LED点阵显示系统设计.docx
《LED点阵显示系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED点阵显示系统设计.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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，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0
1.1设计任务0
1.2设计要求0
第二章设计方案以及原理0
2.1设计方案0
2.2LED显示的基本原理0
2.2.18×8点阵简介0
第三章硬件电路设计0
3.174HC595工作原理0
3.1.1引脚说明0
3.1.2功能表0
3.274HC154功能简介0
3.2.1引脚说明0
3.2.2地址/全能输入对应输出表0
第四章系统软件设计0
4.1流程图设计0
4.2系统源程序设计0
4.2.1主程序0
4.2.2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，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8×8LED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16×16汉字系统的框图。
电路特点：
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）8031CPU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-24KHz
4）三级程序存储器保密锁定
5）128*8位内部RAM
6）32条可编程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
2.2LED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5×7（5列7行）、7×9、8×8结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种可作为大型电子显示屏的基本组成单元。
本文主要介绍8×8点阵显示模块的工作原理。
2.2.18×8点阵简介
8×8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n×m个像素，则需要n×m套驱动电路；而动态扫描时显示方式则采用复用技术，图2.28×8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，个像素仅需n×m/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2.38×8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8×8LED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
3.174HC595工作原理
74HC595是硅结构的CMOS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，例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁。
图3-274HC595引脚图
3.1.1引脚说明
表3-1引脚说明
符号
引脚
描述
Q0~Q7
15，1~7引脚
八位并行数据输入
GND
8引脚
地
Q7’
9引脚
串行数据输出
MR
10引脚
复位（低电平）
SHCP
11引脚
移位寄存器时钟输入
STCP
12引脚
存储寄存器时钟输入
OE
13引脚
输出有效（低电平）
DS
14引脚
串行数据输入
VCC
16引脚
电源
3.1.2功能表
表3-274HC595工作功能表
输入
输出
功能
SHCP
STCP
OE
MR
DS
Q7’
Qn
×
×
L
↓
×
L
NC
MR为低电平时仅仅影响移位寄存器
×
↑
L
L
×
L
L
空移位寄存器到输出寄存器
×
×
H
L
×
L
Z
清空移位寄存器，并行输出为高阻状态
↑
×
L
H
H
Q6
NC
逻辑高电平移入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态移入
×
↑
L
H
×
NC
Qn’
移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出
↑
↑
L
H
×
Q6’
Qn’
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。
3.274HC154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（activeLOW））。
12：
Gnd电源地（ground（0V））。
18-19：
使能输入端、低电平有效（enableinputs（activeLOW））。
20-23地址输入端（addressinputs）。
24：
VCC电源正（positivesupplyvoltage）。
3.2.2地址/全能输入对应输出表
H=高电平（HIGHvoltagelevel）
L=低电平（LOWvoltagelevel）
X=任意电平（don’tcare）
只要控制端G1、G2任意一个为高电平，A、B、C、D任图3-374HC154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：
TIMEQU30H
CNTAEQU31H
CNTBEQU32H
ORG00H
LJMPSTART
ORG0BH
LJMPT0X
ORG30H
START:
MOVTIM,#00H
MOVCNTA,#00H
MOVCNTB,#00H
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#（65536-4000）/256
MOVTL0,#96
SETBTR0
SETBET0
SETBEA
SJMP$
T0X:
MOVTH0,#（65536-4000）/256
MOVTL0#96
MOVDPTR,#TAB
MOVA,CNTA
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,A
MOVDPTR,#DIGIT
MOVA,CNTB
MOVB,#8
MULAB
ADDA,CNTA
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
INCCNTA
MOVA,CNTA
CJNEA,#8,NEXT
MOVCNTA,#00H
NEXT:
INCTIM
MOVA,TIM
CJNEA,#120,NEX
MOVTIM,#00H
INCCNTB
MOVA,CNTB
CJNEA,#3,NEX
MOVCNTB,#00H
NEX:
RETI
TAB:
DB07FH,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH
DIGIT:
DB0FFH,0FBH,0FBH,0FBH,0FBH,0FBH,0C3H,0FFH
DB0FFH,0BBH,0D7H,0EFH,0EFH,0EFH,0EFH,0FFH
DB0FFH,083H,0EFH,0EFH,0EFH,0EBH,0E7H,0FFH
DB0FFH,0FFH,,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH
END
4.2.2显示驱动程序
查询当前点亮的行号,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:
voidleddisplay（void）interrupt1using1
{
registerunsignedchari,j=BLKN;
TH0=0xF8;
TL0=0x30;
i=P1;
i=++i&0x0f;
do
{
j--;
SBUF=~dispram[i*BLKN+j];
while（!
TI）;
TI=0;
}
while（j）;
G=1;
P1=0x00;
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）
升级会员 