单片机控制16×16阵列LED显示汉字设计

1、单片机原理及应用课程设计 设计项目名称： 单片机控制16×16阵列 LED显示汉字 姓名及学号： 专业班级： 成 绩： 指 导教师： 课程设计工作时间： 材 料 目 录一、课程设计任务书1二、课程设计成绩评定 2三、课程设计摘要 3四、课程设计报告正文4五、参考资料 14六、设计小结 15一、课程设计任务书：1、课程设计的任务基本要求： 完成基于AT89C52单片机为核心 的设计，要求应用仿真软件Proteus进行仿真。任务要求：1）选题方向正确，具有科学性、创新性和可行性2)研究方案合理、技术路线、课题计划安排得当3)做好文献综述工作4)完成基于AT89C52单片机为核心 设计工作

2、2、 进度安排：第一阶段：4月20日-4月30 日 学习Protues软件阶段第二阶段：5月4日-5月10日 资料查找，系统设计框架设计第三阶段：5月11日-5月20日 系统设计，并完成仿真调试第四阶段：5月20日-5月30日 在单片机学习板上进行系统运行，书写课程设计报告。3、参考文献：1 朱蓉，郑建华.基于MCS-51单片机定时精确控制的研究J现代电子技术，2005，（17）：32482 张同怀，张庆玲.输出幅度可控制的信号发生器J.科技技术与工程，2010，（13）：9298.3 许文斌单片机实现智能信号发生器J中国新技术新产品，2008，（17）：4551.4 Vankka J.Spu

3、r reduction techniques in sine out-put direct digital synthesisJ.IEEE Proc. 2001，（15）：7490. 5 张福贵，姚振东.基于DDS的高性能信号发生器的实现J.成都信息工程学院学报，2006，（01）：1218.指导教师签字： 教研室主任签字：  年 月 日 年 月 日 二|、成绩评定1、 指导教师成绩评定：题目指标文献综述10分工作态度20分实践能力20分分析问题能力20分质量20分创新10分得分2、 指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日3、 答辩意见及成绩： 答辩小组成员签字： 年

4、月 日总评成绩：（教师评分×75%+答辩成绩×25%）三、摘要 本设计以单片机作为16×16点阵显示的主线，采用的单片机是AT89C51系列的芯片。 LED点阵显示屏是一种简单的汉字显示器，具有价廉、易于控制、使用寿命长等特点，可广泛应用于公共场合，如车站、码头、银行、学校、火车、公共汽车显示等。本文详细介绍了一种低廉的16x16阵LED显示屏的设计过程。以此设计为基础，以此理解LED显示的原理以及如何显示汉字及英文。关键词： AT89C51单片机 16×16点阵LED 汉字四、课程设计报告正文4.1绪论4.1.1课题背景 现代社会，信息的更新速度达到了

5、前所未有的程度。信息的显示方式传统上有LED发光管，LED数码管，虽然两者应用很广泛，但是只能单一地显示电平状态和数码。LED点阵集两者特点于一身，更加由于能显示汉字字符、图形、符号等而广泛应用于人们的日常生活中。它具有发光效率高、使用寿命 长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等特点，被广泛应用在公交车站、码头、商店、学校和银行等公共场合用于信息的发布和广告宣传。目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示的花样较单一。一般在产品出厂时，显示的内容就已写入显示屏的控制系统中的EPROM芯片内，当要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到

6、了限制。国内的另一种LED显示屏可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，现实的内容和显示的花样都有所增加，但也存在着显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富。信息量大。信息更换速度快等特点。一次传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需求，而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示丰富，信息更换灵活等优点。国内从事LED显示屏生产的企业众多，同时，受到外资企业LED显示屏价格过高的影响，在中国LED显示屏市场上多以本土企业为主。目前，本土LED显示屏生产企业除供应国内需求外，还不断把产品出口到国外市场。随着国际LED

7、显示屏生产大厂不断把生产基地转移至国内， 加之国内众多的LED显示屏本土企业，中国正在成为全球LED显示屏的主要生产基地。因此研究LED汉字滚动显示屏的设计方法具有重要的理论和现实意义。4.1.2选题目的和意义 通过这次课程设计，掌握51单片机的接口电路、点阵显示原理、自动控制等原理。了解简单的16乘16点阵显示图像、汉字、符号的原理，提高动手实践和软编程件调试的能力。同时通过本课题研究、设计、装配、调试、提高自己的独立开发项目和动手能 力，巩固已学的单片机及自动控制原理的知识。了解并分析系统各电路模块之间的组成与相互关系和影响。本次课程设计的完成也为以后学习16位，甚至32位单片机和嵌入式系

8、统等在自动控制方面的应用奠定一定的理论与实际基础，也为以后独立开发单片机系统、嵌入式系统等工业控制打下坚实的基础。4.1.3课程设计的主要工作（1）对系统的各个模块的各个功能进行深入分析和研究，在对课题所采用的方案进行可行详细的研究后设计具体功能电路。（2）熟悉所选芯片的功能并完成具体电路设计。（3）对系统的最终指标进行测试，针对系统的不足，进行分析并提出一些改正方法。4.2总体设计方案4.2.1 设计思路 列驱动器 单片机电源16X16LED显示点阵 行驱动器 4.2.2 设计论证 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得

9、到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。16×16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16×16的点阵需要256/8=32个锁存器。个数字很庞大，因为我们仅仅是16×16的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大的多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。 动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套列驱动器。具体就16&

10、#215;16的点阵来说，我们把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其燃亮相同的时间，然后熄灭； 第十六行之后又重新燃亮第一行，这样反复轮回。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，我们就能看到显示屏上稳定的图形了。 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。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列

11、驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。 采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况

12、下，留给行显示的时间就太少了，以至影响到LED的亮度。 解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据而不影响本行的显示。4.2.3硬件电路设计4.2.3.1 电源、单片机系统及其管脚a)电源部分说明：此部分为为电源部分。若电源为家

13、用电源，则需经过降压，整流滤波，稳压等步骤得到一个稳定的5V电压，此电压可作为主电路的电压源。电路中二极管为电源指示灯。 b)单片机系统及其管脚常用的时钟电路设计有两种方式,一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。本实验采用内部时钟方式，将XTAL1与XTAL2之间跨接一个石英晶振和微调电容，从而构成一个稳定的自激震荡器。电容值取30pF左右，其大小将影响震荡频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。为减少线间的寄生电容，晶振和电容应尽能安装得与单片机靠近，保证晶振稳定可靠的工作。 另一部分是复位部分。上电自动复位电路是最简单的复位电路，只需要一个1K左右电阻、一个22pF左右的电容及12MH

14、Z的晶振。有时还需要按键手动复位，此时只要在电容上并联一个按键即可。 单片机信号输出采用串行输出，因此在下一模块的移位寄存器要与该部分的串行口P3.0（RXD）及P3.1（TXD）相连其图形如下图图一 单片机接线图 图二 单片机管脚图4.2.3.2点阵及其驱动部分点阵显示用是动的态扫描来实现的。在采用扫描方式显示时，由于每行要带动十六个二极管，每行电流较大。若每个二极管安5mA计算，十六个二极管就得80mA电流，超出单片机管脚的承受范围，因此每行都加有一个驱动器，本设计的行驱动用的是十六个pnp型三极管。三极管的发射极接5V电压，集电极接点阵的行线，而其基级本应接单片机，但该接线方式占用为了1

15、6个单片机管脚，为了节省单片机管脚，用了一片74LS154译码器,这样就只需要3个管脚了。74LS154的管脚图及其说明如图三。点阵及其驱动部分总体接线图如下图（未画完整）各行的同名列共用一个列驱动，数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式存放。由于列线过多，故多采用串行传输。由于每次要传输16位，而且数据要逐位输给驱动器，只有当一行中各列数据都已传输到位后，这一行的各列才能进行并行显示，耗时较长。对3个输入信号进行译码。得到8个输出状态。 G1,G2A,G2B,为数据允许输出端，G2A,G2B低电平有效。G1高电平有效。A,B,C为译码信号输出端，Y0Y7为译码输出端，低电平有效

16、 图三 74LS154管脚图4.3、系统电路图4.3.1仿真分析Proteus中只有5×7和8×8等LED点阵，并没有16×16LED点阵，而在实际应用中，要良好地显示一个汉字，则至少需要16×16点阵。下面我们就首先介绍使用8×8点阵构建16×16点阵的方法，并构建一块16×16LED点阵，用于本次设计。首先，从Proteus7.5的元件库中找到“MATRIX-8X8-RED”元器件，并将四块该元器件放入Proteus文档区编辑窗口中。此时需要注意,如果该元器件保持初始的位置（没有转动方向），我们要首先将其左转90

17、6;，使其水平放置，那么此时它的左面8个引脚是其行线，右边8个引脚是其列线（当然，如果你是将右转，则右边8个引脚是行线）。然后我们将四个元器件对应的行线和列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行16个LED，列线也相同。并注意要将行线和列线引出一定长度的引脚，以便下面我们使用。连接好的16×16点阵如图3.2所示。成如上图的16×16点阵只是第一步，这样分开的数块并不能达到好的显示效果,下面我们要将其进一步组合。组合实际上很简单，首先选中如上图中右侧的两块8×8点阵，然后拖动并使其与左侧的两块相并拢，如图3.3所示。图3.2 点阵模块组合图3.3可以看到原来的连线

18、已经自动隐藏了，至于线上的交点，我们不要去动。然后，我们再来最后一步，选中下侧的两块点阵，并拖动使其与上侧的两块并拢,最后的效果如图3.4所示。看到,原来杂乱的连线现在已经几乎全部隐藏了，一块16×16的LED点阵做成了。需要注意，做成的LED点阵的行线为左侧的16个引脚，下侧的16个引脚为其列线，而且其行线为高电平有效，列线为低电平有效。然后，我们将其保存，以便以后使用。 4.3.2整个系统的仿真电路图 4.4程序设计4.4.1、程序设计总体思路用简短的程序设计，实现LED点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕上滚动显示。系统采用模块化结构，包括主程序、显示子程序和循环扫描显示子程序。

19、用74LS154、74LS07和1个16×16LED点阵显示器构成一个完整的16位点阵LED显示系统。4.4.2程序流程图程序主要由开始、初始化、主程序、子程序、字库组成（源程序详见附录）。其中主程序和子程序的流程图为：循环扫描显示子程序流程图4.5 调 试4.5.1实物测试 通过分析程序，了解LED点阵汉字循环显示方法，自建字库，很成功的完成了实物测试，达到了预期的要求。4.5.2仿真测试在仿真软件proteus中运行测试系统整体功能，一切正常。实现了汉字的滚动显示，循环显示出了“一起腾飞”浮动汉字。4.5.3局部运行结果图 五，参考资料1 朱蓉，郑建华.基于MCS-51单片机定时

20、精确控制的研究J现代电子技术，2005，（17）：32482 楼然苗单片机课程设计指导M北京：北京航空航天大学出版社，2007 3 何立民单片机实验与实践教程M北京：北京航空航天大学出版社，20044 张毅刚基于proteus的单片机课程的基础实验与课程设计M人民邮电出版社，2012六、总 结本文设计的616的点阵LED汉字显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示的图形和文字较稳定、清晰。图形或文字滚动显示。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。 在此次设计中，我们得到以下体会：一、在这次点阵设计的过程让我进一步熟悉KEIL及P

21、roteus的使用。二、本次设计结果仍有缺陷，有一行总是全亮，干扰显示。三、通过这次点阵设计，重新复习并进一步学习了MCS-52优点，明确了研究目标。四、本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字以移入移出方式显示。七 程序清单#include<reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define out1 P0 #define out2 P2 #define tt P1 void delay(uint j) uchar i=250; for(;j>0;j-) while(-i); i=100; uchar code string= 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xDF,0x01,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x