的效果，每移动16格为一个循环移动周期，这是更新所发送汉字内容，并重复上述步骤，就可以看到显示汉字不断左移并不断更新。为使移动时不出现后续汉字断层情况，故增加两片74HC595作为下一汉字数据暂存器，使汉字左移时能够连续显示。5测试方案(1)软件仿真测试 利用Proteus软件对所设计原

17、理电路进行加载程序仿真，进行相关程序参数调整，当仿真达到预计目标时程序设计完成。(1)硬件测试： 利用开发板和面包板进行插线对子程序进行分模块测试，并在面包板上连接电路，通过观察点阵的明灭情况来测试其连接情况之后进行组合并向原理图中添加实际电路所需原件电路，进行硬件电路焊接。利用万用表对焊点之间的连接进行检查。(2)综合测试:将程序生成的HEX文件烧录进硬件单片机进行实物观察测量，根据所看到的现象分析电路得到错误点并进行实物检查排除，对显示效果进行程序参数微调，使其显示效果达到最佳。6系统调试(1)硬件调试根据设计的原理电路做好实验样机,便进入硬件调试阶段。调试工作的主要任务是排除样机故障,其

18、中包括设计错误和工艺性故障。 脱机检查:用万能表或逻辑测试笔逐步按照逻辑图检查机中各器件的电源及各引脚的连接是否正确,检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障。有时为保护芯片,先对各管座的电位(或电源)进行检查,确定其无误后再插入芯片检查。硬件电路调试的一般顺序是:检查所用电路中电源是否连接完整。检查CPU的时钟电路。通过测试ALE信号,如没有ALE信号,则判断是晶体或CPU故障,这称之 为“心脏”检查。检查芯片工作条件必须满足的引脚连线是否连接完整检查是否有短路点对芯片工作正常进行测试，通过焊接测试电路，根据芯片器件工作状态表进行数据时钟输入检查其输出与其理论输出比较。(2)软件调试

19、 利用proteus软件进行程序装入仿真。(3)硬件、软件仿真调试经过硬件、软件单独调试后,即可进入硬件、软件联合仿真调试阶段,找出硬件、软件之间不相匹配的地方,反复修改和调试。实验室调试工作完成以后,即可组装成机器,移至现场进行运行和进一步调试,并根据运行及调试中的问题反复进行修改。7数据测试与处理在硬件测试过程中我们遇到了显示字符不稳定不完整的问题，经分析为点阵引脚焊接有短路点，我们利用万用表进行短路测试，找到对应短路引脚并行排查找出短路点重新焊接，最终解决这项问题在调试过程中我们遇到了显示左移不平滑的问题，经过观察和分析推测是左移定时器中断时间设置过大的问题，于是我们将设定时间多次修改，并且经过反复试验，最终成功解决了这一问题，达到了左移显示平滑的效果，问题得以解决。8总结本次的单片机综合设计我们选择了LED汉字点阵显示系统设计这一选题。我们采用89C52单片机为核心器件，用12个88的点阵显示器组成1个1648点阵LED电子显示器，用两片74LS138作为1648点阵LED显示器的行选通信号，六片级联的74HC595作为列选通信号，P0口作为I/O口，P1口用来驱动74LS138，P3.5、P3.6、P3.7分别作为595的串行输入端、串行输入时钟端和并行输出时钟端，通过取模软件来得到所需显示汉字的字模，替换程序相应位置，实现了汉字的显示