单片机点阵课程设计报告.docx
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单片机点阵课程设计报告
大连民族学院
单片机系统课程设计
题目：
点阵显示器设计
班级：
姓名：
同组人：
指导教师：
设计日期：
16×16点阵LED电子显示屏的设计
引言
设计意义
LED在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。
LED具有效率高、光线质量高、能耗小、寿命长等特点，主要可用于平面显示领域、便携设备显示屏、照明以及红外线LED领域等下游应用产品市场。
LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。
它的优点：
亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。
一设计内容及要求
设计一个室内用16ｘ16的点阵LED图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰无串扰。
图形或文字显示有上移、帘入帘出、左移、右移等显示方式。
二设计方案
从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。
16ｘ16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多的端口，如果我采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16ｘ16的点阵需要256/8=32个锁存器。
这个数字很庞大，因为我们仅仅是16ｘ16的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。
因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。
动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套驱动器。
具体就16ｘ16的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，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，就能够看到显示屏上稳定的图形了。
采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。
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列方式或串行方式。
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，并列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以传输到位之后，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，以致影响到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所存功能。
经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。
对于列数据准备来说，它应能实现串入并处的移位功能；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。
图一显示屏电路框图
三硬件系统设计
1程序下载模块如图1：
采用MAX232实现程序下载和电平转换的功能，我们可以通过计算机将程序下载到单片机中。
图1
2USB接口模块如图2：
用USB接口作为整个电路的电源，D0作为通电指示灯，C4和C5起到滤波的作用。
图2
3晶振模块如图3：
单片机工作需要的模块，用来给予单片机时钟脉冲。
图3
4按键模块图4：
按键实现点阵的各项功能，通过程序编译可以显示不同的设计要求。
图4
5复位模块图5：
复位开关起到单片机的复位作用。
图5
6行控制模块如图6：
单片机P0~P3口连接到74154的输入端，154的输出端分别连接一个PNP型三极管和一个限流电阻来控制行端。
图6
7列控制模块如图7：
列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步的级联输出。
图7
8点阵模块如图8：
通过4片8*8的点阵并联成16*16的点阵。
点阵的正负极和引脚需要我们自己来测定。
1.【定正负极】把万用表拨到电阻档×10，先用黑色探针（输出高电平）随意选择一个引脚，红色探针碰余下的引脚，看点阵有没发光，没发光就用黑色探针再选择一个引脚，红色探针碰余下的引脚，当点阵发光，则这时黑色探针接触的那个引脚为正极，红色探针碰到就发光的7个引脚为负极，剩下的6个引脚为正极。
2.【引脚编号】先把器件的引脚正负分布情况记下来，正极（行）用数字表示，负极（列）用字母表示，先定负极引脚编号，黑色探针选定一个正极引脚，红色点负极引脚，看是第几列的二极管发光，第一列就在引脚写A，第二列就在引脚写B，第三列......以此类推。
这样就点阵的一半引脚都编号了。
剩下的正极引脚用同样的方法，第一行的亮就在引脚标1，第二行就在引脚标2，第三行......以此类推。
图8
9.PCB图：
图9
四软件系统设计
程序代码如下：
#include"reg52.h"
#defineBLKN2//列锁存器数（=LED显示字数*2）
#defineTOTAL9//待显示字个数,本例共20个
#defineCONIOP1//显示控制口
sbitG=CONIO^7;//CONIO.7为154译码器显示允许控制信号端口,0时输出,1时输出全为高阻态.
sbitCLK=CONIO^5;//CONIO.6为595输出锁存器时钟信号端,1时输出数据,从1到0时锁存输出数据.
sbitSCLR=CONIO^4;//CONIO.5为595移位寄存器清零口,平时为1,为0时,输出全为0.
unsignedcharidatadispram[（BLKN/2）*32]={0};//显示区缓存,四字共4*32单元
//
//**************字模表******************//
unsignedcharcodeBmp[][32]={
/*--文字:
电--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xC0,0x07,0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xC0,0x07,0xDE,0xF7,
0xDE,0xF7,0xDE,0xF7,0xC0,0x07,0xDE,0xF7,0xFE,0xFD,0xFE,0xFD,0xFF,0x01,0xFF,0xFF},
/*--文字:
子--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xFF,0xFF,0xC0,0x0F,0xFF,0xDF,0xFF,0xBF,0xFF,0x7F,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFB,
0x00,0x01,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFA,0xFF,0xFD,0xFF},
/*--文字:
与--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xFF,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xFB,0xF0,0x01,0xF7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF0,0x03,0xFF,0xFB,
0xFF,0xFB,0xFF,0xDB,0x80,0x0B,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xB7,0xFF,0xCF,0xFF,0xFF},
/*--文字:
信--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xF7,0x7F,0xF3,0x9F,0xE7,0xBF,0xE8,0x01,0xCF,0xFF,0xCC,0x07,0xAF,0xFF,0x6C,0x07,
0xEF,0xFF,0xEC,0x07,0xED,0xF7,0xED,0xF7,0xED,0xF7,0xEC,0x07,0xED,0xF7,0xFF,0xFF},
/*--文字:
息--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xFE,0xFF,0xFD,0xFF,0xE0,0x0F,0xEF,0xEF,0xE0,0x0F,0xEF,0xEF,0xE0,0x0F,0xEF,0xEF,
0xE0,0x0F,0xFF,0xFF,0xF6,0xFF,0xD7,0x7B,0xD7,0x6D,0x97,0xED,0xF8,0x0F,0xFF,0xFF},
/*--文字:
工--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xFF,0xFF,0xC0,0x03,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,
0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0x00,0x01,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF},
/*--文字:
程--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xF2,0x07,0x8E,0xF7,0xEE,0xF7,0xEE,0xF7,0x02,0xF7,0xEE,0x07,0xCF,0xFF,0xC4,0x03,
0xAB,0xBF,0xAF,0xBF,0x6C,0x03,0xEF,0xBF,0xEF,0xBF,0xEF,0xBF,0xE8,0x01,0xEF,0xFF},
/*--文字:
学--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xFE,0xF7,0xEF,0x73,0xF3,0x37,0xF7,0x6F,0x80,0x01,0xBF,0xFB,0x70,0x17,0xFF,0xBF,
0xFF,0x7F,0x80,0x01,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFD,0x7F,0xFE,0xFF},
/*--文字:
院--*/
/*--Fixedsys12;此字体下对应的点阵为：
宽x高=16x16--*/
{0xFF,0x7F,0x07,0xBF,0x70,0x01,0x6B,0xFB,0x5F,0xFF,0x5C,0x07,0x6F,0xFF,0x77,0xFF,
0x70,0x01,0x56,0xDF,0x6E,0xDF,0x7E,0xDF,0x7D,0xDD,0x7D,0xDD,0x7B,0xDD,0x77,0xE1},
};
/***********延时函数（约1毫秒）************/
voiddelay（unsignedintdt）
{
registerunsignedcharbt;
for（;dt;dt--）
for（bt=0;bt<255;bt++）;
}
//
/*****************主函数*********************/
voidmain（void）
{
registerunsignedchari,j,k,l,q;
//初始化
SCON=0x00;//串口工作模式0：
移位寄存器方式
TMOD=0x01;//定时器T0工作方式1：
16位方式
TR0=1;//启动定时器T0
CONIO=0x5f;//CONIO端口初值
IE=0x82;//允许定时器T0中断
//
while
（1）
{
delay（1000）;//2秒
for（i=0;i{
for（j=0;j<2;j++）
for（k=0;k<8;k++）
XX文库-让每个人平等地提升自我{
for（l=0;l<16;l++）
{
for（q=0;q{
dispram[l*2+q*32]=dispram[l*2+q*32]<<1|dispram[l*2+1+q*32]>>7;
if（q==BLKN/2-1）dispram[l*2+1+q*32]=dispram[l*2+1+q*32]<<1|Bmp[i][l*2+j]>>（7-k）;
elsedispram[l*2+1+q*32]=dispram[l*2+1+q*32]<<1|dispram[l*2+（q+1）*32]>>7;
}
}
delay（100）;
}
}
delay（3000）;
}
}
//主函数结束
//
/**********显示屏扫描（定时器T0中断）函数**********/
voidleddisplay（void）interrupt1using1
{
registerunsignedcharm,n=BLKN;
TH0=0xFc;//设定显示屏刷新率每秒62.5帧（16毫秒每帧）
TL0=0x18;
m=CONIO;//读取当前显示的行号
m=++m&0x0f;//行号加1，屏蔽高4位
do{
n--;
SBUF=dispram[m*2+（n/2）*30+n];//送显示数据
while（!
TI）;TI=0;
}while（n）;//完成一行数据的发送
G=1;//消隐（关闭显示）
CONIO&=0xf0;//行号端口清○
CLK=1;//显示数据打入输出锁存器
CONIO|=m;//写入行号
CLK=0;//锁存显示数据
G=0;//打开显示
}
//
五系统调试
显示效果处理程序的内容及方法非常广泛，其调试过程在此不作具体讨论，读者可对照源程序自行分析。
这个方案设计的16×16点阵LED图文显示屏，电路简单，成本较低，且较容易扩展成更大的显示屏；显示屏各点亮度均匀、充足；显示图形或文字稳定、清晰无串扰；可用静止、移入移出等多种显示方式显示图形或文字。
六结论
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。
这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
系统总体电路由通信电路，驱动电路和外部存储电路构成。
通信电路由MAX232进行电平转换实现单片机与上位机的通信，完成将字模向外部字模数组的传递过程。
74LS154和74HC595共同作用完成对显示屏的驱动，实现字模信息于LED点阵上小灯亮灭的转变过程。
通过软硬件的仿真调试，实现了本次设计的基本功能：
汉字的左移显示，并可与上位机进行通信，实现显示汉字的更新。
但在实际应用中，功能不仅仅于此，通过对程序的稍做修改，可以实现汉字的静态显示，左移，右移的显示，以及根据要求来控制移动速度和每次移动的距离，并且都可以和上位机进行通信实现汉字的更新。
这次课程设计让我们明白，制作PCB的时候原理图务必要严谨准确，否则会出现错误，所以在以后的设计中药多加注意才行。
这次设计也要感谢辅导老师对于我们的指导和帮助，让我们学到很多东西，完善我们的知识，让我们有更多的经验。
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