2022年单片机控制LED点阵显示屏设计方案孙锋.docx

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1、精品学习资源目 录引言 2第 1 章 背景介绍 31.1 LED 及 LED 显示屏 31.1.1 点矩阵显示器的种类 31.1.2 点矩阵显示器的结构31.2 MCS-51 系列单片机简介 41.2.1 MCS-51 系列单片机及其特点 41.2.2 单片机的进展历史简介 5第 2 章 功能要求 62.1 设计目的 .6.2.2 主要器件 .6.2.3 任务要求 .6.2.4 LED 动态显示原理 .6.第 3 章 方案实现 83.1 系统硬件电路的设计 83.1.1 单片机系统及外围电路 83.1.2 列驱动电路 93.1.3 行驱动器 103.2 系统程序的设计 103.2.1 显示驱动

2、程序11第 4 章3.2.2 系统主程序 11性能分析与总结 124.1性能分析 124.2总结 14致谢 14参考文献 14附录A点阵LED 图文显示屏的截图15附录B程序如下16欢迎下载精品学习资源引言LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件 , 是由多个独立的 LED 发光二极管封装而成. LED 点阵显示屏可以显示数字或符号,通常用来显示时间、速度、系统状态等；文 章给出了一种基于MCS-51单片机的 57 点阵 LED 显示屏的设计方案；包括系统具体的硬件设计方案 , 软件流程图和部分汇编语言程序等方面；在负载范畴内,只需通过简洁的级联就可以对显示屏进行扩展 , 是一种成本低廉的图文显

3、示方案；LED显示屏显示画面颜色明艳，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、工业企业治理和其它公共场所；在实际应用中的显示屏由于成本和牢靠性的因素常采纳一种称为动态扫描的显示方法；本文设计的是一个室内用57 的点阵 LED图文显示屏，图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式；欢迎下载精品学习资源第 1 章背景介绍1.1 LED 及 LED显示屏LED 就是 Light Emitting Diode而发光；该能量相当于半导体材料的带隙能量EgEv , 其与发光波长 nm 的关系为 = 1239. 6PEg ；LED显示屏是一

4、种通过掌握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；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；图文显示屏可与运算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采纳微型运算机进行掌握，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，仍可显示二维、三维动画、录像、电视、 VCD节目以及现场实况； LED 显示屏显示画面颜色明艳，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、工业企业治理和其它公共场所；它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化

5、、易与集成电路匹配、驱动简洁、寿命长、耐冲击、性能稳固；1.1.1 点矩阵显示器的种类点矩阵显示器的种类可以分为 5*7 5*8 6*8 8*8 4种，如按 LED发光变化颜色来分，又可分为单色 双色 三色3种，按LED的极性排列又可分为共阳极和共阴极两种；1.1.2 点矩阵显示器的结构以5*7 点矩阵为例，一般市售注明 CA-P共阳极）和 CC-P固化在 ROM中，不易受病毒破坏；很多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳固牢靠；便于扩展：片内具有运算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的 总线，并行和串行的输入 / 输出管脚，很简洁组成肯定规模的运算机应用系统；掌握功能强：具有丰富

6、的掌握指令：如：条件分支转移指令，I/O 口的规律操作指令，位处理指令；有用性好：体积小，功耗低，价格廉价，易于产品化；1.2.2 单片机的进展历史简介第 1 阶段1971 年 1978 年，以 MCS-48系列为代表，称 4 位单片机；在片内： CPU 有 4 位或 8 位； ROM有 1KB或 2KB；RAM有 64B 或 128B；只有并行接口，无串行接口； 只有 1 个 8 位的定时 / 计时器；中断源只有2 个；在片外：寻址范畴只有 4KB；芯片引脚有 40 个；第 2 阶段1978 年 1983 年，以 MCS-51系列为代表，称 8 位单片机；在片内： CPU有 8 位； ROM

7、有 4KB 或 8KB； RAM有 128B 或 256B；有串 / 并行接口；有 2 个或 3 个 16 位的定时 / 计时器；中断源有 5 至 7 个；在片外：寻址范畴有 64KB；芯片引脚有 40 个；第 3 阶段1983 年以后，以 MCS-96系列为代表，称 16 位单片机；在片内： CPU有16 位； ROM有 8KB；RAM有 232B；有串 / 并行接口；有 4 个 16 位的定时 / 计时器；中断源有 8 个；增加了 D/A 和 A/D 转换电路；在片外：寻址范畴有 64KB；芯片引脚有 48 个或 68 个；以上 MCS-51系列以其优良的性价比，在我国得到了广泛的应用；欢

8、迎下载精品学习资源第2章 功能要求2.1 设计目的把握单片机掌握原理与光显示器件的应用熟识汇编语言编程；2.2 主要器件AT89C51，RP1100K*8, 16*16LED 点阵green 共阴极）， 74H154，振，按钮开关；2.3 任务要求通过 AT89C51的 P1.0 P1.3连接 416 线译码器 74LS154对 16*16LED点阵的每一竖列进行逐列扫描，并将 P0与 P2 端口作为数据输出端点亮数码管发光显示，实现“新余学院机电工程学院 * 单片机课程设计；”字样，并依次左移循环显示；2.4 LED动态显示原理LED点阵显示系统中各模块的显示方式：有静态和动态显示两种；静态

9、显示原理简洁、掌握便利，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采纳动态显示方式，动态显示 采纳扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏 的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以 上操作，就可显示各种图形或文字信息；点阵式 LED绝大部分是采纳动态扫描显示方式，这种显示方式奇妙地利用了人眼的视觉暂留特性；将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24 帧/ 秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面；最典型的例子就是电影放映机；在电子领域中，由于这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用；

10、以 88 点阵模块为例，说明一下其使用方法及掌握过程；图 2.1 中，红色水平线Y0、Y1 Y7 叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行 8 个 LED的阳极都接在本行的行线上；相邻两行线间绝缘；同样，蓝色竖直线 X0、X1 X7叫做列线，接内部每列 8 个 LED的阴极，相邻两列线间绝缘；在这种形式的 LED点阵模块中，如在某行线上施加高电平 用“ 1”表示），在某列线上施加低电平 用“ 0”表示）；就行线和列线的交叉点处的 LED就会有电流流过而发光；比如， Y7 为 1，X0 为 0, 就右下角的 LED点亮；再如 Y0为 1，X0 到 X7 均为欢迎下载精品学习资源0，就最上面一行

11、8 个 LED全点亮；Proteus中只有 5 7 和 88 等 LED点阵，并没有 1616LED点阵，而在实际应用中，要良好地显示一个汉字，就至少需要1616 点阵；下面我们就第一介绍使用8 8 点阵构建 1616 点阵的方法，并构建一块 1616LED点阵，用于本次设计；第一，从 Proteus7.5的元件库中找到“ MATRIX-8X8-RE”D 元器件，并将四块该元器件放入 Proteus文档区编辑窗口中；此时需要留意 , 假如该元器件保持初始的位置 没有转动方向），我们要第一将其左转90，使其水平放置，那么此时它的左面8 个引脚是其行线，右边8 个引脚是其列线 当然，假如你是将右转

12、，就右边8 个引脚是行线）；然后我们将四个元器件对应的行线和列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行 16 个 LED，列线也相同；并留意要将行线和列线引出肯定长度的引脚，以便下面我们使用；连接好的 16 16 点阵如图 3.2 所示；成如上图的 1616 点阵只是第一步，这样分开的数块并不能达到好的显示成效,下面我们要将其进一步组合；组合实际上很简洁，第一选中如上图中右侧的两块8 8点阵，然后拖动并使其与左侧的两块相并拢，如图3.3 所示；图 3.2 点阵模块组合欢迎下载精品学习资源第3章 方案实现从理论上说，不论显示图形仍是文字，只要掌握与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的 LE

13、D 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时掌握各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式；57 的点阵共有 35 个发光二极管，明显单片机没有这么多的端口，假如我采纳锁存器来扩展端口，按8 位的锁存器来运算， 5 7 的点阵需要 35/8=5 个锁存器；这个数字比较大，由于我们仅仅是5 7 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大的数字；因此在实际应用中的显示屏几乎都不采纳这种设计，而采纳另外一种称为动态扫描的显示方法；动态扫描的意思简洁地说就是逐行轮番点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行比如 7 行）的同名列共用一套驱动器；具体就57 的点阵来说，

14、把全部同1 行的发光管的阳极连在一起，把全部同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 行使其燃亮肯定时间，然后熄灭；再送出其次行的数据并锁存，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 7 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固的图形了；采纳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；显示数据通常储备在单片机的储备器中，按8 位一个字节的形式次序排放；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

15、，这就存在一个显示数据传输的问题；从掌握电路到列驱动器的数据传输可以采纳并列方式或串行方式；明显，采用并行方式时，从掌握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行取的；采纳串行传输的方法，掌握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，在硬件方面无疑是特别经济的；但是，串行传输过程较长，数据按次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预备传输）和列数据显示两部分；对于串行传输方式来说，列数据预备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情形下留给行显示的时

16、间就太少了，以致影响到LED的亮度；解决串行传输中列数据预备和列数据显示的时间冲突问题，可以采纳重叠处理的方法；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；对于列数据预备来说，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，本行已预备好的数据打入并 行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以预备下一行的列数据，而不 会影响本行的显示；图 1 为显示屏电路实现的结构框图；欢迎下载精品学习资源列驱动器单电源片机行驱动器LED 显示点阵图 1，显示屏电路框图3.

17、1 系统硬件电路的设计硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分；3.1.1 单片机系统及外围电路单片机采纳 MSC-51或其兼容系列芯片，采纳 24MHZ或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，时期显示更稳固；单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据；P1 口低 4 位与行驱动器相连，送出行选信号； P1.5P1.7 口就用来发送掌握信号； P0 口和P2 口空着，在有必要的时候可以扩展系统的ROM和 RAM；57 的点阵显示屏的硬件原理图如图 2 所示在附录 A）；3.1.2 列驱动电路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

18、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掌握是各自独立的，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的形状及内部结构如图 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；移位后的各位信号显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

19、才开放，否就为高组态；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 两个信号是相互独立的，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；但由于 QH受输出锁存器的打入掌握，所以仍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；欢迎下载精品学习资源QB116VccQC215QAQD314SI欢迎下载精品学习资源QE413GQF 74H5C15925QG611SCKRCK欢迎下载精品学习资源QH710SCLRGND89QH图 3. 74HC59

20、5 形状及引脚3.1.3 行驱动器单片机 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行线；一条行线上要带动 16 列的 LED进行显示，按每一 LED器件 20MA电流运算， 16 个 LED同时发光时，需要 320MA电流，选通三极管 8550 作为驱动管可满意要求；3.2. 系统程序的设计显示屏软件的主要功能是向屏体供应显示数据，并产生各种掌握信号，使屏幕按设计的要求显示；依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，其次层是上层的系统应用程序；显示驱动程序负责向屏体送

21、显示数据，并负责产生行扫描信号和其他掌握信号，协作完成LED 显示屏的扫描显示工作；显示驱动器程序由定时器T0 中断程序实现；系统应用程序完成系统环境设置初始化）、显示成效处理等工作，由主程序来实现；从有利于实现较复杂的算法显示成效处理）和有利于程序结构化考虑，显示屏程序相宜采纳 C语言编写；3.2.1 显示驱动程序显示驱动程序在进入中断后第一要对定时器T0 重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳固， 1/16 扫描显示屏的刷新率 帧频）运算公式如下：刷频率帧频） =1/16 T0 溢出率=1/16f/1265536-t）其中 f 位晶振频率， t 为定时器 T0 初值工作在 16 位定时器模式）

22、；然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，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；为排除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象， 驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示；图 4 为显示驱动程序 显示屏扫）欢迎下载精品学习资源进入中断定时器赋初值读取行号 并增加1送新行显示数据消 隐切换显示数据发送新行 号，打 开显退出中断图 4显示驱动程序流程图3.2.2 系统主程序本文设计的系统软件能使系统在目测条件下LED 显示屏各点亮度匀称、充分，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳固、清晰无串扰；图形或文字显示有静止、移入移出等

23、显示方式；系统主程序开头以后，第一是对系统环境初始化，包括设置串口、定时器、中断和端口；然后以“卷帘出”成效显示图形，停留约3s；接着向上滚动显示“ 0-B ” 这 11 个字符，然后以“卷帘入”成效隐去图形；由于单片机没有停机指令，所以可以设置系统程序不断的循环执行上述显示成效；单元显示屏可以接收来自掌握器 主掌握电路板）或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下 一级显示模块单元中，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的显示内 容；图 5 是系统主程序流程图；欢迎下载精品学习资源开头系统初始化“卷帘出”显示成效“上滚屏”

24、显示成效“左跑马”显示成效“卷帘入”显示成效图 5系统主程序流程图第 4 章性能分析与总结4.1 性能分析LED 显示屏硬件电路只要硬件质量牢靠，引脚焊接正确，一般无需调试即可正常工作；软件部分需要调试的主要有显示屏刷新频率及显示成效两部分；显示屏刷新率由定时器 T0 的溢出率和单片机的晶振频率打算，表5.1 给出了试验调试时采纳的频率及其对应的定时器 T0 初值；表 5.1显示平刷新率与 T0 初值关系表 24MHz晶振）刷 新255062.57585100120率T0 初0Xec780Xf63C0Xf8300xF97E0XFA420XFB1E0xFBEE欢迎下载精品学习资源值从理论上来说，

25、 24Hz 以上的刷新频率就能看到稳固的连续的显示，刷新率越高， 显示越稳固，同时刷新频率越高，显示驱动程序占用的CPU时间越多；试验证明， 在目测条件下刷新频率 40Hz 一下的画面看起来闪耀较严峻，刷新频率50Hz 以上的已基本察觉不出画面的闪耀，刷新频率达到85Hz 以上时再增加画面闪耀没有明显的改善；显示成效处理程序的内容及方法特别广泛，其调试过程在此不作具体争论，读者可以照源程序自行分析；这个方案设计的 57 的点阵 LED图文显示屏，电路简洁，成本较低，且较简洁扩展成更大的显示屏；显示屏各点亮度匀称、充分；显示图形或文字稳固、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

26、字；4.2 总结本文设计的一个室内用 57 的点阵 LED图文显示屏，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度匀称、充分，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳固、清晰无串扰；图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式；本系统具有硬件少，结构简洁，简洁实现，性能稳固牢靠，成本低等特点；总结本文的争论工作，主要做了下面几点较突出的工作：1、通过查阅大量的相关资料，具体明白了LED的发光原理和 LED显示屏的原理， 明白了 LED的现状，清晰地明白了 LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了争论目标；2、本文设计的 LED 显示屏能够实现在目测条件下LED 显示屏各点亮度匀称、充分，可显示图形和文

27、字，显示图形和文字应稳固、清晰无串扰；图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式；3、文章给出了系统具体的硬件设计方案, 硬件结构电路图，软件流程图和具体汇编语言程序设计与调试等方面；4、在这次毕业设计的过程中学会了Protel 99se的基本使用，感到 Protel 99se对电子专业的同学来说是一门很有用的课程；5、通过这次毕业设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；娴熟把握了 WOR软D 件的使用；6、存在缺陷：没有考虑抗干扰的问题；欢迎下载精品学习资源致谢本文是在胡花老师的尽心指导下完成的；从课题的立项、选题到课题的开发与研 究，再到本论文的撰写到定稿的每一步工作都倾注着黄老师的心血和

28、汗水，同时得到 同学们相助，并供应了大量的资料.在此，对于老师和同学们的帮忙表示忠心的感谢；参考文献1 何立民.MCS-51 系列单片机应用系统设计与接口技术. 北京航空航天高校出版社，19902 任涛等. 闪速储备器数据及应用简明速查手册 . 电子工业出版社， 19973 何立民. 单片机应用技术选编 . 北京航空航天高校出版社， 20004 张毅刚等 .MCS-51 单片机应用设计 . 哈尔滨工业电子出版社， 19965 邬宽明. 单片机外围器件有用手册 . 北京航空航天高校出版社， 19986 张凯.LED介绍完全手册 . 北京航空航天高校出版社， 20007 张友德等 . 单片微型机原

29、理应用与试验，复旦高校出版社，1996欢迎下载精品学习资源附录A点阵LED 图文显示屏的截图：欢迎下载精品学习资源附录B程序如下：#include #define int8 unsigned char #define int16 unsigned int #define int32 unsigned longint8 flag ；int8 n ；int8 code table32=0x40,0x0C,0x7E,0x0C,0x60,0x0C,0x30,0x0C, 0x08,0x0D,0x18,0x2F,0x58,0x2F,0xB8,0x4D,0xBC,0xCD,0x9E,0xCC,0x5A,0x

30、4C,0x18,0x0C,0x18,0x0C,0x18,0x0C,0x1C,0x0F,0x08,0x06,/*孙*/0x08,0x02,0x38,0x26,0x18,0x7F,0x7C,0x33, 0x8C,0x1D,0x44,0x0C,0x3E,0xF3,0xDA,0x6C,0x18,0x3F,0x7E,0x0C,0x18,0x3F,0x18,0x0C,0x58,0x2C,0xB8,0x7F,0x1C,0x0C,0x08,0x0C,/*锋*/ ；void delayvoid ；int16 offset ；void mainvoid欢迎下载精品学习资源int8 i ；int8 *p ；flag

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