学士基于ms51单片机的4个16x16点阵led电子显示屏的设计secret.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流学士基于ms51单片机的4个16x16点阵led电子显示屏的设计secret.精品文档.、毕业设计(论文)题目 基于MS51单片机的4个1616点阵LED电子显示屏的设计 、毕业设计(论文)工作内容 设计一个四位的16X16的点阵电子显示屏。利用单片机串口扩展为并口,实现数据的列扫描,利用单片机的P1口译码来实现行扫描。加深对单片机和数字电路的理解,熟悉单片机串口的工作方式以及串口的扩展。学会独立的查找资料,并给出完整的设计方案。为以后独立开展与专业相关的工作打下了基础。熟练使用protel,keil,C软件。学会论文的撰写及排版工作。 本方
2、案设计一个电子显示屏,具体要求满足以下条件: (1)要求采用51单片机作为微控制器; (2)通过四个1616的点阵LED进行文字显示; (3)在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。 (4)文字显示具有每排字有滚动和逐排等显示方式。、进度安排: 第1-2周 收集资料并整理设计思想 第3-4周 开始硬件部分设计,学习AT89S52单片机的应用 第5周 列驱动电路设计 第6周 行驱动电路设计 第7周 绘制PROTELL原理图 第8周 软件设计 第9周 软件设计显示驱动程序 第10周 软件设计系统主程序 第11周 调试并进行性能分析 第12-14周 整理文档 、主要参考资料:
3、1诸昌钤 编著 :LED显示屏系统原理及工程技术成都:电子科技大学出版社,2000 2张志良 主编 :单片机原理及控制技术(第2版)北京:机械工业出版社,2005 3李光飞 编著 :单片机课程设计实例指导(第2版) 北京:北京航空航天出版社, 4吴金戍,沈庆阳,郭庭吉编著8051单片机实践与应用北京:清华大学出版社 5吉 雷 主编 :Protel99从入门到精通西安:西安电子科技大学出版社,2004 6侯丽玲:基于AT89S52单片机的LEDD点阵显示屏控制系统的设计J,漳州职业技术学院学报。系负责人审核意见(从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等
4、方面加以审核):摘 要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。本设计是4个1616点阵LED电子显示屏的设计。整机以美国ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C51为核心,介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器74LS154和八个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏能显示4个汉字,采用16块8 x 8点阵LED显示模块来组成4个16x16点阵显示模式。显示采用动态显示,使得图形或
5、文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等。关键词:AT89C51单片机 LED 点阵显示 动态显示Abstract As a popular display device component, LED dot-matrix display board consists of several independent LED (Light Emitting Diode). The LED dot-matrix display board can display the number or
6、sign, and it is usually used to show time, speed, the state of system etc. This design is 4 16 16 lattice LED electron display monitor design.The whole equipment is with the 40-pin AT89C51 MCU (Micro Controller Unit) produced by the American ATMEL company at the core, introduced take it as the contr
7、ol system LED lattice electron display monitor dynamic design and the development process. Controls good driver 74LS154 andeight row driver 74HC595 through this chip actuates the display monitor demonstration. The electronic screen can show all kinds of written or monochrome images, one full screen
8、display Chinese characters,sixteen pieces of 8 x 8 dot-matrix LED display modules to form the 16x16 dot matrix display mode. Show dynamic show that makes static graphic or text can be achieved, shifted out of various formats. This paper describes the hardware design of the LED dot matrix display, an
9、d the principle function of the various parts of the circuit, the corresponding software program design and the use of some such. Key words:AT89C51 Micro Controller Unit;LED;LatticeDisplay;DynamicDisplay目 录摘 要2Abstract3第一章 绪论51.1问题提出51.2课题背景6第二章 功能要求及方案论证82.1功能要求82.2显示模块方案论证82.3数据传输方案论证9第三章 系统硬件电路的设
10、计113.1单片机系统及外围电路113.2列驱动电路133.3行驱动器153.4元件清单18第四章 系统程序的设计204.1显示驱动程序204.2系统主程序22第五章 调试及性能分析275.1开发环境介绍275.2 理论性能分析275.3 系统调试28第六章 总 结296.1 工作过程介绍296.2 系统功能的拓展方向29致谢32第一章 绪论1.1问题提出LED显示屏分为数码显示屏、图文显示屏和视频显示屏,均由LED矩阵块组成。LED数码显示屏的显示器件为7段码数码管,适于制作时钟屏、利率屏等,显示数字的电子显示屏。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
11、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。近年来,单片机已经成为科技领域的有力工具,人类社会生活的得力助手。它的广泛应用,不仅仅体现在工业控制、机电应用、智能仪表、实时控制、航空航天、尖端武器等行业和领域的智能化、高精度化,而且在人类日常生活
12、中也随处可见它的身影。单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。目前,单片机正朝着高性能和多种方向发展,其趋势将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展,其功能也将越来越丰富,速度也越来越快,甚至有些方面并不逊于ARM或DSP。随着LED显示屏在广告传媒领域逐渐崭露头角,其控制系统
13、也如雨后春笋,层出不穷。由于它的控制系统均是基于嵌入式微处理器开发,所以单片机在其中也占有一席之地。但是,由于LED显示屏控制较复杂,特别是对于显示特殊效果,如循环移动、覆盖霓虹灯效果,要求处理器运算速度快、执行效率高,所以很多控制卡生产厂家采用高端嵌入式系统进行设计。这样做虽然能在一定程度上提高数据处理速度,但是并不能完全满足所有显示效果要求,而且开发和产品成本也会随之成倍增加,甚至由于其设计不当可能在显示时出现抖动、闪烁、重影等现象。归根结底,LED显示屏控制卡的设计中硬件是一方面因素,同时还要考虑到显示数据组织方式,通过软硬件结合的方法才能设计出一款性价比较高的控制卡。本论文提出基于普通
14、51系列单片机实现LED显示屏控制的原理及方法。1.2课题背景 LED显示屏的发展可分为以下几个阶段: 第一阶段为1990年到1995年,主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片,主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所,作为公共信息显示工具。 第二阶段是1995年到1999年,出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。 第三阶段从1999年开始,红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国,同时国内企业进行了深入的研发工作,使用
15、红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用,大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所,从而将国内的大屏幕带入全彩时代。 随着LED原材料市场的迅猛发展,表面贴装器件从2001年面世,主要用在室内全彩屏,并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性,可随意调整的点间距,被不同价位需求者所接受,在短短两年多时间内,产品销售额已超过3亿元,表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划,利亚德开发了表面贴装双基色显示屏,大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面,为紧缩投资,全彩屏大部分采用可拆卸方式,奥运期间可作为实况转播工具,赛事结束后可用于
16、租赁,作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具,通过这种方式可尽快收回成本。 单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。1. SCM即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。2. MCU即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它所
17、涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。3. 单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应
18、用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 单片机可以从以下几个方面分类: 1.按应用领域可分为:家电类、工控类、通信类和个人信息终端类等。 2.按通用性可分为:通用型和专用型。 3.按总线结构可分为总线型和非总线型。 4.按指令运行的振荡周期可分为标准型和改进型。第二章 功能要求及方案论证2.1功能要求 本方案设计一个电子显示屏,具体要求满足以下条件: 1.要求采用51单片机作为微控制器; 2.通过四个1616的点阵LED进行文字显示; 3.在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足、稳定、清晰无串扰。 4.文字显示具有每排字有滚动和
19、逐排等显示方式。2.2显示模块方案论证四个88的点阵构成一个1616的点阵。行和列的交叉处有一个LED,共由256个LED构成,如果LED的阳极与行相连,而阴极与列相连,那么只要给该LED对应的行以高电平,列以低电平,那么对应的LED就发光。图2-1画出了室内直插式88点阵双基色LED模块实物图。这种模块由64个发光LED芯片以88的形式构成一个正方形模块,然后用2列8针引脚将内部电路接口引出,供驱动电路使用。图2-1 LED 点阵显示原理图 行对应的给LED的阳极,先给第一行以高电平,如果送给16列的代码为EFFF,则第一行的第4个LED被点亮,再给第二行以高电平,如果送给16列的代码为EF
20、07,则第二行的第4、9、10、11、12、13个被点亮,接着给第三行以高电平,同时给列以驱动代码,这样不断地进行行行的扫描,只要速度够快,由于人的视觉暂留作用,就不会感觉到明显的闪烁感。点阵上会看到一个清晰的“机”字。 LED数码管结构简单,价格便宜。本文所述的是LED的数据显示方式,这种方式通常使用8段LED或者16段LED。在实际应用中,点亮LED数码管的方式有静态和动态2种方法。本文以8段LED作为示例来论证方案1.静态显示方式静态显示方式,即8段LED数码管在显示某一个数码时,加在数码管上的段码保持不变,直至换显其他数码为止。这样数码管的每一段均应由一条输出线来控制,每显示以为数码需
21、要8根输出线,当N位显示则需N8根输出控制线。占用较多I/O资源。2.动态显示方式为解决静态显示占用较多I/O资源的问题,在多位显示时通常采用动态显示方式,动态显示是将所有数码管的段码线对应并联在一起,由一个8位的输出口控制,每位数码管的公共端分别出一位I/O线控制。显示不同数码时,由位线控制各位轮流显示。位线控制某位选通时,该位应显示数码的段码同时加在段码线上,即每一时刻仅仅有一位数码管是被点亮的,当轮流显示的速度较快(每秒24次以上),由于人眼的视觉暂留现象,看起来就像所有位同时显示一样,这时,我们就能看到稳定的图像了由于单片机的特性,我们将采用方案2:动态显示方式,采用动态显示方式进行显
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