基于单片机的LED点阵显示优秀课程设计.doc

1 LED电子显示器原理1.1 L ED电子显示器概述 LED电子显示器（Light Emitting Diode Panel）是由几百-几十万个半导体发光二极管组成像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不一样半导体材料能够制造不一样色彩LED像素点。现在应用最广是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED开发已经达成了实用阶段。 LED显示器是一个经过控制半导体发光二极管亮度方法，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等多种信息显示器幕。 LED显示器分为图文显示器和条幅显示器，均由LED矩阵块组成。图文显示器可和计算机同时显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示器则适适用于小容量字符信息显示。LED显示器因为其像素单元是主动发光，含有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。所以被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示器发展前景极为宽广，现在正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高发光密度、更高发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 1.2 LED显示器动态显示原理 LED点阵显示系统中各模块显示方法： 有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中通常采取动态显示方法，动态显示采取扫描方法工作，由峰值较大窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不停地对显示器各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息列数据信号，反复循环以上操作，就可显示多种图形或文字信息。 点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采取动态扫描显示方法，这种显示方法巧妙地利用了人眼视觉暂留特征。将连续几帧画面高速循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整，相对静止画面。最经典例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方法极大缩减了发光单元信号线数量，所以在LED显示技术中被广泛使用。 以88点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图1中,水平线Y0、Y1Y7叫做行线，接内部发光二极管阳极，每一行8个LED阳极全部接在本行行线上。相邻两行线间绝缘。一样，竖直线X0、X1X7叫做列线，接内部每列8个LED阴极，相邻两列线间绝缘。 在这种形式LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线交叉点处LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0,则右下角LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。 图1： (88)点阵LED显示模块结构原理及引脚图 LED点阵显示器单块使用时，既可替换数码管显示数字，也可显示多种中西文字及符号如5x7点阵显示器用于显示西文字母58点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵能够用于显示简单汉字文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组合则可组成大屏幕显示器，但这类实用装置常经过PC机或单片机控制驱动。 1.3 Proteus介绍 Proteus软件是英国Labcenter electronics企业出版EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术）。它不仅含有其它EDA工具软件仿真功效，还能仿真单片机及外围器件。它是现在最好仿真单片机及外围器件工具。即使现在中国推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学老师、致力于单片机开发应用科技工作者青睐。Proteus是世界上著名EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机和外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品完整设计。是现在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，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多个编译器。 Proteus软件含有其它EDA工具软件（例：multisim）功效。这些功效是： （1）智能原理图设计（ISIS） （2）完善电路仿真功效（Prospice） （3）独特单片机协同仿真功效（VSM）（4）实用PCB设计平台 2 硬件设计2.1 总体设计思绪设计思绪图2： 图2： 总体思绪框图2.2 设计论证 图文显示通常有静态和动态显示两种方案，静态方案即使设计简单，但其使用管脚太多，如本设计中1616点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，假如我采取锁存器来扩展端口，按8位锁存器来计算，1616点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是1616点阵，在实际应用中显示器往往要大得多，这么在锁存器上花成本将是一个很庞大数字。所以在实际应用中显示器几乎全部不采取这种设计，而采取另外一个称为动态扫描显示方法。 动态扫描意思简单地说就是逐行轮番点亮，这么扫描驱动电路就能够实现多行（比如16行）同名列共用一套驱动器。具体就1616点阵来说，把全部同1行发光管阳极连在一起，把全部同1列发光管阴极连在一起（共阳极接法），先送出对应第一行发光管亮灭数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同时间，然后熄灭；以这类推，第16行以后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这么轮回速度足够快（每秒24次以上），因为人眼视觉暂留现象，就能够看到显示器上稳定图形了。 采取扫描方法进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行同名列共用一个驱动器。显示数据通常存放在单片机存放器中，按8位一个字节形式次序排放。显示时要把一行中各列数据全部传送到对应列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输问题。从控制电路到列驱动器数据传输能够采取并列方法或串行方法。显然，采取并行方法时，从控制电路到列驱动器线路数量大，对应硬件数目多。当列数很多时，并列传输方案是不可取。 采取串行传输方法，控制电路能够只用一根信号线，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。不过，串行传输过程较长，数据按次序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行各列数据全部以传输到位以后，这一行各列才能并行地进行显示。这么，对于一行显示过程就能够分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方法来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定情况下留给行显示时间就太少了，以致影响到LED亮度。 处理串行传输中列数据准备和列数据显示时间矛盾问题，能够采取重合处理方法。即在显示本行各列数据同时，传送下一列数据。为了达成重合处理目标，列数据显示就需要含有所存功效。经过上述分析，就能够归纳出列驱动器电路应含有功效。对于列数据准备来说，它应能实现串入并处移位功效；对于列数据显示来说，应含有并行锁存功效。这么，本行已准备好数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就能够准备下一行列数据，而不会影响本行显示。2.3系统硬件选择 由图2可知此次设计硬件选择以下： AT89C52单片机1个, 锁存器74LS373芯片1片,非门74LS04芯片1片，4线-16线译码器741454芯片2片，移位寄存器74LS595芯片2片，最终需要组成16*32点阵MATRIX-8X8-RED芯片4片和电源和地。2.4 电路设计原理图 本设计电路设计原理图图3所表示：图3：16*32 LED点阵设计电路原理图 因为proteus里没有现成16*32点阵芯片，所以我选择4片MATRIX-8X8-RED芯片拼成一块16*32点阵芯片。3 软件设计 显示器软件模块包含：初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示程序关键功效是向屏体提供显示数据，并产生多种控制信号，使屏幕按设计要求显示。软件设计中，显示器软件系统分为两层；第一层是底层显示驱动程序，第二层是上层系统应用程序。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它控制信号，配合完成LED显示器扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器T0中止程序实现。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。3.1 显示驱动程序设计 显示驱动程序在进入中止后首先要对定时器T0重新赋初值，以确保显示器刷新率稳定，1/16扫描显示器刷新率（帧频）计算公式以下： 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位定时器模式）。然后显示驱动程序查询目前燃亮行号，从显示缓存区内读取下一行显示数据，并经过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示器，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新行号，重新打开显示。显示驱动程序（显示器扫描函数）步骤图图4所表示： 图4：显示驱动程序步骤图 3.2 系统主程序设计 本设计系统软件能使系统LED显示器各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清楚无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方法。 系统主程序开始以后，首先是对系统环境初始化，包含设置串口、定时器、中止和端口；然后以“卷帘出”效果显示图形，停留约几秒；接着向上滚动显示“-”这多个汉字及一个图形，然后以“卷帘入”效果隐去图形。因为单片机没有停机指令，所以能够设置系统程序不停循环实施上述显示效果。 单元显示器能够接收来自控制器（主控制电路板）或上一级显示单元模块传输下来数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何改变地再传送到下一级显示模块单元中，所以显示板可扩展至更多显示单元，用于显示更多显示内容。假如想改变些事内容，先用字模产生字代码，将用这段代码覆盖原来代码，即可显示你想要内容。 系统主程序步骤图图5所表示：图5：系统主程序步骤图3.3 源程序 ;主程序以下： ORG 0000H SJMP START ;程序开始从START实施 ORG 0030H ;程序从0030H单元开始存放 START : MOV 60H , #0 ;60H单元清0，60H单元用于软件延时时计数 MOV 61H , #0 ;61H单元清0，61H单元用于软件延时时计数D0: MOV R0,#165 ;汉字字幕往左滚动一次需要读取数据165次 MOV DPTR,#TABLE1 ;字模表1首址赋指针 ACALL DISPLAY ;调用显示子程序 MOV R0 , #256 ;英文部分往左滚动显示完一次需读取数据256次 MOV DPTR,#TABLE2 ;字模表2首址赋指针 ACALL DISPLAY ;调用显示子程序 AJMP D0 ;反复显示 ;显示程序以下： DISPLAY: MOV R2 , #10 ;每屏字幕扫描显示10次LOOP0: MOV R3 , #32 ;总共扫描32列 CLR P3.2 ;移位寄存器74LS595锁存信号无效（为0） MOV R5,#00H ;列序号送寄存器，从第0列开始显示SCAN1: MOV R1,#00H ;偏移量初值为0LOOP1: MOV R4,#2 ;每列显示数据有两字节，每次发送一字节，发两次LOOP2: MOV A,R1 ;偏移量寄存器内容送A MOVC A,A+DPTR ;取字模数据送A MOV SBUF,A ;A中内容送串行口输出 JNB TI,$ ;检验数据是否已发送完，没发送完，继续等候 CLR TI ;发送完成，清串行口中止标志 INC R1 ;偏移量加1 DJNZ R4,LOOP2 ;还没发送完两字节，继续发送 NOP SETB P3.2 ;移位寄存器74LS595数据锁存信号有效（为1）,锁存单片机送出数据 CLR P3.3 ;移位寄存器74LS595输出许可信号有效，将锁数 据输出 NOP NOP MOV P1 , R5 ;列编号送P1口，使该列显示数据 MOV 60H , #5 ;开始软件延时，60H单元置初值5DL1: MOV 61H , #20 ;61H单元置初值20DL2: DJNZ 61H , DL2 DJNZ 60H , DL1 ;软件延时，让一列数据显示维持一点时间 INC R5 ;列编号加1 CLR P3.2 ;移位寄存器74LS595锁存信号无效（为0） SETB P3.3 ;移位寄存器74LS595输出许可信号无效（为1） DJNZ R3,LOOP1 ;32列还没扫完，继续扫描 DJNZ R2,LOOP0 ;每屏字幕没扫完10次，继续 INC DPTR ;指针加1 INC DPTR ;指针加1，使显示字幕往左移动 DJNZ R0,DISPLAY ;R0不为0，继续读取数据扫描显示 RET ;子程序返回TABLE1:;黑屏DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;天DB 02H,01H,42H,01H,42H,02H,42H,04H,42H,08H,42H,30H,42H,0C0H,7FH,00H,DB 42H,0C0H,42H,30H,42H,08H,42H,04H,0C2H,02H,46H,03H,02H,02H,00H,00H;道DB 02H,00H,42H,02H,22H,04H,33H,0FH,00H,04H,20H,02H,0AH,0FDH,6DH,25H,DB 35H,25H,25H,25H,25H,25H,65H,25H,0AFH,0FDH,24H,03H,00H,02H,00H,00H;酬DB 4FH,0FEH,48H,0A4H,7FH,24H,48H,24H,7FH,DB 24H,48H,0A4H,0DFH,0FFH,48H,02H,DB 02H,0CH,0FFH,0F0H,02H,00H,3FH,0FCH,DB 02H,00H,0FFH,0FFH,00H,00H,00H,00H;勤DB 40H,02H,47H,0A2H,0F4H,0AAH,54H,0AAH,DB 5FH,0FEH,54H,0AAH,0F4H,0AAH,47H,0A3H,DB 48H,02H,08H,0CH,0FFH,0F0H,08H,02H,DB 08H,01H,1FH,0FEH,08H,00H,00H,00HTABLE2:;hDB 00H,00H,00H,00H,30H,04H,7FH,0FCH,DB 0FFH,0FCH,03H,04H,03H,00H,03H,00HDB 03H,00H,03H,00H,03H,04H,03H,0FCH,01H,DB 0FCH,00H,04H,00H,00H,00H,00H ;nDB 00H,00H,00H,00H,03H,04H,03H,0FCH,DB 03H,0FCH,03H,04H,03H,00H,03H,00HDB 03H,00H,03H,00H,03H,04H,03H,0FCH,DB 01H,0FCH,00H,04H,00H,00H,00H,00H ;iDB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,DB 00H,00H,04H,03H,04H,1BH,0FCHDB 1BH,0FCH,1BH,0FCH,00H,04H,00H,04H,00H,DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;eDB 00H,00H,00H,00H,01H,0F0H,03H,0F8H,DB 06H,0CCH,0CH,0CCH,0CH,0CCH,0CH,0CCHDB 0CH,0CCH,0CH,0CCH,0CH,0CCH,06H,0CCH,DB 03H,0C8H,01H,0C0H,00H,00H,00H,00H4 Proteus仿真 本课程设计仿真利用proteus仿真步骤以下： （1）选择设计图纸到小 （2）选择仿真所需元器件 选择元器件方法是，单击元器件放置按钮“P”。 （3）把元器件放到图纸适宜位置，进行布线。 （4）编辑窗口连接端子 （5）分别对各元器件属性值进行设置，单击按钮，进行电气检测，查看接线是否合理，说明硬件电路已经顺利完成。 （6）双击单片机，将用伟福编译成功程序烧进单片机。单击proteus中play进行仿真。本课程设计电路仿真图图7所表示： 图7：16*32点阵显示仿真图附汉字仿真效果图：附字母仿真效果图：5 心得体会 经过这次课程设计使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。在设计过程中碰到问题，能够说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会碰到过多种多样问题，同时在设计过程中发觉了自己不足之处，对以前所学过知识了解得不够深刻，掌握得不够牢靠。在设计中碰到了很多专业知识问题，最终在熊老师辛勤指导下，最终游逆而解。此次课程设计，学到了很多课内学不到东西，比如独立思索处理问题，出现差错随机应变，和和人合作共同提升，全部受益非浅。同时，在陈老师身上我们学也到很多实用知识，在此我们表示感谢！同时，对给过我帮助全部同学和各位指导老师再次表示忠心感谢！6 参考文件 1、张义和 陈敌北编著例说8051人民邮电出版社 2、周越主编单片机技术试验实训教程中国水利水电出版社 3、周越主编单片机应用技术中国水利水电出版社 4、李全利编单片机原理及应用技术高等教育出版社 5、李忠国 陈刚编著单片机应用技能实训人民邮电出版社 6、赵建领编著Protel电路设计和制版宝典电子工业出版社 7、郭振民丁红主编电子设计自动化EDA中国水利水电出版社 8、周润景Proteus在MCS-51&ARM7系统中应用电子工业出版社