LED点阵显示系统设计.docx

1、LED点阵显示系统设计学 号 09700113 单片机原理及接口技术课程设计设计说明书基于单片机的LED点阵显示系统设计起止日期： 2013 年1月4日 至 2013 年1月10日学生姓名李炯班级09电信一班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2013年1月9日天津大学课程设计任务书2012 2013学年第 1 学期 计算机与信息工程学院 电子信息工程专业 班级 09电信1班 学号 09700113 课程设计名称： 单片机原理及接口技术课程设计 设计题目： 基于单片机的LED点阵显示系统设计 完成期限：自 2013 年 1月 4日至 2013 年 1月 10 日共 1 周设计依据、要求及主

2、要内容：一程设计的目的1. 进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2. 掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3. 通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。4. 通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5. 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。二课程设计的基本要求1. 认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2. 提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3. 提高独立分析、解决问题

3、的能力，逐步增强实际应用训练。4. 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。5. 课程设计说明书封面格式要求见天津城市建设学院课程设计教学工作规范附表1。三课程设计具体要求a) 要求每位同学独立完成设计任务。b) 原理图设计。1 原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。2 图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。3 原理图要完整，CPU，外围器件，扩器接口，输入/输出装置要一应俱全。c) 程序调计1 根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2 根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，

4、设直出完整的程序程序流程图。d) 设计说明书1 原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。2 程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。3 画出工作原理图，程序流程图如并给出相应的程序清单。四 设计任务利用单片机AT89S51实现控制的LED点阵显示应用控制系统中的接口和编程设计，完成LED点阵显示等相关功能。指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 2012年 12月22日目 录 第一章 设计说明及要求 01.1设计任务 01.2设计要求 0第二章 设计方案以及原理

5、02.1设计方案 02.2 LED显示的基本原理 02.2.1 88点阵简介 0第三章 硬件电路设计 03.1 74HC595工作原理 03.1.1 引脚说明 03.1.2 功能表 03.2 74HC154功能简介 03.2.1 引脚说明 03.2.2 地址/全能输入对应输出表 0第四章 系统软件设计 04.1流程图设计 04.2 系统源程序设计 04.2.1 主程序 04.2.2 显示驱动程序 0参考文献 0第一章 设计说明及要求1.1设计任务基于单片机AT89S51控制的LED点阵显示应用设计，完成LED点阵显示等相关功能。1.2设计要求a) 原理图设计。1 原理图设计要符合项目的工作原理

6、，连线要正确。2 图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。3 原理图要完整，CPU，外围器件，扩器接口，输入/输出装置要一应俱全。b) 程序调计1 根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2 根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程图。c) 设计说明书1 原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。2 程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。3 画出工作原理图，程序流程图如并给出相应的程

7、序清单。第二章 设计方案以及原理2.1设计方案由于要交替显示三个字符，因此需要采用动态扫描显示。我们可以采用单片机来实现控制，程序设计时要求：首先选中88LED的某一行，然后通过查表指令得到这一行要点亮的状态所对应的码型，并送到相应的端口，延时1ms，接着选中下一行、送该行的显示状态码型、送端口、延时如此循环直至8行均显示一遍，时间为8ms，然后再从第一行开始循环扫描，每个字符扫描255遍，那么每个字符共显示约2s，利用人的视觉暂停作用，就可以看到一个清晰的字符了；然后就可以显示下一个字符了，这时只需要修改显示的状态码即可。系统框图如图2.1所示给出的是可以显示一个1616汉字系统的框图。电路

8、特点：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CM0S8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。 图2.1 系统框图其主要特点性有： 1） 8031 CPU与MCS-51兼容2） 4K字节可编程FLASH存储器（寿命：1000写/擦循环）3） 全静态工作：0Hz-24KHz4） 三级程序存储器保密锁定5） 128*8位内部RAM6） 32条可编

9、程I/O线7） 两个16位定时器/计数器8） 6个中断源9） 可编程串行通道10）低功耗的闲置和掉电模式11）片内振荡器和时钟电路2.2 LED显示的基本原理LED显示屏是一种由半导体发光二极管构成的显示点阵,通过控制每个LED的亮灭实现图形或字符的显示。无论是单个的LED还是LED7段显示器，大多不能显示字符（含汉字）及更为复杂的图形信息，主要是因为它们没有足够的信息显示单位。LED点阵显示是把很多的LED按矩阵方式排列在一起，通过对各LED发光和不发光的控制来完成各种字符和图形的显示。最常见的LED点阵显示模块有57（5列7行）、79、88结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种可作为

10、大型电子显示屏的基本组成单元。本文主要介绍88点阵显示模块的工作原理。2.2.1 88点阵简介88点阵的外观及引脚如图2.2所示，其等效电路如图2.3所示。由等效电路中可以看出，只要合理的控制各个LED的阳极和阴极的电位，就可以控制LED的点亮和熄灭。LED大屏幕显示可分为静态显示和动态扫描显示两种。静态显示只有一屏就可以了，而当要显示的字符较多或者图形要求变化时，则要用到动态扫描显示了。静态显示下，每一个像素都需要一套驱动电路，如果显示屏为nm个像素，则需要nm套驱动电路；而动态扫描时显示方式则采用复用技术， 图2.2 88点阵的外观及引脚图如果是P路复用，则每P个像素需要一套驱动电路，个像

11、素仅需nm/P套驱动电路，可见，动态扫描时，P越大，驱动电路越少，成本越低。图2.3 88点阵的等效电路第三章 硬件电路设计系统由AT89C51最小系统、显示屏、列驱动电路、行驱动电路和控制键构成。AT89C51为主控芯片,显示屏由4块88LED共阴连接组成,其列驱动电路由2片74HC595构成,扩展为具有锁存、串并移位和三态输出的16位移位寄存器,字模数据由此输出;行驱动电路由1片4-16线译码器74HC154构成,从DCBA输入增量数据,将输出逐行扫描信号。该系统在Proteus软件环境下的原理图如图3-1所示：图3-1设计总电路3.1 74HC595工作原理74HC595是硅结构的CMO

12、S器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SH的上升沿输入，在STCP的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。其引脚图如图3-2所示。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。 将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，

13、例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁。 图3-2 74HC595引脚图3.1.1 引脚说明表3-1 引脚说明符号引脚描述Q0Q715，17引脚八位并行数据输入GND8引脚地Q79引脚串行数据输出MR10引脚复位（低电平）SHCP11引脚移位寄存器时钟输入STCP12引脚存储寄存器时钟输入OE13引脚输出有效（低电平）DS14引脚串行数据输入VCC16引脚电源3.1.2 功能表表3-2 74HC595工作功能表输入输出功能SHCPSTCPOEMRDSQ7QnLLNCMR为低电平时仅仅影响移位寄存器LLLL空移位寄存器到输出寄存器HLLZ清空移位寄存器，并行输出为高阻状态LHHQ6NC逻辑高电平移

14、入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态 移入LHNCQn移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出LHQ6Qn移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持寄存器并出功能表说明：H=高电平状态 L=低电平状态 =上升沿 =下降沿 Z=高阻 NC=无变化 =无效 当MR为高电平，OE为低电平，数据在SHCP上升沿进入寄存器，在STCP上升沿输出到并行口。3.2 74HC154功能简介74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。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

15、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。74HC154引脚图如图3-3所示：3.2.1 引脚说明1-11以及13-17 ：输出端.（outputs (active LOW)）。12：Gnd电源地 （ground (0 V)）。18-19：使能输入端、低电平有效 (enable inputs (active LOW)。20-23地址输入端 (address inp

16、uts)。24：VCC电源正 (positive supply voltage)。3.2.2 地址/全能输入对应输出表H=高电平（HIGH voltage level）L=低电平（LOW voltage level） X=任意电平（dont care）只要控制端G1、G2任意一个为高电平，A、B、C、D任 图3-3 74HC154引脚说明意电平输入都无效。G1、G2必须都为低电平才能操作芯片。74HC154真值表见表3-3：第四章 系统软件设计本显示电路比较简单，主要就是通过对LED 的点亮控制以及人的视觉暂停作用来显示字符的，通过上面的分析，可以得出程序流程图如图所示。4.1流程图设计系统主

17、程序开始以后首先是对系统环境初始化,包括设置串口、定时器、中断和端口。然后进行键盘扫描,如果K1键按下字符卷帘输出,如果K2键按下字符上移输出,如果K3键按下字符左移输出。程序设计流程图如图4-1所示：图4-1主程序模块流程图4.2 系统源程序设计 4.2.1 主程序根据设计流程图实现汇编语言设计参考源程序如下：TIM EQU 30HCNTA EQU 31HCNTB EQU32HORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP T0XORG 30HSTART: MOV TIM,#00HMOV CNTA,#00HMOV CNTB,#00HMOV TMOD,#01HMOV TH0,#(65

18、536-4000)/256MOV TL0,#96SETB TR0SETB ET0SETB EASJMP $T0X: MOV TH0,#(65536-4000)/256MOV TL0#96MOV DPTR,#TABMOV A,CNTAMOVC A,A+DPTRMOV P2,AMOV DPTR,#DIGITMOV A,CNTBMOV B,#8MUL ABADD A,CNTAMOVC A,A+DPTRMOV P0,AINC CNTAMOV A,CNTACJNE A,#8,NEXTMOV CNTA,#00HNEXT: INC TIMMOV A,TIMCJNE A,#120,NEXMOV TIM,#00

19、HINC CNTBMOV A,CNTBCJNE A,#3,NEXMOV CNTB,#00HNEX: RETITAB: DB 07FH,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEHDIGIT: DB 0FFH,0FBH,0FBH,0FBH,0FBH,0FBH,0C3H,0FFHDB 0FFH,0BBH,0D7H,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0FFHDB 0FFH,083H,0EFH,0EFH,0EFH,0EBH,0E7H,0FFHDB 0FFH, 0FFH, , 0FFH, 0FFH, 0FFH, 0FFH, 0FFHEND4.2.2 显示驱动程序查询当前点亮

20、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, 在中断程序中,驱动程序先要关闭显示屏,等显示数据打入输出锁存器并锁存后, 然后再输出新的行选通信号,重新打开显示。显示驱动程序如下:void leddisplay( vo id) inter rupt 1 using 1 reg ister unsigned char i, j= BLKN;TH 0 = 0xF8; TL0 = 0x30;i = P1; i = + + i & 0x 0f; do j- ;SBUF = dispram i* BLKN + j ;while ( !

21、T I) ;TI = 0;while ( j) ; G = 1; P1 = 0x 00; R = 1; P1 = i; R = 0; G = 0; 参考文献1 胡静,陈满林,王维.基于串口的远程多路双向通讯LED显示系统J.科协论坛(下半月).2009(09)2 张晓芳,崔帅锋.LED显示屏的无线数据通信方法研究J.现代显示.2009(06)3 远飞.基于Proteus的LED滚屏设计与仿真J.电子元器件应用.2009(06)4 梁勇,马兴平.单片机实现的LED点阵图文显示系统设计J.中国科技信息.2009(09)5 何勇,郭维树,徐草草.基于C8051F020单片机的大屏幕LED模块化设计J.中国高新技术企业.2008(16)6 侯丽玲.基于AT89S52单片机的LED点阵显示屏控制系统的设计J.漳州职业技术学院学报.2008(03)7 赵煜,靳桅.基于VRS51L3074的LED显示控制系统设计J.重庆工学院学报(自然科学版).2008(11)8 张飞碧,陈宏庆.LED大屏幕显示技术(续完)J.演艺设备与科技.2007(05)9 张飞碧,陈宏庆.LED大屏幕显示技术J.演艺设备与科技.2007(04)10 郑刚,李宇成.LED大屏幕显示系统的设计J.北方工业大学学报.2001(03)