汉字显示屏分析.doc

电子技术 课程设计任务书
电子信息工程系 2015～2016 学年 第1学期2015年12月20日
指导教师

职 称

专业班级

设计题目
汉字显示屏
学生人数

设计目的：
本课题要求设计一汉字显示屏，即用数字技术按照要求显示汉字。通过设计一汉字显示屏，使学生对模拟及数字电子技术理论知识在生产实际中的应用有一个初步的认识。加深学生对所学的理论知识与实际的应用的结合。通过设计，全面提高学生分析、判断、解决问题的能力。使学生对所学知识的应用能力、查询资料能力及书写报告能力，有一个较大的提高，为毕业设计打下一定的基础。
原始资料：
模拟电子技术教材、数字电子技术教材、电子元器件手册、图书馆、网上及各种可能的渠道查询各种资料。
设计内容：
1.设计一汉字显示屏。要求显示16*16点阵，同时显示8个字。
2.给出电路原理框图，进行原理电路图设计，分单元进行设计。对电路参数进行必要的计算，选择元器件参数。
3.画出完整的电路原理图。
4.条件许可时，对设计的电路进行仿真验证。

设计要求：
1．要求用16×16点阵高亮度发光二极管点阵显示“山西大学” ，同时字体可流动、可有几种变化。用单片机系统完成
2.每一位学生对设计内容都应根据自己所学知识、水平及能力独立完成，不得有雷同。
3.写出完整的设计报告。
进度安排：设计时间为两周，具体时间安排如下：
第1～3天熟悉资料进行元器件的查询。
第4～8天进行电路的原理分析及设计、写出报告。
第9~10天交报告，进行答辩。

教研室意见

教研室主任 2015年 12 月 20 日
山西大学课程设计报告

课程名称： 汉字显示屏
系 部： 电子信息工程系
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
完成时间： 2016年1月19号
报告成绩：

评阅意见：

评阅教师 日期

摘 要

本设计使用AT89C51芯片作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16*16点阵LED显示屏。设计分为三个模块：单片机控制模块.输出显示模块，译码器74HC138与三极管驱动的驱动模块。单片机控制模块以单片机为核心，以软件KEIL编程实现信号输出，以驱动16*16 LED点阵显示块为目的。另一方面显示屏广泛的应用于医院、火车站、银行等公共场所，因此本设计有很强的现实实用性。

关键字: 单片机;汉字显示屏;控制模块;驱动模块;软件编程

目 录
第一章 绪论 6
1.1 单片机的应用 6
1.2 LED简介 6
第二章 系统整体方案 7
2.1 需要实现的功能 7
2.2 系统软件的设计 8
第三章 系统硬件电路的设计 9
3.2 单片机系统及外围电路 9
3.2.1 单片机的选择 9
3.2.2 AT89C51芯片介绍 9
3.2.3 单片机系统外围电路 10
3.3 驱动电路 10
3.3.1 74HC138芯片简介 10
3.3.2 驱动电路的构成 11
3.4 16*16LED显示屏电路和原理 13
第四章 系统程序的设计 13
4.1 显示驱动电路 13
4.2 系统主程序 14
第五章 软件仿真 17
结论 18
致谢 19
参考文献 20

第一章 绪论
1.1 单片机的应用
单片机是生活必不可缺的控制部件，单片机的应用是很广泛的，导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯和数据传输、工业自动化过程和实时控制数据处理、广泛使用的智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机和摄像机、全自动洗衣机的控制、以及程控玩具、电子宠物等等。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
1.2 LED简介
LED俗称发光二极管，它包含了可见光和不可见光，属于光电半导体的一类，在结构上包括P极和N极，是一种依靠半导体PN结发光的光电元件。LED就是由电子材料，封装材料，辅助材料联结而成的的一个发光的闭路电子元件。它可以直接把电转换成光，LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封起来。LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。体积小，LED基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小非常的轻；耗电量低，LED耗电量非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，这就是说它消耗的电量不超过0.1W；使用寿命长，在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时；高亮度、低热量；环保，LED是由无毒的材料做成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用；坚固耐用，LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管还要坚固，等体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
LED显示屏：它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。点阵模块方案： 最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来优势： 原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。缺点： 色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。
led显示屏市场前景现状：目前由于led显示屏造价昂贵，主要用于比较高档的场所，主要集中在城市的繁华场所，作为多媒体广告的一部分。单双色led显示屏主要应用于交通,高速公路,银行、证券交易等金融场所。以后：随着人们生活水平的提高，户外led显示屏将逐渐应用于各个行业。

第二章 系统整体方案
2.1 需要实现的功能
用移动显示屏来显示汉字，通过单片机AT89C51的行扫描和74HC138芯片的列扫描使点阵显示屏移动显示“山西大学”的字幕。当中还要实现的功能：5V的电压输入，时钟电路的设置，复位电路的设置，单片机给74HC138芯片的E1高电平同时给E2和E3低电平，74HC138才能正常的工作，点阵模块：此点阵模块由四个8*8点阵组成，
图2.1.1为8×8点阵LED外观及引脚图，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。8*8LED点阵等效电路如图2.1.2所示

图 2.1.1

图 2.1.2

8X8点阵LED工作原理说明 :8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。需要实现的功能如下图流程图图2.1.3所示：

四个8*8点阵
三极管
列扫描模块
显示模块
行扫描模块
时钟电路
复位电路

图 2.1.3
本电路使用AT89C51实现行驱动，对显示模块从上至下的扫描，用74HC138和三极管实现列驱动，对显示模块从左至右的扫描，然后显示字符。在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广的通常是74HC138译码器，74HC138译码器的输出是低电平有效，故实现逻辑功能时，输出端不可接或门及或非门（因为每次仅一个为低电平，其余皆为高电平）；74HC138译码器有使能端，故使能端必须加以处理，否则无法实现需要的逻辑功能。在片选使用状态下输入中8线始终只有1线为0， 此74HC138芯片在单片机系统中极大限度的起到了扩展IO资源的作用，只要用单片机的2个IO引脚资源就能控制8个输出，而且程序的编制也容易实现。
2.2 系统软件的设计
软件程序是整个控制系统的核心部分。显示部分采用动态扫描的方式，实现对显示屏要显示的汉字、图像、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。程序中将数据存储器分为三个区：显示缓冲区、数据存储区和接收缓冲区。单片机通过串口中断接收PC机传来的数据，暂时存放在接收缓冲区，经分析处理后按一定的规律放入数据存储区保存起来，然后再根据显示方式依次从数据存储器中取出数据放入显示缓冲区中用于显示。显示采用逐行扫描的方式，图5是显示一屏字符的程序流程图。与PC机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收数据信息，实现与计算机的数据信息传输。其程序流程图如图5和6附录所示。
第三章 系统硬件电路的设计
3.2 单片机系统及外围电路
3.2.1 单片机的选择
本设计选用了AT89C51单片机作控制
3.2.2 AT89C51芯片介绍
概述：AT89C51为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 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IC 内部寄存器、数据RAM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IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCHC（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 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。AT89C51的引脚图如下图3.2所示：

图 3.2.1
3.2.3 单片机系统外围电路
单片机外围电路一般有两块：时钟电路（如图3.2.3）和复位电路（3.2.4）
时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率
复位电路由一个电阻、按键和一个电容组成，用来产生复位信号，使单片机上电的时候复位。

图 3.2.3
AT89C51单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由内部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHz，C1、成的电容值取22PF,电容的大小频率起微调的作用

图3.2.4
单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位，但是大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，在复位端加一个去耦电容，则会得
到很好的效果。
3.3 驱动电路
3.3.1 74HC138芯片简介
74HC138 为3 线－8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74HC138 两种线路结构型式，
　　其工作原理如下：
　　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（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74HC138还可作数据分配器。74HC138的引脚图如图3.3所示：

图 3.3
3.3.2 驱动电路的构成
本设计的驱动电路由电阻和PNP的三极管构成，由三极管将电流放大，再通过三极管的集电极输出给点阵显示屏，使其足够亮。其驱动电路的电阻值是采用4.7K欧姆的电阻，其驱动电压为5V。行驱动电路如图3.3.2所示，列驱动电路如图3.3.3所示：

图 3.3.2

图 3.3.3
3.4 16*16LED显示屏电路和原理
16*16LED显示屏电路由四个8*8LED点阵组成的，其中二极管的正极控制器也就是AT89C51，负极接译码器也就是74HC138。显示屏可以显示字符、汉字、动画等任何图形。该电路充分利用了单片机的I／O口资源．使整机硬件达到最简。
8*8点阵的原理：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。8X8点阵LED工作原理说明 :8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。 一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。电路如图3.4所示：

图 3.4

第四章 系统程序的设计
4.1 显示驱动电路
p=&table[0][0];

while (1)
{
for (i=0;i<8;i++) //显示左半边屏幕
{
P0=*(p+offset+2*i);
P2=i|0x08; //P2.4=0,P2.3=1 选中U2, 输出扫描码给U6
delay();

P0=*(p+offset+2*i+1);
P2=i|0x10; //P2.4=1,P2.3=0 选中U3, 输出扫描码给U7
delay();
}
for (i=8;i<16;i++) //显示右半边屏幕
{
P0=*(p+offset+2*i);
P2=(i-8)|0x20; //P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 选中U4,输出扫描码U8
delay();

P0=*(p+offset+2*i+1);
P2=(i-8)|0x40; //P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 选中U5,输出扫描码U9
4.2 系统主程序
#include <reg52.h>

#define int8 unsigned char
#define int16 unsigned int
#define int32 unsigned long

int8 flag;
int8 n;
int8 code table[][32]={
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/* " " */
{0x00,0x00,0x00,0x00,0xFC,0x0F,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0xFC,0xFF,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0xFE,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"山"*/
{0x00,0x40,0x00,0x40,0xFF,0x47,0x12,0x44,0x22,0x44,0xC2,0x7F,0x02,0x44,0x02,0x44,0x02,0x44,0xC2,0x7F,0x22,0x44,0x22,0x44,0xFF,0x47,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x00},/*"西"*/
{0x01,0x04,0x01,0x04,0x02,0x04,0x04,0x04,0x08,0x04,0x30,0x04,0xC0,0x04,0x00,0xFF,0xC0,0x04,0x30,0x04,0x08,0x04,0x04,0x04,0x02,0x04,0x01,0x04,0x01,0x04,0x00,0x00},/*"大"*/
{0x20,0x02,0x20,0x0C,0x20,0x88,0x20,0x69,0x20,0x09,0x22,0x09,0x21,0x89,0x7E,0x69,0x60,0x09,0xA0,0x09,0x20,0x19,0x20,0x28,0x20,0xC8,0x20,0x0A,0x20,0x0C,0x00,0x00},/*"学"*/

{0x01,0x04,0x01,0x04,0x02,0x04,0x04,0x04,0x08,0x04,0x30,0x04,0xC0,0x04,0x00,0xFF,0xC0,0x04,0x30,0x04,0x08,0x04,0x04,0x04,0x02,0x04,0x01,0x04,0x01,0x04,0x00,0x00},//"大",4

{0x00,0x00,0x04,0x10,0x88,0x11,0x90,0x12,0xA0,0x14,0x82,0x18,0x81,0xF0,0xFE,0x17,0x80,0x10,0x80,0x10,0xA0,0x10,0x90,0x10,0x88,0x10,0x04,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00},//"东",5

{0x81,0x00,0x81,0x00,0x82,0x08,0x82,0x88,0x84,0x68,0x88,0x08,0xB0,0x08,0xC0,0x0F,0xB0,0x08,0x88,0x08,0x84,0x28,0x82,0xC8,0x82,0x08,0x81,0x00,0x81,0x00,0x00,0x00},//"关",6

{0x20,0x08,0xC0,0x08,0x00,0x0B,0xFF,0xFF,0x00,0x09,0x80,0x08,0x01,0x01,0x01,0x12,0xC2,0x14,0x34,0x90,0x08,0x70,0x34,0x10,0xC2,0x14,0x01,0x12,0x01,0x11,0x00,0x00},//"校",7

{0x00,0x00,0xFE,0x7F,0x02,0x40,0x02,0x40,0x12,0x40,0x22,0x48,0x42,0x44,0x82,0x42,0x02,0x41,0x82,0x42,0x42,0x44,0x32,0x58,0x02,0x40,0x02,0x40,0x02,0x00,0x00,0x00},//"区",

{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}/* " " */
};

void delay(void);
int16 offset;

void main(void)
{
int8 i;
int8 *p;
flag=0x10;
n=0;
TMOD=0x01;
TH0=0xb1;
TL0=0xe0;
ET0=1;
EA=1;
TR0=1;

p=&table[0][0];

while (1)
{
for (i=0;i<8;i++) //显示左半边屏幕
{
P0=*(p+offset+2*i);
P2=i|0x08; //P2.4=0,P2.3=1 选中U2, 输出扫描码给U6
delay();

P0=*(p+offset+2*i+1);
P2=i|0x10; //P2.4=1,P2.3=0 选中U3, 输出扫描码给U7
delay();
}
for (i=8;i<16;i++) //显示右半边屏幕
{
P0=*(p+offset+2*i);
P2=(i-8)|0x20; //P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 选中U4,输出扫描码U8
delay();

P0=*(p+offset+2*i+1);
P2=(i-8)|0x40; //P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 选中U5,输出扫描码U9
delay();
}
}
}

void delay(void)
{
int16 i;
for (i=0;i<50;i++)
;
}

void timer0() interrupt 1 using 3
{
TF0=0;
TH0=0xb1;
TL0=0xe0;
if (n<10)
{
n++;
}
else
{
offset+=2;
if (offset>1100)
offset=0;
n=0;
}
}
第五章 软件仿真

结论

毕业论文是学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的给16*16点阵设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。 虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种软件的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求， 在设计过程中元件的设计让我很头痛，原因是由于本身设计受到电路图本身的框定，而又必须考虑本专业的一些要求规范，从而形成了一些矛盾点，这些矛盾在处理上让人很难斟酌，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的进行一次设计，与其他专业人才的交流沟通是很有必要的，这其中也包括更好的理解电子甲方的各种要求，更要从祖国的高度看待一些大局上的问题更好的处理各种矛盾。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。 从不知道毕业论文怎么写，到顺利如期的完成本次毕业设计，这给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，
结束语
本次毕业设计是在指导老师指导和同学帮助下完成的。在设计研究的过程中，老师给予了指导，并提供了很多与该研究相关的重要信息，培养了我们对科学研究的严谨态度和创新精神。这将非常有利于我们今后的学习和工作。在此表示衷心的感谢！

致谢

毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研
基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校-学院，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长。
其次我要感谢电子信息工程专业的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理；尤其要感谢本次设计中给我大力支持和帮助的刘老师，也就是我的指导老师，每有问题刘老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去，还要感谢我的同学们他们热心的帮助，使我感到了来兄弟姐妹的情谊，最后还要感谢相关资料的编著和给予我们支持的社会各界人士，感谢你们为我们提供一个良好的环境，使本次设计圆满完成。

参考文献

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