基于单片机的1616LED点阵显示屏的设计

1、基于单片机的16*16led点阵显示屏的设计随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制驱动led显示屏也应运产生。本系统设计使用单片机mcs-51控制扫描方法实现led点阵显示器的字符的显示，介绍了用单片机进行显示系统开发的方法，单片机软件、硬件调试技术，还有点阵显示驱动扩展的一般方法。1.引言1.1 研究的目的、意义led因其体积小，耗电量低，亮度及环保等优点而被广泛应用于公共场所的大屏显示上，led点阵大屏可应用于户外广告，交通导航，大厅公告，比赛的多媒体实时显示等领域。本设计作品的用途正是在于实现大屏显示的核心功能，即汉字的显示，可实际应用于简单的显示系统中，如简单的排队叫号显示

2、屏，电梯显示屏等。通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑，校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。 1.2 本设计所要做的工作为了完成该设计实现，经过考虑论证，决定分为以下几个阶段进行：(1)对课题进行全面的分析，明确系统要实现的功能，大致了解要解决的问题，制定总的设计方案；(2)根据论证设计硬件系统并画出电路图，并根据电路图制电路板；(3)在硬件的基础上设计软件程序；(4)利用仿真器编译软件程序，进行调试仿真；(5)把调试成功的程序利用烧入器烧入到芯片中去；(6)把固化好程序的芯片插入到实际应用系统，投入到实际使用。2系统设计方案2.1系统构成框图 cpu晶振复位74hc15474

3、ls37374ls373 16*16led点阵显示屏 行列3 硬件电路设计3.1 主要器件介绍3.1.1 led点阵led点阵显示屏采用4个8*8共256个象素的点阵，通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布，如图3.1所示。8*8的led点阵为双色共阳模块，单点的工作电压为正向(vf)=1.8v,正向电流(if)=8-10ma。静态点亮器件时(64点全亮)总电流为640ma。总电压为1.8v,总功率为1.15w.动态时取决于扫描频率(1/8或1/16秒),单点瞬间电流可达80-160ma。点阵16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8图3.1

4、点阵led扫描法介绍点阵led一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：(1) 点扫描(2) 行扫描(3) 列扫描若使用第一种方式，其扫描频率必须大于16*64=1024hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16*8=128hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行(8颗led)时需外加驱动电路提高电流，否则led亮度会不足。 我们把行列总线接在单片机的io口，然后把上面分析到的扫描代码送人总线，就可以得到显示的汉字了。但是若将led点阵的行列端口全部直接接入at89s52单片机，则需要使用32条io口，这样会造成io资源的耗尽，系统也再无扩

5、充的余地。因此，我们在实际应用中只是将led点阵的16条行线直接接在p2口，至于列选扫描信号则是由4-16线译码器74hc154来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个io口，节约了很多io资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻r1，电容c1的作用，使单片机的rst复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在c2，c3，x1以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机at89s52按照设定的程序在接口输出与内部汉字对应的代码电平送至led点阵的行选线，同时在p1.0，p1.1，p1.2，p1.3接口输出列选扫描信号，从而选中相应的象素led发光

6、，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。3.1.2锁存器74ls37374ls373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8d触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74ls373芯片，其内部结构图如图3.2所示。 图3.2 74ls373内部结构图(1).1脚是输出使能(oe),是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚(锁存控制端,g)如何,输出2(q0)、5(q1)、6(q2)、9(q3)、12(q4)15(q5)、16(q6)、19(q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态);(2).当1脚是低电平

7、时,只要11脚(锁存控制端,g)上出现一个下降沿,输出2(q0)、5(q1)、6(q2)、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态.锁存端le 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到le 端再次有效。 当三态门使能信号oe为低电平时，三态门导通，允许q0q7输出，oe为高电平时，输出悬空。当74ls373用作地址锁存器时，应使oe为低电平，此时锁存使能端c为高电平时，输出q0q7 状态与输入端d1d7状态相同；当c发生负的跳变时，输入端d0d7 数据锁入q0q7。51单片机的ale信号可以直接与74ls373

8、的c连接。3.1.3 译码器74hc15474hc154为4线16线译码器，其管脚图如图3.3所示： 图3.3 74hc154管脚图其逻辑图如图3.4所示：图3.4 74hc154逻辑图其功能表如表3.1所示:说明: h高电平 l低电平 x任意 表3.1 74hc154功能表3.2硬件设计思想及电路图 3.2.1硬件设计思想由单片机进行处理，并将行列信号分别通过显示驱动输入点阵大屏，控制点阵的显示。 （1） 单片机： 采用at89s52单片机芯片作为中控，控制led点阵显示。 （2）显示：考虑到标准地显示一个汉字至少需要16*16led点阵屏，而我们也只需要实现大屏显示的基本功能，并不需要太大

9、的显示屏，因此决定采用16x16 led点阵屏显示汉字。 （3）显示驱动：考虑到设计所需端口较多的问题，为减少资源占用，使用74hc154 416译码器作为列驱动芯片，采用74hc373串入并出8位锁存器作行驱动芯片。但由于两种芯片的最大输出电流均不够大（虽然74hc373输出电流已经较大了），为让led显示亮度够强，采用pnp型三极管来进行电流的放大，同时为保护芯片，我们又采用1k电阻来进行限流。3.2.2硬件电路图 本设计16x16系统的制作主要在于扩展用户i/o口，最终系统实现的关键在于扫描电路的扩展及程序的编写。系统i/o口的扩展是采用了4-16译码器74hc154来实现的，74hc1

10、54作为16*16系统的列扫描脉冲产生电路，其地址线连接到at89s52的p1口的低4位上。利用p2口为8个行数据端口传送数据。由于p口的驱动力不强，因此在p2的每个输出端都加上三极管，以加大驱动电流，提高点阵的显示亮度。设计原理图如图3.5所示: 图3.5 设计原理图其中芯片74hc154为4线-16线译码器，有四个地址输入（a0-a3）、两个选通输入（sts、stb）和十六个输出（y0-y15）。当sts和stb均为低电平时器件被选通，a0-a3可确定y0-y15中的一个以低电平呈现，当sts或stb为高电平时，y0-y15均为高电平。 at89s52单片机p1口与74hc154的输入端（

11、a，b，c，d）连接，74hc154的16个输出端与1616led的列线相连，p2口与行线相连。由于单片机端口输出的电流较小，不足以驱动led。故在led的每个列线上加上一个三极管，对电流进行放大，如图3.6。通过74hc154对1616led进行逐列扫描，选中一列时通过p2口选中列即点亮行上的led，快速的逐列扫描即可实现文字信息显示。由上可知，可采用逐列扫描的方法实现led的字符显示。 图3.6 led驱动电路图系统各个部分的原理图：图3.7 单片机控制电路图图3.8列驱动电路与行驱动电路图 图3.9 点阵显示电路图4.软件设计4.1汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法我们先以简单的汉字显

12、示为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256象素范围内的任何图形。如用8位的at89s52单片机控制，由于单片机的总线为8位,一个字需要拆分为2个部分，如图4.1所示。 图4.1 汉字“龙”为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。汉字可拆分为上部和下部，上部由816点阵组成，下部也由816点阵组成。通过列扫描方法首先显示左上角的第1列的上半部分，显示汉字“龙”时，p2.4点亮，由上往下排列，为：p2.0灭

13、，p2.1灭，p2.2灭p2.3灭，p2.4亮，p2.5灭，p2.6灭，p2.7灭。即二进制00001000，转换为十六进制为08h。上半部一列完成后，继续扫描下半部的一列，为了方便，我们仍设计成由上往下扫描，从图4.1可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，十六进制则为00h。依照这个方法扫描16列，一共扫描32个8位，可以得出汉字“龙”的扫描代码为：00h,08h,08h,08h,08h,08h,0ffh,08h0fh,48h,28h,08h,08h,18h,08h,00h00h,00h,02h,06h,30h,0c4h,04h,08h0fch,24h,44h,84h,04h,0

14、4h,3ch,00h由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏幕上。本系统是设计龙岩学院字体的显示,使用这个方法可以分析出龙岩学院这几个字的代码。4.2 程序流程图软件程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序和子程序的流程图如图4-2和图4-3所示。 开始系统初始化r0=16,扫描16列r7=16，一个字扫描16次载入第1个字的地址调用显示子程序载入第2个字的地址调用显示子程序载入第3个字的地址调用显示子程序载入第4个字的地址调用显示子程序 图4-2 主程序流程图 p1=0,列扫描计数r1=0,查表指针查表，送数据到p2口显示一列上

15、边8位r1r1+1查表，送数据到p2口显示一列下边8位r1r1+1p1p1+116位是否扫描完重置r016一个字是否扫描16次重置r716帧延时返回主程序开始nonoyesyes图4-3子程序流程图4.3程序清单:column equ p1 ;列扫描信号输出端口row equ p2 ;显示信号输出端口latch_h equ p3.0 ;上锁存信号输出端口latch_l equ p3.1 ;下锁存信号输出端口scancode equ 0 ;扫描信号speed equ 10 ;0.5s延迟s_time_h equ 0fdh ;2.5ms扫描时间s_time_l equ 0d0h ;2.5ms扫描时

16、间 org 00h ;程序从0地址开始 jmp start ;跳至start org 0bh ;timer0中断向量 jmp timer0 ;跳至timer0中断子程序;=start: mov ie,#10000010b ;设定timer0中断 mov tmod,#1 ;设定timer0为mode1 mov sp,#60h ;移开堆栈指针 setb rs0 ;切换到rb1 mov r0,#20h ;上面部分开始存放地址 mov r1,#30h ;下面部分开始存放地址 mov r2,#16 ; 扫描16列 mov r3,#scancode ;载入扫描码 clr rs0 ;切换回rs0 mov t

17、h0,#s_time_h ;设定每列扫描时间 mov tl0,#s_time_l ;设定每列扫描时间 setb tr0 ;启动timer0 mov dptr,#table ;将常数指针指向table地址 mov 41h,#4 ;4次加载字型 mov r0,#20h ; 上面部分开始存放地址 mov r1,#30h ;下面部分开始存放地址;=loop: call loading ;加载字型 call delay ;稍等一下 clr c mov a,dpl add a,#32 mov dpl,a mov a,dph addc a,#0 mov dph,a mov r0,#20h ; 上面部分开始存

18、放地址 mov r1,#30h djnz 41h,loop ;跳至loop形成一个循环（一次写1字） jmp start ;跳至start形成一个循环;=loading: push acc ;存储acc push psw ;存储pswmov r2,#16 ;加载各16笔数据 mov r3,#0 ;间距 mov r4,#10h ;间距load_1: mov a,r3 ;将间距放入acc movc a,a+dptr ;读入数据 mov r0,a ;将上面部分数据存入存储器 inc r0 ;指向下一个地址 inc r3 ;指向下一个地址，相对dptr地址加1、 mov a,r4 ;将间距放入acc

19、movc a,a+dptr ;读入数据 mov r1,a ;将上面部分数据存入存储器 inc r1 ;指向下一个地址 inc r4 ;指向下一个地址 djnz r2,load_1 ;跳至load_1形成一个循环（1上字节1下字节） pop psw ;取回psw pop acc ;取回acc资料 ret;=delay: mov r7,#speedd2: mov r6,#200d1: mov r5,#250 djnz r5,$ djnz r6,d1 djnz r7,d2 ret;=delay1: mov r7,#1d22: mov r6,#1d11: mov r5,#100 djnz r5,$ d

20、jnz r6,d11 djnz r7,d22 rettimer0: clr tr0 ;关闭timer0 push acc ;存储acc setb rs0 ;切换到rb1 mov a,r3 ;载入扫描码 mov column,a ;输出扫描码（显示一列） inc r3 ;下一个扫描码 mov a,r0 ;取出显示信号;=;使用共阳极式led阵列，则加入下一行指令; ;= cpl a mov row,a ;输出显示信号 setb latch_h ;打开锁存器 nop clr latch_h ;关闭锁存器 inc r0 mov a,r1 ;取出显示信号;=;使用共阳极式led阵列，则加入下一行指令;

21、=cpl a mov row,a ;输出显示信号 setb latch_l ;打开锁存器 nop clr latch_l ;关闭锁存器 inc r1 call delay1 mov a,#0ffh mov p2,a djnz r2,next_c ;未超过16行则跳至next_c mov r2,#16 ;从新开始扫描 mov r0,#20h ;从第一列开始 mov r1,#30h ;从第一列开始next_c: mov th0,#s_time_h ;设定每列扫描时间 mov tl0,#s_time_l ;设定每列扫描时间 setb tr0 ;启动timer0 clr rs0 ;切换回rb0 pop

22、 acc ;取回acc retitable: db 00h,10h,10h,10h,10h,10h,0ffh,10hdb 0f0h,12h,1ch,0d0h,10h,10h,10h,00hdb 00h,40h,20h,10h,0ch,03h,10h,08hdb 3fh,42h,41h,40h,40h,40h,70h,00hdb 00h,40h,5eh,50h,50h,0d0h,50h,5fhdb 50h,50h,50h,50h,5eh,40h,40h,00hdb 10h,08h,04h,02h,7fh,22h,22h,22hdb 22h,22h,22h,22h,7eh,00h,00h,00hdb 40h,30h,10h,12h,5ch,54h,50h,51hdb 5eh,0d