點(diǎn)陣LED電子顯示屏[單片機(jī)課程設(shè)計]

本科生課程設(shè)計題 目 名 稱 點(diǎn)陣LED電子顯示屏專 業(yè) 班 級 學(xué) 生 姓 名 聯(lián) 系 方 式 年 月 日概述隨著電子技術(shù)，特別是隨大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類生活發(fā)生了根本性的改變。如果說微型計算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張地說，單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。目前，單片機(jī)以其體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、高可靠性、高性能價格比、開發(fā)較為容易，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動化等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走人家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響、汽車，到處都可見到單片機(jī)的蹤影。因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。本課題研究的內(nèi)容就是以單片機(jī)為主要控制元件，驅(qū)動LED點(diǎn)陣顯示所想要現(xiàn)實(shí)的漢字。一、設(shè)計要求與總體分析1.1設(shè)計要求（1）設(shè)計4個1616的LED電子顯示屏，能穩(wěn)定、清晰地顯示圖形或文字。（2）圖形或文字顯示通過編程能實(shí)現(xiàn)靜止、左移和右移等多種顯示方式。（3）采用動態(tài)掃描方式，保證在目測條件LED顯示屏可亮度均勻地顯示圖形和文字，并且穩(wěn)定、清晰、無串?dāng)_。1.2 基本工作原理及框圖 LED點(diǎn)陣總體框圖如圖1.1所示，點(diǎn)陣電路大體上可以分成微機(jī)本身的硬件、顯示驅(qū)動電路、控制信號電路三部分。控制電路部分包括一個51CUP和一些外圍電路。在整個電路當(dāng)中單片機(jī)負(fù)責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、與PC機(jī)的串行通訊、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。點(diǎn)陣顯示屏體、以及它的行和列的各個驅(qū)動電路。此顯示電路采用掃描方式進(jìn)行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。由行譯碼器給出的行選通信號，從第一行開始，按順序依次對各行進(jìn)行掃描(把該行與電源的一端接通)。另一方而，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動器是否將該列與電源的另一端接通。接通的列，就在該行該列點(diǎn)燃相應(yīng)的LED；未接通的列所對應(yīng)的LED熄滅?？赏ㄟ^掃描輸出口的控制實(shí)現(xiàn)顏色的轉(zhuǎn)換。 圖1.1 基本工作原理框圖二、硬件電路設(shè)計及說明2.1 AT89C51芯片AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖2.1 AT89C51引腳圖單片機(jī)是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī)，這些部件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路。8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見圖2.2。 圖2.2 8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.2 74HC138譯碼器4HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1和A3），并當(dāng)使能時，提供8個互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。74HC138特有3個使能輸入端：兩個低有效（E1和E2）和一個高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74HC138芯片和1個反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74HC138亦可充當(dāng)一個8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。圖2.3 74HC138封裝圖2.3 1616點(diǎn)陣1616LED點(diǎn)陣其實(shí)就是4塊88點(diǎn)陣LED級聯(lián)而成的，因此特給出 88 點(diǎn)陣LED的工作原理。圖2.4為88點(diǎn)陣LED外觀及引腳圖，其等效電路如圖2.5所示，只要其對應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想使左上角LED點(diǎn)亮，則Y0=1，X0=0即可。應(yīng)用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。而1616就是在88原理的基礎(chǔ)上將四塊88級聯(lián)而成，如圖2.6。圖2.5 88點(diǎn)陣LED等效電路 圖2.6 四塊8x8點(diǎn)陣LED級聯(lián)成16x16點(diǎn)LED驅(qū)動顯示采用動態(tài)掃描方法，動態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。以1616點(diǎn)陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的陰極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陽極連在一起（共陰的接法），先送出對應(yīng)第1列發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1列使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第2列的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2列使其燃亮相同的時間，然后熄滅；.第16列之后，又重新燃亮第1列，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。顯示數(shù)據(jù)可通過單片機(jī)的P0,P2口接驅(qū)動電路傳輸?shù)近c(diǎn)陣行引腳。點(diǎn)陣的移動列掃描方式左移動：列向組字顯示字符水平方向的移動。 將原來字符點(diǎn)陣數(shù)組的16個數(shù)據(jù)重復(fù)一遍延長，點(diǎn)陣數(shù)組的數(shù)據(jù)個數(shù)為32個。每掃描一幀取8個數(shù)據(jù)顯示，下一幀取數(shù)要在數(shù)組中后移一個數(shù)取數(shù)。循環(huán)一遍掃16幀?？梢约傧胗袃蓧K1616的點(diǎn)陣模塊（共32幀）水平平行排列，用一個恰好能罩住16列點(diǎn)陣的中空方框去罩這個點(diǎn)陣，第1（第1幀）罩住最左邊數(shù)起第一列開始的16列，就掃描顯示這16列；第2次（第2幀）使方框右移一列，罩住做左邊數(shù)起第2列開始的16列，就掃描顯示這16列；這樣每掃描完一幀使方框右移一列，最后第16次（第16幀）時，罩住左邊數(shù)起的第16列開始的16列，就掃描顯示這16列。如此完成16幀畫面的掃描顯示，也就完成了整個一次移動循環(huán)掃描、之后反復(fù)循環(huán)，即可呈現(xiàn)顯示字符沿水平向左移動的圖像因?yàn)槭橇邢蚪M字（列掃描方式，點(diǎn)陣數(shù)據(jù)為行碼，上邊為低位下面為高位），希望顯示移動的一個字符，第1次掃描從行碼的點(diǎn)陣數(shù)組中取第116個數(shù)據(jù)，送行碼輸出口，對應(yīng)于這8個數(shù)據(jù)，同時用列碼輸出口輸出列碼，分別控制第116列。掃描完前16個數(shù)據(jù)之后，第2次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第318個數(shù)據(jù)（第18個數(shù)據(jù)與第1個數(shù)據(jù)同），送行碼輸出口，對應(yīng)于這16個數(shù)據(jù)，同時用列碼輸出口輸出列碼，仍分別控制掃第116列。第3次掃描從點(diǎn)陣數(shù)組中取第520個數(shù)據(jù)（第20個數(shù)據(jù)碼與第2個數(shù)據(jù)碼相同）掃描；如此實(shí)現(xiàn)字符向左移動。以上完成一個圖形移動的方法，也可以看成是移動16個不同的字形，首先掃描第一個字型，同樣是16行，16次掃描，16次顯示；完成一個字型的掃描以后，再掃描第二個字型；完成第二個字型的掃描之后，再掃描第三個字型依此類推，即可產(chǎn)生該文字的左移的感覺。三、軟件設(shè)計分析3.1設(shè)計基本思路在硬件方面基于AT89C51單片機(jī)的基礎(chǔ)上，采用動態(tài)掃描的方式對LED點(diǎn)陣進(jìn)行掃描顯示，運(yùn)用74HC138對點(diǎn)陣進(jìn)行列驅(qū)動，通過加上拉電阻對點(diǎn)陣進(jìn)行行驅(qū)動；在軟件方面，通過定時中斷讓顯示的文字更加穩(wěn)定，更加清晰，由字模生成軟件得到所要的文字、圖片在LED點(diǎn)陣中顯示的代碼，不斷掃描各行各列，通過人的視覺誤差達(dá)到文字、圖片的穩(wěn)定顯示。3.2軟件設(shè)計流程圖3.3程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longuchar flag;uchar n;uchar code table32= 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,/* " " */ 0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x1F,0x20,0x12,0x20,0x12,0x20,0x12,0x20,0x12,0xFC,0xFF,0x22,0x12,0x22,0x12,0x22,0x12,0x22,0x12,0xF2,0x1F,0x02,0x00,0x0E,0x00,0x00,0x00,/*"電",0*/* (16 X 16 , 新宋體 ) */0x00,0x01,0x00,0x02,0x00,0x0C,0xFE,0x3F,0x00,0xE0,0x00,0x50,0x7E,0x15,0x44,0x15,0x44,0x95,0x44,0x75,0x44,0x55,0x44,0x15,0x7E,0x15,0x00,0x10,0x00,0x10,0x00,0x00,/*"信",1*/* (16 X 16 , 新宋體 ) */0x00,0x00,0x08,0x00,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x20,0x08,0x60,0x08,0x20,0x18,0x00,0x08,0x00,0x00,0x00,/*"二",2*/* (16 X 16 , 新宋體 ) */0x08,0x42,0x08,0x42,0xF0,0x7F,0x11,0x42,0x92,0x42,0x04,0x07,0x18,0x00,0xE0,0xFF,0x04,0x00,0x04,0x42,0x04,0x42,0xFC,0x7F,0x04,0x42,0x04,0x42,0x04,0x42,0x00,0x00,/*"班",3*/* (16 X 16 , 新宋體 ) */ 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);ulong offset;void main(void) uchar i; uchar *p; flag=0x10; n=0; TMOD=0x01; TH0=0xb0; TL0=0xf0; ET0=1; EA=1; TR0=1;p=&table00; while (1) for (i=0;i<8;i+) /顯示左半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 選中U2, 輸出掃描碼給U6 delay();P0 = 0x00; P0=*(p+offset+2*i+1); P2=i|0x10; /P2.4=1,P2.3=0 選中U3, 輸出掃描碼給U7 delay();P0 = 0x00; for (i=8;i<16;i+) /顯示右半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=(i-8)|0x20; /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 選中U4,輸出掃描碼U8 delay();P0 = 0x00; P0=*(p+offset+2*i+1); P2=(i-8)|0x40; /P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 選中U5,輸出掃描碼U9 delay();P0 = 0x00; void delay(void) uchar i,j;for (i=0;i<100;i+)for(j=0;j<100;j+); ;void timer0() interrupt 1 using 3 TF0=0; TH0=0xb1; TL0=0xf0; if (n<10)n+; else offset+=2; if (offset>160) offset=0; n=0; 四、系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析4.1 Proteus軟件基本概述Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，它能從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。4.2 Proteus軟件仿真電路圖及結(jié)果仿真電路圖如下圖5.1所示圖5.1仿真電路圖仿真結(jié)果如圖5.2所示仿真結(jié)果4.3軟件仿真分析 基于Proteus軟件的模擬仿真平臺，我們小組成員通過對程序的模擬仿真操作，驗(yàn)證了我們的課程設(shè)計成果。所設(shè)計的LED電子顯示屏能穩(wěn)定清晰地顯示圖形和文字信息，在編程軟件的調(diào)控下，圖形和文字信息可以實(shí)現(xiàn)在電子屏上的靜止顯示以及圖像的左移和右移顯示。我們的設(shè)計同時采用動態(tài)掃描的方式，保證了在目測條件下LED顯示屏亮度均勻的顯示圖形和文字信息，并且穩(wěn)定、清晰、無串?dāng)_?；诜抡娼Y(jié)果，通過小組成員的合力協(xié)作，我們圓滿地完成了預(yù)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計要求與目的。五、課程設(shè)計總結(jié)轟轟烈烈的忙活了半個多月的課程設(shè)計終于在今天宣告結(jié)束，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)成員的通力合作，我們小組的LED電子顯示屏設(shè)計終于取得了不錯的成果。通過proteus軟件的模擬仿真驗(yàn)證，我們基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課題預(yù)期的設(shè)計初衷。通過本次單片機(jī)課程設(shè)計，我們成員間擺脫了平日遇事獨(dú)立思考閉門造車的學(xué)習(xí)誤區(qū)，面對設(shè)計難題時，大家學(xué)會了積極的與其他成員的交流，取長補(bǔ)短，共同進(jìn)步。小組成員真正體會到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，感受到了小組成員齊心協(xié)力為了共同的目標(biāo)團(tuán)結(jié)奮斗的強(qiáng)大團(tuán)隊(duì)力量。同時我們也更好的掌握了一種高效的學(xué)習(xí)方式，平日里我們總是沉浸在理論的海洋中摸索，而今我們通過自己的親身動手操作，聯(lián)系平日所學(xué)習(xí)的理論知識，小組成員獨(dú)立自主的完成了課程設(shè)計，很好的將理論知識活學(xué)活用到動手實(shí)踐中，而且極大的調(diào)動了各個成員的責(zé)任心，讓我們大家都獲益匪淺。10