16x32点阵课程设计.docx

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16x32点阵课程设计

单片机16*32点阵显示

Chip16*32dotmatrixdisplay

开题报告表

课题名称

单片机16*32点阵显示

课题来源

单片机

课题类型

模拟课程

导师

学生姓名

学号

专业

火电厂集控运行

开题报告

调研资料的准备：

1.下载软件：

Proteus7.0和Keiluvision2

设计目的：

1.掌握电子电路基本的硬件测试方法；

2.掌握LED屏显示原理；

3.掌握74ALS138、AT89C51和74HC595芯片的特性和控制方法。

要求：

1.要求设计并实现一个基于AT89C51单片机的文字显示系统；

2.掌握单片机ISP下载方式；

3.掌握I*IC通讯原理和PCF8563、LM75和AT24C02等I*IC芯片的特性及使用方法。

预期成果：

实现单片机点阵显示屏显示出预期的文字。

指导教师签名：

日期：

摘要

单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。

单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。

在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字，汉字显示屏也广泛应用到汽车报站器，广告屏等。

所以研究LED显示有实用的意义。

LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。

这些优点概括起来是：

亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。

LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。

现代LED的发展很快，很多研究领域非常已经深刻，所以想利用自己学的单片机知识简单的研究一下用单片机驱动的LED显示汉字，以达到学以致用和实践相结合的目的，同时巩固加深自己的单片机知识。

用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。

因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。

点阵大小可以有16*16,24*24,32*32,48*48,16*32等不同规格，也有单色、双色、和多色几种，最常用的是单色图文屏。

单色屏多使用红色或橘红色或橙色LED点阵单元。

双色图文屏和多色图文屏，在LED点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的LED发光器件。

换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。

显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。

事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期效果。

每一种颜色的控制方法和单色的完全相同，因此掌握了单色图文显示屏的原理，双色屏和多色屏就不难理解了。

关键词：

LED,单片机,点阵,驱动,矩阵

Taketo

SCMsincethenineteenseventiessince,withextremelyhighperformancepriceratioandmoreattention,sotheapplicationisverywide,veryfastdevelopment.SCMhastheadvantagesofsmallvolume,lightweight,stronganti-interferenceability,environmentalrequirementsisnothigh,lowprice,highreliability,flexibilityisgood,developmoreeasily.Inthemodernindustrialcontrolandsomeintelligentinstruments,moreandmoreplacesneedtousebitmapgraphicsdisplayChinesecharacters,Chinesecharactersdisplayisalsowidelyappliedtoautomobilestations,advertisingscreen.SothestudyontheLEDdisplayhaspracticalsignificance.LEDdisplayscreenisdividedintographicdisplayandvideodisplay,byLEDmatrixblocks.LEDdisplayscreencandisplaytext,graphics,changesinthedigitalimage;notonlycanbeusedforindoorenvironmentcanalsobeusedinoutdoorenvironment,withaprojector,LCDTVwall,theincomparableadvantages.LEDhasreceivedextensiveattentionandrapiddevelopment,anditisitselfhasadvantagesnotdivided.Theseadvantagesarewraparoundrisingis:

highbrightness,lowworkingvoltage,smallpowerconsumption,small,longlife,impactresistanceandstableperformance.LEDextremelybroadprospectsfordevelopment,istowardhigherbrightness,highweatherability,highluminousdensity,higherluminescenceuniformity,reliability,directionofdevelopment.

ModernLEDdevelopmentveryfast,alotofresearchfieldshaveprofound,soIwanttouseoneselflearnSCMknowledgetosimplylookatMCUdriveLEDdisplayChinesecharacters,inordertolearninordertopractiseandpracticeofcombiningtheobjective,atthesametimetoconsolidatetodeepentheirknowledgeofscm.Dotmatrixformofgraphicsortext,isveryflexible,canbearbitrarycombinationsandvariations,solongasthedesignofsuitabledatafiles,youcangetsatisfactoryeffect.Thedotmatrixgraphicdisplayoftenneedtochangeinformation,isveryeffective.

Dotsizecanbe16*16,24*24,32*32,48*48,16*32differentspecifications,butalsohasmonochrome,two-color,andmulticolorseveral,isthemostcommonlyusedcolorpicturescreen.MonochromescreenusingtheredororangeredororangeLEDdotmatrixunit.DoublecolorpicturescreenandpolychromaticgraphsinLEDdotmatrixscreen,each"point"isprovidedwithtwoormoredifferentcolorLEDlightemittingdevice.Inotherwords,correspondingtoeachcolorhasitsowndisplaymatrix.Whentheshow,eachcolordisplaydotmatrixisseparatedfromthecontrol.Designedavarietyofcolorsofthedisplaydata,displayweresenttotheirrespectivedisplaydotmatrix,canachievetheexpectedresults.Eachcolorcontrolmethodandmonochromaticexactlythesame,somasterthemonochromegraphicdisplayprinciple,doublecolordisplayandmulticolorscreenisnotdifficulttounderstand.

Keywords:

SCM,LED,dotmatrix,driving,matrix

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1.绪论

1.1课题描述

随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。

如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。

目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。

因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。

本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件，驱动LED点阵显示所想要现实的汉字。

1.2基本工作原理及框图

LED点阵总体框图如图1.1所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。

控制电路部分包括一个51CUP和一些外围电路。

在整个电路当中单片机负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。

点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。

此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。

由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描（把该行与电源的一端接通）。

另一方而，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。

接通的列，就在该行该列点燃相应的LED；未接通的列所对应的LED熄灭。

可通过扫描输出口的控制实现颜色的转换。

图1.1基本工作原理框图

2相关芯片及硬件电路设计

2.1AT89C51芯片及引脚

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

AT89C51引脚图如图2.1

所示。

图2.1AT89C51引脚图

AT89C51的引脚为：

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

　　P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

　口管脚备选功能　　

P3.0RXD（串行输入口）　　

P3.1TXD（串行输出口）　　

P3.2/INT0（外部中断0）　　

P3.3/INT1（外部中断1）　　

P3.4T0（记时器0外部输入）　　

P3.5T1（记时器1外部输入）　　

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）　　

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）　　

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。

8051单片机的基本结构见图2.2。

图2.28051单片机的基本结构

2.1.1AT89C51的功能特性

AT89C51提供以下标准功能：

4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

2.1.2AT89C51的主要性能参数

AT89C51主要性能参数如下：

●与MC－51产品指令系统完全兼容

●4K字节可重擦写Flash闪速存储器

●1000次擦写周期

●全静态操作：

0Hz—24Hz

●三级加密程序存储器

●128×8字节内部RAM

●32个可编程I/O口线

●2个16位定时/计数器

●6个中断源

●可编程串行UART通道

●低功耗空闲和掉电模式

2.2单片机的最小系统

图2.3单片机最小应用系统原理图

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：

图2.4单片机复位图

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。

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。

图2.5单片机电源原理图

2.3LED点阵介绍及取模

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。

8*8点阵内部结构如图2.7

图2.6点阵内部构造

4个8*8点阵级联构成16*16点阵如下图2.8

图2.716*16点阵的构成

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。

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。

2.4LED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行即显示一帧完整的图像。

图2.9文字取模图样

相应生成的代码为

"王",

0x00,0x08,0x7f,0xfc,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x08,0x7f,0xfc,

0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x04,0xff,0xfe,0x00,0x00,

2.5点阵的驱动

需要靠锁存器（74LS373）将这两组显示信号锁住，如图2.10

图2.10点阵的驱动电路

3系统软件设计

3.1程序设计流程图

图2.11程序设计流程图

3.2程序设计

#include

#defineint8unsignedchar

#defineint16unsignedint

#defineint32unsignedlong

int8flag;

int8n;

int8codetable[][32]={

{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},/*""*/

{0x00,0x08,0x7f,0xfc,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x08,0x7f,0xfc,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0xff,0xfe,0x00,0x00},/*"王",0*/

{0x01,0x00,0x01,0x00,0x3f,0xfc,0x21,0x08,0x21,0x08,0x21,0x08,0x3f,0xf8,0x21,0x08,0x01,0x00,0x01,0x00,0x12,0x00,0x51,0x04,0x51,0x12,0x90,0x12,0x0f,0xf0,0x00,0x00},/*"忠",1*/

{0x00,0x80,0x0a,0x1c,0x7f,0x60,0x00,0x40,0x22,0x40,0x14,0x44,0xff,0xfe,0x0a,0x48,0x7f,0x48,0x08,0x48,0x0a,0x48,0x29;0x88,0x48,0x88,0x89,0x08,0x28,0x08,0x10,0x08},/*"新",2*/

{0x00,0x04,0xff,0xfe,0x04,0x00,0x05,0xfc,0x7d,0x24,0x45,0xfc,0x41,0x24,0x43,0xfe,0x7c,0x00,0x25,0xfc,0x75,0x24,0x25,0xfc,0x35,0x24,0xc5,0xfc,0x14,0x00,0x0b,0xfe},/*"疆",3*/

{0x10,0x00,0x10,0