16×16点阵LED电子显示屏的设计要点.doc

邮电与信息工程学院

课程设计说明书

课题名称： 16×16点阵LED电子显示屏的设计
学生学号： 1002030205
专业班级： 计科02班
学生姓名： 龚建新
学生成绩：
指导教师： 王会清
课题工作时间： 2013年5月6日 至 5月20日

一、课程设计的任务的基本要求：
一、设计部分
设计一个能显示16X16点阵图文LED显示屏，要求能显示图文或文字，显示图文或文字应稳定、清晰，图文或文字显示，以卷帘形式向上滚动显示。

2、论文部分
1、学生应提交的资料：
l 纸质《课程设计说明书》1份
l 源程序1份（作为附件）。
2、课程设计摘要（中文）的内容包括：
l 概述：包括该次课程设计自己所作的题目，所用的编程工具等；
l 需求分析（基本要求）、设计（算法思想、关键函数的流程图）、实现（源程序清单及注释）；调试分析和运行结果（输入和输出截图）；
l 参考文献（至少2篇）
3、课程设计摘要（英文）部分，只需简要介绍设计中使用的语言和知识，以及设计实现的功能即可。

指导教师签字： 王会清

2013 年 5 月 20 日
二、进度安排：
1、程序设计
十一周：周一~周五 上午8：30-11：30
下午2：30-5：00
2、论文撰写
十二周：周三~周四 自行安排时间
3、程序演示和论文提交
十二周：周五

三、 应收集资料及主要参考文献：
[1]金龙国，单片机原理与应用[M].中国水力水电出版社，2008.1
[2]康华光，数字电子技术[M].高等教育出版社.2008 8
[3]单片机C语言应用于实践[M].清华大学出版社.2005 7
[4]周润景，基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社

四、 课程设计摘要（中文）
注：本程序所使用为汇编语言所使用的软件 MASM
1 课题简介
1.1 LED显示简介
目前广告牌具有显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的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要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点。
2 课题系统整体方案
2.1 需要实现的功能
本设计是一16×16点阵LED电子显示屏的设计。整机以40脚单片机AT89C51为核心，通过该芯片控制列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏能显示1个汉字。显示可以采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。开关控制显示“矿大电气五班”、“电子综合设计”的字幕。
同时还要实现的功能：5V的电压输入，时钟电路的设置，复位电路的设置，单片机给74HC154芯片同时给E1和E2低电平，74LS154才能正常的工作。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，16*16LED点阵如图2.1.1所示。
图 2.1.1

16X16点阵LED工作原理说明 : 16X16点阵共需要256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
16*16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

本电路使用AT89C51实现行驱动，对显示模块从上至下的扫描，用74HC154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74HC154译码器，74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
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。
3 系统硬件电路的设计
3.1 单片机系统及外围电路
3.1.1 单片机的选择
本设计选用了AT89C51单片机作控制
3.1.2 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SCLS（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3.1所示：

图 3.1
3.1.3 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3.1.3）和复位电路（3.1.4）
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 3.1.3
AT89C52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3.1.4
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。
3.2 驱动电路
3.2.1 74HC154芯片简介
74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。
3.2.2 驱动电路的构成
本设计的驱动电路由三极管的集电极输出给点阵显示屏，使其足够亮。其驱动电压为5V。行驱动由P0口列驱动电路如图3.3.2所示：

图 3.2.2
3.3 16*16LED显示屏电路和原理
16*16LED显示屏电路在proteus仿真中由四个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74HC154。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。
16*16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。电路如图3.3所示：
图 3.3

3.4 电源电路
本设计采用电源线直接从家用电路中接入电源，经变压为5V，为电路供电。
4， 调试及性能分析
4.1 软件调试
将上述程序进行编译后，打开AT89C51单片机的元件属性编辑对话框，如图4.1.1所示。在PROGRAM FILE中，单击文件夹图标，选择“程序ll.hex文件后，即可对系统进行仿真，整个系统的仿真结果如图4.1.2所示：

图 4.1.1

图4.1.2
4.2 性能分析
本文设计的点阵LED显示屏控制系统以AT89C52单片机为基础，采用静态RAM作为数据存储器，利用串行接口实现与PC机的数据传输。在系统设计中还兼顾了单片机的抗干扰能力，有效地提高了系统运行的可靠性。可直接运用于实际场合。可实现汉字、字符及数字等内容的显示。可以随时更新显示的内容。使用起来非常方便。
5 实验总结
本文设计的点阵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。在本次设计过程中，我们得到以下体会：通过两个星期和大家的一起的努力，我收获了很多，本设计是用四个8x8的点阵显示模块组成的16x16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，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。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。
总结本文的研究工作，主要做了下面几点工作：
一、通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。并且通过对单片机资料的查阅和应用，更进一步增加了对单片机知识的理解和运用能力。并证实了自己的思路：“查资料→思考总结→运用→找出差错，再查资料和向别人询问→再次运用”的正确性。
二，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。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。
三，本文列出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，软件流程图和具体C语言程序设计与调试等方面。
四，通过这次课程设计，重新复习并进一步增强了动手的能力，学以致用，把只是运用到实际生活中才是根本目的

总体来说这次的课程设计不算成功，没达到预想的目的：但学到了知识，提高了能力，完成了任务。有点缺憾是时间有限，实物没能做成功，不能进一步深入和扩散学习和研究。希望有时间可以对程序和电路图作更进一步的改进·

五、 课程设计摘要（英文）：The advertising screen system based on A T89C51 single chip is designed in the paper. the system includes LED driver module ,data storage module ,PC communications module and so on.The main function of A T89C51 single chip in system is to realize the word shifting,display and data reading functions of LED Display screen. Key words :A T89C51;LED;Data dtorage;Advertising screen

六、成绩评定：
指导教师评语：

指导教师签字：

2012 年 月 日

项 目
评价
项 目
评价

调查论证

工作量、工作态度

实践能力

分析、解决问题能力

质 量

创 新

得 分

七、 答辩纪录：
1，该软件存在哪些问题，实现起来有什么困难？
该软件没有考虑仿真软件是一个理想的仿真环境，而实际连接的电路板会由于譬如连接不当，相邻器件间的干扰等等的问题导致在仿真软件中能良好运行的程序，出现显示问题不能显示全（点阵模块不知道有极性接错导致），经过排查和合理的器件摆放焊接，问题也没能解决。
2，在设计过程中，涉及到一下一些没学过的知识，你是怎么获得的？
比如在该软件中需要学会使用Protel 的基本使用，我们呢 先是在网上找关于其使用方法，以及去图书馆找相关书籍去了解，直到有了一个大致的了解后才去运用，以及运用到该程序中。

答辩意见及答辩成绩

答辩小组教师（签字）：
200 年 月 日
总评成绩：
（教师评分×75%+答辩成绩×25%）

课程设计评审标准（指导教师用）
评价内容
具 体 要 求
权 重
调查论证
能独立阅读文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。
0.1
实践能力
能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装置安装、调试、操作。
0.2
分析解决
问题能力
能运用所学知识和技能去发现和解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
0.2
工作量、
工作态度
按期圆满完成规定任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。
0.2
质量
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。
0.2
创新
工作中有创新意识；对前人工作有改造或独特见解。
0.1

附代码：
***************************************
； * *
； * 单个16ｘ16的点阵电子屏字符显示器 *
； * ATA89C52 12MHz晶振 *
； * 2013.5.19 *
； ***************************************
；显示字用查表法，不占用内存，字符用16ｘ16共阳LED点阵，
；效果：向上滚动显示5个字，再重复循环。
；R1：查表偏址寄存器，B：查表首址，R2：扫描地址（从00～0FH）。
；R3：滚动显示时控制移动速度，单字显示可控制静止显示的时间。
；*************；
；中断入口程序 ；
；*************；
；
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0003H
RETI
ORG 000BH
LJMP INTTO
ORG 0013H
ERTI
ORG 001BH
ERTI
ORG 0023H
RETI
ORG 002BH
RETI
；
；***********；
；初始化程序；
；***********；
；
；
；***********；
； 主程序 ；
；***
；
START: MOV 20H,#00H ；清零标志，00H为第16行开始扫描标志，01为1帧
；扫描结束标志
MOV A,#0FFH ；端口初始化
MOV P1,A
MOV P1,A
MOV P3,A
MOV P0,A
CLR P1.6 ；串行寄存器输入打入输出控制位
MOV TMOD,#01H ；使用T0做16位定时器，行扫描用。
MOV TH0,#0FCH ；1ms初值（12MHz）
MOV TL0,#18H
MOV SCON,#00H ；串口0方式传送显示字节
MOV IE，#82H ；T0中断允许，总中断允许
MOV SP，#70H
MAIN： LCALL DISI ；显示准备，黑屏，1.5s
MOV DPTR,#TAB
LCALL MOVDISP ；向上滚动显示一页（8个字）
INC DPH
LCALL MOVDISP ；向上滚动显示一页（8个字）
INC DPH
LACLL MOVDISP ；向上滚动显示一页（8个字）
AJMP MAIN
；
；
；***********************；
； 多字滚动显示程序 ；
；***********************；
；每次8个字，入口时定义好DPTR值
；
MOVDISP: MOV B,#00H ；向上移动显示，查表偏值暂存（从00开始）
DISLOOP: MOV R3,#07H ；移动速度
DISMOV： MOV R2,00H ；第0行开始
MOV R1,B
SETB TR0 ；开扫描(每次一帧)
WAITMOV: JBC 01H,DISMOV1 ；标志为1扫描一帧结束（16ms为1帧，每行1ms）
AJMP WAITMOV
DISMOV1: DJNZ R3,DISMOV ；1帧重复显示(控制移动速度)
INC B ；显示字的下一行（每行2字节）
INC B
MOV A,R1 ；R1为08个字显示完
JZ MOVOUT
AJMP DISLOOP
MOVOUT: RET ；移动先是结束
；
；
；****************；
； 单字显示程序 ；
；****************；
；显示表中某个字；
；****************；
DIS1: MOV R3,#5AH ；静止显示时间控制（16ms*#=1.6s）
DIS11: MOV R2,#00H ；一帧扫描初始值(行地址从00～0FH)
MOV DPTR,#TAB ；取表首址
MOV R1,#00H ；查表偏址(显示第一个字)
SETB TR0 ；开扫描（每次一帧）
WAIT11: JBC 01H,DIS111 ；为1，扫描一帧结束
AJMP WAIT11
DIS111: DJNZ R3,DIS11
RET
；
；
；************；
； 扫描程序 ；
；************；
；1ms刷新一次，每行显示1s
INTT0： PUSH ACC
MOV TH0,#0FCH ；1ms初值重装

MOV TL0,#18H
JBC 00H,GOEND ；16行扫描标志为1，结束
INC R1 ；取行右边字节偏址
MOV A,R1
MOVC A,@A+DPTR ；查表
MOV SBUF,A ；串口0方式发送
WAIT： JBC TI,GO ；等待发送完毕
AJMP WAIT1
GO: DEC R1 ；取行左边字节偏址
MOV A,R1
MOVC A,@A+DPTR
MOV SBUF,A
WAIT1: JBC T1,GO1
AJMP WAIT1
GO1: SETB P1.7 ；关行显示，准备刷新
NOP ；串口寄存器数据稳定
SETB P1.6 ；产生上升沿，行数据打入输出端
NOP
NOP
CLR P1.6 ；恢复低电平
MOV A,R2 ；修改显示行地址
ORL A,#0F0H ；修改显示行地址
MOV R2,A ；修改显示行地址

MOV A,P1 ；修改显示行地址
ORL A,#0FH ；修改显示行地址
ANL A,R2 ；修改显示行地址
MOV P1,A ；修改完成
CLR P1.7 ；开行显示
INC R2 ；下一行扫描地址值
INC R1
INC R1 ；下一行数据地址
MOV A,R2
ANL A,#0FH
JNZ GO2
SETB 00H ；R2为01H现为末行扫描，置标志
GO2： POP ACC
RETI
GOEND: CLR TR0 ；一帧扫描完毕，关扫描
SETB 01H ；一帧扫描完毕，置结束标志
POP ACC
RETI ；退出
；
；
；***************；
； 扫描文字表 ；
；***************；
；
TAB:DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH00FFH,0FFH,0FFH ；黑屏
DB
0F9H,0BFH,0C7H,0AFH,0F7H,0B7H,0F7H,0B7H,0F7H,0BFH,000H,001H,0F7H,0BFH,0F7H,0B7H ；我
DB
0F1H,0D7H,0C7H,0CFH,037H,0DFH,0F7H,0AFH,0F6H,06DH,0F7H,0F5H,0D7H,0F9H,0EFH,0FDH ；
DB
0FFH,007H,0C0H,06FH,0EDH,0EFH,0F6H,0DFH,0C0H,001H,0DDH,0FDH,0BDH,0FFH,0C0H,003H ；爱
DB
0FBH,0FFH,0F8H,00FH,0F3H,0DFH,0F4H,0BFH,0EFH,03FH,09CH,0CFH,073H,0F1H,0CFH,0FBH ；
DB
0F7H,0DFH,0F9H,0CFH,0FBH,0BFH,0C0H,007H,0DEH,0F7H,0C0H,007H,0DEH,0F7H,0DEH,0F7H ；单
DB
0C0H,007H,0DEH,0F7H,0FEH,0FFH,000H,001H,0FEH,0FFH,0FEH,0FFH,0FEH,0FFH,0FEH,0FFH
DB
0FFH,0BFH,0EFH,0BFH,0EFH,0BFH,0EFH,0BBH,0E0H,001H,0EFH,0FFH,0EFH,0FFH,0EFH,0FFH ；片
DB
0E0H,00FH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0DFH,0EFH,0DFH,0EFH,0BFH,0EFH,07FH,0FFH
DB
0EFH,0FFH,0EFH,007H,0EFH,077H,001H,077H,0EFH,077H,0EFH,077H,0C7H,077H,0CBH,077H ；机
DB
0ABH,077H,0AFH,077H,06EH,0F7H,0EEH,0F5H,0EDH,0F5H,0EDH,0F5H,0EBH,0F9H,0EFH,0FFH ；
DB
0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH ；黑屏
DB
0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH ；
END

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计科02班 龚建新 硬件系统课程综合设计