1616led点阵屏显示设计课设论文大学论文Word文件下载.docx
《1616led点阵屏显示设计课设论文大学论文Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1616led点阵屏显示设计课设论文大学论文Word文件下载.docx（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
附录二电路原理图21
附录三PCB22
附录四元件清单23
设计心得体会24
设计心得体会一24
设计心得体会二25
设计心得体会三26
参考文献27
16×
16LED点阵屏显示设计
LED电子显示屏是由几百-几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。
利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。
目前应用最广泛的是红色，黄色，绿色。
而蓝色和纯绿色的开发已经达到了实用阶段。
LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的点亮方式，来显示文字，图形，图像，动画，视频信号等各种信息的显示屏
随着显示器件与技术的进一步发展，屏幕显示系统在国民经济中得到了广泛的应用，LED显示屏是信息显示的重要传媒之一。
LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的显示屏幕。
伴随着计算机技术的发展，使得LED数码管够在减少驱动器的情况下能够直接被驱动。
而且它具有可靠性高、
使用寿命长、性能价格比高、使用成本低、环境适应能力强等特点，所以一直在平板显示领域扮演着重要的角色，并且在今后相当长的一段时期内还有相当大的发展空间。
所以被广泛应用于金融市场、医院、体育场馆、机场、码头、车站、高速公路等公共场所的信息显示和广告宣传。
近几年来我国LED显示的相关技术也取得了较快和较大的发展，早期时曾LED
材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示屏控制技术基本上是通信控制方式，客观上影响了显示效果。
所以导致早期的LED显示屏在国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通信控制，灰度等级为单点四级调灰，产品的成本比较高。
后来LED显示屏迅速发展，进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED
材料和控制技术方面也不断出现新的成果。
蓝色LED
镜片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场;
电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏的动态显示效果大大提高。
这个阶段，LED显示屏在我国发展迅速，LED显示屏产业成为新兴的
高科技产业。
今天，LED显示屏应用领域更为广阔，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
关键词：
LED半导体矩阵
1课程提出背景
在商场、车站、地铁站、学校以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用LED点阵显示图形和汉字。
LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。
随着信息产业的高速发展，。
LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公共场所。
如户内外公共场所广告宣传、体育馆比赛转播、学校公告宣传等。
显然，LED显示已成为城市亮化、现代化、和信息社会的一个重要标志。
2设计内容及要求
本电路主要以STC89C52为控制核心，控制74LS154和74HC595输出扫描的行和列信号,驱动4块8×
8的点阵组成的16×
16的点阵,显示汉字和其它一些字符。
并用7个独立按键控制点阵滚动.滚动显示的方向与滚动显示速度。
对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。
该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机爱好者提供了很好的借鉴。
本课题要求实现“刘鹏李涵魏振龙的作品”和“
”并依次左移、右移、上移、下移循环显示。
3系统整体方案设计
3.1单片机控制方案图
3.2方案比较
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。
显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。
显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。
从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。
显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。
当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。
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。
但是，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。
这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。
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，以至影响到LED的亮度。
解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，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具有锁存功能。
经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。
对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；
对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。
这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并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.课题拟以AT89C51单片机为控制核心设计一个简单的数字时钟系统，用单片机、点阵显示屏等设计一个16×
16点阵LED电子显示屏的设计。
系统可以分为电源模块、时钟信号电路、复位电路、驱动模块、单片机控制模块、显示模块等，其系统结构框
3.3芯片的选择
3.3.1STC89C52RC
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。
它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。
89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
89C52有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。
3．3．1．
（1）功能特性
·
标准MCS-51内核和指令系统
片内8kROM（可扩充64kB外部存储器）
32个双向I/O口
256x8bit内部RAM（可扩充64kB外部存储器）
3个16位可编程定时/计数器
时钟频率3.5-12/24/33MHz
向上或向下定时计数器
改进型快速编程脉冲算法
6个中断源
5.0V工作电压
全双工串行通信口
布尔处理器
—帧错误侦测
4层优先级中断结构
—自动地址识别
兼容TTL和CMOS逻辑电平
空闲和掉电节省模式
PDIP（40）和PLCC（44）封装形式
3．3．1．
（2）管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL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FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH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4个TTL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口作为低八位地址接收。
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口作为AT89C51的一些特殊功能口，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（计时器0外部输入）
P3.5T1（计时器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）
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底位字节。
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/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。
3.3．2移位寄存器74HC595原理
是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDECNO.7A标准。
74HC595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有相互独立的时钟。
数据在SH_cp（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在ST_cp（存储器时钟输入）的上升沿输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。
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。
特点
8位串行输入/8位串行或并行输出存储状态寄存器，三种状态
输出寄存器（三态输出：
就是具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路。
）可以直接清除100MHz的移位频率
输出能力
并行输出，总线驱动；
串行输入；
标准中等规模集成电路
595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。
参考数据
Cpd决定动态的能耗，
Pd=Cpd×
VCC×
f1+∑（CL×
VCC^2×
f0）
F1=输入频率，CL=输出电容f0=输出频率（MHz）Vcc=电源电压
引脚说明
符号
引脚
描述
Q0--Q7
第15脚，第1-7脚
8位并行数据输出，
GND
第8脚
地
Q7’
第9脚
串行数据输出
MR
第10脚
主复位（低电平）
SHCP
第11脚
数据输入时钟线
STCP
第12脚
输出存储器锁存时钟线
OE
第13脚
输出有效（低电平）
DS
第14脚
串行数据输入
3.3.374LS154原理
74LS154
功能简述:
74LS1544线-16线译码器/解调器
将4个二进制编码输入译成16个彼独立的输出之一
将数据从一个输入线分配到16个输出的任意一个而实现解调功能
输入箝位二极管简化了系统设计
与大部分TTL和DTL电路完全兼容
74LS154这种单片4线—16线译码器非常适合用于
高性能存储器的译码器。
当两个选通输入G1和G2为低时,它可将4个二进制编码的输入译成16个互相独立的输出之一。
实现解调功能的办法是：
用4个输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入。
当任何一个选通输入是高时，所有输出都为高与74LS154相比,它的工作电压范围宽,而且接口电平的驱动能力更强
3.416×
16点阵显示屏软件流程图
显示屏软件的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设
计的要求显示。
根据软件分层次设计的原理，可以把显示屏的软件系统分为两层；
第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。
显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。
显示驱动器程序由定时器T1中断程序实现。
系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。
从有利于实现较复杂的算法（显示效果处理）和有利于程序结构化考虑，显示屏程
序适宜采用C语言编写
4系统电路的设计
4.1列驱动电路
单片机P1口低4位输出的行号经4/16线译码器74LS154译码后生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的列线。
一条行线上要带动16列的LED
进行显示，按每一LED器件20MA电流计算，16个LED同时发光时，需要320MA
电流，选通三极管8550作为驱动管可满足要求。
。
4.2行驱动电路
行驱动电路有集成电路74HC595构成。
它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，既达到重叠处理的目的。
74HC595的外形及内部结构如图3所示。
它的输入侧有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的级联输出。
4.3仿真
5.基本显示原理
每一个字由16行16列的点阵组成显示。
即国家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。
我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。
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。
这里我们以“高”字说明，如图3-1所示。
用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。
一般把它拆分为上部和下部，上部由8×
16点阵组成，下部也由8×
16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上半部分，即第0列的p00—p07口。
方向为p00到p07,显示汉字“高”时,p02点亮,由上往下排列,为p0.0灭，p0.1灭,p0.2灭,p0.3灭,p0.4灭,p0.5亮,p0.6灭,p0.7灭。
即二进制00000100，转换为16进制为04h。
上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，16进制则为00h。
然后单片机转向上半部第二列，仍为p01点亮，为00000100，即16进制04h.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p20点亮，为二进制00000010，即16进制02h.依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“高”的扫描代码为：
0xA0,0x00,0x60,0xFF,0x20,0x82,0x30,0x84,0x2E,0xBC,0x2E,0xB4,0xAA,0xA4,0x6B,0xE4,0x2A,0xA4,0x2B,0xE4,0x2E,0xBC,0x24,0x92,0x28,0x89,0x30,0xFE,0x20,0x02,0x40,0x01,由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。
不过现在有很多现成的汉字字模生成软件，就不必自己去画表格算代码了。
附录
附录一程序设计
#include<
reg52.h>
//头文件
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineuintunsignedint
#defineBLKN2
sbitG=P2^7;
//74HC595串行数据输入
sbitRCK=P2^6;
//74HC595输出锁存器控制
sbitSCLR=P2^5;
//74HC595移位脉冲
sbitk1=P0^6;
//左移动按键
sbitk2=P0^5;
//右移动按键
sbitk3=P0^4;
//上移动按键
sbitk4=P0^3;
//下移动按键
sbitk5=P0^2;
//静止显示按键
sbitk6=P0^1;
//移动加速按键
sbitk7=P0^0;
//移动减速按键
uchardis_flag=0;
ucharspeed_dat=100;
chari,j,k,l;
uchardatadispram[32];
//发送给74HC595的位流，每片接收8位
ucharcodebmp[][32]={{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xF0,0x0F,0xEF,0xF7,0xDF,0xFB,0xBF,0xFD,0xA3,0xC5,0x9D,0xB9,
0xBF,0xFD,0xBF,0xFD,0xBF,0xFD,0xB7,0xED,0xD8,0x1B,0xEF,0xF7,0xF0,0x0F,0xFF,0xFF},//0笑脸
0xEF,0xFB,0xF7,0xFB,0xF7,0xFB,0x00,0x5B,0xFD,0xDB,0xBD,0xDB,0xDD,0xDB,0xEB,0xDB,
0xEB,0xDB,0xF7,0xDB,0xF7,0xDB,0xEB,0xDB,0xDB,0xFB,0xBD,0xFB,0x7D,0xEB,0xFF,0xF7,/*"
刘"
0*/
0xFF,0xEF,0x88,0xDF,0xAA,0x83,0xAA,0xBB,0xAA,0x9B,0x88,0xAB,0xAA,0xBB,0xAA,0xB3,
0xAA,0xBF,0x88,0x81,0xAA,0xFD,0xAA,0xFD,0xAA,0x85,0x4A,0xFD,0x76,0xF5,0xEC,0xFB,/*"
鹏"
1*/
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"
"
2*/
0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0x80,0x03,0xFC,0x7F,0xFA,0xBF,0xF6,0xDF,0xCE,0xE7,0x3E,0xF9,
0xF0,0x1F,0xFF,0xBF,0xFF,0x7F,0x00,0x01,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFA,0xFF,0xFD,0xFF,/*"
李"
3*/
0xFF,0xFF,0xDC,0x07,0xEF,0xEF,0xEF,0xDF,0x7B,0xBB,0xBA,0xAB,0xBB,0x1B,0xEB,0xBB,
0xEB,0x1B,0xDA,0xAB,0x19,0xB3,0xDA,0xBB,0xDB,0x7B,0xDB,0xFB,0xD8,0x03,0xFF,0xFB,/*"
涵"
4*/
5*/
0xF3,0xDF,0x8F,0xBF,0xEE,0x03,0x00,0xDB,0xC6,0xDB,0xAA,0x03,0x6C,0xDB,0xFE,0xDB,
0xEE,0x03,0x03,0xBF,0xDB,0x97,0xBB,0x4D,0xD7,0x41,0xEE,0xDF,0xD6,0xDD,0x39,0xE1,/*"
魏"
6*/
0xEF,0xFF,0xEC
升级会员 