單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--16ｘ16點(diǎn)陣led電子顯示屏的設(shè)計(jì)

1、<p>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-- 16ｘ16點(diǎn)陣LED電子顯示屏的設(shè)計(jì)</p><p>　　第一章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　LED驅(qū)動(dòng)顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方法，動(dòng)態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。以16×16點(diǎn)陣為例，把所有同一行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽(yáng)的接法），先送出對(duì)應(yīng)第

2、1行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第2行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；…第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。</p><p>　　顯示數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用?/p>

3、根信號(hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但串行傳輸過程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到LED的亮度。</p><p>　　采用串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾，可以采用重疊處理的方法。即在

4、顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要有鎖存功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串行移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。</p><p><b>　　系統(tǒng)框圖如圖一 </b></p><p>　　圖一 點(diǎn)陣顯示器硬件系統(tǒng)框圖 &l

5、t;/p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件電路大致上可以分為單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路三部分。</p><p>　　一．       單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路</p><p>　　單片機(jī)采用89C51或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使

6、得顯示更穩(wěn)定。單片機(jī)的串口與列驅(qū)動(dòng)相連，用來顯示數(shù)據(jù)。P1口和P2口空著，在有必要是可以擴(kuò)展系統(tǒng)的ROM和RAM。16*16點(diǎn)陣顯示屏的硬件原理圖如下所示。</p><p>　　圖2 硬件原理圖</p><p>　　二．       列驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　列驅(qū)動(dòng)電路有集成電路74HC595構(gòu)成

7、。它具有有個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8為輸出鎖存器結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的東芝是各自獨(dú)立的，可以顯現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳輸下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。</p><p>　　74HC595的外形及引腳如下圖所示</p><p>　　圖3 74HC595的外形及引腳</p><p>　　它的輸入側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸

8、出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿將發(fā)生移位，并將SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出寄存器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，器上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。SCLR信號(hào)是移位寄存器的清0輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全為O。由于

9、SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)是相互獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存器互不干擾。芯片的輸出端為QA-QH，最高位QH可作為多片74HC595級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH’，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。</p><p><b>　　三．行驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　單片機(jī)P1口低4位輸出

10、的行號(hào)經(jīng)4/16線譯碼器74LS154譯碼后生成16條行選通信號(hào)線，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的行線。一條行線上要帶動(dòng)16列的LED進(jìn)行顯示，按每一LED器件20MA電流計(jì)算，16個(gè)LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要320MA電流，選通三極管8550作為驅(qū)動(dòng)管可滿足要求。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè)

11、計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可以把顯示屏的軟件系統(tǒng)分為兩層；第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其他控制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)器程序由定時(shí)器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　一．顯示驅(qū)動(dòng)程序</

12、b></p><p>　　顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下：</p><p>　　刷頻率（幀頻）=1/16×T0溢出率</p><p>　　=1/16×f/12（65536-t） </p><p>　　其中f位晶振頻率，

13、t為定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。</p><p>　　然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開顯示。圖4為顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。</p><p>　　圖4 顯示驅(qū)動(dòng)程序

14、流程圖</p><p><b>　　二．系統(tǒng)主程序</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件能使系統(tǒng)在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。</p><p>　　系統(tǒng)主程序開始以后，首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然

15、后以“卷簾出”效果顯示圖形，停留約3s；接著向上滾動(dòng)顯示“我愛單片機(jī)”這5個(gè)漢字及一個(gè)圖形，然后以“卷簾入”效果隱去圖形。由于單片機(jī)沒有停機(jī)指令，</p><p>　　所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷的循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。</p><p>　　單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級(jí)顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示

16、模塊單元中，因此顯示板可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內(nèi)容。</p><p>　　圖5 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　第四章 調(diào)試及性能分析</p><p>　　LED顯示屏硬件電路只要硬件質(zhì)量可靠，引腳焊接正確，一般無需調(diào)試即可 正常工作。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新率由定時(shí)器T0的溢出率和單片機(jī)的晶振頻

17、率決定，表5.1給出了實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)采用的頻率及其對(duì)應(yīng)的定時(shí)器T0初值。</p><p>　　表5.1 顯示平刷新率與T0初值關(guān)系表（24MHz晶振）</p><p>　　從理論上來說，24Hz以上的刷新頻率就能看到穩(wěn)定的連續(xù)的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時(shí)刷新頻率越高，顯示驅(qū)動(dòng)程序占用的CPU時(shí)間越多。試驗(yàn)證明，在目測(cè)條件下刷新頻率40Hz一下的畫面看起來閃爍較嚴(yán)重，刷新頻率50Hz以上

18、的已基本察覺不出畫面的閃爍，刷新頻率達(dá)到85Hz以上時(shí)再增加畫面閃爍沒有明顯的改善。</p><p>　　顯示效果處理程序的內(nèi)容及方法非常廣泛，其調(diào)試過程在此不作具體討論，讀者可以照源程序自行分析。</p><p>　　這個(gè)方案設(shè)計(jì)的16ｘ16的點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，電路簡(jiǎn)單，成本較低，且較容易擴(kuò)展成更大的顯示屏；顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_；可用靜止、移入移出

19、等多種顯示方式顯示圖形或文字。</p><p>　　第六章       總結(jié)</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的一個(gè)室內(nèi)用16ｘ16的點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，能夠在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，

20、性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。</p><p>　　總結(jié)本文的研究工作，主要做了下面幾點(diǎn)較突出的工作：</p><p>　　一、通過查閱大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀，清楚地了解了LED顯示屏與其它顯示屏相比較有那些</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)，明確了研究目標(biāo)。</p><p>　　二，本文設(shè)計(jì)

21、的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。</p><p>　　三，文章給出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計(jì)方案,硬件結(jié)構(gòu)電路圖，軟件流程圖和具體匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試等方面。</p><p>　　四，在這次課程設(shè)計(jì)的過程中學(xué)會(huì)了 Protel 99se 的基本使用，感到Protel

22、99se 對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的同學(xué)來說是一門很有用的課程。</p><p>　　五，通過這次課程設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MCS-51；熟練掌握了WORD軟件的使用。</p><p>　　六，存在缺陷：沒有考慮抗干擾的問題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》