绵阳职业技术信息工程系.docx

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绵阳职业技术信息工程系

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课程实训报告

课程名称：

单片机应用技术实训

实训题目：

1个16*32点阵LED电子显示屏设计

起止时间：

2010年11月22日至12月5日

专业班级：

智能091

学生姓名：

刘勇

小组成员：

李小飞、熊陈良、付琳彦

学号：

0901282

指导教师：

乔之勇

绵阳职业技术学院信息工程系

年月日

任务书

一、实训任务

设计一个能显示1个16*32点阵图文LED显示屏

被遥控操作

二、设计要求

1.基本要求

1）能显示稳定、清晰的图形文字。

2）显示内容有静止、左移、右移等显示方式

3）写出详细设计报告

4）给出全部电路和源程序

2.发挥部分

1）改变源程序，改变文字内容、改变显示方式

2）采用模块化设计，便于适应社会需要

3）采用模块化设计，便于级联组成多汉字屏

4）掉电后能保存显示的信息

摘要

显示在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们生活质量的不断提高，对显示器质量和性能的要求也越来越高。

LED的出现，使生活的质量得以有效提高，对于电视、广告牌制作等也提供了更大的发展空间。

本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计LED显示牌，系统实用性强、操作简单、扩展性强。

本设计就是采用单片机模拟红外线控制家用电器。

本设计系统由单片机I/O口扩展系统、LED显示器系统、中断控制系统、复位电路等几大部分组成。

系统除基本16*16点阵显示外，还可以根据实际要求的需要，对其外围显示部分进行扩展。

软件上采用C51编程，主要编写了主程序，汉字显示程序，中断程序延时程序等。

经过整机调试，实现了对电器的模拟控制。

关键词：

AT89C5174LS154集成块74LS595集成块16*16LED显示器键盘控制花样

第一章绪论

1.1概述

随着LED显示屏的应用范围越来越广，价格也相应下降，已涉及到社会经济的许多领域，其应用场合主要包括：

（1）证券交易、金融信息显示

（2）机场航班动态信息显示（3）港口、车站旅客引导信息显示。

（4）体育场馆信息显示。

（5）道路交通信息显示。

（6）调度指挥中心信息显示。

（7）广告媒体新产品。

1.2设计目的

（1）加强对单片机和C51语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。

（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（5）提高实践动手能力。

1.3设计任务和内容

1.3.1设计任务

结合教材及参考资料，用AT89C51单片机实现显示2个16*16点阵图文LED显示屏。

1.3.2设计内容

（1）填写设计任务书。

（2）进行总体设计，画出原理图。

（3）焊接器件和芯片。

（4）编写并调试程序。

第二章总体设计及核心器件简介

2.1总体设计

整个设计以AT89C52单片机为核心，由I/O口扩展——》LED显示器。

2.2AT89C52

1．AT89C52单片机简介

AT89C52是美国ATMEL公司推出的系列单片机，将多种功能的8位CPU与FPEROM（快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的CMOS控制器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比远高于同类芯片。

它与MCS-51指令系统兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重复编程，也可用常规的EPROM编程器编程，可循环写入/擦除1000次。

89C52内含4KB的FPEROM，一般的EEPROM的字节擦除时间和写入时间基本上均为10ms，对于任一个实时控制系统来说，这样长的时间是不可能在线修改程序的。

与EEPROM相比较，FPEROM大大缩短了存储内容擦除和写入的时间，为在线改写程序提供了极大的方便，而且价格也比带EPROM87C系列单片机便宜，这更显示出了89C系列的优越性。

它还有256*8Bit的片内RAM；32根I/O线；3个16位定时/计数器；7个中断源；一个全双工的异步串行口；间歇和掉电工作模式；三级程序存储器加密；全静态工作，晶振工作范围：

0Hz—24MHz。

2．管脚功能

AT89C52单片机为40引脚芯片如图2－1所示。

I/O口线:

P0、P1、P2、P3共四个八位P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读ˆ写操作。

P0口也用以输出外部存储器的低8位地址。

由于是分时输出,故应在外部加锁存器将此地址数据锁存,地址锁存信号用ALE。

P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。

P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。

不扩展外部存储器时,P口也可以作为用户I/O

图2－289C52内部结构图

口线使用,

P2口也是准双向口。

P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。

作为第一功能使用时操作同P1口。

P3口的第二功能如表2－1。

控制口线:

PSEN（片外取控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外储器选择）、RE2SET（复位控制）;

电源及时钟:

CCC、VSS;XTAL1,XTAL2

图2-189C51引脚图

表2-1引脚功能表

2.374HC595

C595的的输入侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。

引脚SI是串行数据的输入端。

引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将SI的下一个数据打入最低位。

移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。

RCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。

引脚G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否则为高组态。

SCLR信号是移位寄存器清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为零。

由于SCK和RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。

芯片的输出端为QA～QH，最高位QH可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出。

但因为QH受输出锁存器的打入控制，所以还从输出锁存器前引出QH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。

74HC595

74HC595的数据端：

QA--QH:

八位并行输出端，可以直接控制数码管的8个段。

QH':

级联输出端。

我将它接下一个595的SI端。

SI:

串行数据输入端。

74595的控制端说明：

/SRCLR（10脚）:

低点平时将移位寄存器的数据清零。

通常我将它接Vcc。

SRCK（11脚）：

上升沿时数据寄存器的数据移位。

QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降沿移位寄存器数据不变。

（脉冲宽度：

5V时，大于几十纳秒就行了。

我通常都选微秒级）

RCK（12脚）：

上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。

（通常我将RCK置为低电平，）当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了。

我通常都选微秒级），更新显示数据。

/G（13脚）:

高电平时禁止输出（高阻态）。

如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。

比通过数据端移位控制要省时省力。

595是串入并出带有锁存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，在正常使用时SCLR为高电平，G为低电平。

从SER每输入一位数据，串行输595是串入并出带有锁存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，如下面的真值表，在正常使用时SCLR为高电平，G为低电平。

从SER每输入一位数据，串行输入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端。

入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端

注：

74LS164和74LS595功能相仿，都是8位串行输入转并行输出移位寄存器。

74164的驱动电流（25mA）比74595（35mA）的要小,14脚封装，体积也小一些。

74LS595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。

这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。

2.474LS154

线译码器74LS154引脚,参数,及功能介绍

4线－16线译码器74LS154/54LS154引脚图,参数,及功能介绍

74ls154功能简介:

54/74154为4线－16线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。

如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，74LS154还可作1线-16线数据分配器。

引脚功能介绍

A、B、C、D译码地址输入端（低电平有效）

G1、G2选通端（低电平有效）

0－15输出端（低电平有效

74ls154电气参数

极限值电源电压:

7V输入电压:

5.5V工作环境温度54154:

－55～125℃

贮存温度:

－65～150℃

第三章单元电路模块设计

3.1单片机最小应用系统电路设计：

图2.5单片机最小系统图

　选取原则：

传统做法，但能够实现所需，即最简单也最是实用。

电容选取22uF，晶振为11.0592Hz。

注:

该最小系统由按键复位RESET电路、晶体振荡电路以及I/O接口电路组成。

复位的实现通常用2种方式:

开机上电复位和外部手动复位，本设计用的是外部手动复位。

电路图2.5如下：

AT89C51工作电压VCC=5V,其EA引脚需接高电平,5V电源电路如图2.6所示。

图2.6单片机电源原理图

注:

该电源电路主要模块为IC7805,它能输出稳定的5V电源,图中整流桥是将市电转变为直流电,电容起到虑波作用由7805的OUT引脚输出5V电压

3.2I/O口扩展电路

硬件原理设计图如图3-3所示：

3.3LED点阵介绍

8×8单色点阵共需要64个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉点上。

本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是双色点阵。

考虑到元器件的易购性，没有使用8×8的点阵发光二极管模块，而是直接使用了256个高亮度发光管，组成了16行16列的发光点阵。

实际使用时可以根据这个原理自行扩充显示的字数。

对比下面的8×8单色点阵和8×8双色点阵可以看出，其实8×8双色点阵就是两块8×8单色点阵组合在一起的。

要实现用两种颜色显示，只要在电路的设计中适当的连线就可以了。

8×8单色和双色点阵LED结构分别如下图2.8和2.9所示。

图2.88×8单色点阵内部图图2.98×8双色点阵内部图

3.7LED显示方式

汉字显示屏用于显示汉字、字符及图像信息，在公共汽车、银行、医院及户外广告等地方都有广泛的应用。

下面是简单的汉字显示屏的制作，由单片机控制汉字的显示内容。

为了降低成本，使用了四块8×8的LED点阵发光管的模块，组成了一个16×16的LED点阵显示屏。

在这里仅做了四个汉字的显示，在实际的使用中可以根据这个原理自行的扩展显示的汉字，下面是介绍汉字显示的原理。

LED驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。

以16×16点阵为例，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；….第16行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。

当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显示屏上稳定的图形。

该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。

显示数据传输采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，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的。

但串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。

对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。

采用串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾，可以采用重叠处理的方法。

即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。

为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要有锁存功能。

对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能。

这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串行移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。

LED点阵显示模块进行的方法有两种：

（1）水平方向（X方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：

此时用一个P口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码），用另一个P口输出行码（列数据），决定该行上那哪个LED亮（相当于段码）。

能亮的列从左到右扫描完16列（相当于位码循环移动16次）即显示出一个完整的图像。

（2）竖直方向（Y方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行扫描方式）：

此时用一个P口输出决定哪一行能亮（相当于位码），另一个P口输出列码（行数据，行数据为将列数据的点阵旋转90度的数据）决定该行上哪些LED灯亮（相当于段码）。

能亮的行从上向下扫描完16行（相当于位码循环移位16次）即显示一帧完整的图像。

本设计应用的是第一种的扫描方法，即水平方向（X方向）扫描。

每一个字由16行16列的点阵形成显示，即每个字均由256个点阵来表示，我们可以把每一个点理解为一个像素。

一般我们使用的16×16的点阵宋体

字库，即所谓的16×16，是每一个汉字在纵横各16点的区域内显示的。

汉字库从该位置起的32字节信息记录了该字的字模信息。

事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。

我们以水平方向（x方向）扫描显示汉字的“江”为例来说明其扫描原理，每一个字由16行16列的点阵组成显示，如图下的，如果用8位的AT89S51的单片机来控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分成两个部分。

一般我们把它分解成上部分和下部分，上部分由8*16的点阵组成，下部分也由8*16的点阵组成。

在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的部分，即第0列的P00~P07口。

方向为P00到P07，显示汉字“江”的时候，P00到P04都是灭的，P05亮，即二进制00001000，转换为16进制为08H，如图2.11所示。

上半部分第一列完成之后，继续扫描下半部分的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下的扫描方式，即从P27向P20方向扫描，从上图可以看到，这一列所有的都不亮，所以代码为00000000，16进制为00H，然后单片机转向上半部的第二列，除了P05亮，其他的都不亮，即为00000100，16进制为04H，这一列扫描完成之后继续进行下半部分的扫描，除了P21亮，其他的为不亮，为二进制00100000，即16进制20H。

3.8点阵的移动

以下以16×16点阵为例介绍点阵的移动。

要显示一个字符，该字符的点阵数据可以列向（纵向）16点组字，又可以行向（横向）16点组字。

无论哪一种组字方法，都既可以显示字符的水平方向的移动，又可以显示竖直方向的移动。

1．显示字符的左右移动

（1）列扫描方式左移动：

列向组字显示字符水平方向的移动（左滚动）

在这里有两个方法：

方法1：

延长数组法。

将原来字符点阵数组的16个数据重复一遍延长，点阵数组的数据个数为32个。

每扫描仪帧取8个数据显示，下一帧取数要在数组中后移一个数取数。

循环一遍扫16帧。

可以假想有两块16×16的点阵模块（共32帧）水平平行排列，用一个恰好能罩住8列点阵的中空方框去罩这个点阵，第1（第1帧）罩住最左边数起第一列开始的16列，就扫描显示这16列；第2次（第2帧）使方框右移一列，罩住做左边数起第2列开始的16列，就扫描显示这16列；······；这样每扫描完一帧使方框右移一列，最后第16次（第16帧）时，罩住左边数起的第16列开始的16列，就扫描显示这16列。

如此完成16帧画面的扫描显示，也就完成了整个一次移动循环扫描、之后反复循环，即可呈现显示字符沿水平向左移动的图像。

第四章软件编程设计

设计思路