单片机课程设计——16x16LED滚动显示

1、16x16LED滚动显示 小组成员：小组成员： 设计时间：2014年12月指导老师：设计概要 本设计使用AT89C55系列高速单片机作为主控制模块，利用简单 的外围电路来驱动1616的点阵LED显示屏。利用AT89C55系列高速单片机本身强大的功能，可以很方便的实现单片机与PC机间的数据传输及存储，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。 本LED显示屏能够以动态扫描的方式同时显示4个88点阵汉字，并能通过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内码存储在空闲的单片机程序存储器空间，使本LED显示系

2、统能掉电存储1024个字符。设计中采用了SPI接口的GB2312标准字库，支持所有的国标字符和ASCII标准字符的显示。因为采用串行传输方式，使本系统的可扩展性得到提升，便于多个显示单元的级联。 本文从LED的显示原理入手，详细阐述了LED动态显示的过程，以及硬件电路的设计、计算和软件的算法关键词：LED动态显示 AT89C55 点阵汉字显示 仿真论证设计 图文显示一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简单，但其使用的管脚太多，如本设计中1616的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，1616的点阵需要256/8=32

3、个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是1616的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，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，而采用另外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）的同名列共用一套驱动器。具体就1616的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类

4、推，第16行之后，又重新燃亮第1行，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，就能够看到显示屏上稳定的图形了。实验原理 1616扫描LED点阵的工作原理同8位扫描数码管类似。它有16个共阴极输出端口，每个共阴极对应有16个LED显示灯。所以其扫描译码地址需4位信号线。要使16点阵上某个点亮，如第10行第4列的LED点亮，只要让列选信号为“0100”，从而选中第4列，再给第10行一个高电平，即可点亮该LED。本实验通过74LS164和74LS595芯片写入字形，产生扫描信号。为了显示整个汉字，首先分布好汉字的排列，以行给汉字信息；然后以大于24HZ的频率扫描列，

5、即每行逐一加高电平，根据人眼的视觉残留特性，使之形成整个汉字的显示。系统框图AT89C55单片机74LS595列驱动器7 4行L驱S动1器6 4 16x16LED点阵硬件设计一一.主要芯片资料主要芯片资料AT89C55介绍 AT89C55AT89C55为为8 8 位通用微处理器，采用工业标准的位通用微处理器，采用工业标准的C51C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 8xc52 相同，相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC IC 内部寄存器、数据内部寄存器、数据RAMRAM及外

6、部接口等功能部件的初始及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IRIR的接收解码及与主板的接收解码及与主板CPUCPU通信等。主要管脚有：通信等。主要管脚有：XTAL1XTAL1（19 19 脚）和脚）和XTAL2XTAL2（18 18 脚）为振荡器输入输出端口，脚）为振荡器输入输出端口，外接外接12MHz 12MHz 晶振。晶振。RST/VpdRST/Vpd（9 9 脚）为复位输入端口，脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。外接电阻电容组成的复位电路。VCCVCC（40 40 脚）和脚）和VSSVSS（2

7、0 20 脚）为供电端口，分别接脚）为供电端口，分别接+5V+5V电源的正负端。电源的正负端。P0P3 P0P3 为可编程通用为可编程通用I/O I/O 脚，其功能用途由软件定义，脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，在本设计中，P0 P0 端口（端口（3239 3239 脚）被定义为脚）被定义为N1 N1 功能控功能控制端口，分别与制端口，分别与N1N1的相应功能管脚相连接，的相应功能管脚相连接，13 13 脚定义脚定义为为IRIR输入端，输入端，10 10 脚和脚和1111脚定义为脚定义为I2CI2C总线控制端口，分总线控制端口，分别连接别连接N1N1的的SDASSDAS（1818脚）和脚

8、）和SCLSSCLS（1919脚）端口，脚）端口，12 12 脚、脚、27 27 脚及脚及28 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。入的控制功能。74LS595介绍74595的数据端： Q1-Q7：八位并行输出端，可以直接控制数码管的8个段。 Q7：级联输出端。我将它接下一个595的SI端。 DS：串行数据输入端。STcp：存储寄存器的时钟脉冲输入口SHcp：移位寄存器的时钟脉冲输入口OE：的非输出使能端MR：的非芯片复位端74LS

9、164介绍 当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。 引脚功能： CLOCK ：时钟输入端 CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效） 1，2 ：串行数据输入端 Q8Q15： 输出端 1616LED点阵显示制作 以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把

10、每一个点理解为一个像素，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像素范围内的任何图形。这里我们以“魏”字说明，如下图所示：图为字模提取软件提取16x16LED汉字显示代码系统主程序流程图开始系统初始化左滚屏显示效果上滚屏显示效果右滚屏显示效果下滚屏显示效果行驱动器列驱动器总电路连线图用4个88LED点阵构成1616LED点阵 Proteus中只有57和88等LED点阵，并没有1616LED点阵，而在实际应用中，要良好地显示一个汉字，则至少需要1616点阵。下面我们就首先介绍使用88点阵构建1616点阵的方法，并构建一块1616LED点阵，用于本例的

11、显示任务。 从Proteus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，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1616点阵如右图。实验结果实验电路及连线 电路主要由单片机和一些外部设备连接而成，利用4个8*8LED

12、显示组装成16*16LED显示，2个R*8排电阻，一个74HC154组成。该显示器采用AT89C55单片机作为控制器，12MHz晶振，其中P0口作为字符数据输出口，P2口作为显示器扫描输出口，第31管脚（EA）接电源。电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对1616LED点阵进行动态扫描，以实现汉字的滚动显示。软件设计 本软件要求实现如下要求：汉字要稳定、明亮并且文字要以一定速度上升滚动显示。 显示屏软件模块：初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示程序的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各

13、种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。软件设计中，显示屏的软件系统分为两层；第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器T0中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。 显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，1/16扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下： 刷频率（帧频）=1/16T0溢=1/16f/12（65536-t） 其中f位晶振频率，t为定时器T0初值（工作在16

14、位定时器模式）。 然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示。系统调试 软件调试：软件为网络所提供，其原理在上一模块已作说明，在这里再作说明，软件经调试无误，直接将其下再到单片机中，看是否达到所要的效果软件部分是先参考书上的例子，然后自己根据硬件电路写程序，由于以前所学是单片机汇编语言，所以这个系统在编写程序过程中都采用汇编语言编写。刚刚开始，编写不会一次性通过，经过仔细分析修改最后编译成功。但是，在实际写如C55中，LED显示屏出现各种各样的乱码，通过再次认真仔细分析多次修改程序后，程序能够正常运行。 硬件调试：在对各个硬件模块进行调试时，要保证软件正确情况下去测试软 件，要不然会发生错误，硬件仿真前要认真检验点阵及线路的好坏，检查无误后才下载主程序。结束语 本文设计的1616的点阵LED图文显示屏，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。图形或文字向上滚动显示。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，我得到以下体会： 1.在这次点阵设计的过程让我进一步熟悉KEIL及Prote